JP2002020875A - 有機樹脂塗料及び表面処理鋼材 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】流れ錆や浮き錆の発生を防止しながら、早期に
耐候性安定錆を生成することができ、飛来塩分が多くて
もこれらの効果を十分に発揮し、施工性及び経済性に優
れた有機樹脂塗料及びこの有機樹脂塗料を使用した表面
処理鋼材とする。 【解決手段】硫酸クロムを１〜６５質量％、及びリン系
防錆顔料を０．１〜１０．０質量％含む有機樹脂塗料
を、乾燥膜厚が５〜１５０μｍとなるように鋼材表面あ
るいは鋼材の錆層に被覆する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、有機樹脂塗料及び
表面処理鋼材に関するものであり、大気腐食環境に対す
る保護作用を有する錆層（いわゆる耐候性安定錆）を、
流れ錆等による美観喪失を伴わずに早期に形成すること
ができる耐候性に優れた鋼材及びこれに好適に用いられ
る有機樹脂塗料に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に知られているように、鋼にＰ、Ｃ
ｕ、Ｃｒ、Ｎｉなどの元素を添加することにより、大気
中における耐食性を向上させることができる。これらの
低合金鋼は、耐候性鋼と呼ばれ、屋外において数年で腐
食に対して保護性のある錆（安定錆）を形成し、以後塗
装等の耐食処理作業を不要とするいわゆるメンテナンス
フリー鋼である。

【０００３】しかしながら、耐候性錆が形成されるまで
には数年以上かかるため、それまでの期間中に赤錆や黄
錆等の浮き錆や流れ錆を生じてしまい、外見的に好まし
くないばかりでなく、周囲環境の汚染原因にもなる問題
というもある。特に塩分飛来環境においては、耐候性錆
が形成されないという問題があった。

【０００４】この問題に対して、たとえば特開平1−１
４２０８８号公報にあるように、リン酸塩被膜を形成さ
せる表面処理方法が開示されている。また、特公昭５３
−２２５３０号公報では、樹脂被膜を施すことにより流
れ錆を生じることなく安定錆を形成する方法が開示され
ている。さらに、特公昭５６−３３９９１号公報では、
２層被覆による表面処理方法が開示されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来技術
のうち、特開平１−１４２０８８号公報による方法で
は、リン酸塩を形成させる以前に適当な前処理を施す必
要がある等、処理の内容が複雑であり、また、鋼材の溶
接が必要な場合は溶接部に処理を施すことは容易ではな
く、建築構造物への適用が困難である等の問題がある。
さらに、耐塩性も改善されなかった。

【０００６】一方、特公昭５３−２２５３０号公報によ
る方法は、腐食性の厳しい環境では流れ錆の防止が不十
分であるばかりでなく、安定錆の生成促進性にも劣るも
のである。さらに、特公昭５６−３３９９１号公報によ
る方法では、流れ錆の防止は可能であるが、防食性が高
いため安定錆を形成するのに長時間かかるとともに施工
性に劣るという問題を残している。

【０００７】そこで、これらの問題点を、本発明者ら
は、特許２６６６６７３号に示す方法により上記問題点
を解決した。

【０００８】しかし、飛来塩分が多くなると、耐候性安
定錆の形成が不十分という問題点があった。

【０００９】そこで、本発明の主たる課題は、耐候性鋼
や普通鋼等の鋼材の表面あるいは表面錆層に、施工性お
よび経済性の優れた表面処理が可能であり、厳しい塩分
飛来環境においても処理後において赤錆や黄錆等の浮き
錆や流れ錆を生じることなく耐候性錆を早期に形成させ
うる有機樹脂塗料及び表面処理鋼材を得ることにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明者等は、流れ錆や
浮き錆を防止しながら保護製のある安定錆を生成する方
法として、特許２６６６６７３号に開示したように、硫
酸クロムを一定量含有する有機樹脂塗料を鋼材表面ある
いは鋼材の錆層に、乾燥膜厚で５〜１５０μｍ以下にな
るように被覆することによる方法を開発したが、この方
法では、飛来塩分が多い環境では、耐候性安定錆の生成
が阻害されるケースがあることが判明した。そこで、飛
来塩分の多い環境でも、耐候性安定錆が生成できる被覆
を形成するためには、リン系防錆顔料を０．１〜１０．
０質量％含ませることが有効であることを知見した。

【００１１】かかる知見に基づく、上記課題を解決した
請求項１記載の発明は、硫酸クロムを１〜６５質量％、
及びリン系防錆顔料を０．１〜１０．０質量％含むこと
を特徴とする有機樹脂塗料である。

