JPS5830349B2 - セイデントソウヨウフンタイトリヨウ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は予熱してない常温の被塗物に対して１２０μ
ｍ（ミクロン）以上通常２００μｍ〜４００μｍのポリ
エチレンの厚膜を静電粉体塗装法によって塗装すること
を可能ならしめた静電塗装用ポリエチレン粉体塗料に関
するものである。

溶剤を全（含まない塗料粉末を帯電させ、これを静電場
の作用により被塗物上に塗着させた後焼付を行なうこと
によって被塗物上に塗膜を形成させることを基本原理と
する静電粉体塗装法については公知である。

静電粉体塗装法によって被塗物上に特にポリエチレンの
塗膜を生成させる場合、その使用目的によってかなり厚
いポリエチレンの被膜を被塗物上に均一に生成すること
が要求される場合がある。

例えば上水道配管周径鋼管の内面に防蝕の目的で静電粉
体塗装によって長年月の連続使用に耐えるプラスチック
被膜を生成させることが近来要求されているが、これに
使用される樹脂の代表的なものとしてポリエチレンをあ
げることができる。

この場合長年月にわたる連続使用に耐えるためには通常
管の内面に強固に接着した２００μｍ以上の強固なポリ
エチレンの厚い被膜を形成することが要求される。

これを粉体塗装法によって実施すれば、液性塗料を使用
した場合に比較して塗装工程から発生する有機溶剤蒸気
による大気の汚染がなく公害防止の見地から極めて望ま
しい。

しかし通常静電粉体塗装法によって２００μｍ以上のポ
リエチレン厚膜を生成させることが要求される場合には
、従来は被塗物を１００℃以上望ましくは１５０乃至２
００℃程度に予熱することが必要とされている。

しかるに被塗物をこのような高温度に予熱することはエ
ネルギー節約の意味からも好ましいことではないと同時
に予熱した被塗物の上に静電粉体塗装法によって生成さ
れる膜厚は被塗物の予熱温度に極めて敏感であるので、
５．５ｍ〜６ｍ程度の上水道配管用定尺鋼管内面を粉体
塗装するような場合にはこの長大な全長にわたって温度
を均一に保持することは極めて困難な作業であり、この
ために被塗パイプを予熱してその内面の静電粉体塗装を
ポリエチレン粉体塗装によって実施する場合には膜厚の
管理は極めて困難となる。

又被塗パイプを予熱することによって粉体が塗着される
以前に前処理されて清浄化されている被塗面に錆が発生
したりして塗料粉末の融着が完全に行なわれずピンホー
ルが発生しやすいというような重大な欠点があり、また
予熱によって塗装装置、例えば被塗管に塗料粉末を送入
するパイプの内部で塗料が融着して閉塞事故を発生し易
く、このため作業能率の低下をまねき、工程管理が困難
となる。

これは塗膜の性能に重大な悪影響を及ぼす。

従ってエネルギー節約膜厚管理、塗膜の性能向上生産能
率の向上等の目的のために被塗物を予熱することなく常
温でポリエチレンによる静電粉体塗装を実施できるよう
なポリエチレン粉体塗料が出現することは極めて切実な
要求であった。

父上水道用細径鋼管の内面塗装の場合に限らず防蝕表面
保護等の目的から被塗物にポリエチレンによる被膜を生
成させることが要求される場合は化学工場用配管材料や
ポンプ内面など極めて多く、特にポリエチレンはその化
学的性質が極めて安定であり、かつ粉体の価格が低廉で
あるという二つの理由によって静電粉体塗料としてポリ
エチレンを使用することが有利な場合が極めて多い。

通常ポリエチレンによって静電粉体塗装を実施する場合
には１００μｍ程度以上の膜厚を得ることは極めて困難
とされており、もしそれ以上の膜厚を必要とする場合に
は被塗物を１５０℃〜２００℃に予熱することが必要と
されてきた。

しかし一般の静電粉体塗装に際し、被塗物を予熱する場
合、特に塗物の形状が複雑な場合及び被塗物が大型で熱
容量が大きな場合等には被塗物を予熱することは極めて
多量のエネルギーを消費し、かつ均一に予熱することが
著しく困難であり、これによってエネルギー消費及び得
られる塗膜の厚みの不均一等によってポリエチレンを静
電粉体塗装用の粉体塗料として使用する範囲が従来は極
めて制限されてきた。

この発明は従来から存在したポリエチレンの静電塗装用
粉体塗料としての重大な欠陥を克服して常温において、
被塗物を加熱しないで１２０μｍ以上、通常２００〜４
００μｍの範囲の膜厚のボッエチレンを主成分とする強
固な被服を生威し得るようにした静電塗装用ポリエチレ
ン粉体塗料を提供するものである。

