説明

鋼板の塗装方法

【目的】 本発明は、粉体塗料との密着性に優れた一次防錆塗料を用いて、塗装不要部がある鋼板に適用した場合に塗装不要部の塗膜除去が容易で、塗装作業性のよい鋼板の塗装方法を提供することを目的とする。
【構成】 鋼板表面に、(A)テトラアルコキシシリケートの加水分解縮合物及び/又は一般式 RSi(OR′)3で表わされるオルガノアルコキシシランの加水分解縮合物と(B)シリル基含有ビニル系樹脂とを含む展着剤と、亜鉛末とを含有する一次防錆塗料を塗装し、硬化させ、次いで、粉体塗料を塗装し、形成された粉体塗料塗膜から塗装不要部上に形成された塗膜を除去し、しかる後、粉体塗料塗膜を硬化させることを特徴とする鋼板の塗装方法。

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、防食性、密着性等に優れた塗膜を形成できる鋼板の塗装方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】タンク、橋梁等の鉄鋼構造物に使用される鋼板は、通常発錆を防止する目的で一次防錆塗料を塗装し、次いで溶断や溶接する個所等の塗装不要部をマスキングした後、有機溶剤系塗料を塗装する方法(イ)や一次防錆塗料を塗装し、該塗装鋼板を溶断、溶接等により組立てた後有機溶剤系塗料を塗装する方法(ロ)がとられていた。しかしながら、これら従来方法では仕上げ塗料として有機溶剤系塗料を使用しているため一度に厚膜塗膜が形成出来ず、数回の塗り重ねが必要となるので、塗装作業性が悪く、また有機溶剤を使用しているため塗装作業環境が悪く、火災の危険性があり、省資源の観点からも問題があった。さらに前記(イ)の方法は、塗装不要部をマスキングする処理工程が必要であるため工程が複雑となり、また前記(ロ)の方法は鋼板を組立てた後、塗装するため鋼板の段階で塗装するのに比較し均一塗装が困難で、塗装作業性が非常に悪くなるという問題点があった。
【0003】そこで本発明者らは、仕上げ塗料として有機溶剤系塗料の代りに有機溶剤を使用せず、一度に厚膜が得られる粉体塗料を一次防錆塗料塗膜上に塗装することを検討してみた。しかしながら従来は、溶断、溶接、ひずみ取り等の熱加工をする鋼板に一次防錆塗料を適用する場合、防食性だけでなく、塗膜の熱劣化や焼損巾を少なくするため、耐熱性の優れたアルカリシリケートやアルキルシリケート等の無機質系展着剤を使用した無機質系一次防錆塗料を利用しており、このような一次防錆塗料は、粉体塗料との密着性が非常に悪いことが判明した。この原因は、無機質系一次防錆塗料は塗膜の可撓性がないのに対し、粉体塗料は、有機溶剤系塗料に比較し、塗膜硬化時、塗膜の収縮、ひずみが大きく、その結果両塗膜間の密着性が悪くなるからであると考えられる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、耐熱性、防食性を低下させることなく、粉体塗料との密着性に優れた一次防錆塗料を開発し、塗装不要部がある鋼板に適用した場合に塗装不要部の塗膜除去が容易であるという粉体塗料の特徴を生かして、塗装作業性のよい鋼板の塗装方法を提供することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】従って本発明は、鋼板表面に、(A)テトラアルコキシシリケートの加水分解縮合物及び/又は一般式 RSi(OR′)3〔式中Rは炭素数1〜8の有機基、R′は炭素数1〜5のアルキル基又は炭素数1〜4のアシル基を示す〕で表わされるオルガノアルコキシシランの加水分解縮合物と(B)シリル基含有ビニル系樹脂を含み、かつ(A)中の SiO2 成分と(B)の重量比が98:2〜60:40である展着剤と、亜鉛末とを含有する一次防錆塗料を塗装し、硬化させ、次いで粉体塗料を塗装し、形成された粉体塗料塗膜から塗装不要部上に形成された塗膜を除去し、しかる後、粉体塗料塗膜を硬化させることを特徴とする鋼板の塗装方法を提供するものである。以下、本発明を詳細に説明する。本発明において使用する一次防錆塗料は、特定の展着剤を使用する以外は、従来から通常知られている無機質系一次防錆塗料とほぼ同様な成分から構成されるものである。
