JP2004002637A - 亜鉛粉末含有スラリー及び水系コーティング材 - Google Patents

Abstract

【課題】実用的かつ安価な水系ジンクリッチ塗料を実現するための基本的な技術である安価な亜鉛粉末含有スラリー及び水系コーティング材を提供すること。
【解決手段】亜鉛粉末含有スラリーは、ケイ酸ソーダの溶液７．８重量％と、イオン交換水７２．０重量％と、界面活性剤０．２重量％と、亜鉛粉末２０重量％とを混合して調整される。これによって、亜鉛粉末の十分な水中安定性が得られた。この亜鉛粉末含有スラリー１００重量％にケイ酸リチウム２５重量％を混合攪拌して水系コーティング材を調整した。得られた水系コーティング材は１ヶ月以上何の変化もなく安定であった。また、鋼板にエアスプレーで塗布し、予備乾燥後２８０℃で１０分間焼き付けて作製したテストパネルで、ＪＩＳにしたがって塗膜の性能試験をしたところ、付着性は極めて良好で、塗膜硬さは８Ｈ、耐塩水噴霧性試験では１１００時間以上も赤錆・ふくれ等が発生しなかった。
【選択図】　　　　なし

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、亜鉛粉末含有スラリー及び水系コーティング材に関するもので、水系ジンクリッチ塗料を製造するための基本技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
亜鉛の鉄に対する犠牲防食作用を利用した塗料はジンクリッチ塗料として広く利用されているが、有機溶剤を含有するものが主であり、環境に悪影響を与えるという問題がある。また、有機溶剤を用いない水系ジンクリッチ塗料においては、亜鉛と水の混合による水素ガスの発生という問題や、防錆性能に劣るという問題がある。さらに、クロム酸をバインダーとしたジンクリッチ塗料も広く利用されているが、クロムを含有するために環境に悪影響を与えるという問題がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
このように、実用的なジンクリッチ塗料は有機溶媒あるいはクロムを含有していて環境に悪影響を与えるという問題点を抱えている。一方、水系ジンクリッチ塗料は実用的な段階に至っていないという状態である。ここで、水系ジンクリッチ塗料の製造方法として亜鉛含有金属フレークをコロイダルシリカ被膜で覆うという方法が、特開平６−９８９７号公報に開示されている。しかし、コロイダルシリカは重合度が高く球状構造であるため嵩高く、亜鉛表面に緻密な被膜を形成することができず、水のＯＨ⁻イオンとの接触を防ぐには不十分である。さらに、コロイダルシリカを用いるとコスト高になるという問題点があった。
【０００４】
そこで、本発明は、実用的かつ安価な水系ジンクリッチ塗料を実現するための基本的な技術である亜鉛粉末含有スラリー及び水系コーティング材の提供を課題とするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明にかかる亜鉛粉末含有スラリーは、アルカリケイ酸塩の溶液（水ガラス）にイオン交換水を添加して加水分解させて重合度を低下させたものと亜鉛粉末を混合して攪拌することにより調整されるものである。
【０００６】
このように、アルカリケイ酸塩の溶液にイオン交換水を添加することによって加水分解されて重合度が低下しているため、亜鉛粉末の表面にシリカの緻密な被膜が形成される。これによって、亜鉛と水との接触が防止されて亜鉛粉末の高い水中安定性が得られる。また、水ガラスはコロイダルシリカと比較してずっと安価であるため、低コストで亜鉛粉末含有スラリーを得ることができる。
【０００７】
このようにして、安定性が高く安価な亜鉛粉末含有スラリーを得ることができる。
【０００８】
請求項２の発明にかかる亜鉛粉末含有スラリーは、請求項１の構成において、アルカリケイ酸塩のシリカのモル比を低下させることでさらに重合度を低下させたものである。
【０００９】
アルカリケイ酸塩のシリカのモル比（ＳｉＯ_２／Ｍ_２Ｏ）を低下させることによって、さらにシリカの重合度を低下させることができる。例えば、３号ケイ酸ソーダの代わりにメタケイ酸ソーダを用いることによって、シリカのモル比を低下させることができる。これによって、亜鉛粉末の表面にシリカの緻密な被膜が形成されるため、亜鉛含有量のさらに高いスラリーを得ることができる。
【００１０】
このようにして、安定性が高く安価な亜鉛含有量のより高い亜鉛粉末含有スラリーを得ることができる。
【００１１】
請求項３の発明にかかる亜鉛粉末含有スラリーは、請求項１または請求項２の構成において、バナジン酸塩、ジルコニウム塩、タングステン酸塩、モリブデン酸塩のうち１または２以上を添加したものである。
【００１２】
請求項１または請求項２の構成によって、亜鉛粉末の表面にシリカの緻密な被膜が形成されるが、シリカ被膜に欠損部が生じた場合でも、バナジン酸塩、ジルコニウム塩、タングステン酸塩、モリブデン酸塩のうち１または２以上を添加することによって、バナジン酸イオン、ジルコニウムイオン、タングステン酸イオン、モリブデン酸イオンのいずれかがシリカ被膜の欠損部に作用して不動態化させる。これによって、亜鉛と水との接触がより確実に防止されて亜鉛粉末のより高い水中安定性が得られる。
【００１３】
このようにして、安定性がより高く安価な亜鉛粉末含有スラリーを得ることができる。
【００１４】
請求項４の発明にかかる亜鉛粉末含有スラリーは、請求項１乃至請求項３のいずれか１つの構成において、界面活性剤を添加したものである。
【００１５】
