JP5271748B2 - 塗装方法及び防食塗膜 - Google Patents

Description

本発明は、防食塗膜を形成する塗装方法に関するものである。更に詳しくは、塩害暴露環境においても長期間防食効果を持続でき、従来の塗膜より塗り替え間隔が延長できる防食塗膜を形成する塗装方法に関するものである。

従来鉄鋼構造物の塗装には、素地調整や塗装方法の制約から、悪素地面に適性のある油性さび止め塗料や変性エポキシ樹脂塗料を下塗りとし、各種上塗り塗料を組み合わせる塗装方法が採用されている。例えば、エポキシ樹脂系塗料を下塗りし、次いでアクリルシリコン樹脂系塗料を上塗りとする塗装方法（特許文献１）や、防錆顔料を含有する水系の下塗材組成物により下塗り塗膜を形成させ、上塗りにアルキルメタルアクリレートの共重合体を含有する塗料を塗布する方法（特許文献２）、さらには、エポキシ樹脂を下塗りし、次いでアミノアルキド塗料またはアミノアクリル塗料を上塗りとする方法（特許文献３）などが提案されている。

しかし、何れの塗装も塩水が存在して、塩害の厳しい環境において塗膜の耐久性、特に防錆性に問題があるため、更なる防食性及び耐久性を備えた塗装ないし係る塗装を形成する塗装方法が望まれている。

特開平０７−８９０５号公報 特開２０００−４２４８５号公報 特開２００８−１０６１７７号公報

このような状況下、本発明の目的は、塩害暴露環境における橋梁、タンク、プラント、湾岸設備等の鉄鋼構造物鋼構造物等への塗装において、塗膜の密着性が高く、優れた防錆性を有する塗膜を形成する塗装方法を提供することであり、特には、塩素イオンの透過抑制効果の高い塗膜の塗装方法を提供することである。

本発明者等は、鋭意研究を重ねた結果、第１の塗料として特定のエポキシ樹脂系塗料を塗布し、第２の塗料として特定のアクリルシリコン樹脂系塗料を塗布することにより、前記課題を解決できることを見出し、本発明に想到した。

すなわち、本発明は、
（１）第１の塗料として、アルミニウム及び／又は亜鉛を含有するエポキシ樹脂塗料を塗布し、次いで、第２の塗料として、チタン酸カリウムを含有するアクリルシリコン樹脂塗料を塗布して防食塗膜を形成する塗装方法である。
（２）前記第１の塗料の乾燥膜厚が３０μｍ以上であり、前記第２の塗料の乾燥膜厚が前記第１の塗料の膜厚の１倍以上である塗装方法である。
（３）前記塗装方法により、被塗装物上に形成された防食塗膜である。

本発明の塗装方法によれば、塩害暴露環境においても塩素イオンの透過を抑制することができるとともに、母材金属に対して優れた付着性を有するため、長期間に渡って防食効果を保持することが可能であり、従来の塗膜よりも塗り替え間隔が延長できる等の格別の効果を奏する。

本発明の塗装方法では、まず第１の塗料として、アルミニウム及び／又は亜鉛を含有するエポキシ樹脂塗料を塗布する。該エポキシ樹脂塗料に用いられるエポキシ樹脂としては、金属との密着性、塗装作業性が良好であることが要求される。このような要求を満足するエポキシ樹脂としては、ビスフェノールＡ型エポヰシ樹脂が密着性の点から最も優れているものの一つである。またノポラック型エポキシ樹脂なども用いることができ、炎天下に曝されるような耐熱性を要する用途に有効である。

