JP3056372B2 - 超塗装耐久性鋼材及びその塗装方法 - Google Patents
超塗装耐久性鋼材及びその塗装方法Info
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- JP3056372B2 JP3056372B2 JP9441594A JP9441594A JP3056372B2 JP 3056372 B2 JP3056372 B2 JP 3056372B2 JP 9441594 A JP9441594 A JP 9441594A JP 9441594 A JP9441594 A JP 9441594A JP 3056372 B2 JP3056372 B2 JP 3056372B2
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、橋梁、各種建築物など
鋼材を塗装して用いる分野に関わるものであり、塗装耐
久性に非常に優れた塗装鋼材及びその塗装方法に関する
ものである。
鋼材を塗装して用いる分野に関わるものであり、塗装耐
久性に非常に優れた塗装鋼材及びその塗装方法に関する
ものである。
【０００２】
【従来の技術】経済の発達と共に、安価で信頼性高く構
造を支える材料としての鋼材の使用量は大きく伸びてき
た。その使われ方には多種類のものがあるが、例えば、
橋梁や各種建築物等大気中で使用される鋼材の量は非常
に多い。これらのものは、耐久性及び景観性の確保のた
めに塗装を施して用いられるのが最も一般的な方法であ
る。通常鋼材は部材に加工された後、研掃され、その後
塗装（下塗り、中塗り、上塗り）される。この塗装は、
耐久性の観点からは２種類の特性に優れることが重要な
ポイントである。一つめは、塗装後耐食性である。これ
に関連するものには、鋼材界面の腐食によって生じる塗
膜の膨れ、はがれ、われといった現象がある。これらに
対しては、塗料技術の観点から、塗料用樹脂あるいは含
有されている防錆顔料の変更、改良といったアプローチ
により向上が図られてきた。二つめは塗膜の耐候性であ
る。有機物である塗膜は光エネルギーにより塗膜表面か
ら酸化分解し、樹脂の分解にともなう光沢減少、チョー
キングなどにより初期の特性を次第に失っていくことは
よく知られている。これに対しても例えば樹脂に対して
は、結合エネルギーが大きく化学的に安定なもの、すな
わち特に紫外線の励起エネルギーに打ち勝てる結合エネ
ルギーレベルにあるものを使用するなど、塗料技術の観
点から性能の向上が図られてきた。
造を支える材料としての鋼材の使用量は大きく伸びてき
た。その使われ方には多種類のものがあるが、例えば、
橋梁や各種建築物等大気中で使用される鋼材の量は非常
に多い。これらのものは、耐久性及び景観性の確保のた
めに塗装を施して用いられるのが最も一般的な方法であ
る。通常鋼材は部材に加工された後、研掃され、その後
塗装（下塗り、中塗り、上塗り）される。この塗装は、
耐久性の観点からは２種類の特性に優れることが重要な
ポイントである。一つめは、塗装後耐食性である。これ
に関連するものには、鋼材界面の腐食によって生じる塗
膜の膨れ、はがれ、われといった現象がある。これらに
対しては、塗料技術の観点から、塗料用樹脂あるいは含
有されている防錆顔料の変更、改良といったアプローチ
により向上が図られてきた。二つめは塗膜の耐候性であ
る。有機物である塗膜は光エネルギーにより塗膜表面か
ら酸化分解し、樹脂の分解にともなう光沢減少、チョー
キングなどにより初期の特性を次第に失っていくことは
よく知られている。これに対しても例えば樹脂に対して
は、結合エネルギーが大きく化学的に安定なもの、すな
わち特に紫外線の励起エネルギーに打ち勝てる結合エネ
ルギーレベルにあるものを使用するなど、塗料技術の観
点から性能の向上が図られてきた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上述の塗装されて使用
される橋梁や各種建築物は、例えば橋梁を例にとると、
海岸部で約４年、山間部で約８年を過ぎると前述の耐食
性や耐候性の観点から塗装の塗り替えが必要となってく
る。塗り替え作業には費用がかかり、また塗装工不足が
深刻であることから、塗装塗り換えが困難になってきて
いるという社会的、経済的な大きな課題が生じている。
される橋梁や各種建築物は、例えば橋梁を例にとると、
海岸部で約４年、山間部で約８年を過ぎると前述の耐食
性や耐候性の観点から塗装の塗り替えが必要となってく
る。塗り替え作業には費用がかかり、また塗装工不足が
深刻であることから、塗装塗り換えが困難になってきて
いるという社会的、経済的な大きな課題が生じている。
【０００４】本発明の目的は、鋼材の塗装耐久性を大幅
に向上し、塗り替えの期間をのばすことで、上の課題を
解決することが可能な塗装鋼材および塗装方法を提供す
ることにある。
に向上し、塗り替えの期間をのばすことで、上の課題を
解決することが可能な塗装鋼材および塗装方法を提供す
ることにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】このような課題を解決す