界面活性剤を添加することによって、シリカの緻密な被膜で覆われた亜鉛粉末の水中における分散性が向上して、より一層安定した亜鉛粉末含有スラリーとなる。
【００１６】
このようにして、安定性が高く安価な亜鉛粉末含有スラリーを得ることができる。
【００１７】
請求項５の発明にかかる水系コーティング材は、請求項１乃至請求項４のうちいずれかの亜鉛粉末含有スラリーを用いて調整されるものである。
【００１８】
前述の如く、請求項１乃至請求項４の亜鉛粉末含有スラリーは、亜鉛粉末がシリカの緻密な被膜で覆われていて水中安定性に優れており、長時間放置しても品質が変わらないものである。そこで、これらの亜鉛粉末含有スラリーを用いて水系コーティング材を調整することによって、金属に塗布したときに強い付着性、塗膜の十分な硬さ、耐塩水噴霧性等の優れた防錆性が得られる優れた水系コーティング材を得ることができる。そして、この水系コーティング材をベースにして、優れた水系ジンクリッチ塗料を製造することができる。
【００１９】
請求項６の発明にかかる水系コーティング材は、請求項５の構成において、前記亜鉛粉末含有スラリーにケイ酸リチウムを混合して攪拌することにより得られるものである。
【００２０】
ケイ酸リチウムは水ガラスの１種であって、粘着性に優れておりバインダーとしての役割をする。その結果、水系コーティング材を塗装面に塗り付けて乾燥して塗膜としたときに全体の強度に優れ、また塗装面への付着性も強力な優れた塗膜となる。そこで、亜鉛粉末含有スラリーにケイ酸リチウムを添加することによって、バインダーとして十分な機能が得られて、優れた水系コーティング材となる。
【００２１】
請求項７の発明にかかる亜鉛粉末含有スラリーは、請求項４の構成において、ケイ酸ソーダの溶液０．５〜７．８重量％と、イオン交換水７２．０〜７９．３重量％と、界面活性剤０．２重量％前後と、亜鉛粉末２０重量％前後とを混合して調整されるものである。
【００２２】
この配合の範囲内で調整した亜鉛粉末含有スラリーは、イオン交換水によって加水分解され、重合度が低下したケイ酸ソーダのシリカの緻密な被膜で亜鉛粉末が覆われて、良好な水中安定性を示す。一方、これ以上ケイ酸ソーダの重量％を増やすとゲル化してしまう。そこで、上述した配合の範囲内で亜鉛粉末含有スラリーを調整することによって、水中安定性が確保され、水と亜鉛粉末とが反応して水素ガスが発生することもなく、またケイ酸ソーダによるゲル化が起こることもなく、良質な亜鉛粉末含有スラリーが得られる。そして、この亜鉛粉末含有スラリーを用いて水系コーティング材を調整することによって、金属に塗布したときに強い付着性、塗膜の十分な硬さ、優れた防錆性が得られる優れた水系コーティング材を得ることができる。そして、この水系コーティング材をベースにして、優れた水系ジンクリッチ塗料を製造することができる。
【００２３】
請求項８の発明にかかる亜鉛粉末含有スラリーは、請求項４の構成において、ケイ酸ソーダの溶液１．０重量％前後と、イオン交換水７４．５重量％前後と、界面活性剤０．２重量％前後と、亜鉛粉末２３．８重量％前後と、バナジン酸塩、ジルコニウム塩、タングステン酸塩、モリブデン酸塩のうち１または２以上の合わせて０．５重量％前後とを混合して調整されるものである。
【００２４】
この配合の範囲内で調整した亜鉛粉末含有スラリーは、イオン交換水によって加水分解され、重合度が低下したケイ酸ソーダのシリカの緻密な被膜で亜鉛粉末が覆われて、シリカ被膜に欠損が生じた場合でもバナジン酸イオン等がシリカ被膜の欠損部に作用して不動態化させるため、より良好な水中安定性を示す。一方、これ以上ケイ酸ソーダの重量％を増やすとゲル化してしまう。そこで、上述した配合の範囲内で亜鉛粉末含有スラリーを調整することによって、水中安定性が確保され、水と亜鉛粉末とが反応して水素ガスが発生することもなく、またケイ酸ソーダによるゲル化が起こることもなく、良質な亜鉛粉末含有スラリーが得られる。そして、この亜鉛粉末含有スラリーを用いて水系コーティング材を調整することによって、金属に塗布したときに強い付着性、塗膜の十分な硬さ、優れた防錆性が得られる優れた水系コーティング材を得ることができる。そして、この水系コーティング材をベースにして、優れた水系ジンクリッチ塗料を製造することができる。
【００２５】
請求項９の発明にかかる水系コーティング材は、請求項７または請求項８に記載の亜鉛粉末含有スラリー１００重量％にケイ酸リチウム２０〜３０重量％を混合して攪拌することにより得られるものである。
【００２６】
ケイ酸リチウムは粘着性に優れておりバインダーとしての役割をする。その結果、水系コーティング材を塗装面に塗り付けて乾燥して塗膜としたときに全体の強度に優れ、また塗装面への付着性も強力な優れた塗膜となる。そこで、請求項７または請求項８に記載の良質な亜鉛粉末含有スラリーにケイ酸リチウムを添加することによって、バインダーとして十分な機能が得られて、優れた水系コーティング材となる。そして、この水系コーティング材をベースにして、優れた水系ジンクリッチ塗料を製造することができる。
【００２７】
請求項１０の発明にかかる亜鉛粉末含有スラリーは、請求項４の構成において、メタケイ酸ソーダ１．０重量％前後と、イオン交換水４８．５重量％前後と、界面活性剤０．１重量％前後と、亜鉛粉末４９．４重量％前後と、バナジン酸塩、ジルコニウム塩、タングステン酸塩、モリブデン酸塩のうち１または２以上の合わせて１．０重量％前後とを混合して調整されるものである。
【００２８】