エポキシ樹脂に添加されるアルミニウム及び／又は亜鉛は、腐食原因となる水や酸素が透過した場合に鋼材より先に反応して鋼材との反応を防止する、いわゆる犠牲防食作用を有している。アルミニウム及び／又は亜鉛の金属粒子の平均粒径は、分散性の観点から２〜２５μｍが好ましく、より好ましくは、５〜１５μｍである。これら金属粒子の配合量は、樹脂（及びその硬化剤）１００質量部に対して、アルミニウム粒子の場合５〜２００質量部が適当であり、亜鉛粒子の場合は、例えば、１００〜６００質量部が適当である。この範囲の添加量であれば、充分な防錆性と、良好な常温貯蔵安定性、皮張り性及び耐久性を有する塗膜が得られる。

第１の塗料の塗膜の膜厚は３０μｍ以上が好ましく、より好ましくは３５〜８０μｍである。３０μｍ未満であると塗装面との接着が不十分となったり、防錆性が不充分となったりするため好ましくない。また、過度に膜厚を厚くしようとすると、防食塗料を垂直面に塗装した場合、塗料が垂れやすく、また、乾燥に時間がかかる等の不具合が生じるので好ましくない。

本発明は第１の塗料の塗布後、チタン酸カリウムを含有するアクリルシリコン樹脂塗料を第２の塗料として塗布する。
本発明において使用するアクリルシリコン樹脂としては、ジメチルポリシロキサン系、フェニルメチルポリシロキサン系、メチルハイドロジェンポリシロキサン系等のシリコン樹脂を挙げることができる。中でも柔軟性付与効果及び耐熱性等の性能及び価格の点からジメチルポリシロキサン系を使用するのが好ましい。

アクリルシリコン樹脂中に配合されるチタン酸カリウムは、一般式：Ｋ_２Ｏ・ｎＴｉＯ_２で表される結晶質の無機化合物（多結晶体）である。なかでも、６チタン酸カリウム（Ｋ_２Ｏ・６ＴｉＯ_２）、８チタン酸カリウム（Ｋ_２Ｏ・８ＴｉＯ_２）は、熱的安定性、補強性等に優れている点で好ましく使用される。これらのチタン酸カリウムは、単一種の使用であってもよく、または２種以上を複合して配合してもよい。配合するチタン酸カリウムは繊維状のものが好ましく、繊維長１０〜２０μｍ、繊維径が０．２〜０．８μｍのものが好ましい。大き過ぎると、塗料調製における分散性、作業性が悪く、逆に微細過ぎる粒子では、比表面積の増加により塗料の増粘傾向が顕著となるため好ましくない。なかでもアスペクト比（長さ／幅）が約５以上の形態を有するものは防食機能や塗膜強度を強化するので好ましく使用することができる。

樹脂組成物中のチタン酸カリウムの配合量は、樹脂固形分１００重量部に対し５重量部以上が好ましく、より好ましくは１０〜５０重量部である。多く配合すると塗料調製や塗装作業性が低下するので、約８０重量部を上限とするのが適当である。

第２の塗料の塗膜の乾燥膜厚は１０μｍ以上、好ましくは２０〜８０μｍである。１０μｍ未満であると防錆性、塩素イオン透過の抑制性能、塗膜強度が不充分となるため好ましくない。第２の塗料塗布後に、さらに同種の塗料を重ねて塗布しても構わない。

また、母材との密着性の向上、防錆性の向上、塩素イオン透過の抑制の観点から、第２の塗料の乾燥膜厚は、第１の塗料の膜厚の１倍以上、好ましくは１．２〜２．５倍であることが好ましい。第２の塗料として使用するアクリルシリコン樹脂塗料の膜厚が、第１の塗料として使用するエポキシ樹脂塗料の膜厚の１倍未満であると、塗装面との接着が不十分となり、防錆性、塩素イオンの透過抑制性能等が低下するため、好ましくない。また、２．５倍以上の厚さで第２の塗料を塗装しても、コストが増大するだけで、防錆性、塩素イオンの透過抑制性能等が増した厚さに見合って向上することはない。