この塗料を使用することによって被塗物を予熱すること
なく常温において１５０μｍ以上通常２００〜４００μ
ｍ程度のポリエチレンの極めて性能の優秀な静電粉体塗
装法による塗膜を形成することが容易になり、前述の上
水道配管用長尺細径鋼管の内面の静電粉体塗装は勿論の
ことその他化学食品工場用配管材料、ポンプ・器機など
極めて広範囲の物品に１５０μｍ〜４００μｍ程度の静
電粉体塗装による極めて性能優秀なポリエチレンの厚膜
塗装を実施することが可能になったのである。

本発明による静電塗装用ポリエチレン粉体塗料は平均粒
径２００μｍ以下のポリエチレン粉末にチタン白顔料の
微粉末を１〜８％添加してこれを乾式混合して成るポリ
エチレンを主成分とする静電塗装用粉体塗料である。

一般に被塗物の上に形成された塗着粉体層内の電界強度
は、粉体層に含まれる電荷による電界と外部電界の和と
なり、被塗物と粉体層の境界面で最大となる。

従って塗着粉体層が厚くなるにつれて、その電界強度は
増加し境界面における電界強度が絶縁破壊強度をこすと
、境界面で微少な火花放電が発生し、粉体層を通ってガ
ンに向う逆向のイオン電流が流れる（いわゆる逆電離現
象）ようになり、荷電粉体をさらに塗着しようとしても
逆向のイオン電流によって除電されるので、それ以上の
厚みに粉体が塗着されなくなる。

本発明はポリエチレン粉末にチタン白顔料の微粉末を混
合することにより膜厚が厚い塗装が可能となる。

すなわち、チタン白顔料の誘導率はポリエチレン粉末の
誘導率に比べて約１０倍程度高く、しかもその粒径が少
さいためポリエチレン粒子の表面をチタン白顔料の微粉
末で覆った状態となり、その状態で被塗物に塗着される
ため、被塗物と粉体層との境界の電界強度を低くするこ
とが可能となり、これにより膜厚をかなり厚くすること
ができるものである。

この場合チタン白顔料の添加料が１％以下ではポリエチ
レン粉末の各粉子を充分覆う程度にならず、また８％以
上ではチタン白が多すぎて実用上効果がない。

第１図に示したのは上水道用細径鋼管の内面に静電粉体
塗装法によって粉体層を形成させる工程の要部を示した
ものである。

第１図において１は被塗パイプであって通常内径１５ｍ
ｍ〜１５０ｍｍ程度の配管用定尺鋼管であり、その長さ
は５．５ｍ〜６ｍ程度である。

この鋼管の内面を静電粉体塗装法によって塗装する場合
には図には示してないところの粉体送入装置によって塗
料粉末３を被塗パイブ１の内部に供給し、その被塗パイ
プと同心に適当な方法で保持された放電及び電界形成電
極４に電源５によって電圧を印加し、電極４の先端に生
起するコロナ放電によって塗料３を帯電させると同時に
電極４と被塗パイプ１との間に形成される直流電界によ
って被塗パイプの内面に塗料粉体３を移送して塗着し、
強固な粉体層６を形成させつ又被塗パイプ１を矢印７に
示したように移動させることによって被塗パイプの下端
より上端に向かって順次強固な粉体層６が形成されるよ
うになっている。

導線２は放電電極４に対して被塗パイプ２が接地されて
被塗パイプ１と放電電極４の間に放電及び電界を形成さ
せるための接地用の導線である。

このような方法によって内面に粉体層を形成した被塗パ
イプを例えば粉体塗料がポリエチレンである場合には１
８０℃〜２００℃で２０〜３０分程度加熱することによ
って粉体層６は溶融して管の内面に融着しポリエチレン
の被膜が管の内面全長にわたって形成される。

以上に詳細に述べたような上水道用細径鋼管内面の静電
粉体塗装工程において静電粉体塗装用粉体塗料として通
常のポリエチレン粉末を使用した場合に形成される被膜
の厚さは被塗パイプ１が常温の場合には通常１００μｍ
程度以上を一回塗りで塗着することは困難とされている
。

放電電極４に比較的高い電圧を印加したり放電空間１１
の湿度を調整して湿度を高めたりすることによって１５
０μｍ程度の塗膜を得ることは可能であるとの報告もあ
るが、部分的に２００μｍ近くの塗膜が得られる場合に
も塗膜の平坦度、ピンホールの発生等があり平滑で厚み
の均一でかつ強固な接着性を示す塗膜を形成させるとい
う条件を満たす限り、通常１５０μｍ以上の塗膜を常温
の被塗パイプ上に形成させることは通常のポリエチレン
粉末を使用した場合には実用上不可能であるということ
ができる。

