JP5750318B2

JP5750318B2 - 水性塗料及びこれを使用する補修方法

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Publication number: JP5750318B2
Application number: JP2011143751A
Authority: JP
Inventors: 中村　健一; 健一中村
Original assignee: ローバル株式会社
Priority date: 2011-06-29
Filing date: 2011-06-29
Publication date: 2015-07-22
Anticipated expiration: 2031-06-29
Also published as: JP2013010845A

Description

本発明は、揮発性有機化合物（ＶＯＣ）成分が極小であって、環境を悪化させない水性塗料、及びこれを使用する鋼材の補修方法に関するものである。

鋼材の表面処理としては、鋼材の表面に亜鉛の合金層を形成する亜鉛めっき法が知られている。亜鉛めっきを施した鋼材の表面には、亜鉛と酸素が反応した酸化皮膜が形成され、鋼材そのものの腐食が効果的に抑制される。そして、数十年にわたって防食効果が期待できるとも言われている。

しかし、海浜地区などの腐食環境下では、それほど長期の防食効果が望めず、比較的早い段階で鋼材表面に錆が浮いてくることがあり、これを放置すると鋼材の劣化が著しく進行する。そこで、錆が浮いてきた鋼材の補修作業が必要となり、鋼材表面の錆を削り落とすケレン作業の後に、ジンクリッチ塗料を塗布することが知られている。

特開平０７−１３３４４２号公報特開平０８−１４１４９８号公報

しかし、ジンクリッチ塗料は、一般に、有機溶剤と亜鉛とが混合されて構成されているので、塗布作業時に発生する揮発性有機化合物とそれによる異臭が作業環境や近隣環境を悪化させるという問題があった。

そこで、有機溶剤を抑制して水を主たる分散媒にする水系ジンクリッチ塗料も提案されているが（特許文献１〜特許文献２）、常温下で使用でき、はけ塗りやローラー塗りに適した塗料組成を教示するものではない。また、鋼材ケレン面の補修塗装直後の塗膜に不可避的に浮遊してくるフラッシュラストを効果的に低減できる塗料組成や、発生したフラッシュラストの成長を抑止する適切な補修方法は未だ知られていない。

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであって、フラッシュラストを効果的に低減できる水性塗料、及び、このような水性塗料を使用した適切な補修方法を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するため、発明者は、種々の実験を繰り返した結果、特定の組成の水性塗料によれば、錆が生じている鋼材であっても作業環境を悪化させることなく補修できることを見出して本発明を完成させた。

すなわち、本発明は、鋼材表面に上塗りされる水性塗料であって、微粉末シリカ、微粉末シリカ以外の増粘剤、及び水性ウレタン樹脂を含有すると共に、塗料全体に対して７０％〜９０％で、且つ、固体成分に対して９０％〜９７％の重量比の亜鉛末を含有し、前記微粉末シリカが、前記亜鉛末に対して１０００〜５０００ｐｐｍの重量比で添加されており、塗料全体の重量比１０％〜２５％が揮発成分で構成され、揮発性有機化合物は、塗料全体の重量比１％未満である。本発明の揮発成分とは、乾燥状態で塗膜に残存しない物質を意味し、分散媒たる水を含んだ概念である。また、本発明の数値範囲は、以上と以下で規定されており、数値両端を含んでいる。

本発明の水性塗料は、分散媒として水を使用するものの、塗料全体に対して７０％〜９０％で、且つ、固体成分に対して９０％〜９７％の重量比の亜鉛末を含有し、乾燥時間が短いので、金属面が露出した鋼材に塗布しても鋼材表面がウェットな時間を低減することができ、フラッシュラストの発生を効果的に抑制することができる。さらには、亜鉛顔料の犠牲防食作用により、フラッシュラストの広がりを電気化学的に抑制することができる。

また、本発明の水性塗料は、揮発性有機化合物の含有量が、塗料全体の重量比１％未満に抑制されているので、溶剤の乾燥時における作業環境や近隣環境への悪影響が極めて少ない。なお、本発明の水性塗料は、旧塗装膜の上に重複して塗装できるが、鋼材表面に錆が発生しているような場合には、旧塗装膜を剥離するケレン作業を先行させるのが好適である。

