JP7429560B2 - 防食塗料組成物 - Google Patents
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Description
また、特許文献2には、水性ウレタン樹脂を含有するジンクリッチ塗料が記載されている。
また、前記特許文献1に記載されているような、エポキシ樹脂の硬化剤として使用されてきた公知のアミン系硬化剤を使用した従来の水性ジンクリッチ塗料は、乾燥性、硬化性および/またはポットライフが十分ではなく、この点で改良の余地があった。
本発明の構成例は以下の通りである。
亜鉛末(B)を含む第2剤と、
を含有する防食塗料組成物であって、
前記亜鉛末(B)を、前記防食塗料組成物の不揮発分100質量%に対し、43~85質量%含有する、防食塗料組成物。
<3> 前記水性エポキシ樹脂(A)の不揮発分のアミン価が1~150mgKOH/gである、<1>または<2>に記載の防食塗料組成物。
<8> 基材と<7>に記載の塗膜とを含有する塗膜付き基材。
[1]基材に、<1>~<6>のいずれかに記載の防食塗料組成物を塗装する工程
[2]基材上に塗装された組成物を乾燥させて塗膜を形成する工程
さらに本発明によれば、防食性および基材への付着性に優れる塗膜を形成できる。
本発明に係る防食塗料組成物(以下単に「本組成物」ともいう。)は、
1分子中に1個以上のカルボキシ基を有し、不揮発分の酸価が1~20mgKOH/gである水性エポキシ樹脂(A)を含む第1剤と、
亜鉛末(B)を含む第2剤と、を含有し、
前記亜鉛末(B)を、本組成物の不揮発分100質量%に対し、43~85質量%含有する組成物である。
このような本組成物は、第1剤が液状であり、第2剤が粉状である、1液1粉末型の組成物であってもよく、第1剤および第2剤が液状(ペースト状を含む)である、2液型の組成物であってもよいが、塗装現場でのハンドリング性(亜鉛末の混和性)、および、第2剤の保管容易性に優れる等の点から、2液型の組成物であることが好ましい。
本発明において、第n剤は、これらの剤を調製した後、本組成物を調製するまでの間貯蔵され得る剤であり、例えば、下記実施例に記載のミルベースなどは、通常、該ミルベースを調製した後ほどなくして他の成分と混合して使用されるため、本発明における第n剤には該当しない。
本明細書における各説明は、前記希釈に関する内容以外は、希釈される前についての説明である。
前記水性塗料組成物における水の含有量は、組成物中の分散媒および溶媒の合計量100質量%に対し、好ましくは50質量%以上、好ましくは60~100質量%、より好ましくは65~100質量%である。
一方で、本発明によれば、乾燥性および硬化性に優れる塗料組成物が得られるため、このように有機溶剤を配合しなくても、乾燥設備が十分でない場所において、所望の塗膜を容易に形成することができる。
従って、環境保全や作業環境の安全性等の点から、本組成物100質量%中の揮発性有機化合物(VOC)の含有量は、好ましくは10質量%以下、より好ましくは8質量%以下であり、本組成物中のVOC含有量は、好ましくは200g/L以下、より好ましくは180g/L以下である。
VOC含有量(質量%)=(100-加熱残分率-水分率)/100・・・(1)
VOC含有量(g/L)=組成物比重×1000×(100-加熱残分率-水分率)/100・・・(2)
また、本組成物は、船舶、海洋構造物、プラント、橋梁、タンク、コンテナ等の(大型)鉄鋼構造物に好適に用いられる。
本組成物の第1剤は、前記水性エポキシ樹脂(A)を含有すれば特に制限されないが、該樹脂(A)を含むことから、通常、水を含む液状の剤である。
第1剤中の水の含有量は、所望の水性塗料組成物を容易に得ることができる等の点から、第1剤中の分散媒および溶媒の合計量100質量%に対し、好ましくは50質量%以上、より好ましくは70~100質量%、特に好ましくは80~100質量%である。