【００１２】また、請求項２記載の発明は、硫酸クロム
を１〜６５質量％、及びリン系防錆顔料を０．１〜１
０．０質量％含む有機樹脂塗料を、乾燥膜厚が５〜１５
０μｍとなるように鋼材表面あるいは鋼材の錆層に被覆
することを特徴とする表面処理鋼材である。

【００１３】

【発明の実施の形態】次いで、本発明の実施の形態を作
用効果とともに説明する。 ＜硫酸クロム（III）の作用効果＞錆の構造が緻密であ
れば、物理的に大気腐食環境を遮断し易く、また、浮き
錆や流れ錆の根本的な原因であるＦｅイオンの溶出を軽
減する。しかしながら、錆中に割れや細孔があると水や
酸素の供給経路となり、錆の防食性が低減する。このた
め緻密で連続した錆層を形成させる必要がある。

【００１４】硫酸クロム（III）は、樹脂被覆中に水分
が浸透してきたときに、それぞれクロムイオン、硫酸イ
オンとなり被膜／鋼界面に到達する。硫酸イオン及び水
分は、鋼を腐食させ鉄イオンを生成する。クロムイオン
や硫酸イオンは、この鉄イオンが安定錆の主成分である
α−ＦｅＯＯＨへ変態するのを触媒的に加速する。さら
に、クロムイオンの一部はα−ＦｅＯＯＨの結晶粒に取
り込まれ、その結晶粒を微細かつ緻密な構造にすること
により、錆層の防食性能を向上させる。また、硫酸イオ
ンも初期の鉄イオン生成の加速のみならず、安定錆層の
微細・緻密化に関与していると考えられる。

【００１５】この効果を得るには、被覆材中に１質量％
以上の硫酸クロムを必要とする。また、上限を６５質量
％以下に限定したのは、６５質量％を超える量を添加す
ると、これら無機物質を結合する役割を有機樹脂分が不
足するため、被膜がもろくなるとともに、被膜表面から
鋼面に達する貫通孔が形成されて流れ錆が発生するの
で、これを防止するためである。

【００１６】＜リン系防錆顔料の作用効果＞本発明に係
る有機樹脂塗料には、以上で説明した硫酸クロムの他
に、リン系防錆顔料を０．１〜１０．０質量％含有させ
る。これは、以下の理由による。リン系防錆顔料は、水
の透過ととともに加水分解を受け、リン酸イオンを生成
する。このリン酸イオンは、耐候性安定錆の主成分であ
るα−ＦｅＯＯＨに吸着され、耐候性安定錆層のイオン
選択透過性をアニオン選択透過性からカチオン透過性に
変化させ、もって塩化物イオンの透過を抑制し、界面で
の過度の腐食反応を抑制する。これにより、飛来塩分の
多い環境においても耐候性安定錆の生成が可能になるの
である。

【００１７】また、リン系防錆顔料の添加量は、０．１
質量％未満では、その効果が弱く、１０．０質量％を超
しても、効果が飽和に達するばかりでなく、防錆効果が
強くなりすぎて、耐候性安定錆の生成が遅延される。し
たがって、０．１〜１０．０質量％の範囲とするもので
ある。

【００１８】このようにして添加するリン系防錆顔料と
しては、リン酸亜鉛、トリポリリン酸アルミ、リンモリ
ブデン酸アルミ等を例示でき、これらが２種類以上含有
されていてもよい。

【００１９】また、リン系防錆顔料と併用してリン酸そ
のものを添加することもできる。ただし、リン酸だけの
単独添加においては、被覆表面からの溶出により効果が
減じるため、リン系防錆顔料を０．１質量％以上添加す
る必要がある。

【００２０】なお、ここで述べた樹脂被覆中の添加剤の
濃度は、乾燥固化した後の濃度を示す。被覆前の被覆塗
料は、適当量の溶剤または水により塗装作業に適した粘
度に調整され、これらの溶剤または水分は塗装後自然乾
燥により蒸散していく。

【００２１】＜有機樹脂＞本発明で使用できる有機樹脂
としては、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、ビニル樹脂、
ポリエステル樹脂、アクリル樹脂、アルキド樹脂、ブチ
ラール樹脂、フタル酸樹脂等を例示できるが、これらに
限定されるものではない。また、有機樹脂被覆中には、
硫酸クロム、リン系防錆顔料の他、ベンガラ、二酸化チ
タン、カーボンブラック、フタロシアニンブルー等の着
色顔料、タルク、シリカ、マイカ、硫酸バリウム、炭酸
カルシウム等の体質顔料、その他チキソ剤、分散剤、酸
化防止剤等慣用の添加剤を含ませることができる。この
場合、有機樹脂被覆が将来的に損耗ないしは剥落しても
外観を損なわないように、有機樹脂に着色顔料を添加
し、耐候性安定錆と同色の茶色またはチョコレート色に
しておくことが好ましい。