また、本発明の水性塗料は、鋼材の表面に直接塗布することもでき、この場合には、亜鉛めっきを省略することができる。すなわち、本発明の水性塗料は、常温下で使用できるので、高温状態（４６０℃以上）の亜鉛槽での亜鉛めっき工程を省略することで、薄板材の熱変形などを回避することができる。

本発明では、亜鉛含有量は、塗料全体に対して重量比７０％〜９０％であるが、より好ましくは、重量比７５％〜８７％とすべきである。また、亜鉛含有量は、固体成分に対して、より好ましくは、重量比９２．１％〜９７％とすべきである。

本発明の揮発成分は、塗料全体の重量比１０％〜２５％であるが、より好ましくは、２０重量％以下に抑制されるべきである。このような場合、典型的には、重量比７５％以上の亜鉛末の第１材料と、重量比２５％未満の第２材料とを別々に用意し、作業現場で両者を混合して、本発明の水性塗料を完成させるのが好適である。

このような組成によれば、はけ塗りやローラー塗りに適した粘度が実現されるが、エアスプレーガン塗装、エアレススプレーガン塗装を実現するためには、必要に応じて希釈水を追加して使用してもよい。但し、希釈水は、塗料全体の２重量％以下に制限すべきである。

また、本発明の水性ウレタン樹脂（固形分）は、好ましくは、塗料全体に対して重量比３％〜９％の含有比とすべきである。また、好ましい実施形態によれば、乾燥膜厚４０μｍにおいて、ＪＩＳＫ５６００−５−４に基づく表面硬度がＢ〜２Ｈとなる。表面硬度は、より好ましくは、ＨＢ〜２Ｈとすべきであり、実施例の水性塗料では表面硬度がＨＢ以上となる。

本発明の水性塗料は、好適には、増粘剤、消泡剤、分散剤の何れか一以上が含有されて、はけ塗りやローラー塗りに適した粘度に調製される。増粘剤の配合量は、必要な粘度に対応して適宜に設定されるが、塗料全体に対して、重量濃度１５００〜２２００ｐｐｍ程度であるのが好適である。

そして、増粘剤としては、ポリエーテルポリオール及びノニオン活性剤を、増粘剤全体に対して３０〜４５重量％程度含有するものが好適に選択される。なお、ポリエーテルポリオールは、ノニオン活性剤に対して重量比４．０〜５．０程度が含有されるのが好適である。

消泡剤と分散剤は、好ましくは、互いに、０．７：１〜１：０．７程度、より好ましくは０．９：１〜１：０．９程度の重量比で重複して添加するのが好適である。

本発明の水性塗料には、塗布性などの観点から、好ましくは、平均粒径が４〜５μｍ程度の亜鉛末が使用される。更に好ましくは、亜鉛末は、亜鉛及び酸化亜鉛で構成され、これに、１０００〜５０００ｐｐｍの微粉末シリカが含有される。含有された微粉末シリカは、凝集防止剤として機能し、かつ、亜鉛末混練時の分散性を向上させている。また、上記の量を添加することで、増粘効果を発揮し、亜鉛顔料の沈降を抑制、さらには消泡剤との相乗効果で、塗膜形成過程におけるスムーズな消泡を可能としている。微粉末シリカＳｉＯ_２としては、例えば、４塩化ケイ素（ＳｉＣｌ_４）を水素（Ｈ_２）火炎中で燃焼させて生成されるヒュームドシリカが好適に使用される。

また、本発明は、鋼材表面に、水性塗料を塗布して乾燥状態で膜厚３０〜５０μｍの第１塗膜を形成する第１塗布工程と、第１塗布工程で塗布した水性塗料が乾燥した後、同一の水性塗料を塗布して乾燥状態で膜厚３０〜５０μｍの第２塗膜を形成する第２塗布工程と、を有し、前記水性塗料は、微粉末シリカ、微粉末シリカ以外の増粘剤、及び水性ウレタン樹脂を含有すると共に、塗料全体に対して７０％〜９０％で、且つ、固体成分に対して９０％〜９７％の重量比の亜鉛末を含有し、前記微粉末シリカが、前記亜鉛末に対して１０００〜５０００ｐｐｍの重量比で添加されおり、塗料全体の重量比１０％〜２５％が揮発成分で構成され、揮発性有機化合物は、塗料全体の重量比１％未満である。

