JPS61136466A - 防食塗膜形成方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、亜鉛メッキ鋼材に防食性のすぐれた塗膜を形
成する方法に関する。

鉄を中心とする鋼材は我々の日常生活や産業活動などに
広範囲にわたって利用されており、極めて重要な資源で
ある。ところが、鋼材は、それを放置しておくと大気中
の水分などによって腐食し。

美観性および強度が低下するという重大な欠陥を有して
いるのである。これまで、鋼材の腐食を防止する方法に
ついて種々検討されており、その中で比較的安価でしか
も防食性のすぐれた亜鉛メッキによる防食方法が広く利
用されている。すなわち、鋼材表面に形成した亜鉛メッ
キ層は、大気に接触すると保護皮膜（例えば、酸化亜鉛
、塩基性炭酸亜鉛などからなる皮膜）を形成して侵食を
防止し、さらに鉄よりも自然電位が低いので亜鉛が鉄よ
りもイオン化して消耗する傾向が強く鉄が溶出しないで
保護されるため、塗料を塗装しなくても防食性にすぐれ
ているのである。しかしながら。

過酷な腐食環境下では亜鉛メッキ層の消耗が激しく１例
えば重工業地帯や“石油コンビナート地帯などの大気中
に多く含まれる亜硫酸ガスなどは水分に吸収されて硫酸
となり、これが亜鉛メッキ層を侵食して長期防食性を低
下させるので、それを防止するために防食塗料を塗装す
ることが多く行われている６また。該亜鉛メッキ鋼材に
色彩的美観を与えるために防食塗膜面にさらに中塗り塗
料な゛らびに上塗り塗料を塗装するのが一般的である。

従来、上記目的のために亜鉛メッキ鋼材には、防食顔料
などを配合した有機溶剤系の防食塗料、中塗り塗料およ
び上塗り塗料が順次塗装されており、上記目的はほぼ達
成されている。

しかしながら、上記塗料のうち特に防食塗料についてみ
ると、該塗料には非塗膜成分である有機溶剤を多く含ん
でいるために大気汚染防止ならびに省資源の観点から考
えると好ましくなく、有機溶剤を殆どもしくは全く含ま
ない水系防食塗料の使用が強く望まれている。そこで本
発明者らは電着塗料ならびにエマルション塗料などの水
系塗料に種々の防食顔料を配合し、これらを亜鉛メッキ
鋼材に塗装してその防食性能などについて検討したとこ
ろ、水系塗料に防食顔料を多量配合すると該塗料の貯蔵
安定性が低下し、特に電着塗料では塗装仕上がり性が十
分でなく、さらに防食性能についても上記有機溶剤系防
食塗料よりも劣るものであった。

本発明はこのような状況に鑑み、電着塗料などのような
水系塗料を下塗り塗料とする亜鉛メッキ鋼材の塗装系に
おける防食性を向上させる目的でなされたのである。そ
の結果、亜鉛メッキ鋼材に、乾燥塗膜の吸水率を特定の
範囲に調整した水系下塗り塗料を塗装し、次いで該塗面
に、水抽出液の電気伝導度が１００μび／ａｍ以上の防
食顔料を配合した塗料を塗装することによって、水系下
地塗料の貯蔵安定性ならびに塗装仕上がり性などを低下
させることなく防食性を著しく向上させることができた
のである。

すなわち１本発明は、亜鉛メッキ鋼材に乾燥塗膜の吸水
率が０．３〜２０重量％（５０℃において）である水性
下塗り塗料を塗装し１次いで該塗膜面に水抽出液の電気
伝導度が１００μ″Ｕ／ａ１以上である防食顔料を配合
した塗料を塗装し、さらに必要に応じて他の塗料を塗゛
り重ねることを特徴とする亜鉛メッキ鋼材の防食塗膜形
成方法に関するものである。