【００２２】（被覆の形成）本発明に係る有機樹脂被覆
は、乾燥膜厚が５〜１５０μｍとなるようにする。乾燥
膜厚で５μｍ以上とするのは、５μｍより薄い被覆厚で
は、バリアー効果が低く、鋼材の腐食で生成されるＦｅ
イオンの滲み出しを完全に防ぐことができず、流れ錆を
生じてしまうからである。また、５μｍより薄い被覆厚
では、飛来塩分の多い環境において、塩化物イオンの透
過により過度の腐食を生じ、連続した耐候性安定錆の生
成が阻害されてしまうからでもある。

【００２３】他方、有機樹脂被覆を、乾燥膜厚で１５０
μｍ以下とするのは、１５０μｍを超える被覆厚にする
と、経済性に劣るばかりでなく、バリアー効果が高くな
りすぎ、鋼面に耐候性安定錆を形成するのに長時間を要
するようになるからである。

【００２４】かくして、本発明の被覆は、適度の水分や
酸素を鋼面に透過させ、下地鋼面において、耐候性安定
錆の生成あるいは変態反応を進行させながら、その間、
Ｆｅイオンの滲み出しを防止し、流れ錆が生じるのを防
止する働きをもつものである。なお、本発明の被覆の上
に、上層被膜として本発明と同種の樹脂で硫酸クロムを
含まない有機樹脂塗膜を設けることもできる。

【００２５】上記被覆を形成するに際しては、有機樹脂
を溶剤系の塗料としても水性塗料としてもよい。ただ
し、フェノール樹脂（常温硬化型のものを除く。）のよ
うに、硬化に加熱を必要とするもの、あるいはポリエチ
レン樹脂のように、接着するときに加熱して溶融させる
必要がある樹脂は、施工性、経済性に劣るので、硬化や
接着に加熱を要しない樹脂が好ましい。

【００２６】また、有機樹脂塗料は、通常の塗装方法と
同様に、エアスプレー、エアレススプレー、あるいは刷
毛塗り等のいずれの方法によっても塗装することができ
る。したがって、場所を選ばず施工が可能となり、しか
も１回の塗装作業で効果があるため、経済性にも優れて
いる。さらに、現地塗装が可能なため、現地での鋼材の
切断、溶接等の加工後にも迅速に対応できる。

【００２７】なお、本発明に用いられる鋼材は、特に鋼
種が限定されるものでなく、耐候性鋼はもちろんのこ
と、普通鋼であってもよい。これは、樹脂被覆中の硫酸
クロム及びリン系防錆顔料により、飛来塩分の多い環境
における普通鋼であっても、その錆は最終的に化学的に
安定で緻密な耐候性安定錆に変態し、保護作用を発揮で
きることによる。

【００２８】ただし、こうして生成された耐候性安定錆
層に何らかの外力が作用し、亀裂や剥離が生じたとき、
普通鋼はその損傷部において再び耐候性安定錆を生成す
る自己修復性能が劣るため、鋼材としては、耐候性鋼を
使用するのが望ましい。耐候性鋼については、従来使用
されてきたＪＩＳ規定の耐候性鋼のみならず、近年開発
されたＮｉ系の耐候性鋼（海浜耐候性鋼）をも使用でき
る。

【００２９】

【実施例】以下、本発明の実施例を詳説する。本発明の
実施例に用いた試験鋼の化学成分を表１に示す。また、
鋼材の前処理方法を表２に示し、被覆材に用いる樹脂系
を表３に示す。試験鋼の寸法は、１５０×７０×３．２
ｍｍとし、処理前の表面はショットブラストにより除錆
した。

【００３０】

【表１】

【００３１】

【表２】

【００３２】

【表３】

【００３３】硬化剤を使用するタイプは、２液タイプで
主剤（基材樹脂＋添加剤）と硬化剤を塗装直前に混合し
た。

【００３４】

【表４】

【００３５】表５及び表６にサンプルの作製条件及び試
験結果を示す。サンプルの作製に際しては、表５及び表
６に示す被覆材配合組成に、適当量の溶剤を加えて粘度
（Ｂ型粘度計測定）を２００〜１０００ＣＰＳにした塗
料を作製し、エアスプレー塗装により被覆した。この試
験鋼を同一条件のもとに、表４に示す２ヶ所地点で２年
間暴露し、流れ錆発生の有無を評価した。また暴露後の
サンプルについて偏光顕微鏡による断面観察により耐候
性安定錆生成の有無（耐候性安定錆部分は消光）を確認
し、画像解析処理により全錆中に対する耐候性安定錆の
量を百分率で求めた。さらに、錆をＸ線解析により定量
分析を行い、錆中に含まれるβ−ＦｅＯＯＨの分率を求
めた。β−ＦｅＯＯＨは、飛来塩分の多い環境において
生成される、結晶格子中に塩素原子を含んだ錆であり、
保護性をもたず、錆の層状剥離を助長することが知られ
ている。

