WO2010123028A1

WO2010123028A1 - 導電性金属塗料及び導電性金属塗料による防食方法並びに防食補修方法

Info

Publication number: WO2010123028A1
Application number: PCT/JP2010/057061
Authority: WO
Inventors: ファービニア・Ｈロメロ; 芳子西嶋; 治雄濱木; 新治佐藤; 太郎二木; 保典茂木
Original assignee: アルファ工業株式会社; オイレス工業株式会社
Priority date: 2009-04-22
Filing date: 2010-04-21
Publication date: 2010-10-28
Also published as: EP2423268A1; EP2423268A4; KR101722793B1; KR20120013387A; US20120114845A1; JPWO2010123028A1; US9290670B2; JP5698122B2; CN102414280A

Abstract

【課題】設備の制限や取扱の煩雑さがなく、かつ防食作用を長期間にわたり維持できる、汎用性の高い導電性金属塗料を提供する。【解決手段】有機系樹脂成分と、鉄に対して犠牲防食反応を示すアルミニウムとマグネシウムを含む金属成分を有する導電性金属塗料。金属成分と有機性樹脂成分の含有比率は、重量比で９８:２～８０:２０が望ましい。本発明に係る導電性金属塗料は、建築構造物または土木構造物の防食、及び既存の建築構造物または土木構造物の防食表面の補修に使用できる。

Description

導電性金属塗料及び導電性金属塗料による防食方法並びに防食補修方法

　本発明は、腐食環境下に置かれる建築構造物又土木構造物等に用いられる鋼材用の防食塗料及びこの防食塗料を使用した防食方法並びに防食補修方法に関する。

　従来より建築構造物や土木構造物に用いられる耐久性を有する防食方法として使用されている方法には、鉄素地との電位差を利用し犠牲陽極反応を生じさせ防食する溶融亜鉛めっき、無機系亜鉛塗料、有機系亜鉛塗料による塗装方法のほか、亜鉛を含む金属溶射法などがある。

　溶融亜鉛めっきは、建築構造物においては外装部分特に屋根などに使用され、土木構造物においては鋼製橋梁の上部構造体（ボックス桁）や支承材、さらにガードレールや道路標識の支柱など広範囲に用いられている。

　しかしながら、広く防食のために使用されている溶融亜鉛めっきは、通常、工場内に設置されためっき槽の中へ浸漬する工程が取られるため、槽の大きさによって溶融亜鉛めっきを施す製品の大きさに制限が生じ、大きなものができないという欠点があった。さらに、溶融亜鉛めっき槽の温度は４３０℃～５１０℃であるため、めっきされる製品（鋼材）に熱による変形が生じ、めっき後に製品の平坦性を確保するための矯正作業を必要とする場合があった。そして、その矯正作業ではめっき表面の割れや損傷にも気を配らなければならなかった。

　さらに、溶融亜鉛めっきは、一般的に使用される亜鉛地金に蒸留亜鉛を用いることが多いが、この蒸留亜鉛については、含有するカドミウムや鉛が亜鉛とともにめっき混入することが指摘され、近年ヨーロッパ諸国で広まりを見せるＲｏＨＳ指令（Ｒｅｓｔｒｉｃｔｉｎｇ　ｔｈｅ　ｕｓｅ　Ｏｆ　Ｈａｚａｒｄｏｕｓ　Ｓｕｂｓｔａｎｃｅｓ）により、その使用については慎重に行う傾向がある。

　無機系亜鉛塗料、有機系亜鉛塗料の塗装も犠牲防食方法として広く使用されている。無機系の塗料は付着力にかけるため、塗布される製品（鋼材）との付着力の確保のために、ブラスト等の素地調整を入念に管理しこれを行う必要があり、特に亜鉛めっきと同等の防食性能を期待する場合は、その膜厚を厚くするため、高い付着力を安定的に長期間維持しなくてはならないが、これを達成するには多大な困難を伴うものであった。これに対し、有機系樹脂をバインダとした、有機系亜鉛塗料を使用する塗装においては、無機系亜鉛塗料を使用する塗装と比較して、塗布される製品（鋼材）との付着力を良好に確保することが可能である。

　上記亜鉛を含む塗料の塗装のほか、たとえば特許文献１に示すように、鉄に対して犠牲陽極反応を示す金属材料である、亜鉛、アルミニウム、マグネシウムなどを溶射し、それらからなる溶射金属皮膜を母材上に形成させる技術がある。この場合の溶射金属は母材である鉄に対し犠牲陽極反応を示せばよいため、使用する各金属が、単体、合金又は擬合金のいずれであっても良好に防食を行なうことができる。

　犠牲陽極反応を示す金属材料を溶射し防食する技術は、予めブラストやパワーツールにより表面処理した製品表面へ、溶射用のガンにより溶融させた金属を高温で吹き付けて付着させるだけで良いため、前出した溶融亜鉛めっきのように、製品の温度が高温になることもなく、母材の熱変形を好適に防止でき、あわせてめっき槽のサイズによって、施工する製品の大きさの制限を受けることもない。