この配合の範囲内で調整した亜鉛粉末含有スラリーは、アルカリケイ酸塩としてシリカのモル比（ＳｉＯ_２／Ｍ_２Ｏ）の低いメタケイ酸ソーダを用いることによって、重合度が低下したシリカの緻密な被膜で亜鉛粉末が覆われて、亜鉛粉末を際立って高濃度に混入することができる。また、シリカ被膜に欠損が生じた場合でもバナジン酸イオン等がシリカ被膜の欠損部に作用して不動態化させるため、より良好な水中安定性を示す。そして、この亜鉛粉末含有スラリーを用いて水系コーティング材を調整することによって、金属に塗布したときに強い付着性、塗膜の十分な硬さ、優れた防錆性が得られる優れた水系コーティング材を得ることができる。
【００２９】
請求項１１の発明にかかる水系コーティング材は、請求項１０に記載の亜鉛粉末含有スラリー５８．２重量％前後にケイ酸リチウム２６．２重量％前後とケイ酸ソーダ１５．６重量％前後を混合して攪拌することにより得られるものである。
【００３０】
ケイ酸リチウム及びケイ酸ソーダは粘着性に優れておりバインダーとしての役割をする。実験の結果、上記の比率でケイ酸リチウムとケイ酸ソーダを混合した場合がバインダーとして最も良い特性が得られた。その結果、水系コーティング材を塗装面に塗り付けて乾燥して塗膜としたときに全体の強度に優れ、また塗装面への付着性も強力な優れた塗膜となる。そこで、請求項１０に記載の良質な亜鉛粉末含有スラリーにケイ酸リチウム及びケイ酸ソーダを添加することによって、バインダーとして十分な機能が得られて、優れた水系コーティング材となる。そして、この水系コーティング材をベースにして、優れた水系ジンクリッチ塗料を製造することができる。
【００３１】
請求項１２の発明にかかる亜鉛粉末含有スラリーは、請求項７または請求項８または請求項１０に記載の亜鉛粉末含有スラリーと水系バインダーからなる水系コーティング材の乾燥塗膜中に亜鉛粉末含有スラリーの固形分が３０〜９５重量％、特に、好ましくは、６５〜８５重量％を含有するものである。
【００３２】
乾燥塗膜中の亜鉛粉末含有スラリーの固形分が３０重量％より少ない場合は、亜鉛の防錆機能が十分発揮されない。また、９５重量％より多い場合は、塗膜面への付着性及び塗膜強度が低下する。亜鉛粉末含有スラリーの固形分が３０〜９５重量％で良好な防錆機能を得ることができる。特に、６５〜８５重量％を含有するもので、その特性が顕著である。
【００３３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
【００３４】
実施の形態１
まず、本発明の亜鉛粉末含有スラリー及び水系コーティング材の実施の形態１について説明する。本実施の形態１の亜鉛粉末含有スラリーは、アルカリケイ酸塩（水ガラス）にイオン交換水を添加して加水分解させ、重合度を低下させたものに、界面活性剤と亜鉛粉末を混合して得られるものである。
【００３５】
まず、イオン交換水に３号ケイ酸ソーダを攪拌しながら添加してケイ酸ソーダを加水分解させた後、界面活性剤（ポリオキシエチレンアルキルエーテル）を攪拌しながら添加した。続いて、亜鉛粉末を添加し、室温で３時間反応させることによって、亜鉛粉末含有スラリーを得た。これを各成分の配合比を変えて、安定性を調べた結果を表１に示す。
【００３６】
【表１】

【００３７】
表１に示されるように、実施例１〜３及び比較例１、比較例２のいずれにおいても界面活性剤と亜鉛粉末の重量％は一定としている。そして、実施例１から実施例２，３、比較例１と次第に３号ケイ酸ソーダの重量％を増やしていき、それに伴ってイオン交換水の重量％を減らしている。なお、比較例２として、３号ケイ酸ソーダを一切加えないものについても試験している。その結果、実施例１〜３については良好な安定性が確認された。３号ケイ酸ソーダを１０．４重量％配合した比較例１は、シリケートイオンが多すぎてゲル化してしまった。また、３号ケイ酸ソーダを全く加えなかった比較例２については、亜鉛粉末をコーティングするシリカが全く含まれていないのであるから、当然ながら水と亜鉛粉末が反応して水素ガスが発生した。
【００３８】
したがって、実施例１〜３に示される配合の範囲内であれば、良好な水中安定性が示され、ゲル化も起こらないものと考えられる。すなわち、亜鉛粉末（固形分１００％）が２０重量％、界面活性剤（固形分０％）が０．２重量％、３号ケイ酸ソーダ（固形分３８％）が０．５〜７．８重量％、イオン交換水（固形分０％）が７２．０〜７９．３重量％の範囲内で調整された亜鉛粉末含有スラリーであれば、良好な特性を示すものと考えられる。
【００３９】
次に、これらの亜鉛粉末含有スラリーから水系コーティング材を調整する方法と性能試験の結果について説明する。表１の実施例３で得られた亜鉛粉末含有スラリー１００重量部に対し、バインダーとしてケイ酸リチウム２５重量部（固形分２３％）を混合して攪拌し、亜鉛粉末含有スラリーの固形分が７７．１％の水系コーティング材を作製した。この水系コーティング材を室温で１ヶ月静置し、性状を目視で判断したところ、全く変化なくゲル化等も起こさず安定した性状を保持した。また、シンナー脱脂した未処理冷延鋼板に、この亜鉛粉末含有スラリーの固形分が７７．１％の水系コーティング材をエアスプレーで塗布し、８０℃で１０分間予備乾燥した後、２８０℃で１０分間焼き付けて、テストパネルを作製した。
【００４０】
このテストパネルについて、塗膜性能試験を行った。得られた試験結果を表２に示す。
【００４１】
【表２】

【００４２】
膜厚はＪＩＳ　Ｋ５４００の「３．５　試験片の作り方　（６）塗膜の厚さ」に準じて測定した。
【００４３】