これらはそれぞれ、1種単独で用いてもよく、2種以上を用いてもよい。
前記樹脂(A)は、1分子中に1個以上のカルボキシ基を有し、不揮発分の酸価が1~20mgKOH/gである水性エポキシ樹脂であれば、特に制限されない。
樹脂(A)としては、1種を用いてもよく、2種以上を用いてもよい。
また、このような樹脂(A)を用いることで、エポキシ樹脂の硬化剤として使用されてきた従来のアミン系硬化剤を使用しなくても塗膜を形成できる。このため、乾燥性、硬化性およびポットライフにより優れる組成物を得ることができる等の点から、本組成物は該アミン系硬化剤を用いないことが好ましい。
さらに、前記第1剤が顔料を含有する場合、カルボキシ基を有する前記樹脂(A)は、顔料に対し親和性を有する傾向にあるため、顔料の分散性の向上が期待される。このため、顔料の分散性の向上に起因した生産効率の向上が期待できる。
前記エポキシ当量は、JIS K 7236:2001に準拠して測定できる。
酸価が前記範囲にある樹脂(A)を用いることで、乾燥性および/または硬化性により優れる組成物を容易に得ることができ、また、防食性に優れる塗膜を容易に形成できる。
前記酸価は、JIS K 0070:1992に準拠して測定できる。
アミン価が前記範囲にある樹脂(A)を用いることで、乾燥性および/または硬化性により優れる組成物を容易に得ることができ、また、防食性に優れる塗膜を容易に形成できる。
前記アミン価は、JIS K 7273:1995に準拠して測定できる。
前記化合物(a2)は、単独でまたは2種以上を使用することができる。
なお、本発明における変性エポキシ樹脂は、該樹脂を構成する全てのモノマー成分100質量%に対し、エポキシ樹脂を構成するモノマー成分が50質量%を超える樹脂をいう。
前記エポキシ樹脂(a1)は、単独でまたは2種以上を使用することができる。
これらの反応1および2は、従来公知の方法で行うことができる。
前記樹脂(A)の残分には、水が含まれていればよく、必要により、界面活性剤等の従来公知の成分が含まれていてもよい。
前記樹脂(A)には水が含まれている場合があるが、本組成物の調製をより容易にし、塗装作業性に優れる組成物を得られる等の点から、第1剤にはさらに水を配合することが好ましい。
前記水としては特に制限されず、水道水等を用いてもよいが、イオン交換水等を用いることが好ましい。
第1剤中の水の含有量(樹脂(A)等に含まれ得る水を含む)は、特に制限されないが、好ましくは20~70質量%である。
本組成物は、塗装時の厚塗り性、タレ止め性の向上、亜鉛末(B)や顔料等の水や有機溶剤に対する不溶分の沈降防止のため、搖変剤を含有することが好ましい。特に、本組成物は、乾燥性に優れるため、厚膜(例:80μm以上)の塗膜を形成する場合、クラックが生じやすいが、搖変剤を用いることで、クラックの発生を抑制することができる。
搖変剤としては、1種を用いてもよく、2種以上を用いてもよい。
本組成物は、該組成物における亜鉛末(B)や顔料等の分散性を向上し、外観が良好な硬化膜を容易に形成でき、耐クラック性に優れる塗膜を容易に形成できる等の点から、分散剤を含有することが好ましい。
分散剤としては、1種を用いてもよく、2種以上を用いてもよい。
水性塗料を活性な鋼材表面などに塗装する場合、塗装直後から乾燥過程において、該鋼材表面から鉄イオンが溶出することなどに起因する、発錆およびその錆などが塗膜表面に浮き出てくるフラッシュラストが起こる場合がある。特に、高温多湿条件下においてフラッシュラストの発生が顕著な場合がある。
このようなフラッシュラストを抑制する目的で、本組成物にはフラッシュラスト防止剤を用いることが好ましい。
フラッシュラスト防止剤としては、1種を用いてもよく、2種以上を用いてもよい。
第1剤が水を含有する場合、冬季における凍結を抑制するため、また、塗装作業性により優れる組成物を得るため、任意の量で水と混和可能な有機溶剤を用いてもよい。