　しかし、溶射技術であっても、溶射ガンを使用して溶射するアルミニウムやマグネシウムの溶融金属は、溶射表面と好ましくは直角に吹付けられることが必要であり、溶射ガンが入らないような狭隘部分や、溶射用に必要なガス類のボンベや電源を持ち込めないような施工現場での作業は困難であった。

　したがって、鉄の犠牲防食の汎用的な方法としては、亜鉛を犠牲防食成分として使用する方法が広く実施されてきたのである。しかし、亜鉛を使用するには前述のように、原料鉱に鉛、カドミウムが混在するため、精製等を行わなくてはならないという問題がある。さらに、亜鉛は犠牲陽極反応を鉄素地に対し早期に生じさせることができる点では好ましい材料と言えるが、反面、その溶出する速度が早いため、耐久時間が比較的短く、長期間安定して犠牲陽極反応を維持し防食を行うには、補修等の頻回なメンテナンスを要する、という問題もあった。そのため、亜鉛に匹敵するほどの十分な犠牲防食反応を示し、かつ、耐久性を保持できる、他の金属を使用した技術が要望されてきたのである。

　特許文献２には、エアゾル化させた犠牲防食性を有する金属または合金の微粒子を鋼材表面に吹付けることで形成させた被覆膜の技術が開示され、犠牲防食性を有する金属または合金として亜鉛、アルミニウム、マグネシウムのうちいずれか１種または２種以上を含有することが好ましいとしている。
　しかし、特許文献２はエアゾル化した金属または合金の微粒子を防食表面へ吹付けて鋼材表面に衝突させて被覆膜を形成させる技術であり、エアゾル用に吹付用の設備（エアゾル化室、分級室、噴射ノズル、ガス発生室、成膜室、真空ポンプ）が必要であり、さらにはヘリウム、窒素などの不活性ガスも必要であり、やはり、現場施工で容易に被覆膜を形成できるものではなかった。

　なお、エポキシ樹脂１００重量部に亜鉛粉末を１００～９００重量部配合した粉体塗装（粉体焼付け塗装）用の組成物について特許文献３に開示がある。これは、あくまでも粉体焼付け塗料を提供するもので、これまた専用の設備が必要となり、簡易な塗装施工はできない。

特開２００５－１２６７５０号公報特開２００７－１４６２６７号公報特開平１１－１５８４１５号公報

　本発明は、前記従来技術の問題に鑑み、溶融亜鉛めっき槽等の設備の制限を受けず、溶融亜鉛めっき処理による高い温度の入熱による母材の変形を防止でき、亜鉛を使用しなくとも、亜鉛と同等以上の犠牲陽極反応による母材の防食作用を生じさせ、工場施工はもとより現場施工においても大きな設備を必要とせず容易に塗布できる導電性金属塗料及び該導電性金属塗料による防食方法並びに防食補修方法を提供することにある。

〔請求項１記載の発明〕
　請求項１記載の発明は、鉄に対して犠牲防食作用を生じる金属成分と有機系樹脂成分とを主成分として含む導電性金属塗料であって、前記金属成分としてアルミニウムとマグネシウムを含むことを特徴とする導電性金属塗料を提供する。

（作用効果）
　従来、犠牲防食作用を生じる金属としては、高い犠牲防食反応を示す亜鉛が広く使用されていたが、原料鉱に含まれる鉛、カドミウムによる環境汚染の問題、防食性能の耐久性の問題などがあった。本発明は、亜鉛を使用せず、アルミニウムとマグネシウムの両者を使用することで、亜鉛に匹敵する犠牲防食反応を示し、かつ防食性能の高い耐久性を示すことを知見し、これを利用した犠牲防食塗料を提供するものである。

　図１に、アルミニウム、マグネシウムを塗布した鉄素地のクロスカット部分における犠牲防食反応の概略を模式的に示した。マグネシウム（Ｍｇ）の犠牲防食反応の反応速度は、亜鉛に匹敵するほど早いため、鉄素地よりも早期に溶出し（図１（ａ））、酸化マグネシウム、水酸化マグネシウム等の皮膜を形成して、鉄素地のカバーリングを行う（図１（ｂ））。鉄素地自体も若干酸化溶出するものの、マグネシウム（Ｍｇ）皮膜が早期に形成され、鉄素地をカバーするため、鉄の溶出はわずかな量のみで食い止められる。アルミニウム（Ａｌ）は、マグネシウム（Ｍｇ）と比して反応速度は遅いものの、長時間鉄表面で保持される性質がある。溶出したアルミニウム（Ａｌ）は、酸化アルミニウム等の皮膜を形成し、鉄表面とそれを覆うマグネシウム（Ｍｇ）をさらに覆うようにして、比較的長期にわたってこれらを保護する（図１（ｃ））。したがって、アルミニウム（Ａｌ）とマグネシウム（Ｍｇ）とを組み合わせて金属成分とすることで、高い犠牲防食能を有し、かつ耐久性を有する導電性金属塗料を得ることが可能となる。