付着性は、同じくＪＩＳ　Ｋ５４００の「６．１５　碁盤目試験」にしたがって測定した。即ち、カッターナイフで塗膜を貫通して１ｍｍ間隔で１１本ずつの直線を縦横に引く。これによって、１平方センチの正方形の中に１００個のます目ができるので、この部分に粘着テープ（セロハンテープ）を貼り付けて剥がし、塗膜が残ったます目の数を数える。このテストパネルにおいては、１００個のます目のうち１００個全てが残り、１個の剥落もなかった。よって、付着性は極めて良好である。
【００４４】
硬さは、同じくＪＩＳ　Ｋ５４００の「６．１４　鉛筆引っかき試験」にしたがって測定した。即ち、塗膜用鉛筆引っかき試験機を用いて最も軟らかい６Ｂの鉛筆から最も硬い９Ｈの鉛筆までによって塗膜の表面の引っかき試験を行い、どの硬さの鉛筆で傷がついたかによって、その鉛筆の硬度を硬さとするものである。このテストパネルにおいては、硬さは８Ｈであり、硬さにおいても極めて優れている。
【００４５】
耐塩水噴霧性（防錆性）は、同じくＪＩＳ　Ｋ５４００の「７．８　塩水噴霧試験」にしたがって測定した。即ち、試験片を塩水の霧が発生する装置（塩水噴霧試験装置）内に入れて試験をし、主として塩水の霧の作用で塗膜に錆・ふくれ・剥がれができるかどうかを調べた。塩水噴霧試験装置の使用条件としては、試験室内の温度３５±１℃、試験室内の相対湿度９５〜９８％、加湿器の温度４７±１℃、塩水の濃度５ｗ／ｖ％、等が定められている。このテストパネルにおいては、１１００時間試験を行っても、塗膜に赤錆やふくれ・剥がれは未だに生じていない。よって、本実施の形態１の水系コーティング材は、防錆性においても極めて優れていると判断される。
【００４６】
このように、本実施の形態１の亜鉛粉末含有スラリーにおいては、亜鉛粉末表面で緻密なシリカ被膜を形成させるため、従来技術のコロイダルシリカよりも重合度の低いケイ酸ソーダ溶液を用い、さらに重合度を低下させるために、またゲル化を防ぐために、イオン交換水を添加して加水分解させている。そして、界面活性剤を添加することによって、シリカの緻密な被膜で覆われた亜鉛粉末の水中における分散性を向上させて、より一層安定した亜鉛粉末含有スラリーとしている。
【００４７】
そして、この亜鉛粉末含有スラリー１００重量部に対し、バインダーとしてケイ酸リチウム２５重量部を混合して攪拌し、水系コーティング材を作製した。ケイ酸リチウムは粘着性に優れ、水系コーティング材を塗装面に塗り付けて乾燥して塗膜としたときに全体の強度に優れ、また塗装面への付着性も強力な優れた塗膜となる。塗膜としての試験結果からも、表２に示されるように、優れた水系コーティング材であることがわかる。
【００４８】
実施の形態２
次に、本発明の亜鉛粉末含有スラリー及び水系コーティング材の実施の形態２について説明する。本実施の形態２の亜鉛粉末含有スラリーは、アルカリケイ酸塩（水ガラス）にイオン交換水を添加して加水分解させ、重合度を低下させたものに、界面活性剤と亜鉛粉末とメタバナジン酸ソーダまたはメタバナジン酸アンモニウムを混合して得られるものである。
【００４９】
まず、イオン交換水（固形分０％）に３号ケイ酸ソーダ（固形分３８％）を攪拌しながら添加してケイ酸ソーダを加水分解させた後、界面活性剤（ポリオキシエチレンアルキルエーテル）（固形分０％）を攪拌しながら添加した。続いて、メタバナジン酸ソーダ（固形分１００％）またはメタバナジン酸アンモニウム（固形分１００％）及び亜鉛粉末（固形分１００％）を添加し、４０℃で１６時間反応させることによって、シリカ・バナデート処理亜鉛粉末含有スラリーを得た。これを各成分の配合比を変えて、表３に示されるように、４種類のスラリー供試体を作製した。
【００５０】
【表３】

【００５１】
表３に示されるように、界面活性剤の量は４種類の供試体を通じて一定としている。また、イオン交換水及び亜鉛粉末の量は一定としている。比較例３においては、３号ケイ酸ソーダを用いていない。
【００５２】
このような各供試体の安定性を、ガス発生量を測定することによって判別した。ガス発生量の測定方法は、供試体スラリーを三角フラスコに２００ｇ量り取り、ガラス管付きゴム栓を装着して、２０℃の室温中でスラリーから発生するガスを水上捕集し、４８０時間後のガス発生量を測定することにより行った。その結果を表４に示す。
【００５３】
【表４】

【００５４】
表４に示されるように、実施例４及び実施例５は４８０時間経過後もガスの発生が全くなく、極めて優れた安定性を示した。これに対して、比較例３は亜鉛粉末をコーティングするシリカ被膜を形成する３号ケイ酸ソーダが全く入っていないので、当然ながら亜鉛粉末がイオン交換水と反応して水素ガスを発生し、１時間で２０ｃｃのガス発生量を示している。
【００５５】
この中から極めて優れた安定性を示した実施例４のシリカ・バナデート処理亜鉛粉末含有スラリー１００重量％に対し、ケイ酸リチウム２５重量％を攪拌混合し、亜鉛粉末含有スラリーの固形分７８．２％の水系コーティング材を作製した。得られた水系コーティング材を室温で１ヶ月静置し、性状を目視で判断した。結果は、１ヶ月経過しても水系コーティング材には外見上何の変化も認められず、安定性は極めて良好であった。
【００５６】
また、シンナー脱脂した未処理冷延鋼板に、この水系コーティング材をエアスプレーで塗布し、８０℃で１０分間予備乾燥した後、２８０℃で１０分間焼き付けて、テストパネルを作製した。このテストパネルについて、塗膜性能試験を行った。得られた試験結果を表５に示す。
【００５７】
【表５】

【００５８】
塗膜性能試験は、実施の形態１と同様にして行った。
【００５９】
