金属基材の防食塗装方法
【課題】耐候性及び耐久性に優れた防錆塗膜を形成できる金属基材の防食塗装方法を提案する。
【解決手段】金属基材１表面に下地処理を施す下地処理工程Ｓ１００と、下地処理工程Ｓ１００にて処理された金属基材１表面に、少なくとも鱗片状のものを含む亜鉛粉末及びアルミニウム粉末とシリコーン樹脂組成物とを配合してなる下塗り剤を塗布する下塗り工程Ｓ１１０と、下塗り工程Ｓ１１０にて下塗り剤が塗布された金属基材１表面に、少なくとも鱗片形状のものを含むアルミニウム粉末とシリコーン樹脂組成物とを配合してなる上塗り剤を塗布する上塗り工程Ｓ１２０とを有し、犠牲防食塗膜２及び保護塗膜３よりなる防錆塗膜を形成する。
【解決手段】金属基材１表面に下地処理を施す下地処理工程Ｓ１００と、下地処理工程Ｓ１００にて処理された金属基材１表面に、少なくとも鱗片状のものを含む亜鉛粉末及びアルミニウム粉末とシリコーン樹脂組成物とを配合してなる下塗り剤を塗布する下塗り工程Ｓ１１０と、下塗り工程Ｓ１１０にて下塗り剤が塗布された金属基材１表面に、少なくとも鱗片形状のものを含むアルミニウム粉末とシリコーン樹脂組成物とを配合してなる上塗り剤を塗布する上塗り工程Ｓ１２０とを有し、犠牲防食塗膜２及び保護塗膜３よりなる防錆塗膜を形成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属基材の防食塗装方法の技術に関し、より詳細には、シリコーン樹脂塗料を用いて金属基材の表面を被覆して防食する防食塗装方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、金属基材の表面を防食（防錆）するための工法として、表面を塗料にて被覆することで酸素、硫化物、ハロゲン化物等との接触を遮断して防食する防食塗装方法が公知である。かかる防食塗装方法においては、通常、防食性や耐候性に優れた塗料としてエポキシ樹脂塗料、ウレタン樹脂塗料、及びフッ素樹脂塗料などが好ましく用いられる。例えば、防錆塗料として無機ジンクリッチペイントを金属基材の表面に塗装し、その上に順次、エポキシ樹脂塗料によるミストコート→エポキシ樹脂塗料による下塗り塗装→エポキシ樹脂塗料中塗り塗装→フッ素樹脂塗料による上塗り塗装などの複数の塗り工程を経て施工されるのが一般的である。
【０００３】
上述した従来の防食塗装方法では、複数の塗り工程を要するため、施工時間や施工コストを要するといった課題があった。すなわち、従来の防食塗装方法では、ガス透過性が小さく金属基材との密着性が高いことから防錆用塗料としてエポキシ樹脂塗料が好ましく用いられるが、かかるエポキシ樹脂塗料は耐紫外線性に劣るため複数層の重ね塗りを要し、フッ素樹脂塗料やポリウレタン樹脂塗料などの上塗り塗装が必要となる。また、エポキシ樹脂塗料は乾燥性に劣るため、塗膜面に重ね塗りが可能となるまでのインターバルが長く、施工時間が長期化してしまうという問題があった。さらには、近年の環境問題への関心の高まりを受け、トルエン等の芳香族系有機溶剤を使用する従来工法の見直しが希求されている。
【０００４】
そのため、近年では、無機系塗料のシリコーン樹脂塗料を上塗り剤又は防錆剤として塗布して、金属基材表面の保護や改質といった機能を付与する工法が提案されている（特許文献１〜４参照）。シリコーン樹脂塗料は、分子内の珪素原子に結合したアルコキシ基やシラノール基などが架橋することで、塗膜において高硬度の表面を形成し、優れた耐候性、耐水性などを有することが知られている。
【０００５】
しかしながら、特許文献１及び特許文献２に開示される防食塗装方法では、金属基材表面に溶融めっき又は金属溶射により亜鉛及びアルミニウムを含む金属塗膜を形成し、かかる金属塗膜の表面にシリコーン樹脂塗料を塗布する方法である。そのため、金属塗膜を形成するプロセスにおいて、金属基材を溶融亜鉛等に浸漬させるための大型プラントが必要（溶融めっき）であり、また金属溶射用の機械装置が別途必要になる（金属溶射）など、装置の搬入・整備の負担が大きく、既設の構造物のメンテナンスには適用できないという問題があった。
【０００６】
また、特許文献３及び特許文献４に開示される防食塗装方法では、所定のシリコーン樹脂組成物に鱗箔状に形成された亜鉛粉末及びアルミニウム粉末を配合した防錆剤を金属基材表面に直接塗布する方法であり、確かに、塗膜において鱗箔状に形成された亜鉛粉末及びアルミニウム粉末が積層状に塗膜形成されることにより防錆効果が期待できる。しかしながら、塗膜内で亜鉛粉末やアルミニウム粉末の配向を調整するのが困難なため、アルミニウム粉末による外部要因の遮蔽効果が発揮されず、また、塗膜表面近傍にて亜鉛粉末が反応して腐食成分が生成されてしまうなど期待される防錆効果を発揮できない場合があった。
【０００７】
すなわち、従来の防食塗装方法では、有機系塗料を用いた場合には紫外線劣化を起こし易く、それに起因して外部要因により錆が発生してしまうなど長期防錆（耐候性）の観点で問題があるとともに、無機系塗料を用いた場合には、物理刺激により割れ等を生じ易いため、それに起因して外部要因により錆が発生してしまうなど耐久性に劣り、亜鉛による犠牲防食作用だけでは防錆塗料としての効果が限定されるといった課題があったのである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平７−９１３号公報
【特許文献２】特開２００３−３２８１５１号公報
【特許文献３】特許第４１３１２４４号公報
【特許文献４】特開２００６−２１３９０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
そこで、本発明では、金属基材の防食塗装方法に関し、前記従来の課題を解決するもので、金属基材に対し耐候性及び耐久性に優れた防錆塗膜を形成できる防食塗装方法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】
【００１０】
本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。
本発明者らは、上記課題に鑑み鋭意検討を重ねた結果、防食塗装において亜鉛粉末及びアルミニウム粉末の配合の異なる２種類のシリコーン樹脂塗料（下塗り剤及び上塗り剤）を調整し、これを用いて形成した２層からなる防錆塗膜が優れた耐候性及び耐久性を発揮することを見出し、本発明の完成に至ったのである。
【００１１】
すなわち、請求項１においては、金属基材表面に下地処理を施す下地処理工程と、前記下地処理工程にて処理された金属基材表面に、少なくとも鱗片状のものを含む亜鉛粉末及びアルミニウム粉末とシリコーン樹脂組成物とを配合してなる下塗り剤を塗布する下塗り工程と、前記下塗り工程にて下塗り剤が塗布された金属基材表面に、少なくとも鱗片形状のものを含むアルミニウム粉末とシリコーン樹脂組成物とを配合してなる上塗り剤を塗布する上塗り工程と、を有するものである。
【００１２】
請求項２においては、前記下塗り工程では、乾燥膜厚が６０〜１２０μｍとなるように前記下塗り剤を塗布するものである。
【００１３】
請求項３においては、前記上塗り工程では、乾燥膜厚が２０〜１００μｍとなるように前記上塗り剤を塗布するものである。
【００１４】
請求項４においては、前記下塗り工程及び／又は上塗り工程での塗布をエアレス噴射にて行うものである。
【００１５】
請求項５においては、エアレス噴射時の噴射圧力が１．０〜５．０ＭＰａに設定されるものである。
【００１６】
請求項６においては、前記下塗り剤及び上塗り剤の粘度が１０〜６００ｍＰａ・ｓに調整されるものである。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の効果として、２種類のシリコーン樹脂塗料（下塗り剤及び上塗り剤）を用いて金属基材表面に防食塗装することで、シリコーン樹脂組成物の耐紫外線性により耐候性に優れるとともに、上塗り剤に配合されたアルミニウム粉末により耐久性が向上され、かつ塗膜表面にて外部要因を遮蔽して優れた防錆効果を発揮する防錆塗膜を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の防食塗装方法を用いて形成された防錆塗膜の断面図である。
【図２】本発明の防食塗装方法を示したフローチャートである。
【図３】本発明の防食塗装方法を用いて形成された防錆塗膜断面のＥＰＭＡ像である。
【図４】比較例の防錆塗膜断面のＥＰＭＡ像である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
次に、発明を実施するための形態を説明する。