るための本発明の要旨は、第１には、耐候性鋼の鋼材表
面上に、鋼材の表面側から上方へ、第１層目に主として
Ｆｅ，Ｃｒ，Ｚｎのりん酸塩からなる被膜を厚さ０．０
５〜２μｍ、第２層目に主としてポリビニルブチラール
樹脂とクロム・りん酸との錯体、Ｆｅ2 Ｏ3 ＋Ｆｅ3 Ｏ
4 ，Ｐｂ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｐ，Ｚｎ，Ｃｒ等の単体もしく
は化合物の中から１種以上、りん酸亜鉛及びブチラール
樹脂とからなる被膜を厚さ５〜５０μｍ、第３層目に主
として塗料用顔料と塗料用樹脂とからなり、顔料容積濃
度（ＰＶＣ）が臨界顔料容積濃度（ＣＰＶＣ）の５０％
以上でかつ硬化完了後の被膜の伸び率が４％以上である
被膜を、厚さ１５〜２００μｍ有することを特徴とする
超塗装耐久性鋼材、第２には、耐候性鋼を用い該鋼材表
面にＦｅ2 Ｏ3 ＋Ｆｅ3 Ｏ4 １〜５０ｍａｓｓ％、り
ん酸０．０１〜５ｍａｓｓ％、Ｐｂ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｐ，
Ｚｎ，Ｃｒ等の単体もしくは化合物を１種以上０．０１
〜１０ｍａｓｓ％、ブチラール樹脂単独かあるいはブチ
ラール樹脂及びブチラール樹脂と相溶性を有する樹脂３
〜３０ｍａｓｓ％を主成分とし、残部溶剤と塗料添加剤
よりなる混合処理液を塗布することにより塗装下地処理
被膜を形成した後、主として塗料用顔料と塗料用樹脂と
からなり、仕上がり後の顔料容積濃度（ＰＶＣ）が臨界
顔料容積濃度（ＣＰＶＣ）の５０％以上でかつ硬化完了
後の被膜の伸び率が４％以上であるような処理液を塗布
することを特徴とする超塗装耐久性鋼材の塗装方法であ
る。
るための本発明の要旨は、第１には、耐候性鋼の鋼材表
面上に、鋼材の表面側から上方へ、第１層目に主として
Ｆｅ，Ｃｒ，Ｚｎのりん酸塩からなる被膜を厚さ０．０
５〜２μｍ、第２層目に主としてポリビニルブチラール
樹脂とクロム・りん酸との錯体、Ｆｅ2 Ｏ3 ＋Ｆｅ3 Ｏ
4 ，Ｐｂ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｐ，Ｚｎ，Ｃｒ等の単体もしく
は化合物の中から１種以上、りん酸亜鉛及びブチラール
樹脂とからなる被膜を厚さ５〜５０μｍ、第３層目に主
として塗料用顔料と塗料用樹脂とからなり、顔料容積濃
度（ＰＶＣ）が臨界顔料容積濃度（ＣＰＶＣ）の５０％
以上でかつ硬化完了後の被膜の伸び率が４％以上である
被膜を、厚さ１５〜２００μｍ有することを特徴とする
超塗装耐久性鋼材、第２には、耐候性鋼を用い該鋼材表
面にＦｅ2 Ｏ3 ＋Ｆｅ3 Ｏ4 １〜５０ｍａｓｓ％、り
ん酸０．０１〜５ｍａｓｓ％、Ｐｂ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｐ，
Ｚｎ，Ｃｒ等の単体もしくは化合物を１種以上０．０１
〜１０ｍａｓｓ％、ブチラール樹脂単独かあるいはブチ
ラール樹脂及びブチラール樹脂と相溶性を有する樹脂３
〜３０ｍａｓｓ％を主成分とし、残部溶剤と塗料添加剤
よりなる混合処理液を塗布することにより塗装下地処理
被膜を形成した後、主として塗料用顔料と塗料用樹脂と
からなり、仕上がり後の顔料容積濃度（ＰＶＣ）が臨界
顔料容積濃度（ＣＰＶＣ）の５０％以上でかつ硬化完了
後の被膜の伸び率が４％以上であるような処理液を塗布
することを特徴とする超塗装耐久性鋼材の塗装方法であ
る。
【０００６】以下、本発明をさらに詳細に説明する。
【０００７】
【作用】本発明者らは、塗装された鋼材総体としての耐
久性すなわち塗装耐久性について、従来研究されていな
かった鋼中の含有合金元素と鋼材と塗膜およびこれらの
界面に必要な被膜との関係を鋭意研究した結果、塗装耐
久性はこれらに大きく左右されることを見いだした。
久性すなわち塗装耐久性について、従来研究されていな
かった鋼中の含有合金元素と鋼材と塗膜およびこれらの
界面に必要な被膜との関係を鋭意研究した結果、塗装耐
久性はこれらに大きく左右されることを見いだした。
【０００８】まず一つ目の特性である塗装後耐食性につ
いて述べる。本発明者らの研究の結果、塗装後耐食性
は、鋼材と塗膜との界面で生じる微量腐食に左右される
ことが判明した。
いて述べる。本発明者らの研究の結果、塗装後耐食性
は、鋼材と塗膜との界面で生じる微量腐食に左右される
ことが判明した。
【０００９】より詳細に述べれば、まず鋼材と塗膜との
界面での鋼材の腐食は、塗膜を透過してきた水分、酸
素、塩化物イオンなどの腐食性イオンによって引き起こ
される。鋼材表面の一部が微小アノードとなって溶出す
るため微小膨れが形成、その後周辺のカソード領域でＯ
Ｈ- イオンが生成しこのイオンにより塗膜が剥離し、腐
食生成物を生じて本格的な塗膜膨れとなり、塗装後耐久
性が劣化していくことが知られている。従って、このア
ノード反応を抑制することができれば塗装耐久性がよく
なると考えられる。
界面での鋼材の腐食は、塗膜を透過してきた水分、酸
素、塩化物イオンなどの腐食性イオンによって引き起こ