即ち、付着性は、ＪＩＳ　Ｋ５４００の「６．１５　碁盤目試験」にしたがって測定した。即ち、カッターナイフで塗膜を貫通して１ｍｍ間隔で１１本ずつの直線を縦横に引く。これによって、１平方センチの正方形の中に１００個のます目ができるので、この部分に粘着テープ（セロハンテープ）を貼り付けて剥がし、塗膜が残ったます目の数を数える。このテストパネルにおいては、１００個のます目のうち１００個全てが残り、１個の剥落もなかった。よって、付着性は極めて良好である。
【００６０】
硬さは、同じくＪＩＳ　Ｋ５４００の「６．１４　鉛筆引っかき試験」にしたがって測定した。即ち、塗膜用鉛筆引っかき試験機を用いて最も軟らかい６Ｂの鉛筆から最も硬い９Ｈの鉛筆までによって塗膜の表面の引っかき試験を行い、どの硬さの鉛筆で傷がついたかによって、その鉛筆の硬度を硬さとするものである。このテストパネルにおいては、硬さは８Ｈであり、硬さにおいても極めて優れている。
【００６１】
耐塩水噴霧性（防錆性）は、同じくＪＩＳ　Ｋ５４００の「７．８　塩水噴霧試験」にしたがって測定した。即ち、試験片を塩水の霧が発生する装置（塩水噴霧試験装置）内に入れて試験をし、主として塩水の霧の作用で塗膜に錆・ふくれ・剥がれができるかどうかを調べた。塩水噴霧試験装置の使用条件としては、試験室内の温度３５±１℃、試験室内の相対湿度９５〜９８％、加湿器の温度４７±１℃、塩水の濃度５ｗ／ｖ％、等が定められている。このテストパネルにおいては、３６０時間試験を行っても、塗膜に赤錆やふくれ・剥がれは未だに生じていない。よって、本実施の形態２の水系コーティング材は、防錆性においても極めて優れていると判断される。
【００６２】
このように、本実施の形態２の亜鉛粉末含有スラリーにおいては、亜鉛粉末表面で緻密なシリカ被膜を形成させるため、従来技術のコロイダルシリカよりも重合度の低いケイ酸ソーダ溶液を用い、さらに重合度を低下させるために、またゲル化を防ぐために、イオン交換水を添加して加水分解させている。そして、界面活性剤を添加することによって、シリカの緻密な被膜で覆われた亜鉛粉末の水中における分散性を向上させて、より一層安定した亜鉛粉末含有スラリーとしている。さらに、メタバナジン酸ソーダを添加することによって、シリカ被膜に欠損が生じた場合でもバナジン酸イオンが欠損部に作用して不動態化させるため、亜鉛粉末の水中での安定性はより一層高まる。
【００６３】
そして、この亜鉛粉末含有スラリー１００重量部に対し、バインダーとしてケイ酸リチウム２５重量部を混合して攪拌し、水系コーティング材を作製した。ケイ酸リチウムは粘着性に優れ、水系コーティング材を塗装面に塗り付けて乾燥して塗膜としたときに全体の強度に優れ、また塗装面への付着性も強力な優れた塗膜となる。塗膜としての試験結果からも、表５に示されるように、優れた水系コーティング材であることがわかる。
【００６４】
実施の形態３
次に、本発明の亜鉛粉末含有スラリー及び水系コーティング材の実施の形態３について説明する。本実施の形態３の亜鉛粉末含有スラリーは、シリカのモル比の低いアルカリケイ酸塩であるメタケイ酸ソーダあるいは１号ケイ酸ソーダにイオン交換水を添加してシリカの重合度を低下させたものに、界面活性剤と亜鉛粉末とメタバナジン酸ソーダを混合して得られるものである。
【００６５】
まず、イオン交換水にメタケイ酸ソーダあるいは１号ケイ酸ソーダを攪拌しながら添加してケイ酸ソーダを加水分解させた後、界面活性剤（ポリオキシエチレンアルキルエーテル）を攪拌しながら添加した。続いて、メタバナジン酸ソーダ及び亜鉛粉末を添加し、４０℃で１６時間反応させることによって、シリカ・バナデート処理亜鉛粉末含有スラリーを得た。これを各成分の配合比を変えて、表６に示されるように、３種類のスラリー供試体を作製した。
【００６６】
【表６】

【００６７】
表６に示されるように、実施例６及び比較例４では、イオン交換水の量を５０％以下まで減らして代わりに亜鉛粉末の量をほぼ同量まで大幅に増加している。実施例６ではアルカリケイ酸塩としてメタケイ酸ソーダを、実施例７及び比較例４では１号ケイ酸ソーダをそれぞれ１〜２重量％用いている。要するに実施例６及び実施例７、比較例４においては３号ケイ酸ソーダを一切用いていない。実施例７は、３号ケイ酸ソーダを１号ケイ酸ソーダに変えた点を除いて、実施の形態２の実施例４と全く同一である。これらのスラリー供試体の安定性を、静置した場合の外観とガス発生量によって判定した。ガス発生量の測定方法は、実施の形態２と同様にして行った。結果は、表６に示されるように、実施例６及び実施例７では、長時間静置しても外観に変化はなく、またガスの発生量もゼロであったが、比較例４のスラリーはゲル化してしまった。
【００６８】
この中から、多量の亜鉛粉末を含みながら極めて優れた安定性を示した実施例６のシリカ・バナデート処理亜鉛粉末含有スラリーを用いて、亜鉛粉末含有スラリーの固形分８１．０％の水系コーティング材を作製した。バインダーとの混合比を表７に示す。
【００６９】
【表７】

【００７０】
得られた水系コーティング材を室温で１ヶ月静置し、性状を目視で判断した。結果は、１ヶ月経過しても水系コーティング材には外見上何の変化も認められず、安定性は極めて良好であった。
【００７１】
また、シンナー脱脂した未処理冷延鋼板に、この水系コーティング材をエアスプレーで塗布し、８０℃で１０分間予備乾燥した後、２８０℃で１０分間焼き付けて、テストパネルを作製した。このテストパネルについて、塗膜性能試験を行った。得られた試験結果を表８に示す。
【００７２】
【表８】

【００７３】
塗膜性能試験は、実施の形態１，２と同様にして行った。
【００７４】