有機溶剤としては、1種を用いてもよく、2種以上を用いてもよい。
このような有機溶剤としては、イソプロピルアルコール、エチレングリコール等の炭素数1~3のアルコール系溶剤、エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールモノプロピルエーテル、エチレングリコールモノブチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテル等のグリコールエーテル系溶剤等が挙げられる。
本組成物の第2剤は、亜鉛末(B)を含有すれば特に制限されず、実質的に該亜鉛末(B)のみからなってもよいし、本発明の効果を損なわない範囲において、該亜鉛末(B)以外の成分を含んでいてもよい。
該他の成分はそれぞれ、1種単独で用いてもよく、2種以上を用いてもよい。
亜鉛末(B)としては、金属亜鉛の粉末、または、亜鉛を主体(亜鉛の含有量が全体の90質量%以上)とする合金(例:亜鉛とアルミニウム、マグネシウムおよび錫から選択される少なくとも1種との合金、好ましくは亜鉛-アルミニウム合金、亜鉛-錫合金)の粉末が挙げられる。
亜鉛末(B)としては、1種を用いてもよく、2種以上を用いてもよい。
該D50は、レーザー散乱回折式粒度分布測定装置、例えば「SALD 2200」((株)島津製作所製)を用いて測定することができる。
亜鉛末(B)の前記含有量が43質量%未満であると、亜鉛の犠牲陽極作用が不十分となり防食性の低下を引き起こしやすくなり、85質量%を超えると、乾燥塗膜中の顔料分が過多となり、耐透水性の低下を引き起こしやすくなる。
前述の通り、第2剤は、液状(ペースト状)であることが好ましく、この場合、該第2剤は、亜鉛末(B)の分散性に優れ、前記第1剤との混和性に優れ、亜鉛末(B)が均一に分散した本組成物を容易に得ることができる等の点から、有機溶剤を含むことが好ましい。
このような有機溶剤の具体例としては、第1剤の欄で挙げた有機溶剤と同様の有機溶剤が好ましい。
なお、亜鉛末(B)と水とが反応することにより、亜鉛末(B)の酸化による防食性の低下、水素の発生による火災の危険性が高まる等の点から、第2剤は、水を含まないことが好ましい。
第2剤は、樹脂(A)以外のバインダーを含有することが好ましく、樹脂(A)と反応性を有する化合物がより好ましい。このような化合物としては、例えば、エポキシ樹脂、イソシアネート系硬化剤、カルボジイミド系硬化剤、エポキシ基含有シランカップリング剤が挙げられ、より防食性に優れる塗膜を容易に得ることができる等の点から、エポキシ樹脂が特に好ましい。
なお、前記エポキシ樹脂を用いる場合、亜鉛末(B)との混合性等の点から、前記有機溶剤と併用することが好ましい。
該エポキシ樹脂は、1種を用いてもよく、2種以上を用いてもよい。
前記第1剤および第2剤は、これらの剤に配合する各成分を混合(混練)することで、調製することができ、この混合(混練)の際には、各成分を一度に添加・混合してもよく、複数回に分けて添加・混合してもよい。
本組成物は、これら第1剤、第2剤および必要に応じて用いられる他の剤(例:第3剤)を混合(混練)することで、調製することができる。
前記混合(混練)の際には、従来公知の混合機、分散機、攪拌機等の装置を使用でき、該装置としては、例えば、ディスパー、混合・分散ミル、モルタルミキサー、ロール、ペイントシェーカー、ホモジナイザーが挙げられる。なお、前記混合(混練)の際には、季節、環境等に応じて加温、冷却等しながら行ってもよい。
また、前記各剤を混合して本組成物を調製する際には、得られる組成物中の亜鉛末(B)の含有量が前記範囲となるように調整して混合すればよい。
本発明に係る塗膜(以下「本塗膜」ともいう。)は、前記本組成物を用いて形成され、本発明に係る塗膜付き基材(以下「本塗膜付き基材」ともいう。)は、本塗膜と基材とを有する積層体である。