される。鋼材表面の一部が微小アノードとなって溶出す
るため微小膨れが形成、その後周辺のカソード領域でＯ
Ｈ- イオンが生成しこのイオンにより塗膜が剥離し、腐
食生成物を生じて本格的な塗膜膨れとなり、塗装後耐久
性が劣化していくことが知られている。従って、このア
ノード反応を抑制することができれば塗装耐久性がよく
なると考えられる。
【００１０】本発明者らは、塗装用鋼材として種々の耐
候性鋼を塗装下地鋼材として用い、その表面上に後述の
方法で形成される、主としてＦｅ，Ｃｒ，Ｚｎのりん酸
塩からなる被膜を形成させたものが、アノード分極が大
きく、アノード反応を抑制していることを電気化学測定
の結果見いだした。この場合塗膜下での微小アノード発
生が抑制されるので、微小膨れが生じない。
候性鋼を塗装下地鋼材として用い、その表面上に後述の
方法で形成される、主としてＦｅ，Ｃｒ，Ｚｎのりん酸
塩からなる被膜を形成させたものが、アノード分極が大
きく、アノード反応を抑制していることを電気化学測定
の結果見いだした。この場合塗膜下での微小アノード発
生が抑制されるので、微小膨れが生じない。
【００１１】さらに、このアノード反応と対になる周辺
のカソード反応領域で鋼板と接している第２層被膜に鉄
酸化物を含有させておくと、微小膨れが生じたとして
も、鉄酸化物の還元（無害のカソード反応）にカソード
電流が消費されてしまい、塗膜の密着性を低下させ膨れ
を生じさせる原因となるＯＨ- イオンの生成が抑制され
カソード膨れも生じにくくさせる効果がある。ただし塗
膜下で偶発的に生じるアノード反応領域に十分隣接した
地域に無害のカソード反応を生じさせるためには鋼板／
第２層被膜界面に鉄酸化物を微細均質に配置させるこ
と、かつ微細均質な無害カソードを形成させるに必要か
つ十分な水分が供給される必要がる。
のカソード反応領域で鋼板と接している第２層被膜に鉄
酸化物を含有させておくと、微小膨れが生じたとして
も、鉄酸化物の還元（無害のカソード反応）にカソード
電流が消費されてしまい、塗膜の密着性を低下させ膨れ
を生じさせる原因となるＯＨ- イオンの生成が抑制され
カソード膨れも生じにくくさせる効果がある。ただし塗
膜下で偶発的に生じるアノード反応領域に十分隣接した
地域に無害のカソード反応を生じさせるためには鋼板／
第２層被膜界面に鉄酸化物を微細均質に配置させるこ
と、かつ微細均質な無害カソードを形成させるに必要か
つ十分な水分が供給される必要がる。
【００１２】次に二つ目の特性である塗膜の耐候性につ
いて述べる。従来、塗装鋼材系の耐候性については、塗
膜自体の光を中心としたダメージによる劣化を中心に研
究が進められてきた。しかし、前述のように従来研究さ
れていなかった鋼中の含有合金元素と鋼材と塗膜および
これらの界面に必要な被膜との関係を鋭意研究した結
果、塗膜の耐候性もこれらに左右されることを見いだし
た。すなわち、塗装鋼材系での塗膜の耐候性は、従来か
ら知られていた塗膜上方からの光と同時に塗膜下腐食量
に左右されることが判明した。
いて述べる。従来、塗装鋼材系の耐候性については、塗
膜自体の光を中心としたダメージによる劣化を中心に研
究が進められてきた。しかし、前述のように従来研究さ
れていなかった鋼中の含有合金元素と鋼材と塗膜および
これらの界面に必要な被膜との関係を鋭意研究した結
果、塗膜の耐候性もこれらに左右されることを見いだし
た。すなわち、塗装鋼材系での塗膜の耐候性は、従来か
ら知られていた塗膜上方からの光と同時に塗膜下腐食量
に左右されることが判明した。
【００１３】より詳細に述べると、塗装鋼材（１５０×
７０）の下部にクロスカットをいれた試料を耐候性腐食
試験（サンシャインカーボンアーク灯式デユーサイクル
耐候性試験中の水噴霧時間内に塩水噴霧を任意の比率で
実行できるようにしたもの）に供し、塩水噴霧時間を変
化させたサンプルを作製した。これらの、光照射および
水分照射時間が等しく塗膜下腐食量の異なるサンプルの
クロスカット上部における光沢度を測定したところ、塗
膜下腐食量が多いほど光沢度の減少が大きいという結果
が得られた。さらにこれらのサンプルの断面を観察し、
ＥＰＭＡにて塗膜中のＦｅ濃度の分布を調べたところ、
鋼材との界面から塗膜表面に向けてＦｅ濃度は次第に低
下するが、腐食が大きいものほど塗膜中のＦｅ濃度が高
いという結果が得られた。塗膜下腐食量あるいは塗膜中
に腐食後に分布したＦｅによる塗膜の耐候性に与える影
響のメカニズムについては明確にはわからないが、上に
述べた結果より、塗装鋼材の塗膜の耐候性を向上させる
には、塗膜下腐食を抑え、かつ腐食によって生じたＦｅ
の塗膜表層への移動を抑制することが有効な方法になる
といえる。
７０）の下部にクロスカットをいれた試料を耐候性腐食
試験（サンシャインカーボンアーク灯式デユーサイクル
耐候性試験中の水噴霧時間内に塩水噴霧を任意の比率で
実行できるようにしたもの）に供し、塩水噴霧時間を変
化させたサンプルを作製した。これらの、光照射および
水分照射時間が等しく塗膜下腐食量の異なるサンプルの
クロスカット上部における光沢度を測定したところ、塗