即ち、付着性は、ＪＩＳ　Ｋ５４００の「６．１５　碁盤目試験」にしたがって測定した。即ち、カッターナイフで塗膜を貫通して１ｍｍ間隔で１１本ずつの直線を縦横に引く。これによって、１平方センチの正方形の中に１００個のます目ができるので、この部分に粘着テープ（セロハンテープ）を貼り付けて剥がし、塗膜が残ったます目の数を数える。このテストパネルにおいては、１００個のます目のうち１００個全てが残り、１個の剥落もなかった。よって、付着性は極めて良好である。
【００７５】
硬さは、同じくＪＩＳ　Ｋ５４００の「６．１４　鉛筆引っかき試験」にしたがって測定した。即ち、塗膜用鉛筆引っかき試験機を用いて最も軟らかい６Ｂの鉛筆から最も硬い９Ｈの鉛筆までによって塗膜の表面の引っかき試験を行い、どの硬さの鉛筆で傷がついたかによって、その鉛筆の硬度を硬さとするものである。このテストパネルにおいては、硬さは８Ｈであり、硬さにおいても極めて優れている。
【００７６】
耐塩水噴霧性（防錆性）は、同じくＪＩＳ　Ｋ５４００の「７．８　塩水噴霧試験」にしたがって測定した。即ち、試験片を塩水の霧が発生する装置（塩水噴霧試験装置）内に入れて試験をし、主として塩水の霧の作用で塗膜に錆・ふくれ・剥がれができるかどうかを調べた。塩水噴霧試験装置の使用条件としては、試験室内の温度３５±１℃、試験室内の相対湿度９５〜９８％、加湿器の温度４７±１℃、塩水の濃度５ｗ／ｖ％、等が定められている。このテストパネルにおいては、３６０時間試験を行っても、塗膜に赤錆やふくれ・剥がれは未だに生じていない。よって、本実施の形態３の水系コーティング材は、防錆性においても極めて優れていると判断される。
【００７７】
上記各実施の形態においては、アルカリケイ酸塩としてケイ酸ソーダまたはメタケイ酸ソーダを使用した例について説明したが、アルカリケイ酸塩としては他にもケイ酸カリウム、ケイ酸リチウム、ケイ酸アンモニウム、オルソケイ酸ソーダ等の他の低モル比のケイ酸ソーダ、アルコキシシラン等を用いることができる。
【００７８】
また、水系コーティング材を作製する際に亜鉛粉末含有スラリーに添加するバインダーとしてケイ酸リチウムを使用した例、及びケイ酸リチウムと３号ケイ酸ソーダの混合物を使用した例について説明したが、その他のバインダーとして上記以外のアルカリケイ酸（水ガラス）、コロイダルシリカ、金属アルコキシド、水系のシリコン樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、アクリル樹脂及びメラミン樹脂等が挙げられ、これら２種類以上の混合物でもよく、乾燥後の塗膜として亜鉛粉末の保持、塗装面との付着性が確保できるものであれば、特に限定されるものではない。
【００７９】
さらに、上記実施の形態２の実施例４においては、メタバナジン酸ソーダを添加しているが、実施例５に示されるようにメタバナジン酸アンモニウムを添加しても良く、またバナジン酸塩に限らず、ジルコニウム塩、タングステン酸塩、モリブデン酸塩を用いることもでき、これらを混合して添加しても良い。
【００８０】
上記実施の形態において、亜鉛粉末含有スラリーと水系バインダーからなる水系コーティング材の乾燥塗膜中に亜鉛粉末含有スラリーの固形分が３０〜９５重量％を含有するものでは、亜鉛の防錆機能及び塗膜面への付着性及び塗膜強度が低下することなく、良好な防錆機能を得ることができた。即ち、発明者らの確認によれば、乾燥塗膜中の亜鉛粉末含有スラリーの固形分が３０重量％より少ない場合は、亜鉛の防錆機能が十分発揮されない。また、９５重量％より多い場合は、塗膜面への付着性及び塗膜強度が低下するという結果が得られた。特に、亜鉛粉末含有スラリーの固形分が６５〜８５重量％を含有するもので、その特性が顕著であった。
【００８１】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１の発明にかかる亜鉛粉末含有スラリーは、アルカリケイ酸塩の溶液（水ガラス）にイオン交換水を添加して加水分解させて重合度を低下させたものと亜鉛粉末を混合して攪拌することにより調整されるものである。
【００８２】
このように、アルカリケイ酸塩の溶液にイオン交換水を添加することによって加水分解されて重合度が低下しているため、亜鉛粉末の表面にシリカの緻密な被膜が形成される。これによって、亜鉛と水との接触が防止されて亜鉛粉末の高い水中安定性が得られる。また、水ガラスはコロイダルシリカと比較してずっと安価であるため、低コストで亜鉛粉末含有スラリーを得ることができる。
【００８３】
このようにして、安定性が高く安価な亜鉛粉末含有スラリーを得ることができる。
【００８４】
請求項２の発明にかかる亜鉛粉末含有スラリーは、請求項１の構成において、アルカリケイ酸塩のシリカのモル比を低下させることでさらに重合度を低下させたものである。
【００８５】
アルカリケイ酸塩のシリカのモル比（ＳｉＯ_２／Ｍ_２Ｏ）を低下させることによって、さらにシリカの重合度を低下させることができる。例えば、３号ケイ酸ソーダの代わりにメタケイ酸ソーダを用いることによって、シリカのモル比を低下させることができる。これによって、亜鉛粉末の表面にシリカの緻密な被膜が形成されるため、亜鉛含有量のさらに高いスラリーを得ることができる。
【００８６】
このようにして、安定性が高く安価な亜鉛含有量のより高い亜鉛粉末含有スラリーを得ることができる。
【００８７】
請求項３の発明にかかる亜鉛粉末含有スラリーは、請求項１または請求項２の構成において、バナジン酸塩、ジルコニウム塩、タングステン酸塩、モリブデン酸塩のうち１または２以上を添加したものである。
【００８８】