【００２０】
図１及び図２に示すように、本発明の防食塗装工法では、金属基材１の表面に、下地処理を施し、その表面上に下塗り剤及び上塗り剤を塗布して犠牲防食塗膜２及び保護塗膜３を形成するものである。この下塗り剤及び上塗り剤の２層からなる防錆塗膜は、犠牲防食塗膜２に配合された亜鉛粉末により犠牲防食作用を発揮するとともに、犠牲防食塗膜２及び保護塗膜３に配合されたアルミニウム粉末による遮蔽効果により、優れた耐候性及び耐久性を有するものである。
【００２１】
本発明の防食塗装方法が適用される金属基材１としては、鋼、アルミニウム、銅、亜鉛等の金属やそれらの合金、例えば、亜鉛めっき鋼板、アルミニウムめっき鋼板、アルミニウム−亜鉛合金めっき鋼板、亜鉛−ニッケル合金めっき鋼板、溶融亜鉛−アルミニウム−マグネシウム合金めっき鋼板、冷延鋼板、ステンレス又はアルミニウム板などが挙げられる。これらの金属基材１は、平板状、角柱、円柱など形状は特に限定されず、柱状のものは管状や棒状その他いかなる異形断面であってもよい。
【００２２】
本発明の下塗り剤及び上塗り剤には、金属粉末として亜鉛粉末及びアルミニウム粉末が配合される。亜鉛粉末及びアルミニウム粉末としては、鱗片状、グリッド状、粒状などの形状のものを用いることができるが、少なくとも鱗片状のものが含まれる。すなわち、本発明の亜鉛粉末及びアルミニウム粉末としては、鱗片状のものが単体で用いられる他、鱗片状のものとグリッド状及び／又は粒状のものとが混合されて用いられてもよい。
【００２３】
鱗片状の亜鉛粉末及びアルミニウム粉末としては、大きさ（最大対角長乃至直径）が７５μｍ以下のもの、好ましくは２０〜６０μｍのものが用いられる。粒状の亜鉛粉末としては、大きさ（平均粒子径）が３０μｍ以下のもの、好ましくは５〜２０μｍのものが用いられる。一方、粒状のアルミニウム粉末としては、大きさ（平均粒子径）が１０μｍ以下のもの、好ましくは１〜５μｍのものが用いられる。金属粉末の大きさが大きすぎると、金属基材１の表面に形成した犠牲防食塗膜２及び保護塗膜３の厚さが不均一になり易く、また均等な犠牲防食塗膜２及び保護塗膜３を形成することが困難になる。
【００２４】
下塗り剤は、少なくとも鱗片状のものを含む亜鉛粉末及びアルミニウム粉末が配合される。特に、本発明の下塗り剤は、亜鉛粉末としては、鱗片状のもののみでもよいが、好ましくは鱗片状のものと粒状のものとが混合されて配合され、その混合割合は、亜鉛粉末の合計１００重量％に対して鱗片状の亜鉛粉末が５〜５０重量％（粒状の亜鉛粉末が５０〜９５重量％）、好ましくは１０〜３０重量％（粒状の亜鉛粉末が７０〜９０重量％）の範囲で混合される。また、下塗り剤は、金属粉末における亜鉛粉末とアルミニウム粉末との混合割合は、金属粉末の合計１００重量％に対して亜鉛粉末が８５〜９９重量％（アルミニウム粉末が１〜１５重量％）、好ましくは９５〜９８重量％（アルミニウム粉末が２〜５重量％）の範囲で混合される。
【００２５】
上塗り剤は、少なくとも鱗片状のものを含むアルミニウム粉末が配合される。鱗片状と粒状のアルミニウム粉末の混合割合としては、アルミニウム粉末の合計１００重量％に対して鱗片状のアルミニウム粉末が４０〜１００重量％（粒状のアルミニウム粉末が０〜６０重量％）の範囲で混合される。
【００２６】
本発明の下塗り剤及び上塗り剤には、塗料成分としてシリコーン樹脂組成物が配合される。シリコーン樹脂組成物としては、変性シリコーン樹脂、常温硬化型シリコーン樹脂等、様々な樹脂が使用でき、その種類については特に限定されないが、好ましくは下記一般式（１）で表されるシラン化合物及び／又はその部分加水分解縮合物の１種又は２種以上の混合物からなる常温硬化型シリコーン樹脂が用いられる。
【００２７】
Ｒ１ＮＳｉ（ＯＲ２）４−Ｎ （１）
【００２８】
上記一般式（１）中のＲ１は、炭素数１〜１０の非置換または置換の一価炭化水素基であり、具体的には、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ヘキシル基、オクチル基、デシル基等のアルキル基、シクロヘキシル基等のシクロアルキル基、ビニル基、アリル基等のアルケニル基、フェニル基、トリル基等のアリール基などが例示される。
【００２９】
上記一般式（１）中のＲ２は、炭素数１〜３のアルキル基、炭素数２〜３のアシル基、または炭素数３〜５のアルコキシアルキル基であり、具体的には、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基から選択されるアルキル基、アセチル基等のアシル基、メトキシエチル基、エトキシエチル基、プロポキシエチル基、メトキシプロピル基、エトキシプロピル基等のアルコキシアルキル基などが例示される。
【００３０】
上記一般式（１）中のＮは、０〜２の整数（Ｎ＝０、１、２）であるが、樹脂組成物の硬化性、塗膜の表面硬度、金属基材との密着性等の観点から、塗料中で、Ｎ＝１のシラン化合物及び／又はその部分加水分解縮合物の占める割合が３０モル％以上であることが好ましく、より好ましくは４０〜１００モル％であるのがよい。また、Ｎ＝０のシラン化合物及び／又はその部分加水分解縮合物の占める割合は、塗料中で４０モル％以下であることが好ましく、Ｎ＝２のシラン化合物及び／又はその部分加水分解縮合物の占める割合は、塗料中で６０モル％以下であることが好ましい。
【００３１】
シリコーン樹脂組成物として、Ｎ＝１のシラン化合物及び／又はその部分加水分解縮合物に加えて、Ｎ＝０のシラン化合物及び／又はその部分加水分解縮合物を配合すると、硬化皮膜（樹脂皮膜）の表面硬度をより高くすることができるが、配合量が多過ぎると皮膜表面にクラックが発生するおそれがあり、Ｎ＝２のシラン化合物及び／又はその部分加水分解縮合物を併用すると、犠牲防食塗膜２及び保護塗膜３に強靱性と可撓性を与えることができるが、配合量が多すぎると十分な架橋密度が得られないために、表面硬度や硬化性が低下するおそれがある。
【００３２】
上述したようなシラン化合物及びその部分加水分解縮合物の具体例としては、テトラメトキシシラン、テトラエトキシシラン、メチルトリメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、メチルトリイソプロポキシシラン、メチルトリアセトキシシラン、メチルトリス（メトキシエトキシ）シラン、メチルトリス（メトキシプロポキシ）シラン、エチルトリメトキシシラン、プロピルトリメトキシシラン、ブチルトリメトキシシラン、ヘキシルトリメトキシシラン、オクチルトリメトキシシラン、デシルトリメトキシシラン、シクロヘキシルトリメトキシシラン、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、アリルトリメトキシシラン、フェニルトリメトキシシラン、フェニルトリエトキシシラン、トリルトリメトキシシラン、シアノエチルトリエトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルトリエトキシシラン、β−（３，４エポキシシクロヘキシル）エチルトリメトキシシラン、γ−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、γ−アクリロキシプロピルトリメトキシシラン、γ−アミノプロピルトリメトキシシラン、γ−アミノプロピルトリエトキシシラン、Ｎ−β（アミノエチル）γ−アミノプロピルトリメトキシシラン、Ｎ−フェニル−γ−アミノプロピルトリメトキシシラン、γ−メルカプトプロピルトリメトキシシラン、ジメチルジメトキシシラン、ジメチルジエトキシシラン、ジエチルジメトキシシラン、メチルエチルジメトキシシラン、メチルプロピルジメトキシシラン、メチルビニルジメトキシシラン、メチルアリルジメトキシシラン、ジフェニルジメトキシシラン、ジフェニルジエトキシシラン、メチルフェニルジメトキシシラン、γ−クロロプロピルメチルジメトキシシラン、３，３，３−トリフルオロプロピルメチルジメトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルメチルジエトキシシラン、γ−メタクリロキシプロピルメチルジメトキシシラン、γ−アクリロキシプロピルメチルジメトキシシラン、γ−アミノプロピルメチルジエトキシシラン、Ｎ−β（アミノエチル）γ−アミノプロピルメチルジメトキシシラン、γ−メルカプトプロピルメチルジエトキシシラン等のアルコキシシランまたはアシロキシシラン、並びにこれらの部分加水分解縮合物などが例示される。
【００３３】