膜下腐食量が多いほど光沢度の減少が大きいという結果
が得られた。さらにこれらのサンプルの断面を観察し、
ＥＰＭＡにて塗膜中のＦｅ濃度の分布を調べたところ、
鋼材との界面から塗膜表面に向けてＦｅ濃度は次第に低
下するが、腐食が大きいものほど塗膜中のＦｅ濃度が高
いという結果が得られた。塗膜下腐食量あるいは塗膜中
に腐食後に分布したＦｅによる塗膜の耐候性に与える影
響のメカニズムについては明確にはわからないが、上に
述べた結果より、塗装鋼材の塗膜の耐候性を向上させる
には、塗膜下腐食を抑え、かつ腐食によって生じたＦｅ
の塗膜表層への移動を抑制することが有効な方法になる
といえる。
【００１４】以上、塗装後耐食性及び塗膜の耐候性向上
に関わるこのような考え方に基づいて発明された本発明
の特許請求範囲の限定理由を以下の述べる。
に関わるこのような考え方に基づいて発明された本発明
の特許請求範囲の限定理由を以下の述べる。
【００１５】まず、鋼材を耐候性鋼としたのは、前述し
た鋼表面の極薄膜は鋼中にＣｕが含まれている場合にの
み形成されるためである。また、請求範囲内では総合し
た塗装耐久性に及ぼす鋼中成分の効果は以下の順に優れ
ている。
た鋼表面の極薄膜は鋼中にＣｕが含まれている場合にの
み形成されるためである。また、請求範囲内では総合し
た塗装耐久性に及ぼす鋼中成分の効果は以下の順に優れ
ている。
【００１６】大 Ｃｕ０．２〜０．７ｍａｓｓ％ Ｐ
０．０３〜０．１５ｍａｓｓ％＞Ｃｕ ０．２〜
１．１ｍａｓｓ％ Ｐ ０．０３〜０．１５ｍａｓｓ％
（範囲を除く）＞Ｃｕ ０．２〜０．７ｍａｓｓ％
＞Ｃｕ ０．２〜１．１ｍａｓｓ％（範囲を除く）
＞，，，以外の耐候性鋼＞＞ＳＳ４１ 小鋼
材表面にまず主としてＦｅ，Ｃｒ，Ｚｎのりん酸塩から
なる被膜を厚さ０．０５〜２μｍ形成するが、この被膜
は鋼材と相俟ってアノード反応を抑制する効果がある
が、その効果は０．０５μｍ未満では小さく、また厚み
が２μｍ超になると被膜が脆くなり機械的な特性が低下
してしまうためである。
０．０３〜０．１５ｍａｓｓ％＞Ｃｕ ０．２〜
１．１ｍａｓｓ％ Ｐ ０．０３〜０．１５ｍａｓｓ％
（範囲を除く）＞Ｃｕ ０．２〜０．７ｍａｓｓ％
＞Ｃｕ ０．２〜１．１ｍａｓｓ％（範囲を除く）
＞，，，以外の耐候性鋼＞＞ＳＳ４１ 小鋼
材表面にまず主としてＦｅ，Ｃｒ，Ｚｎのりん酸塩から
なる被膜を厚さ０．０５〜２μｍ形成するが、この被膜
は鋼材と相俟ってアノード反応を抑制する効果がある
が、その効果は０．０５μｍ未満では小さく、また厚み
が２μｍ超になると被膜が脆くなり機械的な特性が低下
してしまうためである。
【００１７】次の被膜であるポリビニルブチラール樹脂
とクロム・りん酸との錯体、Ｆｅ2Ｏ3 ＋Ｆｅ3 Ｏ4 ，
Ｐｂ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｐ，Ｚｎ，Ｃｒ等の単体もしくは化
合物の中から１種以上、りん酸亜鉛及びブチラール樹脂
とからなる被膜は厚さ５〜３０μｍ形成する。この被膜
は下層のりん酸塩被膜と上層の塗膜とのそれぞれの密着
性を確保する機能と、含まれている鉄酸化物の自己還元
で微小膨れ形成後のカソード反応を抑制する機能とを有
しているが、５μｍ未満では特にその鉄酸化物によるカ
ソード反応抑制効果が小さく、５０μｍ超では被膜自体
が脆くなり上層の塗膜との密着性が損なわれるため、５
〜５０μｍとする。
とクロム・りん酸との錯体、Ｆｅ2Ｏ3 ＋Ｆｅ3 Ｏ4 ，
Ｐｂ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｐ，Ｚｎ，Ｃｒ等の単体もしくは化
合物の中から１種以上、りん酸亜鉛及びブチラール樹脂
とからなる被膜は厚さ５〜３０μｍ形成する。この被膜
は下層のりん酸塩被膜と上層の塗膜とのそれぞれの密着
性を確保する機能と、含まれている鉄酸化物の自己還元
で微小膨れ形成後のカソード反応を抑制する機能とを有
しているが、５μｍ未満では特にその鉄酸化物によるカ
ソード反応抑制効果が小さく、５０μｍ超では被膜自体
が脆くなり上層の塗膜との密着性が損なわれるため、５
〜５０μｍとする。
【００１８】次に最終層としての主として塗料用顔料と
塗料用樹脂とからなり、顔料容積濃度（ＰＶＣ）が臨界
顔料容積濃度（ＣＰＶＣ）の５０％以上でかつ硬化完了
後の被膜の伸び率が４％以上である被膜を、厚さ１５〜
２００μｍ形成するが、この被膜はいわゆる塗膜であ
り、塗膜の構成要素については特に限定されず、橋梁あ
るいは建築といった用途に適した通常の塗膜の構成要素
を適用すればよい。例えば橋梁用途であれば、樹脂とし
ては長油性フタル酸樹脂、シリコンアルキド樹脂、塩化
ゴム系樹脂、ポリウレタン樹脂、フッ素樹脂、アクリル
樹脂等を用いることができる。塗膜の伸び率は、用いる
樹脂のガラス転移点および架橋密度、塗料組成では顔料
容積濃度、さらには用いようとしている樹脂と相溶性が
あり、可塑化効果のある樹脂（エポキシ樹脂を例に取れ
ばある種のポリアミド樹脂）を適宜選択することが調整
できる。いずれも塗装後耐食性、塗膜の耐候性ともに優
れるが、特に厚み１５〜１００μｍでは、アクリル樹脂
