JP2007263400A

JP2007263400A - 塗装鋼板製給湯器外箱

Info

Publication number: JP2007263400A
Application number: JP2006085746A
Authority: JP
Inventors: Goshi Yamamoto; 郷史山本; Fumishiro Kumon; 史城公文; Hiroshi Tsuburaya; 浩圓谷
Original assignee: Nisshin Steel Co Ltd
Current assignee: Nippon Steel Nisshin Co Ltd
Priority date: 2006-03-27
Filing date: 2006-03-27
Publication date: 2007-10-11

Abstract

【課題】結露水起因の腐食が生じやすい湿潤環境にあっても良好な耐食性を維持する塗装鋼板製給湯器外箱を得る。
【解決手段】加熱ユニット11や貯湯タンク12を取り囲む外箱16，17であり、熱源となる加熱ユニット11，貯湯タンク12に対向する内面に親水性塗膜が設けられた塗装鋼板で作製されている。親水性塗膜は、親水性付与剤で対水接触角：60度以下に調整され、リン酸マグネシウム，リン酸水素マグネシウム，リン酸亜鉛，トリポリリン酸二水素アルミニウム，カルシウムシリケート等の非クロム系防錆顔料が配合されている。親水性付与剤には、テトラアルコキシシランの部分加水分解縮合物が使用される。
【選択図】図１

Description

本発明は、結露水起因の腐食が発生しがちな給湯器外箱の内面の乾燥を促進させる塗膜を設けた塗装鋼板を外箱材料に使用し、内面側の耐食性を改善した給湯器外箱に関する。

屋外据置き型の給湯器は、加熱ユニット11と貯湯タンク12との間を配管13，14で接続し、給水口15から貯湯タンク12に冷水を送り込み、冷水配管13から加熱ユニット11に流入した冷水を加熱することにより得られた温水を温水配管14経由で貯湯タンク12に返送している(図１)。温水は、貯湯タンク12から給湯配管15を経て消費場所まで送り出される。
高温状態の加熱ユニット11，貯湯タンク12が剥き出しになっていると危険なことは勿論、熱放散によるエネルギー浪費も無視できないので、加熱ユニット11を外箱16で、貯湯タンク12を外箱17で覆っている。外箱16，17共に、耐食性が要求されることからめっき鋼板に塗膜を設けた塗装鋼板が使用されている。塗装鋼板のなかでも、所定形状に加工，裁断が可能で、現場での塗装工程を不要にしたプレコート鋼板が多用されている。

外箱16，17の外面は、雨水や太陽光照射に曝され、しかも消費者の視野に入ることから、防錆顔料の配合で耐食性を付与した下塗り塗膜，着色顔料で適宜の色調に着色した上塗り塗膜の二層塗膜を設ける場合が多い。他方、外箱16，17の内面側には、通常"サービスコート"と称される程度の簡易な塗膜が設けられている。ところが、給湯器外箱16，17としての用途では、サービスコート程度の塗装では対処できない腐食が散見される。
内面側の腐食は、熱源のある内側と外気に曝される外側との温度差により結露水が外箱16，17の内面に生じることに原因がある。結露水の発生は温度差の大きくなる夜間や冬季に著しく、外箱16，17の内面に結露水が長時間接触すると腐食性成分が塗膜を透過して塗装鋼板に腐食を発生させる。とりわけ、結露水が残留しがちな天井内面，下端加工部，切断端面等が腐食されやすい。

クロム酸カルシウム，クロム酸ストロンチウム等のクロム系防錆顔料を塗膜に配合することにより腐食が抑制される(特許文献１)が、クロム系防錆顔料は環境に悪影響を及ぼすので非クロム系に置き換えられつつある。塗膜が黄変しやすいこともクロム系防錆顔料の欠点である。
特開平7-185452号公報〔0010〕