上述したシラン化合物及び部分加水分解縮合物の前駆体としてのシラン化合物の中でも、汎用性、コスト面、防錆剤として使用した際の硬化性、塗膜（皮膜）特性等の観点から、一般式（１）におけるＲ１がメチル基およびフェニル基から選択される基、Ｒ２がメチル基およびエチル基から選択される基であるシラン化合物を用いることが好ましく、具体的には、メチルトリメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、フェニルトリメトキシシラン、フェニルトリエトキシシラン、ジメチルジメトキシシラン、ジメチルジエトキシシラン、ジフェニルジメトキシシラン、ジフェニルジエトキシシランなどが例示される。
【００３４】
また、部分加水分解縮合物としては、上述したシラン化合物の２量体（シラン化合物２モルに水１モルを作用させてアルコール２モルを脱離させ、ジシロキサン単位としたもの）〜１００量体が挙げられ、好ましくは２〜５０量体、更に好ましくは２〜３０量体としたものが好適に使用でき、２種以上のシラン化合物を原料とする部分加水分解縮合物を使用することもできる。
【００３５】
シリコーン樹脂組成物としては、上述したシラン化合物又はその部分加水分解縮合物を単独で使用してもよいが、構造の異なる２種類以上のシラン化合物又は部分加水分解縮合物を用いることや、シラン化合物と部分加水分解縮合物を併用することも可能である。ただし、各成分の混合時や塗装時の揮発性、作業性や、硬化性コントロールの容易さなどといった観点からは、部分加水分解縮合物を必須成分とすることが好ましい。
【００３６】
なお、シリコーン樹脂組成物には、必要に応じて（常温硬化型シリコーン樹脂を使用する場合）アルコキシシリル基を含有する常温硬化型シリコーン樹脂を湿気硬化させるための硬化触媒を使用してもよい。そのような硬化触媒としては、リン酸等の酸類；トリエタノールアミン等の有機アミン類；ジメチルアミンアセテート等の有機アミン塩；テトラメチルアンモニウムヒドロキシド等の第４級アンモニウム塩；炭酸水素ナトリウム等の無機酸のアルカリ（土類）金属塩；γ−アミノプロピルトリエトキシシラン等のアミノアルキルシラン化合物；オクチル酸亜鉛等のカルボン酸金属塩；ジオクチル錫ジラウレート等の有機錫化合物；テトライソプロピルチタネート、テトラブチルチタネート等のチタン酸エステル類；アセチルアセトンアルミニウム塩等の金属キレート化合物等が挙げられる。
【００３７】
上述した硬化触媒の配合量は、使用するシリコーン樹脂成分および硬化触媒の種類や所望する硬化速度によって異なるが、少な過ぎても多過ぎても硬化性、作業性、保存安定性や塗膜特性に悪影響があるため、一般的にはシリコーン樹脂成分１００質量部対して、０．１〜２０質量部の範囲とすればよく、好ましくは０．５〜１０質量部の範囲で配合するのがよい。
【００３８】
金属基材１との密着性向上を目的としてエポキシ基、アミノ基、メルカプト基等を有するシランカップリング剤を配合したり、塗膜特性向上を目的としてシラノール基含有シリコーン樹脂を一部併用したりすることも可能である。
【００３９】
本発明の下塗り剤は、亜鉛粉末及びアルミニウム粉末と、シリコーン樹脂組成物とが配合され、その配合割合は、塗料中に亜鉛粉末及びアルミニウム粉末が６０〜８０重量％（シリコーン樹脂組成物が２０〜４０重量％）の範囲で配合され、好ましくは６５〜７５重量％（シリコーン樹脂組成物が２５〜３５重量％）の範囲で配合される。
【００４０】
本発明の上塗り剤は、アルミニウム粉末と、下塗り剤と同種又は異種のシリコーン樹脂組成物とが配合され、その配合割合としては、塗料中にアルミニウム粉末が５〜３５重量％（シリコーン樹脂組成物が６５〜９５重量％）の範囲で配合され、好ましくは１０〜３０重量％（シリコーン樹脂組成物が７０〜９０重量％）の範囲で配合される。このように下塗り剤及び上塗り剤にシリコーン樹脂組成物を配合することで、塗膜間（犠牲防食塗膜２及び保護塗膜３）の剥離や割れを防止して耐久性に優れた防錆塗膜を形成することができる。
【００４１】
本発明の下塗り剤及び上塗り剤としては、使用目的に応じて本発明の効果を妨げない範囲で、上述した成分に加えて各種の顔料、染料、充填剤、接着性改良剤、レベリング性向上剤、無機および有機の紫外線吸収剤、保存安定性改良剤、可塑剤、老化防止剤等を添加することができる。
【００４２】
本発明のシリコーン樹脂塗料（下塗り剤及び上塗り剤）を用いて形成される防錆塗膜は、耐紫外線性が高められるとともに、犠牲防食塗膜２による犠牲防食効果に加えて、保護塗膜３による塩素等の遮断効果及び被膜効果の組合せで強力な防錆効果を発揮することができる。すなわち、本発明の防錆塗膜は、犠牲防食塗膜２及び保護塗膜３の２層構造とすることで、犠牲防食塗膜２又は保護塗膜３の１層構造とした場合と比べて、犠牲防食塗膜２に配合された亜鉛粉末による犠牲防食作用に加え、保護被膜３に配合されたアルミニウム粉末により物理刺激による割れや傷の発生を防止し、かつ遮断効果を発揮することができるため、耐候性や耐久性などの防錆効果が向上されるのである。
【００４３】
なお、上述した防錆塗膜（保護塗膜３）による遮断効果については、塩素以外にも、例えば硫化水素などの遮蔽効果も期待できる。すなわち、本発明のシリコーン樹脂塗料（下塗り剤及び上塗り剤）は、海岸付近などの塩素濃度が高い状況での使用（塗装）の他に、煙突や焼却施設などの硫化水素濃度が高い状況で使用しても、上述したような防錆効果が期待できる。
【００４４】
図２に示したように、本発明の金属基材１の防食塗装方法は、下地処理工程Ｓ１００にて、金属基材１の表面に所定の下地処理が施される。まず、金属ブラシによる研摩やアルコールで拭き取るなどして金属基材１表面の脱脂・表面清掃が行われる。次いで、脱脂・表面清掃された金属基材１の表面に存在する錆、黒皮及び劣化塗膜を除去するために、サンドブラストやショットブラストなどによるブラスト処理が行われる。本発明の防食塗装方法では、犠牲防食作用及び接着性能を高めるためにもブラスト処理が行われるのが好ましい。ブラスト処理のグレードとしては、ＩＳＯ基準でＳａ２．５以上の除錆度とするのが好ましい。なお、ブラスト処理が施せない箇所については、パワーブラシなどによる機械ケレンが行われてもよい。
【００４５】
下塗り工程Ｓ１１０及び上塗り工程Ｓ１２０では、下地処理された金属基材１の表面に上述した下塗り剤及び上塗り剤が積層状に塗布される。塗料の塗布方法としては、刷毛塗りやローラ塗りなどの公知の方法を採用することができるが、本発明の防食塗装方法では、エアレス噴射が好ましく用いられる。エアレス噴射により、圧力が付与された塗料が噴射されるので、噴射物がミスト状になって広く拡散するのを防止し、金属基材１の目標面に歩留まりよく付着させることができる。そのため、金属基材１に塗布されることなく拡散する塗料が少なくなり、無駄が少なくて作業効率が向上する。また、金属基材１の表面に塗料をむらなく均等に塗布することができる。
【００４６】
エアレス噴射により塗布を行う場合には、塗装性の他、各成分の混合時の作業性や防錆効果などを考慮して、下塗り剤及び上塗り剤の粘度が調整され、特に、下塗り剤及び上塗り剤が良好に噴射されるようにノズルの吐出口径、噴射圧力、塗布方法、乾燥膜厚などの塗布条件が設定される。
【００４７】
具体的には、下塗り剤及び上塗り剤の粘度（力学的粘度）は、１０〜６００ｍＰａ・ｓ、好ましく５０〜５００ｍＰａ・ｓ、より好ましくは１００〜４００ｍＰａ・ｓとなるように調整される。下塗り剤及び上塗り剤の粘度調整は、上記したシリコーン樹脂組成物に配合されるシラン化合物の選択や、アルコール類等の溶剤成分の配合などでも可能である。下塗り剤及び上塗り剤の粘度が６００ｍＰａ・ｓを越えると、エアレス噴射に際し、むらなく目標面に噴射することが難しくなり、一方、１００ｍＰａ・ｓ以上とすることで、比重の異なる配合物の沈降を抑制し、エアレス噴射に際し必要以上の拡散を抑えて目標面に良好に噴射することができる。
【００４８】
エアレス噴射に用いられるノズル（ノズルチップ）としては、吐出口が断面半円状に形成され、開口面積が０．０５〜１．５ｍｍ２、好ましくは０．１〜０．８ｍｍ２、より好ましくは０．１５〜０．４ｍｍ２のものが用いられる。ノズル吐出口の開口面積が小さいと塗料中の金属粉末が詰まってしまい、また大きいと金属粉末を均一に吐出することができない。ただし、上塗り工程Ｓ１２０では、下塗り剤に対して上塗り剤の金属粉末の配合割合が少なく相対粘度が低いため、下塗り工程Ｓ１１０と比べて吐出口の開口面積の小さなものを用いてもよい。
【００４９】