が優れた特性を示す。着色顔料、体積顔料等の添加剤に
ついては顔料容積濃度の必要範囲を満たしつつ適宜含ま
せることが可能である。顔料容積濃度（ＰＶＣ）を臨界
顔料容積濃度（ＣＰＶＣ）の５０％以上としたのは５０
％未満の場合には、塗装後耐食性、塗膜の耐候性ともに
低下がみられるためである。被膜の伸び率を４％以上と
したのも４％未満ではやはり塗装後耐食性、塗膜の耐候
性ともに低下がみられるためである。顔料容積濃度と硬
度の請求範囲の理由は上に述べたとおりであるが、効果
を発現するメカニズムについては、先に述べた塗装後耐
食性での適切な水分等の透過量や、耐候性発現におけ
る、他の層と相俟っての塗膜下腐食量抑制やＦｅ分の上
方への拡散抑制に最適であると推定はされるが、明確な
ことは現時点ではわからない。
塗料用樹脂とからなり、顔料容積濃度（ＰＶＣ）が臨界
顔料容積濃度（ＣＰＶＣ）の５０％以上でかつ硬化完了
後の被膜の伸び率が４％以上である被膜を、厚さ１５〜
２００μｍ形成するが、この被膜はいわゆる塗膜であ
り、塗膜の構成要素については特に限定されず、橋梁あ
るいは建築といった用途に適した通常の塗膜の構成要素
を適用すればよい。例えば橋梁用途であれば、樹脂とし
ては長油性フタル酸樹脂、シリコンアルキド樹脂、塩化
ゴム系樹脂、ポリウレタン樹脂、フッ素樹脂、アクリル
樹脂等を用いることができる。塗膜の伸び率は、用いる
樹脂のガラス転移点および架橋密度、塗料組成では顔料
容積濃度、さらには用いようとしている樹脂と相溶性が
あり、可塑化効果のある樹脂（エポキシ樹脂を例に取れ
ばある種のポリアミド樹脂）を適宜選択することが調整
できる。いずれも塗装後耐食性、塗膜の耐候性ともに優
れるが、特に厚み１５〜１００μｍでは、アクリル樹脂
が優れた特性を示す。着色顔料、体積顔料等の添加剤に
ついては顔料容積濃度の必要範囲を満たしつつ適宜含ま
せることが可能である。顔料容積濃度（ＰＶＣ）を臨界
顔料容積濃度（ＣＰＶＣ）の５０％以上としたのは５０
％未満の場合には、塗装後耐食性、塗膜の耐候性ともに
低下がみられるためである。被膜の伸び率を４％以上と
したのも４％未満ではやはり塗装後耐食性、塗膜の耐候
性ともに低下がみられるためである。顔料容積濃度と硬
度の請求範囲の理由は上に述べたとおりであるが、効果
を発現するメカニズムについては、先に述べた塗装後耐
食性での適切な水分等の透過量や、耐候性発現におけ
る、他の層と相俟っての塗膜下腐食量抑制やＦｅ分の上
方への拡散抑制に最適であると推定はされるが、明確な
ことは現時点ではわからない。
【００１９】被膜の厚みは、１５μｍ未満では塗装後耐
食性、塗膜の耐候性とも通常塗装の耐久性８年を上回る
ことができないので実用的ではなく、２００μｍ超では
塗膜自体の硬化応力などのためわれが入りこの場合にも
塗装後耐食性、塗膜の耐候性ともにむしろ劣化するた
め、１５〜２００μｍとした。
食性、塗膜の耐候性とも通常塗装の耐久性８年を上回る
ことができないので実用的ではなく、２００μｍ超では
塗膜自体の硬化応力などのためわれが入りこの場合にも
塗装後耐食性、塗膜の耐候性ともにむしろ劣化するた
め、１５〜２００μｍとした。
【００２０】次にこれらの塗装方法について述べる。第
１層のりん酸塩被膜と第２層の被膜とは、鋼材表面に次
の処理液を塗布することによって極めて容易に形成する
ことができる。すなわち、Ｆｅ2 Ｏ3 ＋Ｆｅ3 Ｏ4 １
〜５０％、りん酸０．０１〜５％、Ｐｂ，Ｎｉ，Ｃｕ，
Ｐ，Ｚｎ，Ｃｒ等の単体もしくは化合物を１種以上０．
０１〜１０％、ブチラール樹脂単独かあるいはブチラー
ル樹脂及びブチラール樹脂と相溶性を有する樹脂３〜３
０％を主成分とし、残部溶剤と塗料添加剤よりなる混合
処理液を塗布することである。
１層のりん酸塩被膜と第２層の被膜とは、鋼材表面に次
の処理液を塗布することによって極めて容易に形成する
ことができる。すなわち、Ｆｅ2 Ｏ3 ＋Ｆｅ3 Ｏ4 １
〜５０％、りん酸０．０１〜５％、Ｐｂ，Ｎｉ，Ｃｕ，
Ｐ，Ｚｎ，Ｃｒ等の単体もしくは化合物を１種以上０．
０１〜１０％、ブチラール樹脂単独かあるいはブチラー
ル樹脂及びブチラール樹脂と相溶性を有する樹脂３〜３
０％を主成分とし、残部溶剤と塗料添加剤よりなる混合
処理液を塗布することである。
【００２１】この場合、第１層のりん酸塩薄膜と第２層
との形成を同一処理液で行うので、特に第１層の厚み制
御などが困難なように考えられるが、第１層は鋼材表面
と反応して形成するため比較的容易に制御形成できる。
との形成を同一処理液で行うので、特に第１層の厚み制
御などが困難なように考えられるが、第１層は鋼材表面
と反応して形成するため比較的容易に制御形成できる。
【００２２】ここで、りん酸及びＰｂ，Ｎｉ，Ｃｕ，
Ｐ，Ｚｎ，Ｃｒ等の単体もしくは化合物を１種以上添加
するのは、燐酸とこれらの単体もしくは化合物が反応し
て複雑なりん酸塩からなる極薄膜を形成させるためであ
り、この場合りん酸の含有量を０．０１〜５ｍａｓｓ％
としたのは、０．０１ｍａｓｓ％以下では極薄膜形成に
効果がなく、５ｍａｓｓ％を越えると被膜がべとつき、