【0006】すなわち本発明において使用する一次防錆塗料は、(A)テトラアルコキシシリケートの加水分解縮合物及び/又は一般式 RSi(OR′)3〔式中Rは炭素数1〜8の有機基、R′は炭素数1〜5のアルキル基又は炭素数1〜4のアシル基を示す〕で表わされるオルガノアルコキシシランの加水分解縮合物と(B)シリル基含有ビニル系樹脂とを含む展着剤と亜鉛粉末とを必須成分とし、その他必要に応じ、体質顔料、防錆顔料、着色顔料等の顔料、有機溶剤及びタレ止め剤、湿潤剤、硬化促進剤、色分れ防止剤、沈殿防止剤、帯電防止剤等の各種添加剤を配合したものである。
【0007】前記テトラアルコキシシリケートの加水分解縮合物は、テトラメトキシシリケート、テトラエトキシシリケート、テトラプロポキシシリケート、テトライソプロポキシシリケート、テトラブトキシシリケート等のテトラアルコキシシリケートを、例えば、アルコール等の溶液中で必要量の水及び塩酸、硝酸、ギ酸等の酸触媒を用いて反応させることにより得られるものである。一般に、該加水分解縮合物の分子量は、ポリスチレン換算重量平均分子量で2,000 〜30,000が好ましい。前記一般式 RSi(OR′)3で表わされるオルガノアルコキシシラン中のRは炭素数1〜8の有機基であり、例えばメチル基、エチル基、n−プロピル基などのアルキル基、そのほかγ−クロロプロピル基、ビニル基、γ−グリシドキシプロピル基、フェニル基、3,4−エポキシシクロヘキシルエチル基、γ−アミノプロピル基などが挙げられる。またR′は、炭素数1〜5のアルキル基または炭素数1〜4のアシル基であり、例えばメチル基、エチル基、n−プロピル基、アセチル基などが挙げられる。
【0008】これらのオルガノアルコキシシランの具体例としては、メチルトリメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、エチルトリメトキシシラン、エチルトリエトキシシラン、n−プロピルトリメトキシシラン、γ−クロロプロピルトリメトキシシラン、ビニルトリメトキシシラン、3,3,3−トリクロロ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メトキシシラン、γ−メタクリルオキシプロピルトリエトキシシラン、フェニ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、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などが挙げられる。これらオルガノアルコキシシランの加水分解縮合物は、前記テトラアルコキシシリケートの場合とほぼ同様にして、オルガノアルコキシシランを縮合反応させて得られるものである。
【0009】これら加水分解縮合物は、ポリスチレン換算重量平均分子量1,000 〜100,000、好ましくは3,000 〜30,000のものが適当である。前記シリル基含有ビニル系樹脂としては、下記式で表わされるシリル基を分子中に少なくとも1つ以上有する分子量が1,000 〜30,000の樹脂が好ましい。
式 Xn -Si(R1)3-n-CH(R2)-(式中Xはハロゲン、アルコキシ、アシルオキシ、ケトキシメート、アミノ、酸アミド、アミドオキシ、メルカプト、アルケニルオキシ、フェノキシ等の加水分解性基、R1 、R2 は水素又は炭素1〜10のアルキル基、アリール基、アラルキル基等の1価の炭化水素基であり、nは1〜3の整数)。該樹脂は式 Xn -Si(R1)3-n-H(X、R1 、nは前述と同様)で示されるヒドロシラン化合物と炭素−炭素二重結合を有するビニル系樹脂を触媒存在下で反応させることにより製造される。