エアレス噴射時の噴射圧力としては、１．０〜５．０ＭＰａの範囲、好ましくは１．５〜３．０ＭＰａの範囲に設定される。このように圧力設定することで塗料の無駄な拡散を伴うことなく、金属基材１の目標面に塗料を正確に塗布することができる。なお、噴射圧力が１．０ＭＰａ未満であると、噴射圧力が弱く、十分な噴射作業を行うことが容易でなくなり、一方、５．０ＭＰａを越えると、ノズルと吐出口付近で塗料が拡散して、金属基材１の表面に金属粉末を均一に塗布することが困難であり、また塗膜の膜厚制御が難しくなる。
【００５０】
エアレス噴射による塗布方法としては、例えば、塗装面（金属基材１の表面）に対して１００〜１５０ｍｍの距離からスプレーガンを格子状に移動させながら、複数回に分けて重ね塗りを繰り返すことにより塗布される。また、施工環境としては、環境気温が少なくとも５℃以上であることとし、また環境湿度が７０％以下であることが好ましい。
【００５１】
下塗り工程Ｓ１１０では、乾燥膜厚が６０〜１２０μｍ、好ましくは７０〜１１０μｍ、より好ましくは７５〜１００μｍとなるように下塗り剤が塗布されて犠牲防食塗膜２が形成される。なお、本発明の下塗り剤は、乾燥収縮率がおよそ２０〜３０％なので塗布膜厚（湿潤膜厚）が８０〜１７０μｍの範囲となるように塗布されればよい。
【００５２】
上塗り工程Ｓ１２０では、乾燥膜厚が２０〜１００μｍ、好ましくは４０〜９０μｍ、より好ましくは５０〜８０μｍとなるように上塗り剤が塗布されて保護塗膜３が形成される。なお、本発明の上塗り剤は、乾燥収縮率がおよそ２０〜３０％なので塗布膜厚（湿潤膜厚）が３０〜１４０μｍの範囲となるように塗布されればよい。
【００５３】
以下、本発明の実施例および比較例について説明する。なお、本発明は、以下に示す実施例により制限されるものではない。
【実施例】
【００５４】
＜下塗り剤及び上塗り剤の調整＞
表１に示すように、少なくとも鱗片状のものを含む亜鉛粉末及びアルミニウム粉末並びにシリコーン樹脂を所定の割合（重量％）でそれぞれ配合して下塗り剤Ａ１、下塗り剤Ａ２及上塗り剤Ｂを調整した。下塗り剤Ａ及び上塗り剤Ｂには、複数のシリコーン樹脂を混合して撹拌することで、シラン化合物及びその部分加水分解縮合物が含有されている。なお、下塗り剤Ａ１の粘度は３５０ｍＰａ・ｓ、下塗り剤Ａ２の粘度は１０９０ｍＰａ・ｓ、上塗り剤Ｂの粘度は１４６ｍＰａ・ｓであった。
【００５５】
【表１】
【００５６】
＜施工性評価方法＞
金属基材として既設の鋼構造物（キューポラ）の鋼板箇所に対して、まず、バキュームブラスター（厚地鉄工株式会社製）を用いてブラスト処理（除錆度：Ｓａ２．５）を行い、エアブローにて表面清掃して下地処理を行った。次いで、下地処理後２時間以内にプランジャー式エアレス機（旭サナック株式会社製）を用いて下塗り剤Ａを鋼板表面に塗布した。プランジャー式エアレス機は、エアレスハンドガンにフリーパタンノズル（ＦＮ２８、旭サナック株式会社製）を装着し、パターン幅がおよそ６０°となるように吐出口の開口面積を０．１５〜０．４ｍｍ２の範囲で調整しながら、噴射圧力を２．１ＭＰａで塗布した。下塗り工程では、乾燥膜厚が１００μｍとなるように下塗り剤（下塗り剤Ａ１）を塗布した。下塗り後３〜４時間の指蝕乾燥を経て、下塗り工程と同じ塗布条件で上塗り剤を塗布した。上塗り工程では、乾燥膜厚が８０μｍとなるように塗布した。
【００５７】
本実施例の防食塗装方法によれば、均一な厚膜塗装が可能で施工性がよく、また鋼板箇所の仕上がり面は凹凸がなく美観性に優れていた。
【００５８】
＜試験試料の作成方法＞
金属基材として鋼板（材質：ＳＰＣＣ、１．０ｍｍ×７０ｍｍ×１５０ｍｍ）を用いて、上述した施工性評価方法と同様の方法で下地処理を行い下塗り及び上塗りを行った。下塗り工程では、乾燥膜厚が７５〜１００μｍとなるように下塗り剤を塗布した。また、上塗り工程では、乾燥膜厚が５０〜１００μｍとなるように塗布した。下塗り後、温度２５℃、湿度５５％の雰囲気下で７日間放置して硬化塗膜として試験片を作成した。
【００５９】
なお、比較例として、下塗り剤のみを乾燥膜厚が２００μｍ、１５０μｍとなるように塗布したもの（比較例１、２）、上塗り剤のみを乾燥膜厚１５０μｍとなるように塗布したもの（比較例３）、防錆塗料としてジンク塗料Ａ（商品名：ローバル、ローバル株式会社製）を乾燥膜厚１５０μｍとなるように塗布したもの（比較例４）をそれぞれ作成した。
【００６０】
＜防錆性試験方法１：塩水噴霧試験＞
本試験は、ＪＩＳ Ｋ５６００−７−１に準拠し、各試験片に対して塩化ナトリウム５％水溶液を試験槽内にて温度３５℃で２０００時間噴霧した。評価は、白錆及び赤錆ともに認められず、クロスカット部に白錆が認められる場合を「◎」、白錆のみが認められ、かつクロスカット部に白錆が認められる場合を「○」、白錆のみが認められ、かつクロスカット部に赤錆が認められる場合を「△」、全面に白錆及び赤錆が認められ、かつクロスカット部に赤錆が認められる場合を「▲」、全体に赤錆が認められる場合を「×」とする５点方式で行った。
【００６１】
上述した塩水噴霧試験の試験結果を表２に示す。
【００６２】
【表２】
【００６３】
＜防錆性試験方法２：複合サイクル試験＞
本試験は、ＪＩＳ Ｋ５６００−７−９に準拠し、各試験片に対して塩化ナトリウム５％水溶液を試験槽内にて温度３５℃で２時間噴霧し（塩水噴霧）、これを試験槽内にて温度６０℃、湿度３０％で４時間乾燥させ（乾燥）、さらに試験槽内にて温度５０℃、湿度９５％で２時間湿潤させ（湿潤）、この「塩水噴霧→乾燥→湿潤」のサイクルを１００回繰り返した。評価は、上述した塩水噴霧試験と同様の方法で行った。
【００６４】
上述した複合サイクル試験の試験結果を表３に示す。
【００６５】
【表３】
【００６６】
表２及び表３に示したように、２種類の防錆性試験の試験結果から、亜鉛粉末及びアルミニウム粉末の配合の異なる下塗り剤及び上塗り剤を用いて形成した２層からなる防錆塗膜（実施例１〜５）が、下塗り剤又は上塗り剤のみを用いた１層からなる防錆塗膜（比較例１〜３）や、公知のジンク塗料Ａを用いた防錆塗膜（比較例４）と比べて、優れた耐候性及び耐久性を発揮することが示された。
【００６７】
＜ＥＰＭＡ観察＞
実施例２及び比較例２の試験試料を用いて上述した複合サイクル試験を行った後の試験片断面における各元素の分布状態を、電子線マイクロアナライザ（ＥＰＭＡ）により調べた。具体的には、Ｚｎ、Ａｌ、Ｃｌの各元素の分布状況から、試験片の均一性及び腐食状況を観察・分析した。
【００６８】
図３に示すように、金属基材の表面に形成された犠牲防食塗膜及び保護塗膜の２層構造からなる防錆塗膜（図３（ａ））では、犠牲防食塗膜にＺｎが均一に拡散され（図３（ｂ））、犠牲防食塗膜及び保護塗膜にＡｌが均一に拡散されていることが確認された（図３（ｃ））。そして、防錆塗膜中の犠牲防食塗膜及び保護塗膜のいずれにも腐食成分としてのＣｌが認められない（図３（ｅ））。一方、図４に示すように、金属基材の表面に同じ膜厚で形成された犠牲防食塗膜のみからなる防錆塗膜（図４（ａ））では、塗膜中にＺｎやＡｌ等が均一分散されているものの（図４（ｂ）等）、全体に腐食成分としてのＣｌが存在していることが認められる（図４（ｅ））。このことより、本実施例の防錆塗膜がＣｌを浸透させない優れた遮断効果を発揮していることが確認された。
【符号の説明】
【００６９】
１ 金属基材
２ 犠牲防食塗膜
３ 保護塗膜
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属基材の防食塗装方法の技術に関し、より詳細には、シリコーン樹脂塗料を用いて金属基材の表面を被覆して防食する防食塗装方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、金属基材の表面を防食（防錆）するための工法として、表面を塗料にて被覆することで酸素、硫化物、ハロゲン化物等との接触を遮断して防食する防食塗装方法が公知である。かかる防食塗装方法においては、通常、防食性や耐候性に優れた塗料としてエポキシ樹脂塗料、ウレタン樹脂塗料、及びフッ素樹脂塗料などが好ましく用いられる。例えば、防錆塗料として無機ジンクリッチペイントを金属基材の表面に塗装し、その上に順次、エポキシ樹脂塗料によるミストコート→エポキシ樹脂塗料による下塗り塗装→エポキシ樹脂塗料中塗り塗装→フッ素樹脂塗料による上塗り塗装などの複数の塗り工程を経て施工されるのが一般的である。
【０００３】