以上詳細に述べたような上水道用長尺鋼管の静電粉体塗
装工程において通常のポリエチレン粉末を使用した場合
には被塗パイプ１が常温の場合には粉体過大量を増加し
たり、あるいは針４に印加する電圧を調整して電界の強
度を調整したりあるいは針４の先端の尖鋭度及び印加電
圧を調整して塗装空間１１を流れる電流を調整してもパ
イプ内面に形成される粉体層の厚みは焼上り後の膜厚に
して１２０〜１３０１ｔｍを越す良好な膜厚を形成する
ことは不可能である。

ポリエチレンの粉末を使用して静電粉体塗装を実施し、
塗膜を形成する他の方法例えば通常の静電粉体塗装用の
ガンによって管以外の通常の物体の表面に塗膜を形成さ
せる場合の膜厚に関しても事情はほぼ同様であって通常
のポリエチレン粉末では被塗物を予熱することなしに１
２０〜１３０μｍ以上の良好な塗膜を形成することは不
可能である。

しかるに静電粉体塗装によって厚い塗膜を形成したいと
いう要求は前述の上水道用鋼管の内面粉体塗装以外にも
化学工業用配管の防蝕の目的で要求される場合が極めて
多（Σ この要求を満足させるためには、被塗物を予熱
するという方法が従来専ら用いられていたがこの方法に
は多くの欠点があることは前述の通りである。

そこで発明者等は塗装用装置すなわち塗装用ガンを何ら
調整することなく、又被塗物を加熱その他の煩雑な処理
を施すことなく塗料を改質することによって実質上ポリ
エチレンと性能の異ならない安定性のあるしかも化学的
に安定な厚い被膜を形成させるための方法を種々研究探
査し、遂に極めて簡単な方法によって塗料の改質を行な
い、その塗料を使用することによって純粋なポリエチレ
ンと同等のポリエチレンを主成分とする厚い被膜を形成
しかつその厚みを制御することに成功し、本発明をする
に至ったのである。

又本発明によれば塗料の品質を調整することによって形
成されるポリエチレンの被膜の厚みを御御できると同時
に形成されるポリエチレン被膜の色をもかなりの範囲で
着色が可能であるという利点おも得ることができる。

本発明による静電塗装用粉体塗料は平均粒径２００μｍ
以下、通常は１００〜５０μｍ程度のポリエチレン粉末
に１％〜８％程度のＴ ｉ０２顔料を添加し、これを回
転羽型ミキサー、■字形ミキサーあるいはボールミル等
によって乾式混合して得られる粉体である。

このようにして得られる粉体は通常の静電粉体塗装用ガ
ンあるいは第１図において詳細に述べたところのパイプ
内面の静電粉体塗装システムの何れにおいても第２図に
示した如くその添加するＴｉＯ２顔料の混合比を調整す
ることによって極めて容易に被塗物上に形成され得る粉
体層の最大厚みを確実に増加することができ、又仕上り
厚みを調整することもでき、かつ焼付後に被塗物上に形
成されるポリエチレン被膜の衛生安全性が原粉末のポリ
エチレンと同等であり、かつ塗膜の表面が平滑で被塗物
への接着力が良好であり、又塗膜の平滑性も極めて良好
であり、上水道配管用細径鋼管内面のプラスチックライ
ニングに要求されるすべての性能を満足させることがで
き、又多くの化学工業用配管の内面ライニングにも適用
することができる。

又本発明による静電塗装用粉体塗料は上水道配管用鋼管
内面に適用されるだけでなく通常の静電粉体塗装用ガン
を用いた外面に厚く、かつ接着性が良好で又平滑美麗な
ポリエチレン被膜を形成させることが可能であるという
までもない。

なお、本発明による静電塗装用粉体塗料を用いて得られ
る被膜は美麗な白色を成しており、これに着色用の少量
の顔料、例えば青色に着色する場合にはフタルシアニン
フルー１％程度を加えることにより添加された着色用の
顔料により任意の色を得ることができ、本発明による静
電塗装用粉体塗料の適用範囲は単なる防蝕だけでなく、
実装塗装用の極めて広い範囲の目的に使用することが容
易である。

本発明による静電塗装用粉体塗料は第２図に示した如く
添加するチタンＴｉＯ２の割合を調整することによって
単味のポリエチレン粉体に対して３倍〜４倍程度の膜厚
を確実に得ることができる。