【0010】なお、前記ヒドロシラン化合物としては、メチルジクロロシラン、メチルジエトキシシラン、メチルジアセトキシシラン、メチルジアミノキシシラン等が代表的なものとして挙げられる。前記ヒドロシラン化合物量は、ビニル系樹脂中に含まれる炭素−炭素二重結合に対し0.5〜2倍モル量の使用が適当である。前記ビニル系樹脂は、(メタ)アクリル酸メチル、(メタ)アクリル酸エチル、(メタ)アクリル酸2−エチルヘキシル等の(メタ)アクリル酸エステル;(メタ)アクリル酸、イタコン酸、無水マレイン酸等のカルボン酸あるいは酸無水物;グリシジル(メタ)アクリレート等のエポキシ化合物;ジエチルアミノエチル(メタ)アクリレート等のアミノ化合物;(メタ)アクリルアミド等のアミド化合物;アクリロニトリル、スチレン、酢酸ビニル等からなる群から選ばれるビニル系モノマーの単独あるいは共重合体を主成分とする樹脂が適当である。これらビニル系モノマーの単独あるいは共重合体の製造時に、(メタ)アクリル酸アリルやジアリルフタレート等をラジカル共重合させることにより、ビニル系樹脂中にヒドロシリル化反応の為の炭素−炭素二重結合の導入が可能である。
【0011】またその他製造方法として前記ビニル系モノマーとビニルトリクロルシラン、ビニルトリエトキシシラン、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリス(β−メトキシエトキシ)シラン、γ−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、ビニルトリアセトキシシラン等のビニル基含有シリル化合物とをラジカル重合させる方法もある。これらシリル基含有ビニル系樹脂は、具体的には特公平3−19871号、特開昭61−171754号、特開昭61−225205号、特開昭63−132977号等において開示されている。市販品としては、ゼムラックYC−3623、ゼムラックYC−3835(いずれも鐘淵化学工業社製商品名)等がある。
【0012】一次防錆塗料の構成成分である展着剤は、以上説明したテトラアルコキシシリケートの加水分解縮合物及び/又はオルガノアルコキシシランの加水分解縮合物(A)とシリル基含有ビニル系樹脂(B)とを含み、両者の配合割合は、(A)中の SiO2 成分と(B)との重量比が98:2〜60:40、好ましくは90:10〜70:30となるような割合が好ましい。なお(A)成分が前記範囲より多くなると後述する粉体塗料との密着性が低下し、また耐クラック性、可撓性等が悪くなり、一方前記範囲より少ないと耐熱性、防食性、硬化性等が悪くなるので好ましくない。本発明の一次防錆塗料に用いる亜鉛末は、通常ジンクリッチペイントに用いられる平均粒子径1〜15μm の粉状物もしくは平均長径3〜30μm の偏平状物が好ましい。なお、亜鉛末は、電気化学的な作用により一次防錆塗料に防食効果を発揮させるため配合するものである。
【0013】また必要に応じ配合される顔料としては、タルク、炭酸カルシウム、硫酸カルシウム、硫酸バリウム、マイカ等の体質顔料;リン酸亜鉛、リン酸アルミニウム、リン酸カルシウム、ホウ酸バリウム、メタホウ酸カルシウム、モリブデン酸亜鉛、モリブデン酸カルシウム等の防錆顔料;酸化チタン、ベンガラ、カーボンブラック等の着色顔料などが挙げられる。前記有機溶剤としては、メタノール、エタノール、i−プロピルアルコール、エチレングリコール、エチレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテル等のアルコールもしくはその誘導体;アセトン、メチルエチルケトン等のケトン類;酢酸メチル、酢酸エチル等のエステル類;キシレン、トルエン等の炭化水素類などが挙げられる。
【0014】以上、説明したような構成成分からなる一次防錆塗料は、展着剤5〜50重量%、好ましくは7〜20重量%;亜鉛末15〜70重量%、好ましくは20〜50重量%;顔料0〜60重量%、好ましくは20〜50重量%;添加剤1〜10重量%を含み、固形分50〜95重量%、好ましくは60〜90重量%の配合割合からなるものが適当である。次に本発明で使用する粉体塗料は、従来から公知の粉体塗料が特に制限なく使用できる。この粉体塗料は、例えばエポキシ樹脂、アクリル樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、フッ素樹脂等の公知の各種合成樹脂を必須成分とし、更に必要に応じ硬化剤、顔料、表面調整剤などの添加剤を配合した混合物を、前記合成樹脂と硬化剤とが実質的に架橋反応を起さない程度の温度にてエクストルーダー、熱ロール、ニーダー等により溶融練合し、冷却後粉砕したものである。