非クロム系の防錆顔料にはイオン交換シリカ，リン酸塩等があるが、クロム系防錆顔料に比較すると何れも防錆能が低い。また、結露水の付着がある環境では、防錆顔料の効果が十分に発揮されず、極端な場合には外箱16，17を貫通する孔食が生じることもある。
本発明者等は、給湯器外箱の内面にみられる結露水起因の腐食発生機構を種々調査・検討した。その結果、塗膜表面に付着した結露水の成長を抑え、迅速な蒸発を促すことで塗膜表面を早期に乾燥させると、結露水起因の腐食が効果的に抑制されることを見出した。

本発明は、腐食原因となる結露水に塗膜の表面状態が及ぼす知見をベースとし、非クロム系防錆顔料に加えて親水性付与剤を配合した塗料から裏面塗膜を成膜することにより、裏面塗膜の膜面一部に結露水が凝集することを抑え、塗膜を乾燥しやすい状態に維持して耐食性を向上させた給湯器外箱を提供することを目的とする。

本発明の給湯器外箱は、非クロム系防錆顔料，親水性付与剤を含む裏面塗膜をめっき鋼板に設けた塗装鋼板から作製されており、加熱ユニット，貯湯タンク等の熱源に対向する内面側に裏面塗膜を配置している。裏面塗膜は、ポリエステル，アルキッド，エポキシ等の樹脂ベースに非クロム系防錆顔料を配合した塗料から成膜される。

非クロム系防錆顔料には、リン酸マグネシウム，リン酸水素マグネシウム，リン酸亜鉛，トリポリリン酸二水素アルミニウム，カルシウムシリケート等があり、樹脂固形分：１００質量部に対して２〜１５０質量部の割合で配合される。親水性付与剤にはテトラアルコキシシランの部分加水分解縮合物が使用され、対水接触角：６０度以下が得られるように０.５〜５０質量部の割合で配合される。

本発明では、裏面塗膜に親水性を付与することにより結露水起因の腐食を抑制しているが、特に結露水起因の腐食が発生しがちな外箱天井を例にとって親水性，疎水性が腐食に及ぼす影響を説明する。
加熱ユニット11や貯湯タンク12を内蔵している外箱16，17では、加熱ユニット11，貯湯タンク12が熱源となって内面／外面の温度差が大きくなり結露しやすい環境にある。
結露水が付着する天井内面の塗膜を親水性にしているので、結露水は塗膜表面に沿って展開し、天井内面が僅かに傾斜している場合でも下位側に流下し、更には側壁内面に沿って地面まで流下する。そのため、結露後期にあっても薄い水膜のままであり、比較的早期に塗膜が乾燥するので、腐食性成分を含む結露水との接触時間が短縮され天井面の防食が図られる。(図２左欄)

他方、疎水性塗膜に付着した結露水は、表面張力の作用により凝集し、大きなサイズの水滴に成長する。天井面が傾斜していても、疎水性のため結露水が下位側に流動することも親水性塗膜に比較して大幅に少なくなる。サイズの大きな水滴は蒸散するまでに時間がかかり、その分だけ長く水滴が疎水性塗膜に残留する。(図２右欄)

腐食性成分を含む水滴が塗膜表面に長時間残留すると、塗装鋼板20が腐食しやすくなる。塗装鋼板20は、下地鋼21に設けためっき層22を裏面塗膜23で覆い、裏面塗膜23に配合した防錆顔料24で耐食性が付与されているが、裏面塗膜23に付着している結露水25に防錆顔料24が溶出しやすい(図３a)。防錆顔料24の溶出により裏面塗膜23に空洞26が生じると、結露水25から腐食性成分27が空洞26に向けて裏面塗膜23を浸透する(図３b)。裏面塗膜23を浸透した腐食性成分27は、めっき層22と反応し腐食生成物28をめっき層22／裏面塗膜23の界面に生成する(図３c)。腐食生成物28は、塗膜膨れ29や塗膜剥離の原因となり、腐食反応を一層助長させる。

このように、裏面塗膜23の親水性又は疎水性は結露水25の残留状態，ひいては塗膜表面の乾燥程度に大きな影響を及ぼす。その結果、疎水性塗膜では結露水起因の腐食が避けられないのに対し、乾燥状態に維持されやすい親水性塗膜では長期間にわたって腐食の発生が抑えられる。