本発明によれば、同一の塗料を重ね塗りすることで足りるので、作業性に優れている。なお、三回以上の重ね塗りすることを禁止するものではないが、膜厚３０〜５０μｍの塗装膜層を二重に設けることで、第１塗布工程の直後にフラッシュラストが発生した場合でも、その成長を確実に抑止することができる。なお、この点は、多数回の実験によって確認している。

本発明の第１塗布工程は、鋼材表面に塗装膜を残した状態で実行しても良いが、塗装膜に錆が浮いている場合には、塗装膜を剥離するケレン作業を第１塗布工程に先行して実行するのが好ましい。

上記した本発明によれば、フラッシュラストを効果的に低減できる水性塗料、及び、このような水性塗料を使用した適切な補修方法を実現できる。

実施例と比較例の塗料組成を示す図面である。実施例と比較例の性能を示す図面である。

以下、実施例に基づいて本発明を説明するが特に本発明を限定するものではない。図１は、実施例１〜実施例７と比較例１〜比較例５の塗料組成と、重要成分の組成割合を図示したものである。なお、液組成を示す数値は、重量部を意味し、組成割合は、重量％を意味している。消泡剤と分散剤については、固・液の明確な分類が困難であり、かつ塗料中での割合は極微量であるため、計算上、揮発性有機化合物（ＶＯＣ）として扱った。

水性ウレタン樹脂Ａ、水性アクリルエマルション樹脂Ｂ、水性変性エポキシ樹脂Ｃ、水性変性エポキシエステル樹脂Ｄとしては、市場で入手可能な一般的な樹脂を使用し、各々の固形成分は、３８％、３５％、３３％、３７％であった。なお、樹脂Ａ〜Ｄについて、同種の複数の樹脂について実験したが、ほぼ同様の傾向が得られた。溶剤系塗料としては自社製のものを使用した。

亜鉛末としては、金属亜鉛分９５．０％以上、総亜鉛分９８．０％以上のものを使用し、微粉末シリカとしては、例えば、４塩化ケイ素（ＳｉＣｌ_４）を水素（Ｈ_２）火炎中で燃焼させて生成されるヒュームドシリカを使用した。なお、添加量は、亜鉛末に対する重量濃度で示している。

そして、乾燥塗膜中の亜鉛含有量は、実施例１〜実施例７について計算すると、９４．５９％、９２.１６％、９４．８６％、９４．８４％、９４．７７％、９４．４１％、９６．１４％と算出される。また、比較例１〜比較例４は、８５．５７％、９６．１１％、９６．０２％、９６．０７％と算出される。

図２は、図１に示す水性塗料の性能試験の結果を示している。

ここで、「樹脂単膜物性」は、樹脂単体での鉄面への成膜性、鉄面への付着性（碁盤目試験）、鉛筆硬度、耐溶剤性（ラビングテスト）、耐候性（屋外暴露目視外観）を検証して、この５試験の評価結果を総合して、樹脂単膜物性評価とした。

○は良好、△はやや懸念あり、×は樹脂単膜としては問題あり、との評価である。

「混練作業性」については、亜鉛末と塗料液を混練した際の、分散作業性、凝集物の有無などを評価した。○は良好、△はやや混練しにくいが容易に分散できる、×は混練、分散が非常に困難を意味する。なお、△−は、△と×の間の評価である。

「塗布性（はけ、ローラー）」は、混練後の塗料をはけ及びローラーにて鋼板へ塗装し、塗装しやすさ、成膜性を評価した。○は良好、△は、塗布しにくいが均一膜の形成が可能、×は塗布が非常に困難で、不均一な膜との評価である。

