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表面処理耐候性鋼材
説明

表面処理耐候性鋼材

【課題】景観にあった任意の色調(着色)を可能とする表面処理耐候性鋼材を提供する。
【解決手段】表面に任意の色調を有する塗膜が形成された表面処理耐候性鋼材である。前期塗膜は、水蒸気透過率が10〜1000g/m2・day、水酸基価が50〜700mgKOH/gの樹脂からなり、膜厚が30〜90μmであり、かつ、亜鉛を3〜30質量%含有し、基体樹脂にアニオン性官能基を有する化合物を配合した樹脂組成物を含有し、固形分あたりの比率が重量比で30〜80質量%である顔料を有する。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、橋梁などの鋼材として用いられるさび安定化処理がなされた鋼材に関する。詳しくは、保護性さび形成過程での流れさび等による外観不良がない表面処理耐候性鋼材に関するものである。
【背景技術】
【0002】
耐候性鋼は、Cu、Ni、Cr、P、Mo等の元素が少量含有された低合金鋼であって、大気中に暴露すると、腐食し発さびする過程で保護性の高いさび層(保護性さび)が自然に形成される。そして、前記さび層が形成された後はそれ以降の鋼材の腐食速度は低下し、最終的には腐食が殆ど進行しない特性を持つ鋼材となる。
【0003】
このような耐候性鋼材は、形鋼、鋼板、鋼管等各種鋼材に適用され、橋梁や鉄塔等の構造物として幅広い用途があるが、次のような問題を有していた。
すなわち、耐候性鋼材を裸使用する場合、鋼材表面に保護性の高いさびが形成されるまで5年以上の長期間を要し、その間、浮きさびや流れさびを生じ、流出したさび汁により周囲環境を汚染し、外観を損なう問題があった。
【0004】
これに対して、耐候性鋼の表面にさび安定化処理と称される表面処理を行い、上記の問題を解決した鋼材に関する技術が開示されている。
例えば、特許文献1には、鉄イオンに対し捕捉沈着作用を有する塩を含み、マイナスの固定電荷を持つ樹脂組成物の硬化皮膜が表面に形成された鋼材であって、硬化皮膜の40℃における水蒸気透過率が10〜1000g/m 2 ・dayであることを特徴とするさび安定化処理鋼材が開示されている。
特許文献2には、基体樹脂に、アニオン性官能基を有する化合物と、共役二重結合を有する化合物と、光崩壊性官能基を有する化合物を配合した樹脂組成物と、鉄イオンに対し捕捉沈着作用を有する塩からなるさび安定化処理剤が開示されている。
また、特許文献1、特許文献2いずれも着色顔料として暗褐色の鉄黒/ベンガラが用いられている。
また、特許文献3には、仕上げ用塗料を使用することにより、景観性を付与することが可能な低合金鋼の塗装方法が開示されている。
特許文献4には、下層塗膜と任意の色調を有する上層塗膜とからなる水蒸気透過率が10〜1000g/m2・dayである表面処理耐候性鋼の防食方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特開2001-81571号公報
【特許文献2】特開2001-81572号公報
【特許文献3】特開平10-287829号公報
【特許文献4】特開2005-313373号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
しかしながら、さび安定化処理では、塗膜自体は徐々に保護性さびへと置換していくことから、塗膜の色調は基本的に浮きさびや流れさびを含む保護性さびと同系統の暗褐色に限定されるため、特許文献1、2では、橋梁としての景観性に劣るという問題があった。このような同系統の暗褐色でさび安定化処理された表面処理耐候性鋼材は、特に都市部では適用が難しい。