本発明による静電塗装用粉体塗料を製造するには、その
ベースとなるポリエチレン粉末は前述の如く、少なくと
も平均粒径が２００μｍ以下、好ましくは１００μｍ以
下の微細なポリエチレンの粉末であることが必要である
が、これはポリエチレンペレットを機械粉砕した粉末で
もよく、又化学粉砕した粉末でもよく又、これら両者の
混合物でもよい。

そして使用するＴｉＯ２又はアナターゼ型ＴｉＯ２何れ
を用いても得られる塗膜厚は略同様である。

そして使用するＴｉＯ２顔料の粒度は平均粒径が少なく
とも０．５μ以下、好ましくは０．３μｍ以下であるこ
とが望ましく、ルチル型ＴｉＯ２よりはアナターゼ型Ｔ
ｉＯ２の方が膜厚の湿度依存性が小さい点でアナターゼ
型ＴｉＯ２の方が勝っているということができる。

Ｔｉｅ、、として市販顔料でなく高純度の薬剤の微粉末
を使用することも可能である。

本発明による静電塗装用粉体塗料を製造する場合は上述
のベースになるポリエチレン粉体に所定の分量のＴｉＯ
２粉末を添加して乾式混合するのであるがこの場合、良
好な混合結果を得るために一回ないし数回の予備混合を
することが有効なことは言うまでもない。

又使用する混合機はＶ型混合機、回転翼型混合機、ある
いはボールミル型混合機等の適当な乾式混合装置を使用
するーことができるが、原則として粉体の表面がポリエ
チレンの軟化温度以上に上昇しないように混合装置の運
転に注意することが必要である。

そしてこのようにして得られた粉体塗料はポリエチレン
の粒子の表面に顔料の粒子がほぼ一面に被覆した状態で
得られるのが通常である。

そしてこのようにして得られた本発明による静電塗装用
粉体塗料は長期間の貯蔵に酬えることができる。

そして本発明による静電塗装用粉体塗料は第２図の曲線
８，９及び１０に示した如く塗装空間における相対湿度
によって得られる塗膜の厚みが影響を受けるので、これ
を利用して塗膜厚の制御をすることも可能であり、又逆
にこの影響を除去したい場合には塗装空間の湿度を制御
すればよい。

本発明によって得られる静電塗装用粉体塗料は第１図に
示した如きパイプ部用静電粉体塗装ないしは通常のガン
システムによる粉体塗装工程において使用する場合に通
常ＴｉＯ２の添加率が７％付近まで悪影響はほとんどな
いが８％を越すと被塗物上に形成される塗膜の付着強さ
が著しく低下するようになるので通常の目的に対して静
電塗装が実質上不可能になる場合が多い。

従って本発明による静電塗装用粉体塗料におけるチタン
ホワイトの添加率は８％以上に増加することは実用上意
味がない。

又ＴｉＯ２の添加率が１％以下の場合は添加による塗膜
厚みの増加の効果はほとんど見られないし、この程度の
塗膜厚みは通常のベースになるポリエチレンの粉体のみ
の場合でも塗装空間１１の湿度を調整することによって
も得られるので１％以下の添加率は実用上意味がない。

従って本発明による静電塗装用粉体塗料はベースになる
ポリエチレン以上に詳細に述べた如きＴｉＯ２顔料を１
％以上８％以下の範囲で添加したことを以ってその第１
の特徴とするということができる。

従来静電塗装用粉体塗料、例えばエポキシ樹脂粉体、ア
クリル樹脂粉体あるいはポリエステル樹脂粉体などにお
いて濃い色を発生する顔料を添加した場合、その塗着効
率が数％ないし１０数％向上するという例は多少知られ
ているが、これらの場合は通常樹脂の中に顔料を練り込
んだ後に粉砕して塗料粉体を製造するのが通常である。

又ポリエチレンをベースとする静電塗装用粉体塗料を着
色する場合も通常ポリエチレンに顔料を添加した後にこ
れを粉砕して塗料粉体を得るのが通常であり、この場合
も添加顔料による塗着効率の向上あるいは膜厚の向上は
数％ないし１０数％に過ぎない。

これに対して本発明による静電塗装用粉体塗料において
は添加される顔料の量が８％以下という少量であるにも
かかわらず、その膜厚に及ぼす影響が３倍ないし４倍で
あるという極めて著しい効果があることがその特徴であ
り、これは添加する物質であるところのチタンホワイト
という物質の選定及びその粒度範囲の選定によって得ら
れる著しい効果であると共にその製造においてポリエチ
レン樹脂に顔料を粘り込むことなくポリエチレン粒子の
表面に微細な顔料粒子が付着するように混合を乾式混合
に限定することによってこの著しい効果を得るに至った
ものである。