常温乾燥で被膜形成ができないためである。さらにＰ
ｂ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｐ，Ｚｎ，Ｃｒ等の単体もしくは化合
物の含有量を０．０１〜１０ｍａｓｓ％としたのは、
０．０１ｍａｓｓ％以下では極薄膜が形成しにくく、１
０ｍａｓｓ％を越えると安定した処理液の塗布作業に支
障を来たし、かつ処理膜も剥離し易くなるためである。
Ｆｅ2 Ｏ3 ＋Ｆｅ3 Ｏ4 は上述したように微小アノード
膨れが生じて周辺にカソードが形成された場合に、その
カソード電流を自らの還元によって消費、抑制するため
に添加するものであるが、その含有量を１〜５０ｍａｓ
ｓ％としたのは、１ｍａｓｓ％未満では被膜中での分布
が少なく鋼表面との接触機会が小さくなって十分カソー
ド電流を受けることができないため効果がなく、５０ｍ
ａｓｓ％を超す場合は、効果は大きいものの被膜が脆く
なりキズがつき易く、実用上適さないためである。さら
に、ブチラール樹脂単独かあるいはブチラール樹脂及び
これと相溶性を有する樹脂に限定したのは、これらの樹
脂が他の処理液成分と容易に混合し、かつ耐候性鋼上に
本発明の処理を施すにあたって、スプレー塗りや刷毛塗
りが容易に行えること、乾燥時間が短いことさらに上に
塗布する被膜との密着性がよいことなどの理由によるも
のである。添加量が３ｍａｓｓ％未満では被膜が脆くキ
ズがつき易くなり、３０ｍａｓｓ％を越えると処理液の
粘性が高まり作業性が悪くなりかつ被膜の乾燥に時間を
要するためである。またその他の添加剤については、各
種必要にあった配合のものを適宜選択して使用すればよ
い。
Ｐ，Ｚｎ，Ｃｒ等の単体もしくは化合物を１種以上添加
するのは、燐酸とこれらの単体もしくは化合物が反応し
て複雑なりん酸塩からなる極薄膜を形成させるためであ
り、この場合りん酸の含有量を０．０１〜５ｍａｓｓ％
としたのは、０．０１ｍａｓｓ％以下では極薄膜形成に
効果がなく、５ｍａｓｓ％を越えると被膜がべとつき、
常温乾燥で被膜形成ができないためである。さらにＰ
ｂ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｐ，Ｚｎ，Ｃｒ等の単体もしくは化合
物の含有量を０．０１〜１０ｍａｓｓ％としたのは、
０．０１ｍａｓｓ％以下では極薄膜が形成しにくく、１
０ｍａｓｓ％を越えると安定した処理液の塗布作業に支
障を来たし、かつ処理膜も剥離し易くなるためである。
Ｆｅ2 Ｏ3 ＋Ｆｅ3 Ｏ4 は上述したように微小アノード
膨れが生じて周辺にカソードが形成された場合に、その
カソード電流を自らの還元によって消費、抑制するため
に添加するものであるが、その含有量を１〜５０ｍａｓ
ｓ％としたのは、１ｍａｓｓ％未満では被膜中での分布
が少なく鋼表面との接触機会が小さくなって十分カソー
ド電流を受けることができないため効果がなく、５０ｍ
ａｓｓ％を超す場合は、効果は大きいものの被膜が脆く
なりキズがつき易く、実用上適さないためである。さら
に、ブチラール樹脂単独かあるいはブチラール樹脂及び
これと相溶性を有する樹脂に限定したのは、これらの樹
脂が他の処理液成分と容易に混合し、かつ耐候性鋼上に
本発明の処理を施すにあたって、スプレー塗りや刷毛塗
りが容易に行えること、乾燥時間が短いことさらに上に
塗布する被膜との密着性がよいことなどの理由によるも
のである。添加量が３ｍａｓｓ％未満では被膜が脆くキ
ズがつき易くなり、３０ｍａｓｓ％を越えると処理液の
粘性が高まり作業性が悪くなりかつ被膜の乾燥に時間を
要するためである。またその他の添加剤については、各
種必要にあった配合のものを適宜選択して使用すればよ
い。
【００２３】第３層の被膜の形成には、通常の上塗り塗
料の塗膜形成方法を用いることができる。樹脂としては
長油性フタル酸樹脂、シリコンアルキド樹脂、塩化ゴム
系樹脂、ポリウレタン樹脂、フッ素樹脂、アクリル樹脂
等を用い、これに着色顔料、体積顔料等の添加材を適宜
加え被膜としての顔料容積濃度（ＰＶＣ）が臨界顔料容
積濃度（ＣＰＶＣ）の５０％以上でかつ硬化完了後の被
膜の伸び率が４％以上であるように調整した後刷毛塗り
あるいはスプレー塗りによりできあがり厚さ１５〜２０
０μｍになるように塗布することにより所定の被膜を容
易に形成することができる。
料の塗膜形成方法を用いることができる。樹脂としては
長油性フタル酸樹脂、シリコンアルキド樹脂、塩化ゴム
系樹脂、ポリウレタン樹脂、フッ素樹脂、アクリル樹脂
等を用い、これに着色顔料、体積顔料等の添加材を適宜
加え被膜としての顔料容積濃度（ＰＶＣ）が臨界顔料容
積濃度（ＣＰＶＣ）の５０％以上でかつ硬化完了後の被
膜の伸び率が４％以上であるように調整した後刷毛塗り
あるいはスプレー塗りによりできあがり厚さ１５〜２０
０μｍになるように塗布することにより所定の被膜を容
易に形成することができる。
【００２４】
【実施例】以下、本発明を実施例に基づいて具体的に説
明する。
明する。
【００２５】表１に示す本発明に関わる耐候性鋼と比較
材としての普通鋼の試験片（板厚６ｍｍ、大きさ３００