特許文献3、4は、耐候性鋼を用いた任意の着色が可能な表面処理方法ではあるが、いずれもさび安定化処理機能を有する下層塗膜の上層に別の着色層を形成させるものであり、2度以上の塗装工程を有することから、コスト高とならざるを得ないという課題がある。
【0007】
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであって、景観にあった任意の色調(着色)を可能とする表面処理耐候性鋼材を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0008】
上記課題を解決するために、鋭意研究を行った結果、以下の知見を得た。
水酸基価を50〜700mgKOH/gに規定することで、鋼材表面に保護性の高いさびが形成されるまでの間、浮きさびや流れさびを生じるのをできるだけ防止する、すなわち、浮きさびや流れさびの発生時間をできるだけ遅らせることが可能となる。その結果、保護性さびと同系統の暗褐色に限定することなく景観にあった任意の色調(着色)を可能とする。所定の比率の顔料を有することで、塗膜の密着性が向上し、2度以上の塗装工程を経ることなく、経済性のある1層処理で行うことが可能となる。
【0009】
本発明は上記知見に基づくものであり、特徴は以下の通りである。
[1]表面に任意の色調を有する塗膜が形成された表面処理耐候性鋼材であり、前記塗膜は、水蒸気透過率が10〜1000g/m2・day、水酸基価が50〜700mgKOH/gの樹脂からなり、膜厚が30〜90μmであり、かつ、亜鉛を3〜30質量%含有し、基体樹脂にアニオン性官能基を有する化合物を配合した樹脂組成物を含有し、固形分あたりの比率が重量比で30〜80質量%である顔料を含むことを特徴とする表面処理耐候性鋼材である。
[2]さらに、前記塗膜は、鉄イオンに対し捕捉沈着作用を有するアニオンと対カチオンとからなる少なくとも1種の塩を含有することを特徴とする前記[1]に記載の表面処理耐候性鋼材である。
【発明の効果】
【0010】
本発明によれば、景観にあった任意の色調(着色)を可能にする。そして、本発明の表面処理耐候性鋼材は1層の塗膜が形成されているため、経済的である。
客先の要望に応じて任意の着色が可能で、かつ耐候性鋼由来の保護性さびの形成により、長期間の良好な景観の維持が可能となる。
【発明を実施するための形態】
【0011】
以下、本発明を具体的に説明する。
【0012】
本発明の表面処理耐候性鋼材として適用可能な鋼材は特に限定するものではないが、Cu、Ni、Cr、P、Mo等の合金元素を少量含む低合金鋼が好ましい。また、処理面はブラスト処理等で表面のスケールやさびを落とした状態が好ましいが、必ずしもこの必要はない。
そして、本発明の表面処理耐候性鋼材は表面に任意の色調を有する塗膜を有している。
前記塗膜は、水蒸気透過率が10〜1000g/m2・day、水酸基価が50〜700mgKOH/g、膜厚が30〜90μmであり、かつ、亜鉛を3〜30質量%含有し、基体樹脂にアニオン性官能基を有する化合物を配合した樹脂組成物を含有し、固形分あたりの比率が重量比で30〜80質量%である顔料(上記亜鉛を含む)を含む。好ましくは、鉄イオンに対し捕捉沈着作用を有するアニオンと対カチオンとからなる少なくとも1種の塩を含有する。これらは、本発明における特徴であり、最も重要な要件である。
【0013】
水蒸気透過率が10〜1000g/m2・day