また、前記基材として、例えば、マイルドスチール(SS400等)を用いる場合、必要により、グリットブラスト等で基材表面を研磨するなど、素地調整(例:算術平均粗さ(Ra)が30~75μm程度になるよう調整)しておくことが望ましい。
前記基材としては、さらに、基材に付着した錆、汚れ、塗料(旧塗膜)等を落とす洗浄処理やブラスト処理等の前処理を行った基材であってもよい。
本発明に係る塗膜付き基材の製造方法(以下「本方法」ともいう。)は、下記工程[1]および[2]を含む。
工程[1]:本組成物を基材に塗装する工程
工程[2]:基材上に塗装された本組成物を乾燥させて塗膜を形成する工程
前記工程[1]における塗装方法としては、特に制限されず、例えば、エアレススプレー塗装、エアースプレー塗装等のスプレー塗装、はけ塗り、ローラー塗りなどの従来公知の方法が挙げられる。これらの中でも、前記構造物などの大面積の基材を容易に塗装できる等の点から、スプレー塗装が好ましい。
このような塗装の際には、得られる塗膜の乾燥膜厚が前記範囲となるように塗装することが好ましい。
この場合、各塗装方法に適した塗料粘度となるように希釈剤を用いることが好ましく、例えば、エアレススプレー塗装する場合、本組成物100質量部に対する希釈剤の使用量は、好ましくは1~30質量部、より好ましくは1~20質量部である。
前記工程[2]における乾燥条件としては、特に制限されず、塗膜の形成方法、基材の種類、用途、塗装環境等に応じて適宜設定すればよいが、乾燥温度は、常温乾燥の場合、通常5~35℃、より好ましくは10~30℃であり、熱風乾燥機等で強制乾燥する場合、通常30~90℃、より好ましくは40~80℃である。本組成物によれば、このような常温乾燥でも組成物を硬化させることができる。
乾燥時間は、塗膜の乾燥方法によって異なり、常温乾燥の場合、従来の塗料と同様に1日~7日程度であってもよいが、本組成物によれば、好ましくは3時間~12時間、より好ましくは5時間~10時間で乾燥させることができる。また、強制乾燥する場合、従来の塗料と同様に5分~60分程度であってもよいが、本組成物によれば、好ましくは5分~30分、より好ましくは10分~20分で乾燥させることができる。
容器に、イオン交換水を18.1質量部、分散剤1を2質量部、消泡剤を0.5質量部、フラッシュラスト防止剤を0.3質量部、体質顔料を8質量部、および、揺変剤1を1.5質量部添加し、ハイスピードディスパーで粒ゲージ40μm以下まで分散し、ミルベースを作製した。得られたミルベースに、水分散型エポキシ樹脂Aを63質量部、造膜助剤を2.5質量部、レベリング剤を0.1質量部、増粘剤を4質量部添加した後、ハイスピードディスパーで混合し、実施例1の第1剤を調製した。
次に、前述のようにして得られた第1剤40質量部と、第2剤である亜鉛末60質量部とを、均一になるまでハイスピードディスパーで混合し、実施例1の塗料組成物を調製した。
実施例1と同様にして、第1剤を調製した。
次に、容器に、有機溶剤を7質量部、分散剤2を2質量部、揺変剤2を3質量部、湿潤剤を1質量部、および、亜鉛末を87質量部添加し、ハイスピードディスパーで混合し、実施例2の第2剤を調製した。
その後、第1剤30質量部と、第2剤70質量部とを、均一になるまでハイスピードディスパーで混合し、実施例2の塗料組成物を調製した。
実施例1と同様にして、第1剤を調製した。
次に、容器に、有機溶剤を5質量部、分散剤2を2質量部、揺変剤2を3質量部、湿潤剤を1質量部、樹脂(A)以外のバインダー2質量部、および、亜鉛末を87質量部添加し、ハイスピードディスパーで混合し、実施例3の第2剤を調製した。
その後、第1剤30質量部と、第2剤70質量部とを、均一になるまでハイスピードディスパーで混合し、実施例3の塗料組成物を調製した。
表2に記載の各原材料を、該表に記載の量で用いた以外は実施例2と同様にして、塗料組成物を調製した。