　本発明は犠牲防食方法として有機系樹脂成分からなる有機系金属塗料を使用するものであり、従来使用されてきた、溶融亜鉛めっき、金属溶射と比較し、特殊な設備や機材を必要とせず、刷毛、ローラー、ヘラ、コテ等での塗布が可能である。そのため、従来溶射を施すことが難しかった狭隘な部位においても防食処理が可能となる。

〔請求項２記載の発明〕
　請求項２記載の発明は、前記金属成分として、アルミニウム粉とマグネシウム粉の混合粉、アルミニウム／マグネシウム合金粉、または両方を塗料中に含む請求項１記載の導電性金属塗料を提供する。

（作用効果）
　本項記載の金属塗料は、前記金属成分として、アルミニウム、マグネシウムをそれぞれの粉体として（混合粉として）含有することも、アルミニウム／マグネシウム合金粉として含有することも、また前記混合粉と合金粉とを混合した状態で含有することもできる。しかし、アルミニウム、マグネシウムの個々の特性が出やすい、製造コストを抑えられる、という利点があることから、混合粉とすることがより好ましい。

　アルミニウム粉、マグネシウム粉は粒径が小さいほど、有機系樹脂成分への分散性を良好にすることができ、金属成分が偏析していない均一の状態を作ることができる。また、金属の表面積が大きくなり、犠牲防食反応の反応性が高くなる。しかし、これらの金属粉、特にマグネシウム粉は引火性が高いため、金属粉の粒径をあまり小さくしすぎると、粉塵爆発の要因となり、製造工程上危険である。金属粉の粒度は、前記製造上の問題が生じない範囲で、７５メッシュアンダー、好ましくは１００メッシュアンダー、より好ましくは２００メッシュアンダーとする。

〔請求項３記載の発明〕
　請求項３記載の発明は、前記金属成分のアルミニウムとマグネシウムの含有比率が重量比で５：９５～７０：３０である請求項１または２に記載の導電性金属塗料を提供する。

（作用効果）
　導電性金属塗料中に含まれる金属成分の組成は、アルミニウムとマグネシウムの含有比率を重量比で５：９５～７０：３０とすることが好ましく、更に５：９５～５０：５０とすることがより好ましい。前述のように、マグネシウムは反応性が高く、早期に溶出するのに対して、アルミニウムは比較的安定性が高いため、マグネシウムをより多く配合することで、マグネシウムの高い防食作用を長時間維持することができる。加えて、アルミニウムの有する長期安定性をも発揮するために、アルミニウムの含有量は、重量比で５％以上配合することが好ましい。

　更に、鋭意検討の結果、導電性金属塗料が高度の防食作用と防食安定性の両者を満足するアルミニウムとマグネシウムの含有比率は重量比で３５：６５～１５：８５、より好適には３０：７０～１５：８５、さらに好適には３０：７０～２０：８０であることを知見した。

〔請求項４記載の発明〕
　請求項４記載の発明は、前記金属成分と有機系樹脂成分との硬化時の配合比率が重量比で９８：２～８０：２０である請求項１記載の導電性金属塗料を提供する。

（作用効果）
　金属成分と有機系樹脂成分との配合比を重量比で９８：２～８０：２０として、この範囲で適宜調整することにより、本発明に係る導電性塗料の流動の程度を所望に調整できる。使用する塗料の流動性により、作業現場状況にあわせて、刷毛塗り、ローラー塗り又はコテ塗り塗布方法を選択し、金属成分と有機系樹脂成分との配合比を変更することができる。有機系樹脂成分の配合比が重量比で２０を超えると、金属成分の表面の大部分を非導電性の樹脂成分が被覆してしまい、金属成分の防食反応の反応性を十分に発揮することができ難い。導電性金属塗料の金属成分の特性をより効率よく発揮させるためには、有機系樹脂成分の配合は可能な限り少なくすることが好ましいが、有機系樹脂成分が重量比で２未満となると、流動性、目的物への付着性は得られなくなり、塗料としての機能を果たさなくなってしまう。

　使用する有機系樹脂成分については、特に粘度の低いものを使用すると、有機系樹脂成分の配合量を２％程度まで減じることが可能となり、導電性金属塗料の金属成分の特性をより効率よく発揮させることができる。

〔請求項５記載の発明〕
　請求項５記載の発明は、鉄に対して犠牲防食作用を生じる金属成分と有機系樹脂成分とを主成分として含み、前記金属成分としてアルミニウムとマグネシウムを含む導電性金属塗料を、鉄からなる建築構造物または土木構造物に塗布することを特徴とする導電性金属塗料による防食方法を提供する。