一般の長期防食を目的とした塗料と比較し、著しく大きな水蒸気透過率であるが、水蒸気透過率をこの範囲内とすることで塗膜下の保護性さびが効率よく生成し、かつ流れさびや塗膜の膨れ、フィルム状の剥離等の外観異常が極めて起こりにくい状態を維持したまま、長期間良好な着色景観を維持しうることが可能となる。すなわち、水蒸気透過率が10g/m2・day未満では、鋼の界面に充分に水分が供給されない結果、さびの生成自体が起こりにくくなり保護性さびの形成が不十分となる。また、水蒸気透過率が1000g/m2・day超えでは、鋼の界面に過度に水分が供給される結果、流れさびが発生し、外観不良が発生する。
なお、水蒸気透過率は、40℃の条件で測定したものとする。また、水蒸気透過率は、硬化被膜を単離して、JIS K 7129に規定された方法、あるいはこの方法に準じた方法で測定することができる。
【0014】
水酸基価が50〜700mgKOH/g
この範囲は、一般の長期防食を目的とした塗料と比較し、著しく大きな値である。例えば、同様の目的で使用されるアクリル樹脂では、水酸基価は5〜30mgKOH/g程度の値である。水酸基価を、50〜700mgKOH/gの範囲内とすることで、さび安定化処理の風化時外観が良くなる。
また、密着性、水蒸気透過性、耐水性も適切な範囲とすることができる。水酸基価が50mgKOH/g未満では、塗膜の鋼に対する密着性が低下する結果、フクレなどの外観異常が発生しやすくなる。また、700mgKOH/g超えでは、塗膜の耐水性が低下する結果、やはり外観異常が発生しやすくなる。よって、水酸基価は50〜700mgKOH/gとする。好ましくは、100〜300mgKOH/gである。
【0015】
膜厚が30〜90μm
本発明の塗膜は、鋼材表面に処理された状態で屋外環境にさらされることで、紫外線劣化を起こし長期間かけて次第に風化し消滅していくものであり、塗膜の膜厚が90μm超えでは、塗膜風化過程における外観保持機能が低下する。一方、30μm未満では、流れさびを抑制する効果が劣る。
【0016】
亜鉛を3〜30質量%含有
亜鉛は防さび性を有するため、さびの発生および成長を遅らせ、初期の流れさび発生に基づく外観変化を軽減する作用がある。3質量%未満ではさび発生を遅らせる効果が少ない。一方、30質量%超えでは耐候性鋼由来の保護性さびが形成しにくくなる。
【0017】
基体樹脂にアニオン性官能基を有する化合物を配合した樹脂組成物を含有
基体樹脂に、例えば、アニオン性官能基であるフリーのカルボキシル基を含有し、酸価が10〜100である樹脂組成物を用いることにより、有害な塩化物イオンの浸透を抑制し、塗膜表面に流れさびが発生しにくくなる。また、保護性さびの形成を補助する効果もある。
【0018】
固形分あたりの比率が重量比で30〜80質量%である顔料を有する
比率を30〜80質量%の範囲内とすることで、保護性さびを最適に形成させることができる。30質量%未満では塗膜が緻密になり、水蒸気透過率が低くなりすぎる結果、さびの生成自体が起こりにくくなり保護性さびの形成が不十分となる。一方、80質量%超えでは顔料成分が樹脂成分に対し多くなりすぎる結果、密着性が良好な塗膜が得られなくなる。
【0019】
本発明の表面処理耐候性鋼材は表面に任意の色調を有する塗膜を有することができる。顔料としては、特に限定されず、一般の処理剤に含有されうる無機顔料および有機顔料を用いることができる。顔料としては、キナクリロンレッド系、フタロシアニングリーン系、フタロシアニンブルー系、アンスラキノン系イエローなどを用いることができ、他には、バライト、沈降性硫酸バリウム、白亜、沈降性炭酸カルシウム、タルク、シリカ白、アルミナ白、サチン白、グロスホワイト、ベントナイト、ケイ酸カルシウム、沈降性炭酸マグネシウム、ケイ酸アルミニウム、酸化チタン、リトボン、硫化亜鉛、酸化ジルコン、アンチモン白、酸化スズ、カーボンブラック、黒鉛、鉄黒、炭化ケイ素、ベンガラ、モリブデン赤、亜酸化銅、アンバー、合成オーカ、チタン黄、アンチモン黄、バリウム黄、ストロンチウム黄、ビリジアン、亜鉛緑、コバルト緑、エメラルド緑、マンガン緑、紺青、群青、コバルト青、セルリアン青、マンガン青、マンガン紫、濃口コバルト紫、淡口コバルト紫、マルス紫、アルミ粉等が上げられる。