上述した従来の防食塗装方法では、複数の塗り工程を要するため、施工時間や施工コストを要するといった課題があった。すなわち、従来の防食塗装方法では、ガス透過性が小さく金属基材との密着性が高いことから防錆用塗料としてエポキシ樹脂塗料が好ましく用いられるが、かかるエポキシ樹脂塗料は耐紫外線性に劣るため複数層の重ね塗りを要し、フッ素樹脂塗料やポリウレタン樹脂塗料などの上塗り塗装が必要となる。また、エポキシ樹脂塗料は乾燥性に劣るため、塗膜面に重ね塗りが可能となるまでのインターバルが長く、施工時間が長期化してしまうという問題があった。さらには、近年の環境問題への関心の高まりを受け、トルエン等の芳香族系有機溶剤を使用する従来工法の見直しが希求されている。
【０００４】
そのため、近年では、無機系塗料のシリコーン樹脂塗料を上塗り剤又は防錆剤として塗布して、金属基材表面の保護や改質といった機能を付与する工法が提案されている（特許文献１〜４参照）。シリコーン樹脂塗料は、分子内の珪素原子に結合したアルコキシ基やシラノール基などが架橋することで、塗膜において高硬度の表面を形成し、優れた耐候性、耐水性などを有することが知られている。
【０００５】
しかしながら、特許文献１及び特許文献２に開示される防食塗装方法では、金属基材表面に溶融めっき又は金属溶射により亜鉛及びアルミニウムを含む金属塗膜を形成し、かかる金属塗膜の表面にシリコーン樹脂塗料を塗布する方法である。そのため、金属塗膜を形成するプロセスにおいて、金属基材を溶融亜鉛等に浸漬させるための大型プラントが必要（溶融めっき）であり、また金属溶射用の機械装置が別途必要になる（金属溶射）など、装置の搬入・整備の負担が大きく、既設の構造物のメンテナンスには適用できないという問題があった。
【０００６】
また、特許文献３及び特許文献４に開示される防食塗装方法では、所定のシリコーン樹脂組成物に鱗箔状に形成された亜鉛粉末及びアルミニウム粉末を配合した防錆剤を金属基材表面に直接塗布する方法であり、確かに、塗膜において鱗箔状に形成された亜鉛粉末及びアルミニウム粉末が積層状に塗膜形成されることにより防錆効果が期待できる。しかしながら、塗膜内で亜鉛粉末やアルミニウム粉末の配向を調整するのが困難なため、アルミニウム粉末による外部要因の遮蔽効果が発揮されず、また、塗膜表面近傍にて亜鉛粉末が反応して腐食成分が生成されてしまうなど期待される防錆効果を発揮できない場合があった。
【０００７】
すなわち、従来の防食塗装方法では、有機系塗料を用いた場合には紫外線劣化を起こし易く、それに起因して外部要因により錆が発生してしまうなど長期防錆（耐候性）の観点で問題があるとともに、無機系塗料を用いた場合には、物理刺激により割れ等を生じ易いため、それに起因して外部要因により錆が発生してしまうなど耐久性に劣り、亜鉛による犠牲防食作用だけでは防錆塗料としての効果が限定されるといった課題があったのである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平７−９１３号公報
【特許文献２】特開２００３−３２８１５１号公報
【特許文献３】特許第４１３１２４４号公報
【特許文献４】特開２００６−２１３９０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
そこで、本発明では、金属基材の防食塗装方法に関し、前記従来の課題を解決するもので、金属基材に対し耐候性及び耐久性に優れた防錆塗膜を形成できる防食塗装方法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】
【００１０】
本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。
本発明者らは、上記課題に鑑み鋭意検討を重ねた結果、防食塗装において亜鉛粉末及びアルミニウム粉末の配合の異なる２種類のシリコーン樹脂塗料（下塗り剤及び上塗り剤）を調整し、これを用いて形成した２層からなる防錆塗膜が優れた耐候性及び耐久性を発揮することを見出し、本発明の完成に至ったのである。
【００１１】
すなわち、請求項１においては、金属基材表面に下地処理を施す下地処理工程と、前記下地処理工程にて処理された金属基材表面に、少なくとも鱗片状のものを含む亜鉛粉末及びアルミニウム粉末とシリコーン樹脂組成物とを配合してなる下塗り剤を塗布する下塗り工程と、前記下塗り工程にて下塗り剤が塗布された金属基材表面に、少なくとも鱗片形状のものを含むアルミニウム粉末とシリコーン樹脂組成物とを配合してなる上塗り剤を塗布する上塗り工程と、を有するものである。
【００１２】
請求項２においては、前記下塗り工程では、乾燥膜厚が６０〜１２０μｍとなるように前記下塗り剤を塗布するものである。
【００１３】
請求項３においては、前記上塗り工程では、乾燥膜厚が２０〜１００μｍとなるように前記上塗り剤を塗布するものである。
【００１４】
請求項４においては、前記下塗り工程及び／又は上塗り工程での塗布をエアレス噴射にて行うものである。
【００１５】
請求項５においては、エアレス噴射時の噴射圧力が１．０〜５．０ＭＰａに設定されるものである。
【００１６】
請求項６においては、前記下塗り剤及び上塗り剤の粘度が１０〜６００ｍＰａ・ｓに調整されるものである。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の効果として、２種類のシリコーン樹脂塗料（下塗り剤及び上塗り剤）を用いて金属基材表面に防食塗装することで、シリコーン樹脂組成物の耐紫外線性により耐候性に優れるとともに、上塗り剤に配合されたアルミニウム粉末により耐久性が向上され、かつ塗膜表面にて外部要因を遮蔽して優れた防錆効果を発揮する防錆塗膜を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の防食塗装方法を用いて形成された防錆塗膜の断面図である。
【図２】本発明の防食塗装方法を示したフローチャートである。
【図３】本発明の防食塗装方法を用いて形成された防錆塗膜断面のＥＰＭＡ像である。
【図４】比較例の防錆塗膜断面のＥＰＭＡ像である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
次に、発明を実施するための形態を説明する。
【００２０】
図１及び図２に示すように、本発明の防食塗装工法では、金属基材１の表面に、下地処理を施し、その表面上に下塗り剤及び上塗り剤を塗布して犠牲防食塗膜２及び保護塗膜３を形成するものである。この下塗り剤及び上塗り剤の２層からなる防錆塗膜は、犠牲防食塗膜２に配合された亜鉛粉末により犠牲防食作用を発揮するとともに、犠牲防食塗膜２及び保護塗膜３に配合されたアルミニウム粉末による遮蔽効果により、優れた耐候性及び耐久性を有するものである。
【００２１】
本発明の防食塗装方法が適用される金属基材１としては、鋼、アルミニウム、銅、亜鉛等の金属やそれらの合金、例えば、亜鉛めっき鋼板、アルミニウムめっき鋼板、アルミニウム−亜鉛合金めっき鋼板、亜鉛−ニッケル合金めっき鋼板、溶融亜鉛−アルミニウム−マグネシウム合金めっき鋼板、冷延鋼板、ステンレス又はアルミニウム板などが挙げられる。これらの金属基材１は、平板状、角柱、円柱など形状は特に限定されず、柱状のものは管状や棒状その他いかなる異形断面であってもよい。
【００２２】
本発明の下塗り剤及び上塗り剤には、金属粉末として亜鉛粉末及びアルミニウム粉末が配合される。亜鉛粉末及びアルミニウム粉末としては、鱗片状、グリッド状、粒状などの形状のものを用いることができるが、少なくとも鱗片状のものが含まれる。すなわち、本発明の亜鉛粉末及びアルミニウム粉末としては、鱗片状のものが単体で用いられる他、鱗片状のものとグリッド状及び／又は粒状のものとが混合されて用いられてもよい。
【００２３】
鱗片状の亜鉛粉末及びアルミニウム粉末としては、大きさ（最大対角長乃至直径）が７５μｍ以下のもの、好ましくは２０〜６０μｍのものが用いられる。粒状の亜鉛粉末としては、大きさ（平均粒子径）が３０μｍ以下のもの、好ましくは５〜２０μｍのものが用いられる。一方、粒状のアルミニウム粉末としては、大きさ（平均粒子径）が１０μｍ以下のもの、好ましくは１〜５μｍのものが用いられる。金属粉末の大きさが大きすぎると、金属基材１の表面に形成した犠牲防食塗膜２及び保護塗膜３の厚さが不均一になり易く、また均等な犠牲防食塗膜２及び保護塗膜３を形成することが困難になる。
【００２４】
下塗り剤は、少なくとも鱗片状のものを含む亜鉛粉末及びアルミニウム粉末が配合される。特に、本発明の下塗り剤は、亜鉛粉末としては、鱗片状のもののみでもよいが、好ましくは鱗片状のものと粒状のものとが混合されて配合され、その混合割合は、亜鉛粉末の合計１００重量％に対して鱗片状の亜鉛粉末が５〜５０重量％（粒状の亜鉛粉末が５０〜９５重量％）、好ましくは１０〜３０重量％（粒状の亜鉛粉末が７０〜９０重量％）の範囲で混合される。また、下塗り剤は、金属粉末における亜鉛粉末とアルミニウム粉末との混合割合は、金属粉末の合計１００重量％に対して亜鉛粉末が８５〜９９重量％（アルミニウム粉末が１〜１５重量％）、好ましくは９５〜９８重量％（アルミニウム粉末が２〜５重量％）の範囲で混合される。