×３００ｍｍ）を、ショットブラストで完全にスケール
を除去した後、表２に示す処理液で被膜を形成した。こ
こで、Λは以下の式で表される還元顔料容積濃度であ
る。
材としての普通鋼の試験片（板厚６ｍｍ、大きさ３００
×３００ｍｍ）を、ショットブラストで完全にスケール
を除去した後、表２に示す処理液で被膜を形成した。こ
こで、Λは以下の式で表される還元顔料容積濃度であ
る。
【００２６】 Λ＝顔料容積濃度（ＰＶＣ）／臨界顔料容積濃度（ＣＰＶＣ） （１） 被膜形成処理は、最初に第１，２層形成処理液をスプレ
ーで塗布し、６時間自然乾燥した後塗装によって第３層
を形成した。
ーで塗布し、６時間自然乾燥した後塗装によって第３層
を形成した。
【００２７】これらの試験片にカッターナイフで鋼材表
面にまで至るキズをいれ、半工業地帯（神奈川県相模原
市）にて大気暴露を４年間行って塗装耐久性を判断し
た。評価方法として、塗装後耐食性については以下の基
準により目視による方法を用いた。
面にまで至るキズをいれ、半工業地帯（神奈川県相模原
市）にて大気暴露を４年間行って塗装耐久性を判断し
た。評価方法として、塗装後耐食性については以下の基
準により目視による方法を用いた。
【００２８】また、耐候性については光沢度計により光
沢保持率（水洗後の６０度グロス保持率）によって評価
した。
沢保持率（水洗後の６０度グロス保持率）によって評価
した。
【００２９】○：錆なし、膨れなし △：一部錆あり、一部膨れあり ×：錆あり、膨れあり 結果は表３に示すように、本発明に関わる鋼材に所定の
厚み、構成の被膜を形成したものは全く錆の発生はもと
より塗膜の膨れも生じなかったのに対し、これを外れる
ものには、錆発生、膨れ発生が生じ、比較として行った
普通鋼材に通常塗装を施したものは多くの錆と膨れの発
生を生じた。また、６０度グロス保持率で評価した塗膜
の耐候性も本発明の範囲内のものは低下が小さいが、こ
れを外れたものは劣化が大きい結果となった。
厚み、構成の被膜を形成したものは全く錆の発生はもと
より塗膜の膨れも生じなかったのに対し、これを外れる
ものには、錆発生、膨れ発生が生じ、比較として行った
普通鋼材に通常塗装を施したものは多くの錆と膨れの発
生を生じた。また、６０度グロス保持率で評価した塗膜
の耐候性も本発明の範囲内のものは低下が小さいが、こ
れを外れたものは劣化が大きい結果となった。
【００３０】
【表１】
【００３１】
【表２】
【００３２】
【表３】
【００３３】
【表４】
【００３４】
【発明の効果】以上、実施例から明らかなように、本発
明の超塗装耐久性鋼材および超塗装耐久性塗装鋼材の塗
装方法を、橋梁、建築などに適用すると、塗装後耐食性
及び耐候性ともに大幅に向上させるために従来の塗装方
法による場合の数年毎の塗り替えが大幅に延長されるの
で維持コストの大幅低減が可能であるばかりでなく、塗
装労働力不足という社会動向の中で社会資本の保持に大
きく役立つ極めて工業価値の高い効果を有する。
明の超塗装耐久性鋼材および超塗装耐久性塗装鋼材の塗
装方法を、橋梁、建築などに適用すると、塗装後耐食性
及び耐候性ともに大幅に向上させるために従来の塗装方
法による場合の数年毎の塗り替えが大幅に延長されるの
で維持コストの大幅低減が可能であるばかりでなく、塗
装労働力不足という社会動向の中で社会資本の保持に大
きく役立つ極めて工業価値の高い効果を有する。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 神田 三 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 前田成亮 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 (56)参考文献 特開 昭55−97477（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−220449（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) B05D 1/00 - 7/26 B32B 15/08 B32B 15/08 102
Claims (10)
- 【請求項１】 耐候性鋼の鋼材表面上に、鋼材の表面側
から上方へ、第１層目に主としてＦｅ，Ｃｒ，Ｚｎのり
ん酸塩からなる被膜を厚さ０．０５〜２μｍ、第２層目
に主としてポリビニルブチラール樹脂とクロム・りん酸
との錯体、Ｆｅ2 Ｏ3 ＋Ｆｅ3 Ｏ4 ，Ｐｂ，Ｎｉ，Ｃ
ｕ，Ｐ，Ｚｎ，Ｃｒ等の単体もしくは化合物の中から１
種以上、りん酸亜鉛及びブチラール樹脂とからなる被膜
を厚さ５〜５０μｍ、第３層目に主として塗料用顔料と
塗料用樹脂とからなり、顔料容積濃度（ＰＶＣ）が臨界
顔料容積濃度（ＣＰＶＣ）の５０％以上でかつ硬化完了
後の被膜の伸び率が４％以上である被膜を、厚さ１５〜
２００μｍ有することを特徴とする超塗装耐久性鋼材。 - 【請求項２】 耐候性鋼がＣｕを０．２〜１．１ｍａｓ
ｓ％含むことを特徴とする請求項１記載の超塗装耐久性
鋼材。 - 【請求項３】 耐候性鋼がＣｕを０．２〜０．７ｍａｓ