これら顔料を適宜組み合わせ、所定の配合量で用いる。
【0020】
鉄イオンに対し捕捉沈着作用を有するアニオンと対カチオンとからなる少なくとも1種の塩を含有
本発明において塗膜中に含有される鉄イオンに対し捕捉沈着作用を有するアニオンと対カチオンからなる塩とは、腐食反応で生成する鉄イオンと反応し、ある条件下において沈着皮膜を形成しうるアニオンと対カチオンからなる塩のことを指す。かかるアニオンの例としては、リン酸イオン、クロム酸イオン、ベリリウム酸イオン、ケイ酸イオン、チタン酸イオン、バナジン酸イオン、マンガン酸イオン、セレニウム酸イオン、ジルコニウム酸イオン、モリブデン酸イオン、タングステン酸イオン等が挙げられる。これらの中で、リン酸イオンおよび/またはモリブデン酸イオンをアニオンとした塩が含有された塗膜であることがさび安定化過程における流れさび等による外観劣化を効率よく防ぐと共に、皮膜下に効率よく保護性さびを生成しうるので好ましい。具体的な例としては、リン酸亜鉛、リン酸アルミニウム、リン酸アンモニウム、リン酸一水素カルシウム、リン酸カドミウム、リン酸カリウム、リン酸カルシウム、リン酸銀、リン酸クロム、リン酸コバルト、リン酸水銀、リン酸水素アンモニウムナトリウム、リン酸水素ウラニル、リン酸水素ストロンチウム、リン酸水素二アンモニウム、リン酸水素二カリウム、リン酸水素二銀、リン酸水素二ナトリウム、リン酸水素バリウム、リン酸水素マグネシウム、リン酸水素マンガン、リン酸セリウム、リン酸タリウム、リン酸鉄、リン酸銅、リン酸トリウム、リン酸ナトリウム、リン酸鉛、リン酸二水素亜鉛、リン酸二水素カドミウム、リン酸二水素アンモニウム、リン酸二水素カリウム、リン酸二水素カルシウム、リン酸二水素ナトリウム、リン酸二水素バリウム、リン酸二水素マンガン、リン酸二水素リチウム、リン酸ニッケル、リン酸バリウム、リン酸ビスマス、リン酸マグネシウム、リン酸マグネシウムアンモニウム、リン酸マンガン、リン酸リチウム、リンタングステン酸ナトリウム、リンモリブデン酸ナトリウム、リンモリブデン酸アルミニウム、リンモリブデン酸アンモニウム、トリポリリン酸二水素アルミニウム、モリブデン酸ナトリウム、モリブデン酸亜鉛、モリブデン酸アンモニウム、モリブデン酸カリウム、モリブデン酸カルシウム、モリブデン酸鉛等が挙げられる。これら以外に、クロム酸塩、バナジン酸塩、タングステン酸塩等、他の鉄イオンを捕捉沈着しうる塩を添加することも出来る。
【0021】
これらの鉄イオンに対し捕捉沈着作用を有する塩を添加する場合には、固形分あたりの比率が重量比で5〜10質量%が好適であり、他の顔料との合計で固形分あたりの比率が重量比で30〜80質量%とする。
【0022】
本発明のさび安定化処理鋼材の塗膜には、上記以外に、ナフテン酸コバルト、ナフテン酸鉛等の硬化促進剤、増粘剤、その他の無機塩、溶剤、処理剤添加物等を含有することが出来る。
【0023】
本発明の表面処理耐候性鋼材の製造方法については、特に制限はなく、従来公知の方法に従えばよいが、好適な製造条件を述べると次のとおりである。