【００２５】
上塗り剤は、少なくとも鱗片状のものを含むアルミニウム粉末が配合される。鱗片状と粒状のアルミニウム粉末の混合割合としては、アルミニウム粉末の合計１００重量％に対して鱗片状のアルミニウム粉末が４０〜１００重量％（粒状のアルミニウム粉末が０〜６０重量％）の範囲で混合される。
【００２６】
本発明の下塗り剤及び上塗り剤には、塗料成分としてシリコーン樹脂組成物が配合される。シリコーン樹脂組成物としては、変性シリコーン樹脂、常温硬化型シリコーン樹脂等、様々な樹脂が使用でき、その種類については特に限定されないが、好ましくは下記一般式（１）で表されるシラン化合物及び／又はその部分加水分解縮合物の１種又は２種以上の混合物からなる常温硬化型シリコーン樹脂が用いられる。
【００２７】
Ｒ１ＮＳｉ（ＯＲ２）４−Ｎ （１）
【００２８】
上記一般式（１）中のＲ１は、炭素数１〜１０の非置換または置換の一価炭化水素基であり、具体的には、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ヘキシル基、オクチル基、デシル基等のアルキル基、シクロヘキシル基等のシクロアルキル基、ビニル基、アリル基等のアルケニル基、フェニル基、トリル基等のアリール基などが例示される。
【００２９】
上記一般式（１）中のＲ２は、炭素数１〜３のアルキル基、炭素数２〜３のアシル基、または炭素数３〜５のアルコキシアルキル基であり、具体的には、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基から選択されるアルキル基、アセチル基等のアシル基、メトキシエチル基、エトキシエチル基、プロポキシエチル基、メトキシプロピル基、エトキシプロピル基等のアルコキシアルキル基などが例示される。
【００３０】
上記一般式（１）中のＮは、０〜２の整数（Ｎ＝０、１、２）であるが、樹脂組成物の硬化性、塗膜の表面硬度、金属基材との密着性等の観点から、塗料中で、Ｎ＝１のシラン化合物及び／又はその部分加水分解縮合物の占める割合が３０モル％以上であることが好ましく、より好ましくは４０〜１００モル％であるのがよい。また、Ｎ＝０のシラン化合物及び／又はその部分加水分解縮合物の占める割合は、塗料中で４０モル％以下であることが好ましく、Ｎ＝２のシラン化合物及び／又はその部分加水分解縮合物の占める割合は、塗料中で６０モル％以下であることが好ましい。
【００３１】
シリコーン樹脂組成物として、Ｎ＝１のシラン化合物及び／又はその部分加水分解縮合物に加えて、Ｎ＝０のシラン化合物及び／又はその部分加水分解縮合物を配合すると、硬化皮膜（樹脂皮膜）の表面硬度をより高くすることができるが、配合量が多過ぎると皮膜表面にクラックが発生するおそれがあり、Ｎ＝２のシラン化合物及び／又はその部分加水分解縮合物を併用すると、犠牲防食塗膜２及び保護塗膜３に強靱性と可撓性を与えることができるが、配合量が多すぎると十分な架橋密度が得られないために、表面硬度や硬化性が低下するおそれがある。
【００３２】
上述したようなシラン化合物及びその部分加水分解縮合物の具体例としては、テトラメトキシシラン、テトラエトキシシラン、メチルトリメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、メチルトリイソプロポキシシラン、メチルトリアセトキシシラン、メチルトリス（メトキシエトキシ）シラン、メチルトリス（メトキシプロポキシ）シラン、エチルトリメトキシシラン、プロピルトリメトキシシラン、ブチルトリメトキシシラン、ヘキシルトリメトキシシラン、オクチルトリメトキシシラン、デシルトリメトキシシラン、シクロヘキシルトリメトキシシラン、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、アリルトリメトキシシラン、フェニルトリメトキシシラン、フェニルトリエトキシシラン、トリルトリメトキシシラン、シアノエチルトリエトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルトリエトキシシラン、β−（３，４エポキシシクロヘキシル）エチルトリメトキシシラン、γ−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、γ−アクリロキシプロピルトリメトキシシラン、γ−アミノプロピルトリメトキシシラン、γ−アミノプロピルトリエトキシシラン、Ｎ−β（アミノエチル）γ−アミノプロピルトリメトキシシラン、Ｎ−フェニル−γ−アミノプロピルトリメトキシシラン、γ−メルカプトプロピルトリメトキシシラン、ジメチルジメトキシシラン、ジメチルジエトキシシラン、ジエチルジメトキシシラン、メチルエチルジメトキシシラン、メチルプロピルジメトキシシラン、メチルビニルジメトキシシラン、メチルアリルジメトキシシラン、ジフェニルジメトキシシラン、ジフェニルジエトキシシラン、メチルフェニルジメトキシシラン、γ−クロロプロピルメチルジメトキシシラン、３，３，３−トリフルオロプロピルメチルジメトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルメチルジエトキシシラン、γ−メタクリロキシプロピルメチルジメトキシシラン、γ−アクリロキシプロピルメチルジメトキシシラン、γ−アミノプロピルメチルジエトキシシラン、Ｎ−β（アミノエチル）γ−アミノプロピルメチルジメトキシシラン、γ−メルカプトプロピルメチルジエトキシシラン等のアルコキシシランまたはアシロキシシラン、並びにこれらの部分加水分解縮合物などが例示される。
【００３３】
上述したシラン化合物及び部分加水分解縮合物の前駆体としてのシラン化合物の中でも、汎用性、コスト面、防錆剤として使用した際の硬化性、塗膜（皮膜）特性等の観点から、一般式（１）におけるＲ１がメチル基およびフェニル基から選択される基、Ｒ２がメチル基およびエチル基から選択される基であるシラン化合物を用いることが好ましく、具体的には、メチルトリメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、フェニルトリメトキシシラン、フェニルトリエトキシシラン、ジメチルジメトキシシラン、ジメチルジエトキシシラン、ジフェニルジメトキシシラン、ジフェニルジエトキシシランなどが例示される。
【００３４】
また、部分加水分解縮合物としては、上述したシラン化合物の２量体（シラン化合物２モルに水１モルを作用させてアルコール２モルを脱離させ、ジシロキサン単位としたもの）〜１００量体が挙げられ、好ましくは２〜５０量体、更に好ましくは２〜３０量体としたものが好適に使用でき、２種以上のシラン化合物を原料とする部分加水分解縮合物を使用することもできる。
【００３５】
シリコーン樹脂組成物としては、上述したシラン化合物又はその部分加水分解縮合物を単独で使用してもよいが、構造の異なる２種類以上のシラン化合物又は部分加水分解縮合物を用いることや、シラン化合物と部分加水分解縮合物を併用することも可能である。ただし、各成分の混合時や塗装時の揮発性、作業性や、硬化性コントロールの容易さなどといった観点からは、部分加水分解縮合物を必須成分とすることが好ましい。
【００３６】
なお、シリコーン樹脂組成物には、必要に応じて（常温硬化型シリコーン樹脂を使用する場合）アルコキシシリル基を含有する常温硬化型シリコーン樹脂を湿気硬化させるための硬化触媒を使用してもよい。そのような硬化触媒としては、リン酸等の酸類；トリエタノールアミン等の有機アミン類；ジメチルアミンアセテート等の有機アミン塩；テトラメチルアンモニウムヒドロキシド等の第４級アンモニウム塩；炭酸水素ナトリウム等の無機酸のアルカリ（土類）金属塩；γ−アミノプロピルトリエトキシシラン等のアミノアルキルシラン化合物；オクチル酸亜鉛等のカルボン酸金属塩；ジオクチル錫ジラウレート等の有機錫化合物；テトライソプロピルチタネート、テトラブチルチタネート等のチタン酸エステル類；アセチルアセトンアルミニウム塩等の金属キレート化合物等が挙げられる。
【００３７】
上述した硬化触媒の配合量は、使用するシリコーン樹脂成分および硬化触媒の種類や所望する硬化速度によって異なるが、少な過ぎても多過ぎても硬化性、作業性、保存安定性や塗膜特性に悪影響があるため、一般的にはシリコーン樹脂成分１００質量部対して、０．１〜２０質量部の範囲とすればよく、好ましくは０．５〜１０質量部の範囲で配合するのがよい。