（作用効果）
　アルミニウム及びマグネシウムを犠牲防食金属として使用する導電性金属塗料を塗布する防食方法を用いることで、従来溶融亜鉛めっきが不可能であった、巨大な固定建造物などに対しても直接防食処理を施すことができる。また、従来金属溶射が困難であった、狭小な部位や、橋梁等の高所の現場作業においても、容易に防食処理を施すことが可能となった。

〔請求項６記載の発明〕
　請求項６記載の発明は、鉄に対して犠牲防食作用を生じる金属成分と有機系樹脂成分とを主成分として含み、前記金属成分としてアルミニウムとマグネシウムを含む導電性金属塗料を、既存の建築構造物または土木構造物の防食処理の施された表面に塗布することを特徴とする導電性金属塗料による防食補修方法を提供する。

（作用効果）
　アルミニウム及びマグネシウムを犠牲防食金属として使用する導電性金属塗料を塗布する方法を用いることで、固定された建造物などで、すでに防食処理が施された部位について、容易に補修作業を行うことが可能である。

　本発明による導電性金属塗料によれば、犠牲防食作用を容易に生じさせることができ、亜鉛による犠牲陽極反応を利用した防錆仕様に比較して、同等以上の防食効果と、高い耐久性を得ることができると共に、狭小な部位にも施工することができ、特別大掛かりな工程や設備を用いることなく構造物の防食処理が実施でき、さらには橋梁等の高所の現場作業においても容易に施工することも可能となる。

　さらに、本発明による導電性金属塗料において、金属成分と樹脂成分の配合比率を変えることによって、実際の施工に当たっては、スプレーによる塗布、刷毛による塗布、ローラーによる塗布又はコテ作業等の塗装方法を選択し、使用形態にあわせ適宜前記配合比率を選択することが可能である。また、塗料の流動性を調整することができるため、防食する部位に割れがあった場合、その割れに充填するパテとしての機能を発揮させることができ、広範囲の防食ツールとして用いることができる。

　加えて、本発明による導電性金属塗料は亜鉛を含まないため、ＲｏＨＳ指令による環境影響評価の対象とならないため、使用に際して特別の措置を必要とせず、安全性管理の負担が少ない。

アルミニウム、マグネシウム含有塗量が鉄素地を保護する機構を示した模式図である。キャス試験の結果を示す写真である。（ａ）実施例４、（ｂ）比較例６。キャス試験の評価時間１２０時間の結果を示す写真である。対応関係は次のとおりである。（ａ）比較例１３、（ｂ）比較例１４、（ｃ）実施例８、（ｄ）実施例９、（ｅ）実施例１２、（ｆ）実施例１３、（ｇ）実施例１４、（ｈ）比較例１５。キャス試験の評価時間１２０時間の結果を示す写真である。対応関係は次のとおりである。（ａ）比較例１６、（ｂ）比較例１７、（ｃ）実施例１５、（ｄ）実施例１６、（ｅ）実施例１９、（ｆ）実施例２０、（ｇ）実施例２１、（ｈ）比較例１８。複合サイクル試験の評価時間３６０時間の結果を示す写真である。対応関係は次のとおりである。（ａ）比較例１３、（ｂ）比較例１４、（ｃ）実施例８、（ｄ）実施例９、（ｅ）実施例１０、（ｆ）実施例１１、（ｇ）実施例１２。複合サイクル試験の評価時間３６０時間の結果を示す写真である。対応関係は次のとおりである。（ａ）比較例１６、（ｂ）比較例１７、（ｃ）実施例１５、（ｄ）実施例１６、（ｅ）実施例１７、（ｆ）実施例１８、（ｇ）実施例１９。