ｓ％含むことを特徴とする請求項１記載の超塗装耐久性
鋼材。 - 【請求項４】 耐候性鋼がさらにＰを０．０３〜０．１
５ｍａｓｓ％含むことを特徴とする請求項２又は３記載
の超塗装耐久性鋼材。 - 【請求項５】 第３層目の塗料用樹脂が主としてアクリ
ル樹脂であることを特徴とする請求項１，２，３又は４
記載の超塗装耐久性鋼材。 - 【請求項６】 耐候性鋼を用い、該鋼材表面にＦｅ2 Ｏ
3 ＋Ｆｅ3 Ｏ4 １〜５０ｍａｓｓ％、りん酸０．０１
〜５ｍａｓｓ％、Ｐｂ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｐ，Ｚｎ，Ｃｒ等
の単体もしくは化合物を１種以上０．０１〜１０ｍａｓ
ｓ％、ブチラール樹脂単独かあるいはブチラール樹脂及
びブチラール樹脂と相溶性を有する樹脂３〜３０％を主
成分とし、残部溶剤と塗料添加剤よりなる混合処理液を
塗布することにより塗装下地処理被膜を形成した後、主
として塗料用顔料と塗料用樹脂とからなり、仕上がり後
の顔料容積濃度（ＰＶＣ）が臨界顔料容積濃度（ＣＰＶ
Ｃ）の５０％以上でかつ硬化完了後の被膜の伸び率が４
％以上であるような処理液を塗布することを特徴とする
超塗装耐久性鋼材の塗装方法。 - 【請求項７】 耐候性鋼がＣｕを０．２〜１．１ｍａｓ
ｓ％含むことを特徴とする請求項６記載の超塗装耐久性
鋼材の塗装方法。 - 【請求項８】 耐候性鋼がＣｕを０．２〜０．７ｍａｓ
ｓ％含むことを特徴とする請求項６記載の超塗装耐久性
鋼材の塗装方法。 - 【請求項９】 耐候性鋼がさらにＰを０．０３〜０．１
５ｍａｓｓ％含むことを特徴とする請求項７又は８記載
の超塗装耐久性鋼材の塗装方法。 - 【請求項１０】 第３層目の塗料用樹脂が主としてアク
リル樹脂であることを特徴とする請求項６，７，８又は
９記載の超塗装耐久性鋼材の塗装方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9441594A JP3056372B2 (ja) | 1994-05-06 | 1994-05-06 | 超塗装耐久性鋼材及びその塗装方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9441594A JP3056372B2 (ja) | 1994-05-06 | 1994-05-06 | 超塗装耐久性鋼材及びその塗装方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07299414A JPH07299414A (ja) | 1995-11-14 |
| JP3056372B2 true JP3056372B2 (ja) | 2000-06-26 |
Family
ID=14109615
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9441594A Expired - Fee Related JP3056372B2 (ja) | 1994-05-06 | 1994-05-06 | 超塗装耐久性鋼材及びその塗装方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3056372B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20120141823A1 (en) * | 2010-12-02 | 2012-06-07 | Hon Hai Precision Industry Co.Ltd. | Process for joining brass part and silicone carbide cerimics part and composite articles made by same |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4665272B2 (ja) * | 1999-10-28 | 2011-04-06 | Ｊｆｅスチール株式会社 | 加工性および耐候性に優れる表面処理鋼板 |
-
1994
- 1994-05-06 JP JP9441594A patent/JP3056372B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20120141823A1 (en) * | 2010-12-02 | 2012-06-07 | Hon Hai Precision Industry Co.Ltd. | Process for joining brass part and silicone carbide cerimics part and composite articles made by same |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH07299414A (ja) | 1995-11-14 |
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