本発明の特徴は、水抽出液の電気伝導度が１００μＵ／
ａｍ以上の防食顔料を配合した塗料を吸水率が特定範囲
内に調整された下塗り塗膜面に塗装するところにある。

すなわち、防食顔料による鋼材の防食作用は、鋼材の腐
食進行環境下に存在する水分によって防食顔料に含まれ
る腐食抑制成分が溶出し、該成分が鋼材表面において鋼
材と化学的に反応することによると思われる１本発明で
は、下造り塗膜の吸水率が０．３〜２０重量％とじ、か
つ該塗膜面上に防食顔料含有防食塗膜を形成せしめであ
るので、腐食が進行する環境下において。

防食塗膜中の防食顔料に含まれる腐食抑制成分が溶出し
て水分と共に上記下塗り塗膜に吸収移行し、鋼材表面に
達して防食機能が十分に発揮されるのである。したがっ
て、本発明において使用する水性下塗り塗料には防食顔
料を配合する必要がないので、防食顔料を配合すること
によって生ずる欠陥１例えば貯蔵安定性低下、塗面平滑
性の劣化などを解消することができたのである。これら
に加えてさらに特筆すべきことは、本発明の方法によっ
て形成した塗膜の防食性が、従来の水性防食塗料および
前記有機溶剤系防食塗料などによる塗膜と比べて著しく
すぐれているという全く予期せぬ技術的効果が得られた
ことである。

次に１本発明による防食塗膜形成方法について具体的に
説明する。

まず、本発明に適用できる亜鉛メッキ鋼材はそれ自体す
でに公知のものであって、鋼材表面を亜鉛もしくは亜鉛
合金でメッキしたものが使用できる。亜鉛メッキ法には
何ら制限されないが、例えば亜鉛溶射、焼付法（浸透メ
ッキ）、電気メツキ溶融亜鉛メッキなどがあげられ、メ
ッキ材料としては亜鉛の他に、銅−亜鉛、ニッケルー亜
鉛。

スズ−亜鉛、アルミニウムー亜鉛、鉄−亜鉛などの亜鉛
を含む合金もあげられる。メッキによる亜鉛もしくは亜
鉛合金の付着量は２０ｇ／ｒｔｆ以上が好ましく、メッ
キ層は単層もしくは２層以上の複層であってもさしつか
えない。

本発明の方法は上記亜鉛メッキ鋼材に、まず、乾燥塗膜
の吸水率が０．３〜２０重景％（５０℃）である水性塗
料（以下、ｒ塗料Ａ」と略称することがある）を塗装す
るのである。

ここで、乾燥塗膜の吸水率は、該塗料Ａを乾燥膜厚が３
０μ（塗布面積５Ｘ５Ｃ１ｌ）になるように塗布し、そ
の成分に応じた条件で乾燥せしめた後、該塗膜を単離し
て５０℃の温水に４８時間浸漬し、引き上げ直後の塗膜
とそれを１０５℃で１時間乾燥した後の塗膜の重量をそ
れぞれ測定し、これらの結果を次式に算入して求めた値
である。

本発明において、塗料Ａは、その乾燥塗膜の吸水率を０
．３〜２０重量％好ましくは０．５〜５重量％に調整し
ておくことが重要である。乾燥塗膜の吸水率をこのよう
に調整することによって、該塗膜面上に塗り重ねた防食
顔料を含む塗膜から水抽出された該防食顔料の抽出成分
が該塗料Ａの塗膜内を容易に浸透して亜鉛メッキ面に陽
極（もしくは陰極）抑制効果を顕著にし、亜鉛メッキ層
を保護するものと推察される。したがって、上記乾燥塗
膜の吸水率が００３重量％より小さくなると防食性能が
著しく低下し、一方２０重量％より大きくなると防食顔
料の抽出成分が流出しゃすくなって十分な防食効果が得
られないのである。

該塗料Ａはビヒクル成分および水を主成分とする電着塗
料（アニオン型、カチオン型）、水溶液塗料、エマルシ
ョン塗料、水溶液とエマルションとの混合系塗料（自己
乳化型など）などである。