　本発明は、鉄に対して犠牲防食作用を生じる金属成分と有機系樹脂成分とを主成分として含む導電性金属塗料である。この塗料は、裸の鋼材、鋼板のほか、メッキや各種塗膜が形成された鋼板又は鋼材に対して、その防食用として使用することもでき、裸の鋼材又は鋼板に施されたプライマー被膜の上に、本発明の導電性金属塗料の被膜を形成することもできる。さらに、防食補修を目的とする場合、本発明の導電性金属塗料を塗布する対象面の塗料成分に限定はない。
　本発明の導電性金属塗料は、鉄に対して犠牲防食作用を生じる金属成分と有機系樹脂成分とを主成分として含むが、他の成分を硬化時の配合重量比率で、５％程度以下であれば後述の実施例で示す傾向になんら変化はないから、配合重量比率で、５％程度以下であれば、他の金属成分、好ましくは鉄より卑なる金属、たとえば亜鉛又は亜鉛・アルミニウム合金を配合することができる。
　本発明においては、金属成分としてアルミニウムとマグネシウムを含む。これらは混合粉でもよいし、アルミニウム／マグネシウム合金粉として含有することも、また前記混合粉と合金粉とを混合した状態で含有することもできることは既述のとおりである。
　アルミニウムとマグネシウムの含有比率を重量比の好適範囲についても既述のとおりである。
　本発明における有機系樹脂成分としては、エポキシ系樹脂、とりわけ二液硬化性エポキシ系樹脂が最適である。本発明で用いるエポキシ樹脂としては、従来より、塗料組成物に使用されているものであれば、特に制限なく、各種のエポキシ樹脂を使用することができる。このようなエポキシ樹脂としては、例えば、ビスフェノールＡや、ビスフェノールＦ、ビスフェノールＳ、ノボラック系のグリシジルエーテル型、グリシジルエステル型、グリシジルアミン型、ジシクロペンタジエン骨格型、ビフェノール型等が挙げられる。コスト面と性能のバランスからビスフェノールＡや、フェノールＦ、ノボラック系が好適である。特に溶融粘度の低さからビスフェノールＡを主体とする物が好適である。
　本発明で使用するエポキシ樹脂の当量は、通常、６００～２０００ｇ／当量、好ましくは、６００～１５００ｇ／当量であることが適当である。硬化剤としては、従来より、エポキシ樹脂含有粉体塗料組成物における硬化剤として使用されているものであれば、特に制限されることなく、各種の硬化剤を使用することができる。このような硬化剤としては、例えば、ＤＤＭ（ジアミノジフェニルメタン）のような芳香族ジアミンや、脂肪族アミンと脂肪族ジカルボン酸の縮合物、ポリアミドアミン、ジシアンジアミド、イミダゾール等のアミン系硬化剤、無水テトラヒドロフタル酸、無水ベンゾフェノンテトラカルボン酸、無水トリメリット酸、無水ピロメリット酸、トリメリット酸エチレングリコールの縮合物の様な酸無水物類、デカンジカルボン酸、イソフタル酸、酸末端ポリエステル樹脂の様な酸系硬化剤、三弗化硼素金属錯体等のルイス酸金属錯体類、平均で１分子当たりフェノール性水酸基を１．５　個以上有するフェノール系化合物等が挙げられる。硬化剤は、エポキシ樹脂に対して、通常、当量比で、０．２以上となるように使用することが適当である。
　本発明の塗料には、従来より使用されている顔料を適宜配合することができる。このような顔料としては、例えば、着色顔料や、体質顔料等を挙げることができる。着色顔料としては、例えば、酸化チタンや、ベンガラ、酸化鉄、キナクリドン、カーボンブラック、アゾ化合物、ジオキサン、スレン、フタロシアニンの金属錯体、その他金属塩を主とする物が列挙できる。体質顔料としては、例えば、硫酸バリウムや、二酸化珪素、タルク、炭酸カルシウム、チタン酸カリウムウィスカ、ホウ酸アルミニウムウィスカ、ウォラストナイト、酸化アルミニウム、アスベスト、セラミックパウダー等が列挙できる。また、ストロンチウムクロメート等の防錆顔料も使用可能である。その他の添加剤も配合することができる。そのような添加剤としては、例えば、レベリング剤や、顔料分散剤、チクソトロピック性付与剤、表面張力低下剤などが使用できる。この種の顔料や添加剤は、硬化時の配合重量比率で、３％程度以下であれば配合できる。
　本発明においてエポキシ樹脂のほか、付着力、金属成分の分散が好適であれば、例えばウレタン樹脂、アクリル樹脂を用いてもよく、またこれらからなる複合系樹脂成分であっても良い。
　本発明の前記金属成分と前記有機系樹脂成分との硬化時の配合比率としては、重量比で９８：２～８０：２０が望ましい。

〔試験例１〕従来技術との比較
　本発明に係る導電性塗料を製造し、従来技術と比較した防食性能試験を行った。表１に、実施例１～７として、本発明に係る実施品の組成、条件を示した。併せて、従来技術を含めた比較例１～１２の検討条件を示した。
　実施例１～５，比較例１～４に用いたアルミニウムとマグネシウムは金属粉の状態で、ともに１００メッシュアンダー品を使用し、有機系樹脂としては二液性エポキシ系樹脂（主剤：変性エポキシ樹脂、硬化剤：変性脂肪族ポリアミン）を使用した。前記アルミニウム粉とマグネシウム粉の混合比率を重量比率で、５０：５０（実施例１～４）、７０：３０（実施例５）、９５：５（比較例１～４）の３段階とした金属成分を作成し、該金属成分と樹脂成分との混合比率を硬化時の重量比率で９５：５から８５：１５とした。

　実施例６，７において、アルミニウムとマグネシウムの比が５０：５０となるように調製した、１００メッシュアンダー合金粉を金属成分とし、該金属成分と樹脂成分との混合比率を硬化時の重量比率で９８：２から９８：３とした。