「塗膜外観」としては、塗布性評価後、乾燥した膜を目視評価した。○は良好、△は、ピンホール、斑が少しあるが、全体として許容できる外観を意味し、×はピンホール、斑などの異常が顕著で、外観不良を意味する。

「耐液沈澱性」は、混練後の塗料を３時間静置した後、缶底の状況を確認した。○は沈澱物なし、△はやや固い沈澱があるが、容易に分散できる、×は顕著に固い沈澱物が発生し、分散が非常に困難との評価である。

「付着性（碁盤目試験）」は、クロスカット法（ＪＩＳＫ５６００−５−６：１９９９）にて評価（１ｍｍを適用）した。○は分類０〜１、△は分類２〜３、×は分類４〜５を意味する。

「耐腐食性（塩水噴霧試験）」は、耐中性塩水噴霧性（ＪＩＳＫ５６００−７−１：１９９９）にて評価した。具体的には、鋼板に形成した塗膜にカッターナイフで素地に達するクロスカットを入れ、試験開始からどれだけの時間でクロスカット部からの発錆が見られるかを目視評価した。また、クロスカット部以外の塗膜の変化についても観察した。○は１０００時間以上発錆なし、塗膜異常なしを意味する。△は５００〜１０００時間で発錆、顕著な塗膜異常なしを意味する。×は、０〜５００時間で発錆、あるいは顕著な塗膜異常（ブリスタ等）が発生したことを意味する。

「作業環境性（臭気）」としては、混練後の塗料の臭いを確認（溶剤臭の有無、不快感を定性評価）した。○は不快臭なし、問題ないことを意味し、△はやや不快臭を感じるとの意味である。×は、不快臭、または溶剤臭が問題となりうるとの評価である。

「耐熱性（１７０℃２４時間）」としては、鋼板に形成した塗膜を、１７０℃の環境（恒温器内）に２４時間曝し、取り出し静置後、鋼板が室温となった状態で、付着性評価を行った。

図２に示す通り、水性ウレタン樹脂を含有すると共に、塗料全体に対して７０％〜９０％で、且つ、固体成分に対して９０％〜９７％の重量比の亜鉛末を含有し、塗料全体の重量比１０％〜２５％が揮発成分で構成され、揮発性有機化合物は、塗料全体の重量比１％未満であることによって優れた効果を発揮することが確認された。

Claims

鋼材表面に上塗りされる水性塗料であって、
微粉末シリカ、微粉末シリカ以外の増粘剤、及び水性ウレタン樹脂を含有すると共に、塗料全体に対して７０％〜９０％で、且つ、固体成分に対して９０％〜９７％の重量比の亜鉛末を含有し、
前記微粉末シリカが、前記亜鉛末に対して１０００〜５０００ｐｐｍの重量比で添加されており、
塗料全体の重量比１０％〜２５％が揮発成分で構成され、揮発性有機化合物は、塗料全体の重量比１％未満であることを特徴とする水性塗料。
亜鉛末の重量比は、固体成分に対して９４．４１％以上である請求項１に記載の水性塗料。
鋼材表面に、水性塗料を塗布して乾燥状態で膜厚３０〜５０μｍの第１塗膜を形成する第１塗布工程と、
第１塗布工程で塗布した水性塗料が乾燥した後、同一の水性塗料を塗布して乾燥状態で膜厚３０〜５０μｍの第２塗膜を形成する第２塗布工程と、を有し、
前記水性塗料は、微粉末シリカ、微粉末シリカ以外の増粘剤、及び水性ウレタン樹脂を含有すると共に、塗料全体に対して７０％〜９０％で、且つ、固体成分に対して９０％〜９７％の重量比の亜鉛末を含有し、
前記微粉末シリカが、前記亜鉛末に対して１０００〜５０００ｐｐｍの重量比で添加されおり、
塗料全体の重量比１０％〜２５％が揮発成分で構成され、揮発性有機化合物は、塗料全体の重量比１％未満であることを特徴とする鋼材の補修方法。
鋼材表面から塗装膜を剥離するケレン作業が、第１塗布工程に先行して設けられる請求項３に記載の補修方法。
請求項３又は４に記載の補修方法で補修された鋼材。