該ビヒクル成分としては、亜鉛メッキ面との付着性のす
ぐれた塗料用樹脂を使用することが好ましく、具体的に
はエポキシ系樹脂、アクリル系樹脂。

ポリブタジェン系樹脂などがあげられる。そして。

上記雨成分を主成分とする塗料Ａに、さらに必要に応じ
て、上記ビヒクル成分の硬化剤（架橋剤。

硬化促進剤なども含む）、着色顔料、体質顔料沈降防止
剤、乾燥剤、増感剤、たれ止め剤、有機溶剤などを配合
することができる。塗料Ａの塗装はハケ塗り、スプレー
塗装、静電塗装、浸漬塗装、電着塗装（アニオン又はカ
チオン）などで行なえ。

常温もしくは加熱するかまたは活性エネルギー（電子線
、紫外線）などによって塗膜を乾燥硬化せしめるのであ
る。塗装膜厚は、乾燥塗膜にもとずいて２〜６０μ、特
に５〜４０μが適している。

そして該塗膜の亜鉛メッキ面との付着強度は、建研式付
着が測定器にもとずいて、７５ｋｇ／１６ｃｊ以上、好
ましくは１００ｋｇ／１６ａＪ以上であることが適して
いる。

また１、該塗料Ａには防食顔料を性能を劣化させない程
度に配合することができる。さらに、該塗料Ａの乾燥塗
膜の吸水率は、ビヒクル成分への親　゛水幕（例えば、
アミノ基、カルボキシル基、水酸基など）の導入量、ビ
ヒクル成分の架橋密度、顔料の種類と配合量などを適宜
調整することによって上記範囲に容易にコント、ロール
できる。

上記塗料Ａは亜鉛メッキ面に直接塗装してもさしつかえ
ないが、該メッキ面をあらかじめ風化処理、硫酸亜鉛水
溶液処理、リン酸塩化成処理、クロメート化成処理など
で前処理しておくことが塗料Ａの塗膜との付着性向上な
どあために好゛ましい。

゛本発明の方法は、上記のごとく亜鉛メッキ鋼材に塗料
Ａを塗装後、該塗面上に、水抽出液の電気伝導度が１０
０μぴ７国以上である防食顔料を配合した塗料（以下、
「塗料Ｂ」と略称することがある）を塗装するのである
。

防食顔料とは金属の腐食を抑制もしくは防止する機能を
もつ顔料であって、単に色彩を付与するための着色顔料
ならびに塗膜の物理的性質を調節するための体質顔料と
明確に区別され、例えば鉛系顔料、クロメート系顔料、
金属粉顔料などをあげることができ、このうち、本発明
の方法で該塗料Ｂにおいて使用する防食顔料は、水抽出
液の電気伝導度が１００μぴ／ａ１以上、特に好ましく
は３００μぴ７１以上のものである。

防食顔料の水抽出液の電気伝導度の測定方法は、電気伝
導度が１μＵ／ａｍ以下の脱イオン水８０重量部と防食
顔料２０重量部とを混合し、３０℃で５日間放置（この
間１０分／日混合物をカクハンす、る）後、上澄液（水
抽出液）を取り出し、その電気伝導度を測定するのであ
る。本発明の塗料Ｂにおいて、水抽出液の電気伝導度が
１００μび／ｌより小さい防食顔料を用いると亜鉛メッ
キ鋼材の防食性を向上させることが困難となり好ましく
ない。

塗料Ｂにおいて使用することが可能な上記電気伝導度を
有する防食顔料としては、例えばジンククロメート（１
５７０μぴ／３）、ストロンチウムクロメート（９７３
μぴ／ａｌ）、クロム酸バリウム（７３６μ？Ｊ／Ｃａ
１）、クロム酸カルシウム（８０００μＵ／ａｍ）　、
塩基性クロム酸鉛（１１１μひ／ａｍ）−塩基性硫酸鉛
（１１８μＵ／ａ＋＋）　。

リン酸カルシウム（３３２μひ／ｃｍ）、モリブデン酸
亜鉛（３３３μσ／ａｍ）、モリブデン酸カルシウム（
２５６μＵ　／　ａｍ　）　、リンモリブデン酸アルミ
ニウム（１８２μぴ／ａｓ）、メタホウ酸バリウム（１
５４０μぴ／（１ｍ）、メタバナジン酸アンモニウム（
７４５０μＵ　／　ａｍ　）などがあげられ（カッコ内
は水抽出液の電気伝導度である）、これらは１種もしく
は２種以上使用できる。さらに。