【００３８】
金属基材１との密着性向上を目的としてエポキシ基、アミノ基、メルカプト基等を有するシランカップリング剤を配合したり、塗膜特性向上を目的としてシラノール基含有シリコーン樹脂を一部併用したりすることも可能である。
【００３９】
本発明の下塗り剤は、亜鉛粉末及びアルミニウム粉末と、シリコーン樹脂組成物とが配合され、その配合割合は、塗料中に亜鉛粉末及びアルミニウム粉末が６０〜８０重量％（シリコーン樹脂組成物が２０〜４０重量％）の範囲で配合され、好ましくは６５〜７５重量％（シリコーン樹脂組成物が２５〜３５重量％）の範囲で配合される。
【００４０】
本発明の上塗り剤は、アルミニウム粉末と、下塗り剤と同種又は異種のシリコーン樹脂組成物とが配合され、その配合割合としては、塗料中にアルミニウム粉末が５〜３５重量％（シリコーン樹脂組成物が６５〜９５重量％）の範囲で配合され、好ましくは１０〜３０重量％（シリコーン樹脂組成物が７０〜９０重量％）の範囲で配合される。このように下塗り剤及び上塗り剤にシリコーン樹脂組成物を配合することで、塗膜間（犠牲防食塗膜２及び保護塗膜３）の剥離や割れを防止して耐久性に優れた防錆塗膜を形成することができる。
【００４１】
本発明の下塗り剤及び上塗り剤としては、使用目的に応じて本発明の効果を妨げない範囲で、上述した成分に加えて各種の顔料、染料、充填剤、接着性改良剤、レベリング性向上剤、無機および有機の紫外線吸収剤、保存安定性改良剤、可塑剤、老化防止剤等を添加することができる。
【００４２】
本発明のシリコーン樹脂塗料（下塗り剤及び上塗り剤）を用いて形成される防錆塗膜は、耐紫外線性が高められるとともに、犠牲防食塗膜２による犠牲防食効果に加えて、保護塗膜３による塩素等の遮断効果及び被膜効果の組合せで強力な防錆効果を発揮することができる。すなわち、本発明の防錆塗膜は、犠牲防食塗膜２及び保護塗膜３の２層構造とすることで、犠牲防食塗膜２又は保護塗膜３の１層構造とした場合と比べて、犠牲防食塗膜２に配合された亜鉛粉末による犠牲防食作用に加え、保護被膜３に配合されたアルミニウム粉末により物理刺激による割れや傷の発生を防止し、かつ遮断効果を発揮することができるため、耐候性や耐久性などの防錆効果が向上されるのである。
【００４３】
なお、上述した防錆塗膜（保護塗膜３）による遮断効果については、塩素以外にも、例えば硫化水素などの遮蔽効果も期待できる。すなわち、本発明のシリコーン樹脂塗料（下塗り剤及び上塗り剤）は、海岸付近などの塩素濃度が高い状況での使用（塗装）の他に、煙突や焼却施設などの硫化水素濃度が高い状況で使用しても、上述したような防錆効果が期待できる。
【００４４】
図２に示したように、本発明の金属基材１の防食塗装方法は、下地処理工程Ｓ１００にて、金属基材１の表面に所定の下地処理が施される。まず、金属ブラシによる研摩やアルコールで拭き取るなどして金属基材１表面の脱脂・表面清掃が行われる。次いで、脱脂・表面清掃された金属基材１の表面に存在する錆、黒皮及び劣化塗膜を除去するために、サンドブラストやショットブラストなどによるブラスト処理が行われる。本発明の防食塗装方法では、犠牲防食作用及び接着性能を高めるためにもブラスト処理が行われるのが好ましい。ブラスト処理のグレードとしては、ＩＳＯ基準でＳａ２．５以上の除錆度とするのが好ましい。なお、ブラスト処理が施せない箇所については、パワーブラシなどによる機械ケレンが行われてもよい。
【００４５】
下塗り工程Ｓ１１０及び上塗り工程Ｓ１２０では、下地処理された金属基材１の表面に上述した下塗り剤及び上塗り剤が積層状に塗布される。塗料の塗布方法としては、刷毛塗りやローラ塗りなどの公知の方法を採用することができるが、本発明の防食塗装方法では、エアレス噴射が好ましく用いられる。エアレス噴射により、圧力が付与された塗料が噴射されるので、噴射物がミスト状になって広く拡散するのを防止し、金属基材１の目標面に歩留まりよく付着させることができる。そのため、金属基材１に塗布されることなく拡散する塗料が少なくなり、無駄が少なくて作業効率が向上する。また、金属基材１の表面に塗料をむらなく均等に塗布することができる。
【００４６】
エアレス噴射により塗布を行う場合には、塗装性の他、各成分の混合時の作業性や防錆効果などを考慮して、下塗り剤及び上塗り剤の粘度が調整され、特に、下塗り剤及び上塗り剤が良好に噴射されるようにノズルの吐出口径、噴射圧力、塗布方法、乾燥膜厚などの塗布条件が設定される。
【００４７】
具体的には、下塗り剤及び上塗り剤の粘度（力学的粘度）は、１０〜６００ｍＰａ・ｓ、好ましく５０〜５００ｍＰａ・ｓ、より好ましくは１００〜４００ｍＰａ・ｓとなるように調整される。下塗り剤及び上塗り剤の粘度調整は、上記したシリコーン樹脂組成物に配合されるシラン化合物の選択や、アルコール類等の溶剤成分の配合などでも可能である。下塗り剤及び上塗り剤の粘度が６００ｍＰａ・ｓを越えると、エアレス噴射に際し、むらなく目標面に噴射することが難しくなり、一方、１００ｍＰａ・ｓ以上とすることで、比重の異なる配合物の沈降を抑制し、エアレス噴射に際し必要以上の拡散を抑えて目標面に良好に噴射することができる。
【００４８】
エアレス噴射に用いられるノズル（ノズルチップ）としては、吐出口が断面半円状に形成され、開口面積が０．０５〜１．５ｍｍ２、好ましくは０．１〜０．８ｍｍ２、より好ましくは０．１５〜０．４ｍｍ２のものが用いられる。ノズル吐出口の開口面積が小さいと塗料中の金属粉末が詰まってしまい、また大きいと金属粉末を均一に吐出することができない。ただし、上塗り工程Ｓ１２０では、下塗り剤に対して上塗り剤の金属粉末の配合割合が少なく相対粘度が低いため、下塗り工程Ｓ１１０と比べて吐出口の開口面積の小さなものを用いてもよい。
【００４９】
エアレス噴射時の噴射圧力としては、１．０〜５．０ＭＰａの範囲、好ましくは１．５〜３．０ＭＰａの範囲に設定される。このように圧力設定することで塗料の無駄な拡散を伴うことなく、金属基材１の目標面に塗料を正確に塗布することができる。なお、噴射圧力が１．０ＭＰａ未満であると、噴射圧力が弱く、十分な噴射作業を行うことが容易でなくなり、一方、５．０ＭＰａを越えると、ノズルと吐出口付近で塗料が拡散して、金属基材１の表面に金属粉末を均一に塗布することが困難であり、また塗膜の膜厚制御が難しくなる。
【００５０】
エアレス噴射による塗布方法としては、例えば、塗装面（金属基材１の表面）に対して１００〜１５０ｍｍの距離からスプレーガンを格子状に移動させながら、複数回に分けて重ね塗りを繰り返すことにより塗布される。また、施工環境としては、環境気温が少なくとも５℃以上であることとし、また環境湿度が７０％以下であることが好ましい。
【００５１】
下塗り工程Ｓ１１０では、乾燥膜厚が６０〜１２０μｍ、好ましくは７０〜１１０μｍ、より好ましくは７５〜１００μｍとなるように下塗り剤が塗布されて犠牲防食塗膜２が形成される。なお、本発明の下塗り剤は、乾燥収縮率がおよそ２０〜３０％なので塗布膜厚（湿潤膜厚）が８０〜１７０μｍの範囲となるように塗布されればよい。
【００５２】
上塗り工程Ｓ１２０では、乾燥膜厚が２０〜１００μｍ、好ましくは４０〜９０μｍ、より好ましくは５０〜８０μｍとなるように上塗り剤が塗布されて保護塗膜３が形成される。なお、本発明の上塗り剤は、乾燥収縮率がおよそ２０〜３０％なので塗布膜厚（湿潤膜厚）が３０〜１４０μｍの範囲となるように塗布されればよい。
【００５３】
以下、本発明の実施例および比較例について説明する。なお、本発明は、以下に示す実施例により制限されるものではない。
【実施例】
【００５４】
＜下塗り剤及び上塗り剤の調整＞
表１に示すように、少なくとも鱗片状のものを含む亜鉛粉末及びアルミニウム粉末並びにシリコーン樹脂を所定の割合（重量％）でそれぞれ配合して下塗り剤Ａ１、下塗り剤Ａ２及上塗り剤Ｂを調整した。下塗り剤Ａ及び上塗り剤Ｂには、複数のシリコーン樹脂を混合して撹拌することで、シラン化合物及びその部分加水分解縮合物が含有されている。なお、下塗り剤Ａ１の粘度は３５０ｍＰａ・ｓ、下塗り剤Ａ２の粘度は１０９０ｍＰａ・ｓ、上塗り剤Ｂの粘度は１４６ｍＰａ・ｓであった。
【００５５】
【表１】
【００５６】
＜施工性評価方法＞