　前記手順で作成した各塗料を使用し、以下の手順により防食試験を行った。防食試験としては、促進試験であるキャス試験法（ＣＡＳＳＴＥＳＴ：Ｃｏｐｐｅｒ－ＡｃｃｅｌｅｒａｔｅｄＡｃｅｔｉｃＡｃｉｄＳａｌｔＳｐｒａｙＴｅｓｔ）を採用した。キャス試験の条件はＪＩＳＨ８５０２に準拠し、試験液は酢酸酸性の塩化ナトリウム溶液に塩化第二銅（II）二水和物を添加した溶液（ＮａＣｌ５０±５ｇ／Ｌ、ＣｕＣｌ₂ ０．２０５±０．０１５ｇ／Ｌ、ｐＨ＝３．１～３．３（酢酸酸性））とし、試験槽内温度を５０±２℃、噴霧量を１．５±０．５ｍＬ／ｈ（８０ｃｍ²）として評価時間を９２時間とした。なお、途中試験体表面の経過確認として４８時間、７２時間の夫々の時間で一旦キャス試験機から試験体を取り出し表面観察を行った。

　キャス試験に用いる試験体の素地材料はＳＰＣＣ鋼材（ＪＩＳ　Ｇ　３１４１　冷間圧延鋼板及び鋼帯）とし形状は７０ｍｍ×１５０ｍｍ×板厚１．６ｍｍとした。塗装面は研削材をグリットとしてブラスト処理（ＩＳＯ　Ｓａ３．０の素地調整）し、Ｓｍ／Ｒｚ比を４．０以下にした。素地調整された板面への塗装は作成された塗料の粘度により適宜、刷毛塗り、コテ塗りとして施工し、硬化時の膜厚を１５０μｍ～３６０μｍを目標として管理した。

　なお、試験体のエッジ部分からキャス試験に用いる腐食液が進入するのを防止するため、試験体の裏面全面と腐食液暴露面のエッジ面から端幅５ｍｍを絶縁材で養生した。絶縁材としては変性エポキシ樹脂プライマーを膜厚１００μｍ以上で塗布した。

　各試験体腐食液暴露面には防食皮膜の欠損や傷による腐食進行状態を観察するため、ＪＩＳＨ８５０２に記載されている方法により皮膜面にクロスカットを与え試験に供した。

　比較例５～１２は、市販の犠牲陽極反応を利用した防食塗料である有機系亜鉛プライマー（日本ペイント社製「ニッペジンキー８０００ＨＢ」）（比較例５，６）と、有機系亜鉛ペイント（日本ペイント社製「ニッペジンキーメタルグレー」）（比較例７，８）と、常温亜鉛めっき剤（Ｚｎ含有量９５％、エポキシ系樹脂１液、比較例９，１０）と、更に亜鉛アルミニウム（亜鉛：５０、アルミ：５０）溶射（封孔処理なし、比較例１１，１２）とを実施例と同様にＳＰＣＣ鋼材に塗布し、クロスカットを与え、同様の条件でキャス試験を行った。なお、比較例の塗膜の膜厚は、通常の使用で想定される厚さとした。

　キャス試験の評価は、目視にて錆、塗装のレホがれ等の有無を判定することにより行った。判定基準は下記の通りである。
　◎：錆がほとんど見られない。
　○：クロスカット部の一部にのみ軽微な錆が見られる。
　△：クロスカット部に全体的に軽微な錆が見られる。
　×：クロスカット部に著しい錆が見られる、またはクロスカット部とクロスカット部以外に渡り、全体的に錆が見られる。

　９２時間後の試験結果は表１に示す通りである。実施例１～４に係る、アルミニウム粉５０ｗｔ％、マグネシウム粉５０ｗｔ％で混合した塗料においては、樹脂成分との混合比率に依存することなく良好な防食効果が見られ、またアルミニウム粉７０ｗｔ％、マグネシウム粉３０ｗｔ％で混合した塗料においても、良好な効果が見られた。一方、比較例１～４に係る、アルミニウム粉９５ｗｔ％、マグネシウム粉５ｗｔ％で混合した塗料においては、４８時間後にはクロスカット部に顕著な錆が見られたことから、十分な犠牲防食効果を示すためには、塗料の金属成分中には５％を超えるマグネシウムを配合すべきであることが判明した。

　比較例５，６としての有機系亜鉛プライマー、比較例７，８としての有機系亜鉛ペイントは、４８時間では比較的良好であったが７２時間経過後よりクロスカット部分に錆が生じ犠牲陽極反応を生じさせる状況ではなかった。

　比較例９，１０としての常温亜鉛メッキ剤は、腐食液暴露面全体に膨れこぶが生じ、表面に多数の凹凸が発生し、クロスカット部分の犠牲陽極反応を確認できる状態ではなかった。これは被膜を腐食液が透過し被膜の下の鉄素地が腐食したものと思われる。