これらの防食顔料のなかでも、特に上記の上澄液（水抽
出液）中での亜鉛腐食減量が、２０℃において１０日間
浸漬後で、１．０■／Ｊ以下、好ましくは０　、５　ｔ
ｎｇ　／　ｄ以下のものを使用すると防食性能を著しく
向上させることができるのである。

このような防食顔料としては、例えば、ジンククロメー
ト（０，０６■／ｄ）、ストロンチウムクロメート（０
，０６■／ｄ）、クロム酸バリウム（０，０７ｍｇ／ａ
り　、　りｏム酸ｆＪ）Ｌ／シウＡ（０，０８ｍｇ／ａ
Ｊ）、　リン酸カルシウム（０，２５ｍｇ／ａＪ）　。

モリブデン酸亜鉛（０，６３■／ｄ）、メタホウ酸バリ
ウム（０，２１■／ｄ）、メタバナジン酸アンモニウム
（０，２５■／Ｊ）などがあげられる（カッコ内は亜鉛
腐食減量である）、さらに好ましくは、ジンククロメー
ト、ストロンチウムクロメート、クロム酸バリウムおよ
びクロム酸カルシウムから選ばれた防食顔料を用いるこ
とである。また、該塗料已において、上記以外の防食顔
料を本発明が目的を達成できる範囲内において併用する
ことができる。

塗料Ｂは上記の防食顔料およびビヒクル成分を主成分と
し、さらに必要に応じて溶媒もしくは分散媒、硬化剤、
架橋剤、硬化促進剤、体質顔料、沈降防止剤、乾燥剤、
たれ止め剤、紫外線吸収剤などを任意に配合することが
できる。

ビヒクル成分としては、例えばエポキシ系樹脂。

アルキド系樹脂、ポリエステル系樹脂などが特に好適で
ある。溶媒もしくは分散媒としては水および（または）
有機溶剤が使用できる。該塗料Ｂは。

有機溶液型、非水分散液型、水溶液型、水分散液型粉体
型、粉体スリラー型、などの形態で使用できるが、特に
水を全くもしくは殆ど含まない塗料が好ましい。

塗料Ｂにおいて、防食顔料の配合量はビヒクル成分１０
０重量部（固形分）あたり、１〜１５０重量部、特に２
〜５０重量部が好ましい。塗装方法は前記塗料Ａと同様
にして行なえ、その膜厚は乾燥塗膜にもとすいて２〜８
０μ、特に１０〜６０μが好ましい、塗膜の乾燥硬化は
塗料は形態によって任意に採択でき、例えば常温もしく
は加熱によるかまたは電子線ならびに紫外線などの活性
エネルギー線の照射による硬化方法がある。また、塗料
Ｂの乾燥塗膜の吸水率を前記塗料Ａと同様な範囲に調整
しておくことが好ましい。

本発明の方法は、塗料Ａを２〜６０μ、好ましくは５〜
４０μの膜厚（乾燥塗膜）に塗装し、次いで該塗面に防
食顔料をビヒクル成分１００重量部あたり１〜１５０重
量部、好ましくは２〜５０重量部配合してなる塗料Ｂを
２〜８０μ、好ましくは１０〜６０μの膜厚（乾燥塗膜
）に塗装して防食塗膜を形成するのであるが、該両塗料
の膜厚（乾燥塗膜にもとすく）および塗料Ｂへの一食顔
料の配合量（ビヒクル成分１００重量部あたりの配合量
）の関係を次式に示す範囲内に調整することが好ましい
。