塗装原板には、冷延鋼板，亜鉛めっき鋼板，亜鉛-アルミニウムめっき鋼板，亜鉛-アルミニウム-マグネシウムめっき鋼板-アルミニウムめっき鋼板-ステンレス鋼板等がある。塗装に先立ち、酸洗，脱脂，表面調整，非クロム系処理等の塗装前処理が必要に応じて塗装原板に施される。

塗装方法は特に限定されないが、ロールコート法が一般的である。
先ず、塗装原板の表面に下塗り塗料を塗布し焼き付けることにより下塗り塗膜を形成した後、上塗り塗料，裏面塗料の塗布・焼付けにより表面側に上塗り塗膜，裏面側に裏面塗膜が設けられる。焼付け条件としては、たとえば下塗り塗料の焼付けに最高到達板温：２００〜２２０℃，加熱時間：３０秒、上塗り塗料，裏面塗料の焼付けに最高到達板温：２１０〜２４０℃，加熱時間：４０秒が採用される。

裏面塗膜は、ポリエステル，アルキッド，エポキシ等の樹脂ベースに、リン酸マグネシウム，リン酸水素マグネシウム，リン酸亜鉛，トリポリリン酸二水素アルミニウム，カルシウムシリケート等の防錆顔料及びテトラアルコキシシランの部分加水分解縮合物(親水性付与剤)を配合した塗料を鋼板裏面に直接塗布し焼き付けることにより形成される。裏面塗料には、必要に応じ有機系骨材，無機系骨材，メタリック顔料，防カビ剤，艶消し剤等、各種添加物を配合できる。

テトラアルコキシシランの部分加水分解縮合物(親水性付与剤)が配合されているので、親水性のある塗膜となる。なかでも、裏面塗膜の対水接触角が６０度以下になるように親水性付与剤の配合量を調整すると、塗装鋼板に付着した雨水が薄い水膜となって塗膜表面に広がり、乾燥完了までの時間が大幅に短くなる。
テトラアルコキシシランの部分加水分解縮合物としては、メチルシリケート51，エチルシリケート40，エチルシリケート48(コルコート社製)やMKCシリケートMS51，MS56(三菱化学株式会社製)等の市販品を使用できる。或いは、テトラメトキシシラン，テトラエトキシシラン，テトラプロポキシシラン等のモノマーに水，触媒を加えて加水分解縮合させることによっても得られる。

テトラアルコキシシランの部分加水分解縮合物は、塗料樹脂：１００質量部に対し０.５〜５０質量部の割合で配合される。０.５未満の配合量では樹脂塗膜の対水接触角が６０度以下にならないが、５０質量部を超える過剰配合では塗膜の加工性が低下し、或いは塗膜にクラックが発生することがある。テトラアルコキシシランの部分加水分解縮合物を配合していても塗膜のベース樹脂自体が疎水性であるため、雨水や腐食性イオンを遮蔽し下地金属を保護する機能は、テトラアルコキシシランの部分加水分解縮合物を配合していない樹脂塗膜と同等の性能が維持される。

親水化した塗装鋼板製の部材に付着した水分は、大きな水滴に成長することなく落下し、或いは水滴が比較的広範囲に展開されるため、蒸発面積が増加して水分蒸発が促進される。その結果、下塗り塗膜，裏面塗膜から防錆成分が切断端面等の鋼板表面に付着した水分に溶出することが抑えられ、耐食性が持続する。

裏面塗膜は、下地の防食，塗膜密着性，隠蔽性を考慮して膜厚：３μｍ以上で形成すると良い。ポリエステル，アルキッド，エポキシ樹脂何れの塗料においても、膜厚：３μｍ以上で耐食性，隠蔽性，密着性の良好な塗膜が形成される。しかし、２０μｍを超える厚膜では、膜厚増加に見合った耐食性の向上が望めず、コスト上昇となる。好ましくは、５〜８μｍの範囲で裏面塗膜の膜厚を調整する。