　また、比較例１１，１２としての亜鉛アルミニウム溶射の試験体も前記常温と同様に、腐食液暴露面全体に膨れこぶが生じ、表面に多数の凹凸が発生し、クロスカット部分の犠牲陽極反応を確認できる状態ではなかったが、これは溶射被膜に対し封孔処理を行わなかったために腐食液が透過し被膜の下の鉄素地が腐食してものと思われる。いずれにしても、これらの比較例はキャス試験条件をクリアできたものでないと言える。

　図２に、本キャス試験に供した試験体のうち、良好な防食性を示した実施例４（アルミニウム粉５０ｗｔ％、マグネシウム粉５０ｗｔ％で混合し、樹脂成分との混合比率が８５．５ｗｔ％：１４．５ｗｔ％のもの）と、比較例６（有機系亜鉛プライマー）の９２時間経過後の状態を示す。

　実施例のうち、防食性が良好であった実施例４のクロスカット部分の断面について、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）による表面観察及び表面元素分析を行った。その結果を模式的に示すと、図１（ｃ）に示すような状態となる。これにより、鉄素地の表面をマグネシウム、アルミニウムが被覆するように保護していることを確認できた。

　なお、本実施例、比較例に使用した金属粉の粒度は１００メッシュアンダー品を用いたが、有機系樹脂成分内に均一に分散できればよく、分散性と安全性が確保されれば他の粒度であっても良い。

〔試験例２〕金属成分におけるアルミニウムとマグネシウムの含有比率の検討
　金属成分におけるアルミニウムとマグネシウムの好適な含有比率を検討するため、金属の含有比率の異なる１０種類の金属混合粉を用意し、有機系樹脂成分を１５％または１０％含む塗料を調製した。アルミニウムとマグネシウムは金属粉の状態で、ともに１００メッシュアンダー品を使用し、有機系樹脂としては二液性エポキシ系樹脂（主剤：変性エポキシ樹脂、硬化剤：変性脂肪族ポリアミン）を使用した。実施例８～２１、比較例１３～１８の金属成分の含有比率（重量比率）、有機系樹脂成分の配合比率（硬化時重量比率）は表３に示すとおりである。

　実施例８～２１，比較例１３～１８の塗料について、試験例１と同様のブラスト処理した試験体に硬化時の膜厚が約１００～５００μｍとなるように、刷毛塗りまたはコテ塗りで塗装した。また、試験体の裏面全面と腐食液暴露面のエッジ面から端幅５ｍｍを絶縁材（変性エポキシ樹脂プライマー：膜厚１００μｍ以上）で養生した。さらに皮膜面にクロスカット（ＪＩＳＨ８５０２：１９９９）を与え試験に供した。

　塗装された試験体のうち、実施例８，９，１２～１４，１５，１６，１９～２１及び比較例１３～１８についてはキャス試験法、実施例８～１２，１５～１９及び比較例１３，１４、１６，１７については複合サイクル試験法による防食試験に供した。キャス試験法と複合サイクル試験法の両方を実施することによって、より複合的、多面的に防食性能を評価することが可能である。

　キャス試験法は、評価時間を３６０時間とし、途中試験体表面の経過確認として２４時間、１２０時間の夫々の時間で一旦キャス試験機から試験体を取り出し表面観察を行った。評価時間以外は試験例１と同じ条件で行った。キャス試験は、溶融亜鉛めっきの評価に多用されるが、溶融亜鉛めっきの評価については９６時間までの試験が推奨されており、一般的には９６時間の試験で試験体に錆、被膜の剥がれ等がなければ、良好な防食作用を奏するものと評価される。本検討におけるキャス試験は、溶融亜鉛めっきの評価と比して高い負荷をかけた試験であるといえる。

　複合サイクル試験法は、ＪＩＳ　Ｈ　８５０２：１９９９に準拠し、表２のサイクルを繰り返すことにより行った。塩水は、塩化ナトリウムを試験液１Ｌあたり５０±５ｇ／Ｌとなるように溶解し、ｐＨ６．５となるように調製したものを使用した。複合サイクル試験の評価時間は３６０時間（４５サイクル）とし、途中２４時間（３サイクル）、１２０時間（１５サイクル）経過時にも表面観察を行った。

　キャス試験、複合サイクル試験における評価は、いずれも目視により試験体の錆、塗装のレホがれ等の有無を判定することにより行った。なお、判定基準は〔試験例１〕と同様である。実施例８～２１、比較例１３～１８のキャス試験、複合サイクル試験の結果を表３に示す。また、キャス試験１２０時間の各試験体のクロスカット部分の写真を図３及び図４に、複合サイクル試験３６０時間の各試験体のクロスカット部分の写真を図５及び図６に示す。