該粉体塗料の平均粒径は、10〜250μm 、好ましくは20〜80μm 、融点が60〜140℃、好ましくは70〜120℃となるように調製するのが好ましい。次に本発明の鋼板の塗装方法について説明する。鋼板表面を必要に応じブラスト処理、脱脂処理等の前処理を施した後、鋼板表面に前述の一次防錆塗料をエアスプレー、エアレススプレー等の手段により乾燥膜厚5〜50μm 、好ましくは10〜30μm になるよう塗装し、自然乾燥もしくは強制乾燥する。
【0015】このようにして一次防錆塗料塗膜を施した鋼板を、粉体塗料を静電スプレー、エアースプレー等の手段により硬化膜厚30〜500μm 、好ましくは100〜300μm になるよう塗装する。次いで溶断や溶接する個所等の粉体塗料塗膜があると不都合が生じる部分にある(塗装不要部)塗膜を除去する。除去手段としては、特に制限はないが、塗装不要部の幅よりも狭い口径の偏平状開口を先端に有するパイプ状物を後方から吸引させながら、パイプ状物の先端を鋼板に接触させ、あるいは数mm離した距離より塗装不要部全体に移動させ、その上に形成した塗膜の粉体塗料を吸引除去する方法が適当である。その他の除去方法として塗装不要部以外に形成している塗膜のみ静電気的に強力に付着せしめた後、圧縮空気を鋼板表面に吹き付け、付着力の弱い個所、すなわち塗装不要部上に形成した塗膜の粉体塗料を飛散させ除去する方法も可能である。
【0016】なお、粉体塗料塗膜は、有機溶剤系塗料のようにウェット状態の塗膜にならないので塗膜除去作業が容易で、処理時間も少なくて済む利点がある。このようにして塗装不要部上の粉体塗料塗膜を除去した後、鋼板表面に残存して形成している粉体塗料塗膜を加熱し、硬化させる。なお、粉体塗料が熱可塑性塗料の場合は、通常合成樹脂の融点よりも約10〜50℃高い温度で加熱し、塗膜を溶融させ、ついで放冷することにより硬化塗膜を形成する。一方、該粉体塗料が、熱硬化性塗料の場合は、合成樹脂が溶融し、かつ硬化剤と架橋反応生じる温度、一般的には130〜250℃で、5〜30分間焼付けることにより硬化塗膜を形成する。加熱手段としては高周波加熱手段、遠赤外線加熱手段等が代表的な手段として採用できる。
【0017】
【発明の効果】本発明の方法により以下のような従来技術にない効果が得られる。
(i)本発明は、特定の一次防錆塗料を使用しているため従来の無機質系一次防錆塗料と同様の耐熱性、防食性を有し、かつ粉体塗料との密着性がよく、さらに可撓性等も向上する。
(ii)仕上げ塗料として粉体塗料を使用しているため一度に厚膜塗膜が形成出来、有機溶剤を使用していなので塗装作業環境がよく、火災の危険性も少なく、かつ省資源が可能である。
(iii)鋼板を全面塗装後、塗装不要部に形成された塗膜を除去する場合、粉体塗料を使用しているため、有機溶剤系塗料のようにウェットな塗膜とならず、ドライ状態であるので、除去作業が容易で、それ故マスキング処理等の複雑な工程を省略することが可能となり、塗装作業性がよい。
【0018】
【実施例】以下、本発明を実施例により、さらに詳細に説明する。なお実施例中「部」、「%」は重量を基準として示す。
<テトラアルコキシシリケートの加水分解縮合物溶液の調製>テトラエトキシシリケート〔「エチルシリケート40」(日本コルコート社製商品名)〕35部とイソプロピルアルコール61部を40℃で攪拌混合し、次いで、これに1N−塩酸1部と水3部からなる混合物を90分間かけて滴下した。滴下後40℃でさらに4時間攪拌し、テトラエトキシシリケート加水分解縮合物溶液〔以下加水分解縮合物A−1という〕を得た。なお、該縮合物のポリスチレン換算重量平均分子量は、13,000であった。
<オルガノアルコキシシランの加水分解縮合物溶液の調製>メチルトリエトキシシリケート40部とイソプロピルアルコール54部を40℃で攪拌混合し、次いで、これに0.1N−塩酸0.3部と水5.7部からなる混合物を90分間かけて滴下した。滴下後40℃でさらに4時間攪拌し、メチルトリエトキシシリケート加水分解縮合物溶液〔以下加水分解縮合物A−2という〕を得た。なお、該縮合物のポリスチレン換算重量平均分子量は、10,000であった。