請求項１または請求項２の構成によって、亜鉛粉末の表面にシリカの緻密な被膜が形成されるが、シリカ被膜に欠損部が生じた場合でも、バナジン酸塩、ジルコニウム塩、タングステン酸塩、モリブデン酸塩のうち１または２以上を添加することによって、バナジン酸イオン、ジルコニウムイオン、タングステン酸イオン、モリブデン酸イオンのいずれかがシリカ被膜の欠損部に作用して不動態化させる。これによって、亜鉛と水との接触がより確実に防止されて亜鉛粉末のより高い水中安定性が得られる。
【００８９】
このようにして、安定性がより高く安価な亜鉛粉末含有スラリーを得ることができる。
【００９０】
請求項４の発明にかかる亜鉛粉末含有スラリーは、請求項１乃至請求項３のいずれか１つの構成において、界面活性剤を添加したものである。
【００９１】
界面活性剤を添加することによって、シリカの緻密な被膜で覆われた亜鉛粉末の水中における分散性が向上して、より一層安定した亜鉛粉末含有スラリーとなる。
【００９２】
このようにして、安定性が高く安価な亜鉛粉末含有スラリーを得ることができる。
【００９３】
請求項５の発明にかかる水系コーティング材は、請求項１乃至請求項４のうちいずれかの亜鉛粉末含有スラリーを用いて調整されるものである。
【００９４】
前述の如く、請求項１乃至請求項４の亜鉛粉末含有スラリーは、亜鉛粉末がシリカの緻密な被膜で覆われていて水中安定性に優れており、長時間放置しても品質が変わらないものである。そこで、これらの亜鉛粉末含有スラリーを用いて水系コーティング材を調整することによって、金属に塗布したときに強い付着性、塗膜の十分な硬さ、耐塩水噴霧性等の優れた防錆性が得られる優れた水系コーティング材を得ることができる。そして、この水系コーティング材をベースにして、優れた水系ジンクリッチ塗料を製造することができる。
【００９５】
請求項６の発明にかかる水系コーティング材は、請求項５の構成において、前記亜鉛粉末含有スラリーにケイ酸リチウムを混合して攪拌することにより得られるものである。
【００９６】
ケイ酸リチウムは水ガラスの１種であって、粘着性に優れておりバインダーとしての役割をする。その結果、水系コーティング材を塗装面に塗り付けて乾燥して塗膜としたときに全体の強度に優れ、また塗装面への付着性も強力な優れた塗膜となる。そこで、亜鉛粉末含有スラリーにケイ酸リチウムを添加することによって、バインダーとして十分な機能が得られて、優れた水系コーティング材となる。
【００９７】
請求項７の発明にかかる亜鉛粉末含有スラリーは、請求項４の構成において、ケイ酸ソーダの溶液０．５〜７．８重量％と、イオン交換水７２．０〜７９．３重量％と、界面活性剤０．２重量％前後と、亜鉛粉末２０重量％前後とを混合して調整されるものである。
【００９８】
この配合の範囲内で調整した亜鉛粉末含有スラリーは、イオン交換水によって加水分解され、重合度が低下したケイ酸ソーダのシリカの緻密な被膜で亜鉛粉末が覆われて、良好な水中安定性を示す。一方、これ以上ケイ酸ソーダの重量％を増やすとゲル化してしまう。そこで、上述した配合の範囲内で亜鉛粉末含有スラリーを調整することによって、水中安定性が確保され、水と亜鉛粉末とが反応して水素ガスが発生することもなく、またケイ酸ソーダによるゲル化が起こることもなく、良質な亜鉛粉末含有スラリーが得られる。そして、この亜鉛粉末含有スラリーを用いて水系コーティング材を調整することによって、金属に塗布したときに強い付着性、塗膜の十分な硬さ、優れた防錆性が得られる優れた水系コーティング材を得ることができる。そして、この水系コーティング材をベースにして、優れた水系ジンクリッチ塗料を製造することができる。
【００９９】
請求項８の発明にかかる亜鉛粉末含有スラリーは、請求項４の構成において、ケイ酸ソーダの溶液１．０重量％前後と、イオン交換水７４．５重量％前後と、界面活性剤０．２重量％前後と、亜鉛粉末２３．８重量％前後と、バナジン酸塩、ジルコニウム塩、タングステン酸塩、モリブデン酸塩のうち１または２以上の合わせて０．５重量％前後とを混合して調整されるものである。
【０１００】
この配合の範囲内で調整した亜鉛粉末含有スラリーは、イオン交換水によって加水分解され、重合度が低下したケイ酸ソーダのシリカの緻密な被膜で亜鉛粉末が覆われて、シリカ被膜に欠損が生じた場合でもバナジン酸イオン等がシリカ被膜の欠損部に作用して不動態化させるため、より良好な水中安定性を示す。一方、これ以上ケイ酸ソーダの重量％を増やすとゲル化してしまう。そこで、上述した配合の範囲内で亜鉛粉末含有スラリーを調整することによって、水中安定性が確保され、水と亜鉛粉末とが反応して水素ガスが発生することもなく、またケイ酸ソーダによるゲル化が起こることもなく、良質な亜鉛粉末含有スラリーが得られる。そして、この亜鉛粉末含有スラリーを用いて水系コーティング材を調整することによって、金属に塗布したときに強い付着性、塗膜の十分な硬さ、優れた防錆性が得られる優れた水系コーティング材を得ることができる。そして、この水系コーティング材をベースにして、優れた水系ジンクリッチ塗料を製造することができる。
【０１０１】
請求項９の発明にかかる水系コーティング材は、請求項７または請求項８に記載の亜鉛粉末含有スラリー１００重量％にケイ酸リチウム２０〜３０重量％を混合して攪拌することにより得られるものである。
【０１０２】
ケイ酸リチウムは粘着性に優れておりバインダーとしての役割をする。その結果、水系コーティング材を塗装面に塗り付けて乾燥して塗膜としたときに全体の強度に優れ、また塗装面への付着性も強力な優れた塗膜となる。そこで、請求項７または請求項８に記載の良質な亜鉛粉末含有スラリーにケイ酸リチウムを添加することによって、バインダーとして十分な機能が得られて、優れた水系コーティング材となる。そして、この水系コーティング材をベースにして、優れた水系ジンクリッチ塗料を製造することができる。