前述の如く顔料の添加によって塗着効率あるいは膜厚に
若干の変動があることは従来知られているところである
が本発明において適用される乾式混合の工程においては
例えば沈降性硫酸バリウム、沈降性炭酸カルシウム、Ｓ
ｉＯ２ゲルあるいはフタルシアニンブルー カーボン等
の添加によって乾式混合による添加によっては数％ない
し１０数％の膜厚の増加な得る場合もあるが一般に以上
に述べた物質は水道鋼管内面の粉体塗装によって塗膜を
形成する場合にその防蝕性あるいは衛生安全性等に関し
て使用できる可能性があり、かつＴｉＯ２と同程度の微
細な粒子を得ることが容易にでき経済的にもほぼ同等な
価額で得られる諸物質であるが、これらの物質に関しで
は試験の結果その厚みの増加の効果は本発明による厚み
の増加ないしは制御の効果の１０分の１を超えるものは
一つも見当らなかった。

これに対して本発明によって得られるポリエチレンな主
成分とする塗膜は例えば上水道用細径鋼管の内面塗装に
おいて要求される無臭性溶出物が制限値以下であること
、あるいは５０℃ ３％の食塩水における６００時間の
浸漬テストにおいて何らの変化の認められないこと、あ
るいは−２０℃における３−Ｄの偏平テスト等あらゆる
水道用鋼管に要求される極めて厳格な試験をパスするこ
とができ、これは被塗パイプ１を２００℃程度に加熱す
ることによってはじめて得られる同一のパイプの内面を
純粋なポリエチレンの樹脂で被覆して得られる２００μ
以上の塗膜に対して何ら遜色のない耐久性を得ることが
でき、ピンホールもなく、かつ表面の平滑性も著しく良
好であり、塗膜の色も美麗な白色を呈して、これは水道
ｆＩ４管の内面等の目的に使用するのに極めて適当なも
のであり、又通常チタンホワイトはポリエチレンの粉末
に比較して価額が安いので数％添加することによってか
えって得られる粉体の塗料は安価なものとなる。

又、本発明によって得られるベースとなる静電塗装用粉
体塗料は前述の如く美麗な白色を呈しているのでこれに
着色用の微量の有色顔料、例えばセレン化カドミウムイ
エロー、ウルトラマリン、フタルシアニンフルー、酸化
フローム、ベンガラ、カーボン等の顔料を単味或は混合
して得られる粉末の電気抵抗が、ポリエチレンチタンホ
ワイトを８％以下の重量比で添加して、乾式混合して出
来た原粉末の１０分の１以下にならない程度に添加する
ことによりほぼ任意の色彩のポリエチレンの塗膜を形成
することができ、これは美装用の目的に対して極めて大
きな効果を極めて安価な方法によって達成することがで
きる。

この場合、添加する着色用顔料はチタンホワイトと独立
に添加してもよいが、通常はチタンホワイトに着色用顔
料を添加し、これをポリエチレン粉末に乾式混合するの
が実用的である。

このようにして得られた本発明によるポリエチレン塗料
は表面保護だけでなく、美粧用塗料として広く使用する
ことができる。

又、原ポリエチレン粉末が既に着色されている場合は、
１％以上８％以下のチタンホワイトを添加して乾式混合
するだけでよいことは勿論である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の静電塗装用粉体塗料、若しくは従来の
それを使用して鋼管の内面に粉体層を形成させる工程の
要部を示す略図、第２図は本発明の静電塗装用粉体を塗
装空間の相対湿度３０％、６０％、及び９０％の状態で
静電塗装した場合に於ける塗膜厚み（μｒｒＬ）のチタ
ン白顔料添加率（重量％）に対する線図である。 １・・・・・・被塗パイプ、２・・・・・・接地用導線
、３・・・・・・塗料粉末、４・・・・・・電界形成電
極、５・・・・・・電源、６・・・・・・粉体層、１・
・・・・・矢印、８，９，１０・・・・・・相対湿度９
０％、６０％、３０％に於ける曲線、１１・・・・・・
塗装空間。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 平均粒径２００μｍ以下のポリエチレン粉末にチタ
   ン白顔料の微粉末を重量比１％以上８％以下の範囲で添
   加して乾式混合をしたことを特徴とする静電塗装用粉体
   塗料。 ２ 平均粒径２００μｍ以下のポリエチレン粉末に着色
   したチタン白顔料の微粉末を重量比１％以上８％以下の
   範囲で添加して乾式混合をしたことを特徴とする静電塗
   装用粉体塗料。