表1に記載の各原材料を、該表に記載の量で用いた以外は実施例1と同様にして、第1剤を調製した。
次に、容器に、水溶性アミンを45質量部、消泡剤を0.2質量部、および、イオン交換水を54.8質量部添加した後、ハイスピードディスパーで混合し、比較例1の硬化剤を調製した。
その後、第1剤30質量部と、硬化剤5質量部と、第2剤である亜鉛末65質量部とを、均一になるまでハイスピードディスパーで混合し、比較例1の塗料組成物を調製した。
表1に記載の各原材料を、該表に記載の量で用いた以外は実施例1と同様にして、各塗料組成物を調製した。
表1および2中の原材料の詳細を表3に示す。
(1)手撹拌による亜鉛末混和性試験
容器に、各実施例および比較例で用いた第2剤160質量部を入れ、そこに、水と各試験例の第1剤で使用した樹脂との合計が40質量部となるように添加し(但し、硬化剤を用いない場合は、各試験例で用いた樹脂の不揮発分が15質量部となる量を使用[例えば、実施例1の場合は、水分散型エポキシ樹脂A(不揮発分42%)35.7質量部と水4.3質量部とを使用]。なお、比較例1の場合は、水分散エポキシ樹脂B(不揮発分52%)24.6質量部と水溶性アミン(不揮発分75%)3.0質量部との混合物に水12.4質量部を加えて使用)、スパチュラを用いて5分間撹拌(手撹拌)した。続いて、JIS K 5600-2-5;1999に準拠し、粒ゲージ(0~100μm)を用いて亜鉛末の分散度を測定した。
前記(1)において、手攪拌の代わりに、ハイスピードディスパー(回転数1000rpm)で5分間撹拌(ディスパー撹拌)した以外は同様にして亜鉛末の分散度を測定した。
・評価基準
○:前記(1)の試験における分散度が30μm未満
△:前記(1)の試験における分散度が30μm以上であり、かつ、前記(2)の試験における分散度が30μm未満
×:前記(2)の試験における分散度が30μm以上
23℃下で、ガラス板上に、実施例および比較例の各塗料組成物を、すき間0.075mmのアプリケータを用いて塗装し、経時での乾燥状態を測定した。乾燥性は、JIS K 5600-1-1:1999に基づき、塗膜面の乾燥状態が、半硬化乾燥状態に達するまでの時間により評価した。なお、「半硬化乾燥」状態とは、塗膜面の中央付近を指先で静かに軽くこすり、塗膜にすり跡が付かない状態のことをいう。
・評価基準
○:30分以下で半硬化乾燥状態に達した
×:30分経過しても半硬化乾燥状態に達しなかった
23℃下で、ガラス板(200mm×180mm×厚み3mm)上に、実施例および比較例の各塗料組成物を、すき間75μmのアプリケータを用いて塗装し、10分間静置した後、50℃で10分間強制乾燥し、次いで、室温で1日静置することで、硬化性試験用試験体を作成した。該試験体の塗膜について、JIS K 5600-5-4:1999に基づいて、ひっかき硬度(鉛筆法)を測定した。塗膜表面にきず跡が生じなかった最も硬い鉛筆硬度を塗膜硬度とし、下記評価基準に従って評価した。
・評価基準
○:鉛筆硬度が2B以上(例:2B、B、HB・・・)
×:鉛筆硬度が2B未満(例:3B、4B、5B・・・)
実施例および比較例の各塗料組成物を調製した直後の組成物(以下「塗料組成物(直後)」ともいう。)と、実施例および比較例の各塗料組成物を容器に1000g量り採り、35℃の恒温槽中で5時間保持した後の塗料組成物(以下「塗料組成物(5時間後)」ともいう。)とを用い、塗料状態と塗膜硬度を観察または測定した。
塗料状態は、塗料組成物(5時間後)の状態(沈殿や凝集の有無)を目視により観察した。
また、塗膜硬度は、前記塗料組成物(直後)または塗料組成物(5時間後)を用い、前記硬化性試験と同様の方法で測定した鉛筆硬度の差を基に、下記評価基準に従って評価した。
・評価基準
○:塗料組成物(5時間後)に沈殿および凝集がなく、かつ、塗料組成物(直後)から得られた塗膜の塗膜硬度と、塗料組成物(5時間後)から得られた塗膜の塗膜硬度とに差がない