本発明の塗料を塗布するにあたり、塗装の対象となる被塗装素材は特に限定しないが、鋼材等の金属素材に好適に用いることができる。被塗装表面上の旧塗膜や錆が発生している場合は、各種のブラスト、ディスクサンダー等の電動工具やスクレーパー、ワイヤーブラシ等の手工具で錆を除去して下地処理を行う。
下地処理を施した後、本発明の第１の塗料及び第２の塗料を塗布するが、刷毛、ヘラ、ローラー、スプレー、コーターなど公知の方法を用いて塗布することができる。

本発明をより具体的に実施例により説明する。なお、本発明は、以下の実施例に限定されるものではない。

（塗膜形成用鋼板の作製）
両表面をサンドブラストした縦横８０×８０ｍｍ、厚さ３ｍｍの冷間圧延鋼板（ＳＳ−４００）を、３％食塩水に１分浸漬した後、４０℃９５％の恒温恒湿槽内で８日間静置し、錆を発生させた。次に、錆を発生させた鋼板の浮き錆を、電動カップワイヤーブラシで除錆した（２種ケレン）後、水洗し、乾燥させて、塗膜形成用の鋼板を作製した。

（実施例１）
第１の塗料として、分子量３０００〜５０００のビスフェノールＡ型エポキシ樹脂１００重量部に対し、粒径５μｍ〜１５μｍのアルミ鱗片顔料を５０重量部と、平均粒径５μｍの亜鉛金属粉末を５０重量部含有する塗料Ａを調製した。
また、第２の塗料として、平均分子量４１０００のアクリルシリコン樹脂１００重量部に対し、繊維長１０〜２０μｍ、繊維径が０．２〜０．８μｍの繊維状チタン酸カリウムを３０重量部含有する塗料Ｂを調製した。
まず、上記のようにして作成した塗膜形成用の鋼板に塗料Ａを、ローラーを用いて塗布し、２５℃で２４時間乾燥させ、乾燥膜厚が７０μｍの塗膜１を形成した。次いで、塗料Ａの乾燥塗膜の上に塗料Ｂを、ローラーを用いて塗布し、２５℃で２４時間乾燥させ、乾燥膜厚が７０μｍの塗膜２を形成した。塗膜２を形成した後、さらに、塗料Ｂを同様に塗布、乾燥して、乾燥膜厚が７０μｍの塗膜３を形成した。このように塗料Ａを１回、塗料Ｂを２回塗布して塗膜１〜３でなる合計膜厚が２１０μｍの試験片Ｘを作製した。

（比較例１）
第１の塗料として、分子量２００００〜３００００のエポキシ樹脂を含有する塗料Ｃを用い、第２の塗料として分子量が２００００〜３００００のアクリル系エポキシ樹脂を含有する塗料Ｄを用いた。
まず、実施例１で用いた鋼板と全く同じ鋼板に塗料Ｃを、ローラーを用いて塗布し、２５℃で２４時間乾燥させ乾燥膜厚が７０μｍの塗膜１を形成した。さらに、塗料Ｃを同様に塗布して、乾燥膜厚が７０μｍの塗膜２を形成した。その後、塗料Ｄを、塗料Ｃの２層の乾燥塗膜の上に同様に塗布、乾燥して、乾燥膜厚が７０μｍの塗膜３を形成した。こうして、合計膜厚が２１０μｍの試験片Ｙを作製した。

（比較例２）
第１の塗料として塗料Ｂのみを用いて、合計膜厚が２１０μｍの試験片Ｚを作製した。すなわち、塗料Ｂを、ローラーを用いて塗布後、２５℃で２４時間乾燥させ、乾燥膜厚が７０μｍの塗膜１を形成した。これを、さらに２回繰り返して、それぞれ乾燥膜厚が７０μｍの塗膜２及び塗膜３を形成した。こうして、塗料Ｂのみの合計膜厚が２１０μｍの試験片Ｚを作製した。