<一次防錆塗料の調製>表1に示す成分を混合し、一次防錆塗料(i)〜(ix)を調製した。
【0019】〔実施例1〜7及び比較例1〜2〕ショットブラスト処理鋼板(大きさ100×200mm、厚さ3.2mm)表面に表1の一次防錆塗料を乾燥膜厚約20μm になるようエアスプレー塗装し、20℃、相対湿度65%の条件下で7日間自然乾燥させた。次いで、熱硬化型エポキシ樹脂系粉体塗料〔「Vペット #1300グレー」(大日本塗料社製商品名)〕を、硬化膜厚約150μm になるよう全面に静電スプレー塗装した。次いで塗装された鋼板の20mm幅周縁の塗装不要部の粉体塗料塗膜を、15mm幅の扁平状開口を先端に有する吸引装置にて吸引除去した。次いで230℃、5分間焼付を行ない粉体塗料塗膜を硬化させた。
〔実施例8〜14及び比較例3〜4〕実施例1において熱硬化型エポキシ樹脂系粉体塗料の代りに熱硬化型アクリル樹脂系粉体塗料〔「Vペット #1370」(大日本塗料社製商品名)〕を使用する以外は同様にして硬化塗膜を形成させた。実施例1〜14及び比較例1〜4で得られた塗膜の初期塗膜外観、初期密着性及び塩水噴霧試験後の塗膜外観の試験をし、その結果を表2及び表3に示した。
【0020】また、粉体塗料を塗装する前の一次防錆塗料塗膜について防食性(耐熱性含む)の試験をし、その結果を表2に示した。表2からも明らかの通り、本発明の方法により得られた塗膜は、防食性、耐熱性に優れ、かつ粉体塗料との密着性も優れていた。一方、シリル基含有ビニル系樹脂を配合してない一次防錆塗料を使用した比較例1、3は粉体塗料との密着性が悪かった。またシリル基含有ビニル系樹脂を過剰に配合した一次防錆塗料を使用した比較例2は防食性、耐熱性が悪かった。
【0021】
【表1】
表1 (単位:部)
─────────────────────────────────── 一次防錆塗料No. (i) (ii) (iii) (iv) (v) (vi) (vii) (viii) (ix)───────────────────────────────────展 加水分解縮合物 A−1 26 26 26 27.5 26 27.5 26 A−2 27着 A−3注1) 34 シリル基含有ビ ニル系樹脂溶液剤 B−1注2) 1.8 1.8 0.4 3.8 7 B−2注3) 1.8 1.8 1.3 ───────────────────────────────────亜鉛末 34.2 34.2 34.2 34.2 43.1 34.2 34.2 34.2 36.2モリブデン酸亜鉛 10 10 10 10 10 10 10 10 10 タルク 15 15 14 7.5 6.1 14.9 13 15 7.8リン化鉄 13 13 13 13 13 13 13 13 13 ───────────────────────────────────(A中のSiO2量)/(Bの量)の重量 80/20 80/20 80/20 80/20 80/20 95/5 65/35 100/0 50/50比率───────────────────────────────────
【0022】注1)「グラスカB−103」(日本合成ゴム社製、商品名);メチルトリメトキシシランを主成分とするオルガノアルコキシシランの加水分解縮合物、ポリスチレン換算重量平均分子量約13,000、SiO2量32%(固形分)、加熱残分25%注2)「ゼムラックYC−3623」(鐘淵化学工業社製、商品名);Tg 30℃、数平均分子量15,000、加熱残分52%注3)「ゼムラックYC−3835」(鐘淵化学工業社製、商品名);Tg 52℃、数平均分子量15,000、加熱残分52%
【0023】
【表2】