金属基材として既設の鋼構造物（キューポラ）の鋼板箇所に対して、まず、バキュームブラスター（厚地鉄工株式会社製）を用いてブラスト処理（除錆度：Ｓａ２．５）を行い、エアブローにて表面清掃して下地処理を行った。次いで、下地処理後２時間以内にプランジャー式エアレス機（旭サナック株式会社製）を用いて下塗り剤Ａを鋼板表面に塗布した。プランジャー式エアレス機は、エアレスハンドガンにフリーパタンノズル（ＦＮ２８、旭サナック株式会社製）を装着し、パターン幅がおよそ６０°となるように吐出口の開口面積を０．１５〜０．４ｍｍ２の範囲で調整しながら、噴射圧力を２．１ＭＰａで塗布した。下塗り工程では、乾燥膜厚が１００μｍとなるように下塗り剤（下塗り剤Ａ１）を塗布した。下塗り後３〜４時間の指蝕乾燥を経て、下塗り工程と同じ塗布条件で上塗り剤を塗布した。上塗り工程では、乾燥膜厚が８０μｍとなるように塗布した。
【００５７】
本実施例の防食塗装方法によれば、均一な厚膜塗装が可能で施工性がよく、また鋼板箇所の仕上がり面は凹凸がなく美観性に優れていた。
【００５８】
＜試験試料の作成方法＞
金属基材として鋼板（材質：ＳＰＣＣ、１．０ｍｍ×７０ｍｍ×１５０ｍｍ）を用いて、上述した施工性評価方法と同様の方法で下地処理を行い下塗り及び上塗りを行った。下塗り工程では、乾燥膜厚が７５〜１００μｍとなるように下塗り剤を塗布した。また、上塗り工程では、乾燥膜厚が５０〜１００μｍとなるように塗布した。下塗り後、温度２５℃、湿度５５％の雰囲気下で７日間放置して硬化塗膜として試験片を作成した。
【００５９】
なお、比較例として、下塗り剤のみを乾燥膜厚が２００μｍ、１５０μｍとなるように塗布したもの（比較例１、２）、上塗り剤のみを乾燥膜厚１５０μｍとなるように塗布したもの（比較例３）、防錆塗料としてジンク塗料Ａ（商品名：ローバル、ローバル株式会社製）を乾燥膜厚１５０μｍとなるように塗布したもの（比較例４）をそれぞれ作成した。
【００６０】
＜防錆性試験方法１：塩水噴霧試験＞
本試験は、ＪＩＳ Ｋ５６００−７−１に準拠し、各試験片に対して塩化ナトリウム５％水溶液を試験槽内にて温度３５℃で２０００時間噴霧した。評価は、白錆及び赤錆ともに認められず、クロスカット部に白錆が認められる場合を「◎」、白錆のみが認められ、かつクロスカット部に白錆が認められる場合を「○」、白錆のみが認められ、かつクロスカット部に赤錆が認められる場合を「△」、全面に白錆及び赤錆が認められ、かつクロスカット部に赤錆が認められる場合を「▲」、全体に赤錆が認められる場合を「×」とする５点方式で行った。
【００６１】
上述した塩水噴霧試験の試験結果を表２に示す。
【００６２】
【表２】
【００６３】
＜防錆性試験方法２：複合サイクル試験＞
本試験は、ＪＩＳ Ｋ５６００−７−９に準拠し、各試験片に対して塩化ナトリウム５％水溶液を試験槽内にて温度３５℃で２時間噴霧し（塩水噴霧）、これを試験槽内にて温度６０℃、湿度３０％で４時間乾燥させ（乾燥）、さらに試験槽内にて温度５０℃、湿度９５％で２時間湿潤させ（湿潤）、この「塩水噴霧→乾燥→湿潤」のサイクルを１００回繰り返した。評価は、上述した塩水噴霧試験と同様の方法で行った。
【００６４】
上述した複合サイクル試験の試験結果を表３に示す。
【００６５】
【表３】
【００６６】
表２及び表３に示したように、２種類の防錆性試験の試験結果から、亜鉛粉末及びアルミニウム粉末の配合の異なる下塗り剤及び上塗り剤を用いて形成した２層からなる防錆塗膜（実施例１〜５）が、下塗り剤又は上塗り剤のみを用いた１層からなる防錆塗膜（比較例１〜３）や、公知のジンク塗料Ａを用いた防錆塗膜（比較例４）と比べて、優れた耐候性及び耐久性を発揮することが示された。
【００６７】
＜ＥＰＭＡ観察＞
実施例２及び比較例２の試験試料を用いて上述した複合サイクル試験を行った後の試験片断面における各元素の分布状態を、電子線マイクロアナライザ（ＥＰＭＡ）により調べた。具体的には、Ｚｎ、Ａｌ、Ｃｌの各元素の分布状況から、試験片の均一性及び腐食状況を観察・分析した。
【００６８】
図３に示すように、金属基材の表面に形成された犠牲防食塗膜及び保護塗膜の２層構造からなる防錆塗膜（図３（ａ））では、犠牲防食塗膜にＺｎが均一に拡散され（図３（ｂ））、犠牲防食塗膜及び保護塗膜にＡｌが均一に拡散されていることが確認された（図３（ｃ））。そして、防錆塗膜中の犠牲防食塗膜及び保護塗膜のいずれにも腐食成分としてのＣｌが認められない（図３（ｅ））。一方、図４に示すように、金属基材の表面に同じ膜厚で形成された犠牲防食塗膜のみからなる防錆塗膜（図４（ａ））では、塗膜中にＺｎやＡｌ等が均一分散されているものの（図４（ｂ）等）、全体に腐食成分としてのＣｌが存在していることが認められる（図４（ｅ））。このことより、本実施例の防錆塗膜がＣｌを浸透させない優れた遮断効果を発揮していることが確認された。
【符号の説明】
【００６９】
１ 金属基材
２ 犠牲防食塗膜
３ 保護塗膜
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属基材表面に下地処理を施す下地処理工程と、
前記下地処理工程にて処理された金属基材表面に、少なくとも鱗片状のものを含む亜鉛粉末及びアルミニウム粉末とシリコーン樹脂組成物とを配合してなる下塗り剤を塗布する下塗り工程と、
前記下塗り工程にて下塗り剤が塗布された金属基材表面に、少なくとも鱗片形状のものを含むアルミニウム粉末とシリコーン樹脂組成物とを配合してなる上塗り剤を塗布する上塗り工程と、
を有することを特徴とする金属基材の防食塗装方法。
【請求項２】
前記下塗り工程では、乾燥膜厚が６０〜１２０μｍとなるように前記下塗り剤を塗布する請求項１に記載の金属基材の防食塗装方法。
【請求項３】
前記上塗り工程では、乾燥膜厚が２０〜１００μｍとなるように前記上塗り剤を塗布する請求項１又は請求項２に記載の金属基材の防食塗装方法。
【請求項４】
前記下塗り工程及び／又は上塗り工程での塗布をエアレス噴射にて行う請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の金属基材の防食塗装方法。
【請求項５】
エアレス噴射時の噴射圧力が１．０〜５．０ＭＰａに設定される請求項４に記載の金属基材の防食塗装方法。
【請求項６】
前記下塗り剤及び上塗り剤の粘度が１０〜６００ｍＰａ・ｓに調整される請求項４又は請求項５に記載の金属基材の防食塗装方法。
【請求項１】
金属基材表面に下地処理を施す下地処理工程と、
前記下地処理工程にて処理された金属基材表面に、少なくとも鱗片状のものを含む亜鉛粉末及びアルミニウム粉末とシリコーン樹脂組成物とを配合してなる下塗り剤を塗布する下塗り工程と、
前記下塗り工程にて下塗り剤が塗布された金属基材表面に、少なくとも鱗片形状のものを含むアルミニウム粉末とシリコーン樹脂組成物とを配合してなる上塗り剤を塗布する上塗り工程と、
を有することを特徴とする金属基材の防食塗装方法。
【請求項２】
前記下塗り工程では、乾燥膜厚が６０〜１２０μｍとなるように前記下塗り剤を塗布する請求項１に記載の金属基材の防食塗装方法。
【請求項３】
前記上塗り工程では、乾燥膜厚が２０〜１００μｍとなるように前記上塗り剤を塗布する請求項１又は請求項２に記載の金属基材の防食塗装方法。
【請求項４】
前記下塗り工程及び／又は上塗り工程での塗布をエアレス噴射にて行う請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の金属基材の防食塗装方法。
【請求項５】
エアレス噴射時の噴射圧力が１．０〜５．０ＭＰａに設定される請求項４に記載の金属基材の防食塗装方法。
【請求項６】
前記下塗り剤及び上塗り剤の粘度が１０〜６００ｍＰａ・ｓに調整される請求項４又は請求項５に記載の金属基材の防食塗装方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１３−１３８５５（Ｐ２０１３−１３８５５Ａ）
【公開日】平成２５年１月２４日（２０１３．１．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１４８２９３（Ｐ２０１１−１４８２９３）
【出願日】平成２３年７月４日（２０１１．７．４）
【出願人】（５０４４４２４６９）株式会社シールドテクス (2)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年１月２４日（２０１３．１．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年７月４日（２０１１．７．４）
【出願人】（５０４４４２４６９）株式会社シールドテクス (2)
【Ｆターム（参考）】
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