［耐食性試験］
ＡＳＴＭ Ｃ８６８に準拠する試験器（山崎精機研究所製 ライニングテスタ ＬＡ−１５）を用いて、試験片の塗膜面が６０℃の２５重量％塩化ナトリウム水溶液と接するよう設置し、塗装していない面を１０℃に保持して３０日間耐食性試験を行った。

試験後の塗膜の外観を膨れの大きさ、密度について評価し、塗膜の付着性をＪＩＳ Ｋ５６００−５−７に準拠して測定した。

また、試験後の試験片は、塗装面に対して垂直方向で切断して、電子線マイクロアナライザ（ＥＰＭＡ）（日本電子製、Ｓｕｐｅｒ Ｐｒｏｂｅ ＪＸＡ−８９００Ｒ型）にて、塗装面に対して垂直方向の断面における塩素イオンの浸透、透過の有無を測定した。なお、塗膜の膜厚はＪＩＳ Ｋ５６００−１−７に準拠して、電磁誘導式厚計（株式会社サンコウ電子研究所 ＳＭ−１１００型）で測定した。
これらの測定結果を表１に示す。

実施例１の塗装は、耐食性試験後においても塗膜に膨れは発生せず、塗膜の付着性も良好であった。また、塗膜の断面のＥＰＭＡ測定においても塩素は検出されず、塗膜を塩素が透過しないことが確認された。これに対し、比較例１，２の塗装は、耐食性試験後に、塗膜に膨れが発生し、付着強度も低く、塗膜が母材から剥離したことから、外観及び付着性が満足できるものではなかった。

［塗膜の塩素透過性］
第２の塗料（上塗り塗料）として用いた塗料Ｂ及び塗料Ｄの塩素イオン透過度を旧ＪＩＳ Ｋ５４００（８．１８塩素イオン透過度）に準拠して測定した。
具体的には、ガラス板に離型紙を敷き、その上に塗料を泡が入らないように塗装し、７日間乾燥保持した後、離型紙から塗膜をはがして直径約７０ｍｍの円形に切り取り、塗膜試験片を作成した。試験片を測定セルの間に取り付け、一方のセルに脱イオン水を、もう一方のセルに２５重量％の塩化ナトリウム水溶液をそれぞれ２００ｍＬ入れ、４０℃で３０日間放置後、脱イオン水側のセルから溶液を採取し、イオンクロマト分析装置を用いて、塩素イオン濃度を測定し、塗料ＢとＤの塗膜の塩素イオン透過量を算出した。結果を表２に示す。

表２の結果から、本発明に用いる、繊維状のチタン酸カリウムを含有するアクリルシリコン樹脂の塗料Ｂで形成した塗膜は優れた遮塩性を有していることが分かる。

本発明の塗装方法によると、塗膜の付着性が良好であり、膨れは発生しない、かつ優れた防錆性を有し、塩素イオンの透過抑制効果の高い防食塗膜を形成することができる。塩害暴露環境においても長期間防食効果を持続でき、従来の塗膜より塗り替え間隔が延長できることから、橋梁、タンク、プラント、湾岸設備等の鉄鋼構造物鋼構造物等への塗装に好適に使用することができる。

Claims (4)

1. 第１の塗料として、アルミニウム及び／又は亜鉛を含有するエポキシ樹脂塗料を塗布し、次いで、第２の塗料として、チタン酸カリウムを含有するアクリルシリコン樹脂塗料を塗布して防食塗膜を形成することを特徴とする塗装方法。
2. チタン酸カリウムが繊維状のチタン酸カリウムである請求項１に記載の塗装方法。
3. 第１の塗料の乾燥膜厚が３０μｍ以上であり、かつ第２の塗料の乾燥膜厚が第１の塗料の膜厚の１倍以上である請求項１又は２に記載の塗装方法。
4. 請求項１〜３のいずれかに記載の塗装方法により、被塗装物上に形成された防食塗膜。