×:塗料組成物(5時間後)に沈殿および凝集が発生、または、塗料組成物(直後)から得られた塗膜の塗膜硬度と、塗料組成物(5時間後)から得られた塗膜の塗膜硬度とに差が生じた
実施例および比較例の各塗料組成物100質量部に対して、水を15質量部添加、混合した後、23℃下で、水平な台の上に置いたガラス板(200mm×150mm×厚み2mm)に、得られた混合物を、ASTM D 4400に記載のサグテスター(elcometer社製、型式:4270、隙間100~600μm)を用いて塗布した後、直ちに該ガラス板をサグテスターの軌道線が水平になるように垂直に立て、タレ止め性を測定した。サグテスターの各隙間によって形成された塗料層と塗料層との間の間隙(3mm)に流れ出た組成物が、該間隙距離の1/2に達しない場合(サグテスターによって形成された塗料層から垂れた長さが1.5mmに達しない場合)をタレが発生していないとし、また、前記間隙距離の1/2に達した場合をタレが発生していると判断した。
なお、タレ止め性は、前記流れ出た組成物が、前記間隙距離の1/2に達しない場合の最大の膜厚(ガラス板に塗装したウェット塗膜の膜厚(サグテスターの隙間))を指し、15%希釈時のタレ止め性と、塗料組成物混合時(無希釈時)のタレ止め性との差を基に、水希釈性を評価した。
・評価基準
○:無希釈時と15%希釈時のタレ止め性の差が250μm以内
×:無希釈時と15%希釈時のタレ止め性の差が250μmを越える
前記水希釈性試験と同様に測定したタレ止め性が50μmとなるように、イオン交換水を用いて、実施例および比較例の各塗料組成物を調整した。
このように調整後の各塗料組成物を、ブラスト処理鋼板(SS400、寸法:150mm×70mm×1.6mm(厚))上に、平均乾燥膜厚が30μmとなるようにエアースプレーで塗布し、常温下で10分間乾燥した後、50℃で10分間熱風乾燥することで塗膜を形成した。その後、23℃、相対湿度50%の環境下で7日間乾燥することで、試験体(塗膜付き基材)を作成した。
・評価基準
○:試験体の塗膜面の全面積に対して、錆の発生面積が0.03%以下であり、かつ、塗膜に膨れが発生していない。
×:試験体の塗膜面の全面積に対して、錆の発生面積が0.03%を超えた、または、塗膜に膨れが発生した。
Claims (8)
- 防食塗料組成物であって、
1分子中に1個以上のカルボキシ基を有し、不揮発分の酸価が1~20mgKOH/gである水性エポキシ樹脂(A)を含む第1剤と、
亜鉛末(B)を含む第2剤と、
を含有し、
前記亜鉛末(B)を、前記防食塗料組成物の不揮発分100質量%に対し、43~85質量%含有し、
前記水性エポキシ樹脂(A)の不揮発分のアミン価が1~150mgKOH/gである、
防食塗料組成物。 - 前記水性エポキシ樹脂(A)が、水性アミン変性エポキシ樹脂(A1)である、請求項1に記載の防食塗料組成物。
- 前記第2剤が、グリコールエーテル系溶剤または炭素数1~3のアルコール系溶剤を含む、請求項1または2に記載の防食塗料組成物。
- 前記第2剤が、前記水性エポキシ樹脂(A)以外のバインダーを含む、請求項1~3のいずれか1項に記載の防食塗料組成物。
- 前記防食塗料組成物100質量%中の揮発性有機化合物の含有量が10質量%以下である、請求項1~4のいずれか1項に記載の防食塗料組成物。
- 請求項1~5のいずれか1項に記載の防食塗料組成物から形成された塗膜。
- 基材と請求項6に記載の塗膜とを含有する塗膜付き基材。
- 下記工程[1]および[2]を含む、塗膜付き基材の製造方法。
[1]基材に、請求項1~5のいずれか1項に記載の防食塗料組成物を塗装する工程
[2]基材上に塗装された組成物を乾燥させて塗膜を形成する工程
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