表2─────────────────────────────────── 実 施 例 1 2 3 4 5 6 7───────────────────────────────────一次防錆塗料No (i) (ii) (iii) (iv) (v) (vi) (vii)初期塗膜外観 注4) 異常 同左 同左 同左 同左 同左 同左 なし初期塗膜密着性 注5) 25/25 25/25 25/25 24/25 24/25 23/25 25/25塩水噴霧試験後の塗膜外観 異常 同左 同左 同左 同左 同左 同左 注6) なし───────────────────────────────────防 耐 熱 塩水噴霧試験 注7) 10 10 10 9 10 10 10 試験前 屋外暴露試験 注8) 10 10 10 10 10 10 9 食────────────── 耐 熱 塩水噴霧試験 注9) 10 10 10 9 10 10 8 性 試験後 屋外暴露試験 注10) 10 10 10 10 10 10 8 ───────────────────────────────────
【0024】
表2(続き)
─────────────────────────────────── 実 施 例 8 9 10 11 12 13 14 ───────────────────────────────────一次防錆塗料No (i) (ii) (iii) (iv) (v) (vi) (vii)初期塗膜外観 注4) 異常 同左 同左 同左 同左 同左 同左 なし初期塗膜密着性 注5) 25/25 25/25 25/25 25/25 24/25 24/25 25/25塩水噴霧試験後の塗膜外観 - - - - - - - 注6)───────────────────────────────────防 耐 熱 塩水噴霧試験 注7) - - - - - - - 試験前 屋外暴露試験 注8) - - - - - - - 食────────────── 耐 熱 塩水噴霧試験 注9) - - - - - - - 性 試験後 屋外暴露試験 注10) - - - - - - - ───────────────────────────────────
【0025】注4)目視判定注5)ゴバン目クロスカット(2mm間隔、25個)後、セロハン粘着テープ剥離試験し、残存塗膜数を測定注6)塩水噴霧試験700時間後のクロスカット部の塗膜状態注7)塩水噴霧試験240時間後、発錆状態をASTM D610により判定した。
注8)屋外暴露試験3ケ月後、発錆状態をASTM D610により判定した。
注9)試験板を800℃の電気炉中に5分間放置し、放冷後注7)と同様の試験をし判定した。
注10)試験板を800℃の電気炉中に5分間放置し、放冷後注8)と同様の試験をし判定した。
【0026】
【表3】
表3─────────────────────────────────── 比 較 例 1 2 3 4───────────────────────────────────一次防錆塗料No (viii) (ix) (viii) (ix)初期塗膜外観 注4) 発泡 異常 発泡 異常 あり なし あり なし初期塗膜密着性 注5) 0/25 25/25 0/25 25/25塩水噴霧試験後の塗膜外観 注6) ハクリ 異常 ── ── なし───────────────────────────────────防 耐 熱 塩水噴霧試験 注7) 10 6 ── ── 試験前 屋外暴露試験 注8) 10 7 ── ──食─────────────── 耐 熱 塩水噴霧試験 注9) 10 1 ── ──性 試験後 屋外暴露試験 注10) 10 2 ── ─────────────────────────────────────

【特許請求の範囲】
【請求項1】 鋼板表面に、(A)テトラアルコキシシリケートの加水分解縮合物及び/又は一般式 RSi(OR′)3〔式中Rは炭素数1〜8の有機基、R′は炭素数1〜5のアルキル基又は炭素数1〜4のアシル基を示す〕で表わされるオルガノアルコキシシランの加水分解縮合物と(B)シリル基含有ビニル系樹脂とを含み、かつ(A)中の SiO2 成分と(B)の重量比が98:2〜60:40である展着剤と、亜鉛末とを含有する一次防錆塗料を塗装し、硬化させ、次いで粉体塗料を塗装し、形成された粉体塗料塗膜から塗装不要部上に形成された塗膜を除去し、しかる後、粉体塗料塗膜を硬化させることを特徴とする鋼板の塗装方法。