【０１０３】
請求項１０の発明にかかる亜鉛粉末含有スラリーは、請求項４の構成において、メタケイ酸ソーダ１．０重量％前後と、イオン交換水４８．５重量％前後と、界面活性剤０．１重量％前後と、亜鉛粉末４９．４重量％前後と、バナジン酸塩、ジルコニウム塩、タングステン酸塩、モリブデン酸塩のうち１または２以上の合わせて１．０重量％前後とを混合して調整されるものである。
【０１０４】
この配合の範囲内で調整した亜鉛粉末含有スラリーは、アルカリケイ酸塩としてシリカのモル比（ＳｉＯ_２／Ｍ_２Ｏ）の低いメタケイ酸ソーダを用いることによって、重合度が低下したシリカの緻密な被膜で亜鉛粉末が覆われて、亜鉛粉末を際立って高濃度に混入することができる。また、シリカ被膜に欠損が生じた場合でもバナジン酸イオン等がシリカ被膜の欠損部に作用して不動態化させるため、より良好な水中安定性を示す。そして、この亜鉛粉末含有スラリーを用いて水系コーティング材を調整することによって、金属に塗布したときに強い付着性、塗膜の十分な硬さ、優れた防錆性が得られる優れた水系コーティング材を得ることができる。
【０１０５】
請求項１１の発明にかかる水系コーティング材は、請求項１０に記載の亜鉛粉末含有スラリー５８．２重量％前後にケイ酸リチウム２６．２重量％前後とケイ酸ソーダ１５．６重量％前後を混合して攪拌することにより得られるものである。
【０１０６】
ケイ酸リチウム及びケイ酸ソーダは粘着性に優れておりバインダーとしての役割をする。実験の結果、上記の比率でケイ酸リチウムとケイ酸ソーダを混合した場合がバインダーとして最も良い特性が得られた。その結果、水系コーティング材を塗装面に塗り付けて乾燥して塗膜としたときに全体の強度に優れ、また塗装面への付着性も強力な優れた塗膜となる。そこで、請求項１０に記載の良質な亜鉛粉末含有スラリーにケイ酸リチウム及びケイ酸ソーダを添加することによって、バインダーとして十分な機能が得られて、優れた水系コーティング材となる。そして、この水系コーティング材をベースにして、優れた水系ジンクリッチ塗料を製造することができる。
【０１０７】
請求項１２の発明にかかる亜鉛粉末含有スラリーは、請求項７または請求項８または請求項１０に記載の亜鉛粉末含有スラリーと水系バインダーからなる水系コーティング材の乾燥塗膜中に亜鉛粉末含有スラリーの固形分が３０〜９５重量％を含有するものであるから、請求項７または請求項８または請求項１０に記載の効果に加えて、亜鉛の防錆機能及び塗膜面への付着性及び塗膜強度が低下することなく、良好な防錆機能を得ることができる。なお、特に、亜鉛粉末含有スラリーの固形分が６５〜８５重量％を含有するもので、その特性が顕著である。

Claims (12)

1. アルカリケイ酸塩の溶液にイオン交換水を添加して加水分解させて重合度を低下させたものと亜鉛粉末を混合して攪拌することにより調整される亜鉛粉末含有スラリー。
2. アルカリケイ酸塩のシリカのモル比を低下させることでさらに重合度を低下させたことを特徴とする請求項１に記載の亜鉛粉末含有スラリー。
3. バナジン酸塩、ジルコニウム塩、タングステン酸塩、モリブデン酸塩のうち１または２以上を添加したことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の亜鉛粉末含有スラリー。
4. 界面活性剤を添加したことを特徴とする請求項１乃至請求項３のうちいずれか１つに記載の亜鉛粉末含有スラリー。
5. 請求項１乃至請求項４のうちいずれか１つに記載の亜鉛粉末含有スラリーを用いて調整される水系コーティング材。
6. 前記亜鉛粉末含有スラリーにケイ酸リチウムを混合して攪拌することにより得られることを特徴とする請求項５の水系コーティング材。
7. ケイ酸ソーダの溶液０．５〜７．８重量％と、イオン交換水７２．０〜７９．３重量％と、界面活性剤０．２重量％前後と、亜鉛粉末２０重量％前後とを混合して調整される請求項４に記載の亜鉛粉末含有スラリー。
8. ケイ酸ソーダの溶液１．０重量％前後と、イオン交換水７４．５重量％前後と、界面活性剤０．２重量％前後と、亜鉛粉末２３．８重量％前後と、バナジン酸塩、ジルコニウム塩、タングステン酸塩、モリブデン酸塩のうち１または２以上の合わせて０．５重量％前後とを混合して調整される請求項４に記載の亜鉛粉末含有スラリー。
9. 請求項７または請求項８に記載の亜鉛粉末含有スラリー１００重量％にケイ酸リチウム２０〜３０重量％を混合して攪拌することにより得られることを特徴とする水系コーティング材。
10. メタケイ酸ソーダ１．０重量％前後と、イオン交換水４８．５重量％前後と、界面活性剤０．１重量％前後と、亜鉛粉末４９．４重量％前後と、バナジン酸塩、ジルコニウム塩、タングステン酸塩、モリブデン酸塩のうち１または２以上の合わせて１．０重量％前後とを混合して調整される請求項４に記載の亜鉛粉末含有スラリー。
11. 請求項１０に記載の亜鉛粉末含有スラリー５８．２重量％前後にケイ酸リチウム２６．２重量％前後とケイ酸ソーダ１５．６重量％前後を混合して攪拌することにより得られることを特徴とする水系コーティング材。
12. 請求項７または請求項８または請求項１０に記載の亜鉛粉末含有スラリーと水系バインダーからなる水系コーティング材の乾燥塗膜中に亜鉛粉末含有スラリーの固形分が３０〜９５重量％を含有することを特徴とする水系コーティング材。