【００３６】試験の結果、実施例１〜２１では、流れ錆
の発生が認められず、かつ、試験鋼面部分に耐候性安定
錆が高い割合で生成しているのが認められた。

【００３７】また、耐候性安定錆生成率が４５％を超え
るものは、概ね、耐候性安定錆が連続被膜として生成し
ているのに対し、４０％以下のものは不連続被膜になる
傾向を示しており、防食効果に劣ることが予想される。

【００３８】一方、比較例２２及び２３に示すように、
飛来塩分の比較的少ない暴露地においては、リン系防錆
顔料を含有していなくても、良好な耐候性安定錆を生じ
るが、硫酸クロムやリン系防錆顔料の添加量が適正範囲
外のもの、あるいは被覆厚が５〜１５０μｍの範囲外の
ものは、流れ錆を生じたり、耐候性安定錆の生成が不十
分になったりし、流れ錆の発生を防止しつつ、早期に耐
候性安定錆を生成させるということができなくなる。な
お、比較例２６と３０については、被覆の防食効果が強
くなりすぎて、錆の生成が認められなかった。

【００３９】さらに、試験番号１及び１６の１年間暴露
後のサンプルに、ナイフにより鋼材表面に達する傷を入
れ、さらに、１年間暴露を継続した。サンプル１６は、
傷部からの流れ錆の発生が多かったが、サンプル１につ
いては、少量の流れ錆しか認められなかった。これは、
耐候性鋼が、安定錆生成に関し、自己修復機能を有する
ためと考えられ、鋼材としては、耐候性鋼を用いる方が
好ましいことを示している。

【００４０】

【表５】

【００４１】

【表６】

【００４２】

【発明の効果】本発明に係る有機樹脂塗料及びこの有機
樹脂塗料を使用した表面処理鋼材によれば、流れ錆や浮
き錆の発生を防止しながら、早期に耐候性安定錆を生成
することができ、飛来塩分が多くてもこれらの効果を十
分に発揮し、施工性及び経済性に優れたものとなる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｃ０９Ｄ 201/00 Ｃ０９Ｄ 201/00 Ｃ２３Ｃ 22/24 Ｃ２３Ｃ 22/24 22/30 22/30 Ｃ２３Ｆ 11/00 Ｃ２３Ｆ 11/00 Ａ (72)発明者 幸 英昭 大阪府大阪市中央区北浜４丁目５番33号 住友金属工業株式会社内 (72)発明者 上村 隆之 大阪府大阪市中央区北浜４丁目５番33号 住友金属工業株式会社内 (72)発明者 川西 征史 兵庫県尼崎市南塚口町６丁目10番73号 神 東塗料株式会社内 (72)発明者 上田 雅文 兵庫県尼崎市南塚口町６丁目10番73号 神 東塗料株式会社内 Ｆターム(参考） 4D075 BB92Z CA32 CA33 DB02 DC01 DC05 EA06 EA07 EB15 EB19 EB20 EB22 EB33 EB35 EB36 EB38 EC01 EC15 EC54 4F100 AA07B AA07H AB03A BA02 CA13B CA13H CC01B GB07 JB02 JL09 4J038 CE071 CF101 CG141 DB001 DD001 DD121 DG001 EA011 HA376 HA416 KA08 NA03 PC02 4K026 AA02 BA01 BA03 BA08 BB01 BB08 CA16 CA18 CA19 CA23 CA25 CA29 CA33 CA39 DA02 DA15 DA16 EA04 4K062 AA01 BA08 BA10 BA14 BA17 BC08 BC12 BC13 BC15 CA02 CA04 FA12 FA16 GA01

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】硫酸クロムを１〜６５質量％、及びリン系
   防錆顔料を０．１〜１０．０質量％含むことを特徴とす
   る有機樹脂塗料。
2. 【請求項２】硫酸クロムを１〜６５質量％、及びリン系
   防錆顔料を０．１〜１０．０質量％含む有機樹脂塗料
   を、乾燥膜厚が５〜１５０μｍとなるように鋼材表面あ
   るいは鋼材の錆層に被覆することを特徴とする表面処理
   鋼材。