　検討の結果、マグネシウム含有量の少ない実施例１３，１４及び２１について、キャス試験開始２４時間後よりクロスカット部分に錆が生じたことから、初期の防食作用を充分に奏するためには、金属成分中にマグネシウムをマグネシウムの含有比率が４０を超えてより多く含む塗料が適していることが判明した。しかし、長時間の複合サイクル試験においてその防食作用が維持されたのは、アルミニウムをより多く含む試験体（実施例１１，１２，１７～１９）であった。

　本検討の結果より、試験体表面には以下の現象が起こっているものと推察する。導電性塗料を塗布した鉄材は、酸性雨下等の苛烈な条件にさらされた場合、マグネシウムが早期に塗膜より溶出して鉄材表面全体に被膜を形成し、その防食作用を奏する。マグネシウムの量が少ない場合、この早期の溶出が充分でないため、鉄材の保護が不十分となりやすい。一方、塗布後長期間が経過することにより、マグネシウムの多くが溶出し、その鉄材表面の残存量が低下する。しかし、アルミニウムは溶出に時間を要することから、長期間をかけて鉄材表面全体に被膜を形成する。アルミニウム量が少ないと、塗布後長期間が経過することにより、鉄材表面の被膜の導電性が低下し、充分な防食効果を奏することができなくなる。

　したがって、導電性金属塗料の金属成分中とアルミニウムとマグネシウムの含有比率は、両金属の上記特性を充分に奏することのできるバランスのとれた比率とすることが好ましい。本検討より、アルミニウムとマグネシウムの好適な含有比率は、２５：７５～１５：８５であることが明らかとなった。

〔試験例３〕有機系樹脂成分の配合比率の検討
　導電性金属塗料中の有機系樹脂成分の好適な配合比率を検討するため、金属成分中のアルミニウムとマグネシウムの含有比率を２５：７５として、金属成分と有機系樹脂成分の配合比率を乾燥重量で９０：１０（実施例２２）、８５：１５（実施例２３）、８０：２０（実施例２４）、７５：２５（比較例１９）、１０％（，１５，２０，２５，３０％含む導電性金属塗料を調製した。実施例２２～２４，比較例１９，２０の塗料について、試験例１と同様のブラスト処理した試験体に硬化時の膜厚が３００±５０μｍとなるように、刷毛塗りまたはコテ塗りで塗装した。

　各試験体の表面抵抗率を、並行平板電極法（ＨＩＯＫＩ社製抵抗計３５４１）を用いて測定した。各試験体の表面抵抗率を表４に示した。実施例２２～２４の表面抵抗率は６０～７０Ωと低い値となったのに対し、比較例１９，２０においては、測定不能となるほど高い表面抵抗率を示した。
　本検討の結果より、金属塗料が充分な導電性を奏するためには、有機系樹脂成分の配合比率を２０％より低くすることが好ましいことが明らかとなった。

　（その他）
　導電性金属塗料の防食性能は、被膜の膜厚にも依存するが、実験の結果から、１５０μｍ以上、特に２００μｍ以上、さらには３００μｍ以上が望ましいことを知見している。通常は、１５００μｍ以下とされる。
　他方、上記は有機系樹脂として二液硬化性エポキシを使用したが、市販のウレタン樹脂又はアクリル樹脂を使用したとしても、やや耐久性に劣るもののほぼ同様の結果を得た。

　本発明に係る導電性塗料は、腐食環境下に置かれる建築構造物又は土木構造物に用いられる鋼材用の防食塗料として利用可能であるとともに、車両、鋼材等の防食処理を必要とするすべての分野、対象物において、利用可能である。

Claims

　鉄に対して犠牲防食作用を生じる金属成分と有機系樹脂成分とを主成分として含む導電性金属塗料であって、前記金属成分としてアルミニウムとマグネシウムを含むことを特徴とする導電性金属塗料。
　前記金属成分として、アルミニウム粉とマグネシウム粉の混合粉、アルミニウム／マグネシウム合金粉、または両方を塗料中に含む請求項１記載の導電性金属塗料。
　前記金属成分のアルミニウムとマグネシウムの含有比率が重量比で５：９５～７０：３０である請求項１または２に記載の導電性金属塗料。
　前記金属成分と有機系樹脂成分との硬化時の配合比率が重量比で９８：２～８０：２０である請求項１記載の導電性金属塗料。
　鉄に対して犠牲防食作用を生じる金属成分と有機系樹脂成分とを主成分として含み、前記金属成分としてアルミニウムとマグネシウムを含む導電性金属塗料を、鉄からなる建築構造物または土木構造物に塗布することを特徴とする導電性金属塗料による防食方法。
　鉄に対して犠牲防食作用を生じる金属成分と有機系樹脂成分とを主成分として含み、前記金属成分としてアルミニウムとマグネシウムを含む導電性金属塗料を、既存の建築構造物または土木構造物の防食処理の施された表面に塗布することを特徴とする導電性金属塗料による防食補修方法。