本発明のさび安定化処理鋼材は、鋼材表面のスケールをサンドブラスト、ショットブラスト等で除去した後に、本発明で規定した塗膜を形成しうる処理剤、すなわち前記した成分を含むさび安定化処理剤を塗布し、乾燥して塗膜を形成するのが好ましい。さび安定化処理剤の鋼材表面への塗膜形成方法は、通常の塗料と同様、エアスプレー、エアレススプレー、刷毛塗り等の方法が適用できる。本発明のさび安定化処理鋼材は、一般的な塗料調整法を用いることができ、例えば、塗料に用いられる公知の有機溶剤に上記樹脂成分を溶解させ、そこに上記亜鉛粉および顔料成分を加え,ボールミルなどを用いて分散させることにより得られる。
【実施例】
【0024】
JIS G 3114に規定された耐候性鋼材(SMA 400) 試験片(150mm ×70mm×6mm )をブラスト処理した後に表1に示した成分系の処理剤を所定の膜厚塗布した。なお、基体樹脂としては、アニオン性官能基としてフリーのカルボキシル基を有する酸価が50のエポキシエステル樹脂(ヒマシ油変性エポキシ樹脂とヘキサハイドロフタリックアシッドとの反応生成物)を用いた。
【0025】
また、着色顔料としては、二酸化チタン、銅フタロシアニン顔料、高塩素化銅フタロシアニン顔料を使用した。なお、表1に記載した以外の成分として、硬化促進剤としてナフテン酸コバルトとナフテン酸鉛を、樹脂と顔料からなる固形分100質量部に対して、それぞれ0.1質量部、その他処理剤としての物性を調整するための添加剤を適宜添加した。尚表1中の質量%は硬化塗膜中の質量%である。
【0026】
表1に記載した処理剤を塗布した表面処理耐候性鋼材を下記の方法で性能を評価した。
海岸地帯暴露( 3年、南面30°暴露) による流れさび有無、保護性さび形成の有無および塗膜外観を調査した。
流れさび有無:塗膜表面の外観で評価した。
◎:全く見られない
○:殆ど見られない
△:多少見られる
×:顕著に見られる
保護性さび形成:塗膜を剥がし、塗膜下のさびの状況を調べ、以下の評価をした。
○:緻密なさびが連続的に形成されている
△:さびが形成されているものの、緻密さに欠け、欠陥が多い
×:層状の剥がれやすいさびが形成されている
塗膜外観:塗膜にフクレやフィルム状の塗膜剥離が発生しているかどうか調べた。
○:フクレや剥離が殆ど見られない
△:フクレと剥離が見られ、やや外観が悪い
×:フクレ、剥離が顕著に見られ、外観が極めて悪い
以上により得られた結果を表1に示す。
【0027】
【表1】

【0028】
表1より、本発明の表面処理耐候性鋼材は、海岸環境(厳しい環境を模した促進試験)において、良好な保護性さび形成機能を有し、かつ良好な流れさび防止機能を有し、あるいは更にいずれの試験においても塗膜のフクレやフィルム状剥離が極めて少なく、良好な塗膜外観を保持する。

【特許請求の範囲】
【請求項1】
表面に任意の色調を有する塗膜が形成された表面処理耐候性鋼材であり、前記塗膜は、
水蒸気透過率が10〜1000g/m2・day、水酸基価が50〜700mgKOH/gの樹脂からなり、膜厚が30〜90μmであり、かつ、亜鉛を3〜30質量%含有し、基体樹脂にアニオン性官能基を有する化合物を配合した樹脂組成物を含有し、固形分あたりの比率が重量比で30〜80質量%である顔料を含むことを特徴とする表面処理耐候性鋼材。
【請求項2】
前記塗膜は、鉄イオンに対し捕捉沈着作用を有するアニオンと対カチオンとからなる少なくとも1種の塩を含有することを特徴とする請求項1に記載の表面処理耐候性鋼材。

【公開番号】特開2013−47377(P2013−47377A)
【公開日】平成25年3月7日(2013.3.7)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2012−162179(P2012−162179)
【出願日】平成24年7月23日(2012.7.23)
【出願人】(000001258)JFEスチール株式会社 (8,589)
【Fターム(参考)】