表面側の塗膜には、一般的に下塗り，上塗りの二層構成が採用される。
下塗り塗膜は、エポキシ，エポキシウレタン，ウレタン，ポリエステル，アクリル等の樹脂ベースに、防錆顔料としてリン酸マグネシウム，リン酸水素マグネシウム，リン酸亜鉛，トリポリリン酸二水素アルミニウム，カルシウムシリケート等を配合した塗料から成膜される。
下塗り塗膜は下地の防食，隠蔽，上塗り塗膜の密着性を向上させるため、膜厚：３μｍ以上で下塗り塗膜を形成することが望ましい。膜厚：３μｍ未満では耐食性，隠蔽性，密着性が十分でないが、厚すぎる下塗り塗膜を設けることはコスト上昇は勿論、加工性低下の原因となるので、５μｍ前後の膜厚で下塗り塗膜を形成することが好ましい。

上塗り塗膜は、ポリエステル，シリコーンポリエステル，ポリフッ化ビニリデン等の樹脂ベースに着色顔料を配合した塗料を塗布・焼付けすることにより形成される。上塗り塗料には、必要に応じ有機系骨材，無機系骨材，メタリック顔料，防カビ剤，艶消し剤等、各種添加物を配合しても良い。上塗り塗膜は、下地鋼の防錆，塗膜密着性を考慮して３μｍ以上の膜厚で形成することが望ましい。しかし、３０μｍを超える厚膜では、膜厚増加に見合った耐食性の向上が望めず、却って塗装コストが高くなる。なかでも、ポリエステル，シリコーンポリエステル系で８〜２０μｍ、ポリフッ化ビニリデン系で１５〜２５μｍの膜厚は、耐食性，隠蔽性，密着性の向上に効果的である。

給湯機外板用塗装鋼板は、前面板，背面板，側面板，天板ごとの仕様でそれぞれ切断、プレス機やロール成形機による曲げ，打抜きによる穴あけ等の加工が施され、ねじ止め，リベット止め，溶接等で外箱形状に組み立てられる。このとき、親水性を持たせた裏面塗膜は給湯機及び加熱ユニットに対向する外箱内面側に配置される。

塗装原板として溶融亜鉛めっき鋼板(板厚０.５ｍｍ，亜鉛付着量Z12)を用意し、非クロム系前処理を施した。比較のため、クロム系の前処理を施したサンプルも用意した。
裏面塗料には、ポリエステル系樹脂をベースとした二種類の塗料を用意した。
第１の塗料は、塗膜樹脂成分：１００質量部に対してトリポリリン酸二水素アルミニウム及びカルシウムシリケートを合計５０質量部，メチルシリケート(親水性付与剤)を６質量部配合した塗料である。
第二の塗料は、塗膜樹脂成分：１００質量部に対してトリポリリン酸二水素アルミニウム，リン酸マグネシウム，リン酸水素マグネシウム，リン酸亜鉛を合計１０質量部，メチルシリケートを６質量部配合した塗料である。

また、従来品として、ポリエステル系樹脂をベースとし、塗膜樹脂成分：１００質量部に対してトリポリリン酸二水素アルミニウム及びカルシウムシリケートを合計５０質量部配合した塗料、トリポリリン酸二水素アルミニウム，リン酸マグネシウム，リン酸水素マグネシウム，リン酸亜鉛を合計１０質量部配合した塗料、ストロンチウムクロメートを１０質量部配合した塗料、計三種類を用意した。

下塗り塗料は、エポキシ樹脂をベースとし、それぞれの裏面塗料と同種，同分量の防錆顔料を配合した塗料を用意した。
上塗り塗料には、一般的なポリエステル系塗料を用いた。
先ず塗装原板の表面に下塗り塗料を塗布し、最高到達板温：２００℃で３０秒間焼き付けることにより、乾燥膜厚：５μｍの下塗り塗膜を形成した。次いで、乾燥塗膜厚が５μｍになる塗布量で裏面塗料を、乾燥塗膜厚が１５μｍになる塗布量で上塗り塗料を塗布し、最高到達板温：２１５℃で４０秒間焼き付けた。