このように調整することによって１両塗膜の膜厚と防食
顔料の量とのバランスが良く、経済的に防食性能を向上
させることができる。

本発明の方法における防食塗膜の形成システムは、亜鉛
メッキ鋼材に、■塗料Ａを塗装し乾燥硬化せしめた後、
塗料Ｂを塗装して乾燥硬化せしめる。■塗料Ａを塗装し
、乾燥硬化せしめないで塗料Ｂを塗装し、次いで該両室
膜を乾燥硬化せしめるの２種類がある。このうち、塗料
Ａは水性であるため、上記■のシステムが良好で、特に
塗料Ａとして電着塗料を用いて塗装し加熱したのち、有
機溶液形のエポキシ系樹脂、アルキド系樹脂もしくはポ
リエステル系樹脂をビヒクル成分とする熱硬化性の塗料
Ｂを塗装し、加熱硬化せしめることが最も好ましい。

さらに本発明では、上記のごとく両塗料を塗装後、塗料
Ｂの塗面上に、塗料Ｂの塗膜中の防食顔料の流出を防ぎ
、かつ任意の色調に仕上げるために上塗り塗料を塗装す
ることも可能である。該上塗り塗料としては、塗料Ｂの
塗膜との密着性ならびに耐候性などのすぐれた塗料が好
適であって、例えばアクリル樹脂、アルキド樹脂などを
主たるビヒクル成分とする常温乾燥型もしくは加熱乾燥
型の有機溶剤系もしくは水性系の塗料があげられる。該
上塗り塗料は、塗料Ａおよび塗料Ｂを前記■もしくは■
の方法で塗装し乾燥せしめた後に塗装してもさしつかえ
ないが、塗料Ａ、塗料Ｂならびに上塗り塗料を乾燥硬化
せずに塗り重ねた後、これら３層塗膜を同時に乾燥硬化
する、または塗料Ａを塗装し、乾燥硬化させた後、塗料
Ｂならびに上塗り塗料を塗り重ねた後該両塗膜を同時に
乾燥硬化せしめることもできる。上塗り塗膜は乾燥塗膜
にもとずいて１０部以上、好ましくは２０部以上の膜厚
が適しており、該塗膜自体で２コート１ベークもしくは
２コート２ベークシスなどによりメタリック仕上げもし
くはソリッドカラー仕上げを行なうこともできる。

本発明の方法によって防食塗膜を形成せしめた亜鉛メッ
キ鋼材は、乗用車、オートバイ、トラック自転車などの
自動車関係、橋梁、鉄塔、デツキプレート、海洋構築物
、形鋼などの建築構築物、カラートタンなどの建築用資
材、電気製品、事務器、鋼製家具などに適用することか
で・きる。

次に、本発明の実施例、比較例について説明する。部お
よび％は原則として重量部および重量％である。

■　試料 （１）亜鉛メッキ鋼材 亜鉛８９％とニッケル１１％とからなるメッキ層を持つ
厚さ０．８ｍの電気メツキ鋼板（目付量２０〜２５ｇ／
ｍ）を、ディップ型リン酸亜鉛表面処理液ＢＴ−３００
４（日本パーカーライジング社製）で表面化成処理を行
なった。

（２）塗料Ａ（水性） Ａ−１：熱硬化性ポリブタジェン系アニオン型電着塗料
（乾燥塗膜の吸水率２．８％であり、防食顔料を全く含
んでいない、） Ａ−２：熱硬化性エポキシポリアミド系カチオン型電着
塗料（乾燥塗膜の吸水率４．０％であり、防食顔料を全
く含んでいない。）（３）塗料Ｂ（有機溶液） Ｂ−１＝アラルダイト６０９７　（チバガイギー社商品
名、エポキシ樹脂）６０部、ベッカミンＰ−１３８（シ
ェル化学社商品名、尿素樹脂６０％溶液）３４部、ＪＲ
−６００Ｅ（帝国化工（株）商品名、ルチル型チタン白
）４０部、層性硫酸バリウムＢＡ（堺化学工業（株）商
品名）２０部および有機溶剤１８０部からなる組成物に
防食顔料を第１表に示した比率で分散混合せしめた。

Ｂ−２：カージュラ３０（シェル化学社商品名、アルキ
ド樹脂８０％溶液）６２．５部、ＪＲ−６００Ｅ　４０
部、層性硫酸バリウムＢＡ　２０部、スミマール５０Ｓ
　（住友化学（株）商品名、メラミン樹脂８０％溶液）
３７．５部および有機溶剤１８０部からなる組成物に防
食顔料を第１表に示した比率で分散混合せしめた。