それぞれの塗装鋼板から試験片を切り出し、親水性，耐食性を調査した。
裏面の対水接触角を測定した結果、表１に示すようにメチルシリケートを配合していない従来の塗膜は８０度前後であるのに対して、メチルシリケートを配合した本発明例の塗膜は５０度未満の小さな値を示し、塗膜表面の親水化が確認された。

作製された塗装鋼板から１００ｍｍ×１００ｍｍの試験片31，32を二枚採取し、裏面塗膜23を内側に向けて試験室30の天井，側壁それぞれに取り付け、結露試験に供した。
試験室30にはヒータ33で加熱される加湿器34が配置されており、加湿器34に収容されている水を加熱・蒸発させると試験室30の内部が湿潤雰囲気になり、外気に接する試験室30の外面との間の温度差で試験片31，32が結露しやすい環境に曝される。

結露試験は、試験室30内部の湿潤雰囲気を2時間持続させた後、試験室30を1時間大気開放して内部を乾燥状態にすることを1サイクルとし、湿潤-乾燥を200サイクル繰り返した。結露試験後の試験片31，32を試験室30から取り外し、天井試験片31については塗膜膨れの個数，平均直径を、側面試験片32については下部切断端面からの塗膜膨れの長さを調査した。

表１の調査結果にみられるように、親水性付与剤を裏面塗膜23に配合して対水接触角を下げた本発明例では、非クロム系防錆顔料を用いたサンプルでも天井試験片31に塗膜膨れ29が観察されず，側面試験片32の塗膜膨れ29は比較的小さく、塗膜結露水起因の腐食が生じがたいことが窺われる。耐食性改善効果は、クロム系防錆顔料を使用した比較例とほぼ同等であった。

他方、対水接触角：７８度の疎水性塗膜を設けた比較例(従来品相当)では、天井試験片31に塗膜膨れ２９が発生し、側面試験片32には大きな塗膜膨れ29が発生していた。しかも、天井試験片31の一部では、塗膜表面に白錆が検出された。
この対比から、裏面塗膜23に親水性を付与することにより、塗膜表面が乾燥しやすくなり、結露水起因の腐食が抑制されることが判る。

以上に説明したように、熱源となる加熱ユニット11や貯湯タンク12を取り囲む外箱16，17に塗装鋼板を使用するとき、加熱ユニット11，貯湯タンク12に対向する外箱16，17の内面に設けられる塗膜に親水性を付与することにより、外箱内面が乾燥状態に保たれやすくなり、結露水起因の腐食が抑制され、耐久性の良好な給湯器外箱が得られる。

給湯機器の概略断面図塗膜の親水性，疎水性が結露水の生成・成長に。及ぼす影響を説明する図表結露水起因の腐食が発生するメカニズムの説明図実施例で採用した結露試験の説明図

符号の説明

10：給湯機器 11：加熱ユニット 12：貯湯タンク 13：冷水配管 14：温水配管 15：給湯配管 16：加熱ユニットの外箱 17：貯湯タンクの外箱
20：塗装鋼板 21：下地鋼 22：めっき層 23：裏面塗膜 24：防錆顔料 25：結露水 26：空洞 27：腐食性成分 28：腐食生成物 29：塗膜膨れ
30：結露試験室 31：天井試験片 32：側面試験片 33：ヒータ 34：加湿器

Claims

リン酸マグネシウム，リン酸水素マグネシウム，リン酸亜鉛，トリポリリン酸二水素アルミニウム，カルシウムシリケートから選ばれた一種又は二種以上の非クロム系防錆顔料及び親水性付与剤としてテトラアルコキシシランの部分加水分解縮合物が配合された裏面塗膜を有する塗装鋼板から作製された給湯器外箱であり、給湯器及び加熱ユニットに対向する外箱の内面側に裏面塗膜を配置させていることを特徴とする塗装鋼板製給湯器外箱。
外箱の外面側に当る塗装鋼板には、防錆顔料を配合した下塗り塗膜，着色顔料を配合した上塗り塗膜が設けられている請求項１記載の塗装鋼板製給湯器外箱。