Ｂ−３：カージュラ３０　１２．５部、ＪＲ−６００Ｅ
　　４０部、層性硫酸バリウムＢＡ　２０部、ベラフラ
イトＭ−６４０２−５０（大日本インキ工業（株）商品
名、ポリエステル樹脂５０％溶液）８０部、スミマール
５０Ｓ　　３７．５部および有機溶剤１５０部からなる
組成物に防食顔料を第１表に示した比率で分散混合せし
めた。

第　　１　　表 （注）　第１表において、防食顔料がいずれも堺化学工
業（株）製であり、これらの水抽出液電気伝導度ならび
に亜鉛腐食減量は前記と同、じある。また、これらの配
合量は各塗料中のビヒクル成分（固形分）１００重量部
あたりを示す。そして、各顔料の配合量は、塗料基の欄
のＢ−１〜Ｂ−３の該当する塗料へ配合したことである
。

（４）上塗り塗料（有機溶液） Ｃ−１：熱硬化性アミノアクリル樹脂系塗料（白色） Ｃ−２：熱硬化性アミノアルキド樹脂系塗料（白色） ■　実施例および比較例 （１）塗料Ａの塗装 前記亜鉛メッキ鋼材に塗料Ａ−１および塗料Ａ−２を常
法によって乾燥塗膜にもとずいて２０μになるようにそ
れぞれ電着塗装し、１７０℃で３０分加熱して硬化せし
めた。

（２）塗料Ｂの塗装 上記塗料Ａを塗装した塗面に、前記塗料Ｂ−１−１〜Ｂ
−３−４をバーコーターで塗装し、塗料Ｂ−１−は１６
０’ＣＸ３０分、塗料Ｂ−２−および塗料Ｂ−３−は１
４０”ＣＸ　３０分それぞれ加熱して硬化させた（硬化
膜厚３ｏμ）。

（３）上塗り塗料の塗装 上記塗料Ｂを塗装した塗面に、塗料ｃ−１゜Ｃ−２（い
ずれもフォードカップ＃４３ｏ秒の粘度に調整）を塗装
し、１４０’ＣＸ３０分加熱して硬化せしめた。

■　性能試験結果 上記塗装鋼板を鋼材部分に達するように塗膜側からナイ
フでカット傷３本を入れてから耐食性試蕨を行ない、各
カット部片側の最大フクレ長さく　ｔｒｍ　）を調べ、
３本の平均値をもとめた。その結果は第２表のとおりで
ある。

耐食性＝７日間を１サイクルとして、１日目から４日目
までは毎日、耐塩水噴霧試験機（３５℃、５％食塩）に
４時間入れ、６０℃で３時間乾燥した後、４０℃で湿度
８５％の室内に放置するという工程を反復し、５日目は
上記と同様に耐塩水噴霧試験機に入れ、かつ６０℃で乾
燥させた後。

屋外でばくろし、６，７日目は終日屋外ばくろしたもの
であって、これを１０サイクル行なった。

筑　　２：！Ｉ 第２表において、上塗り塗料は、実施例１〜８および比
較例１，４でＣ−１を、それ以外はＣ−２を使用した。

比較例１〜３は塗料Ｂとして防食顔料を除去したもので
あり、比較例４．５はＡ　−１ならびにＡ−２にジンク
クロメートＣを、比較例６はＡ−１ならびにＡ−２にク
ロム酸バリウムＡをそれぞれビヒクル成分１００重量部
あたり２重量部配合した塗料を用い、しかも塗料Ｂには
防食顔料を含んでいない。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 亜鉛メッキ鋼材に乾燥塗膜の吸水率が０．３〜２０重量
   ％（５０℃において）である水性塗料を塗装し、次いで
   該塗膜面に水抽出液の電気伝導度が１００μ■／ｃｍ以
   上である防食顔料を配合した塗料を塗装し、さらに必要
   に応じて他の塗料を塗装することを特徴とする亜鉛メッ
   キ鋼材への防食塗膜形成方法。