JP7854632B2 - 鉄錆還元防錆処理剤の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、鉄鋼、ステンレスなど鋼鉄製基材への塗装に当たっての下地前処理用防錆の前処理に関する技術分野であり、鋼鉄製基材面に塗布することにより、発生している赤錆や茶錆：Ｆｅ_２Ｏ_３を、黒錆：Ｆｅ_３Ｏ_４に還元することによって、鉄錆を機械的に除去することなく塗装出来る下地前処理を兼ねた鉄錆還元防錆処理剤に係わるものである。

鋼鉄製基材への塗装時には、表面に発生している鉄錆を除去しないと、鋼鉄の酸化進行による鉄錆層の拡大、塗膜の劣化や密着性の低下による塗膜の剥離が生じていた。このため鋼鉄製基材への塗装に当たっては、鋼鉄製基材に発生している鉄錆は、サンドペーパー、ケレン、サンドブラストなどの機械的除去によって基材の前処理が必須であった。この塗装前の基材前処理は多大な労力を要し、この下地前処理の軽減化が強く求められていた。この対策として、これまで下地用塗料にリン酸、リン酸亜鉛等のリン酸化合物に配合することが提案されていたが、鉄錆内部の浸透性、還元力が小さく、塗膜の防錆性、耐久性の面より満足できるものではなかった。

先行特許文献

特開２００４－３３８２３６
特開２００５－１０５３３７
特開２００９－４０９２９

本発明は、鋼鉄製基材への塗装時の下地前処理において、従来のような機械的な鉄錆除去作業を行うことなく、鋼鉄製基材に前処理コート剤を直接塗布することにより塗料中の還元物質が鉄錆の中に浸透し、赤色や茶褐色の鉄錆と反応して、黒錆に転換を図る鉄錆還元防錆処理剤に関するものであり、同時に優れた防錆性、耐水性と耐候性を有する防錆塗膜の形成を行うものである。

本発明の第１発明は、鋼鉄製基材への塗装における鉄錆の前処理処理剤において、基材の鉄錆を還元する還元性物質として、還元性鉱酸とさらにタンニン酸、炭素数５以下のアルコール類を配合することを特徴とする鉄錆還元防錆処理剤（Ａ剤）と、更にＡ剤を塗布した塗膜の下層にある鋼板の鉄錆層に対して、黒錆への転換、還元反応を促進させるために水溶性エマルジョン樹脂と炭素数５以下の低級アルコールからなる鉄錆還元防錆処理剤（Ｂ剤）を塗布することを特徴とする２液型鉄錆還元防錆処理剤である。Ａ剤に炭素数５以下のアルコール類を配合させることにより還元性リン酸系鉱酸、タンニン酸の成分が鉄錆層への浸透性を高く、また鉄錆との還元反応性にも優れている。更にＢ剤を塗布することにより鉄錆（赤錆や茶錆：Ｆｅ_２Ｏ_３）が、還元反応が更に促進されて、黒錆（マグネタイト：Ｆｅ_３Ｏ_４）への転換がより完全に進行して高度な防錆能力と耐食性を有する塗膜を形成することが出来る。

本発明の第２発明は、鋼鉄製基材への塗装における下地前処理剤において、鉄錆還元防錆処理剤（Ａ剤）の鉄錆の還元性物質として含有する還元性鉱酸としては、次亜リン酸、亜リン酸が鉄錆に対する還元反応性に優れており、特に次亜リン酸、亜リン酸の配合が好ましい。鉄錆還元防錆処理剤（Ａ剤）に、次亜リン酸、亜リン酸の少なくとも１種以上を含むことを特徴とする請求項１の２液型鉄錆還元防錆処理剤に関わるものである。

本発明の第３発明は、鋼鉄製基材への塗装における下地前処理剤において、還元性鉱酸と共に、さらに還元性リン酸化合物（亜鉛・アルミ・カルシウムなどの還元性リン酸との化合物）を追加の配合させることが、塗膜の還元性・耐久性の面からも更に好ましいことを見出した。

本発明の第５発明は、鋼鉄製基材への塗装における下地前処理剤において、鋼材基材の鉄錆を還元して防錆する鉄錆還元防錆処理剤（Ａ剤）と、更に鉄錆の還元反応を促進する鉄錆還元防錆処理剤（Ｂ剤）を基材に対して２層・２段階に塗布することを特徴とする防錆処理法が、塗膜の防錆能力、防水性、耐食性の面で優れていることを見出した。

本発明の鉄錆還元防錆処理剤は、鉄錆を除去する素地調整の前処理作業を行うことなく、鉄錆発生している基材面に２液型鉄錆還元防錆処理剤を塗布することにより赤錆が黒錆に転換されて黒色の防錆・防水塗膜が形成されるので、そのままでも通常の塗料にように使用が可能であるが、更に上塗り塗装をしても良い。

また、この２液型鉄錆還元防錆処理剤は、鋼鉄製基材の酸化被膜や鉄錆層への浸透性が高いので防錆性と防水性の能力が高いので、上塗り塗装を行う場合は、上塗り塗膜の耐久性を高めることが可能になる。
この２液型鉄錆還元防錆処理剤の使用に、鋼鉄基材の鉄錆除去の前処理作業を省くことが可能となるため、塗装作業量が大幅に軽減される。また、塗膜の耐久性が大きく向上することから対象の被塗装基材への塗装費用、維持管理費用が大幅に軽減される。

本発明において、鉄錆（赤錆、茶錆）を還元する機能を有する鉄錆還元防錆処理剤（Ａ剤）における還元性鉱酸は、還元性リン酸およびその化合物の防錆能力が高い。特に亜リン酸、次亜リン酸が好ましい。これらの還元性リン酸系の鉱酸は、鉄錆と反応して、酸化鉄を還元し、また鋼鉄製基材とも反応して還元性リン酸鉄を形成して防錆性を発揮する。還元性リン酸系鉱酸の配合割合は、塗料中に０．５～３０重量％の配合が好ましい。還元性リン酸系鉱酸の配合量が０．５重量％未満では防錆性が低下し、３０重量部を超えると塗膜強度耐水性が低下する。

上記の鉄錆還元防錆処理剤（Ａ剤）の還元性鉱酸については、還元性リン酸共に、還元性リン酸化合物を配合しても防錆能力を高める上で、配合しても良いが、還元性リン酸化合物としては、亜リン酸鉄、亜リン酸カルシウム、亜リン酸マグネシウム、亜リン酸アルミニウム、次亜リン酸鉄、次亜リン酸カルシウム、次亜リン酸マグネシウム、次亜リン酸アルミニウムなどが好ましい。これらの還元性リン酸化合物の配合は、鉄錆還元防錆処理剤（Ａ剤）の中に０．５～２０重量％含有させることが好ましい。

本発明における鉄錆還元防錆処理剤（Ａ剤）に使用するタンニン酸としては、柿渋、アカシヤ・マンギウム・ラジアータパインなどの樹皮抽出液などを用いることが出来るが、五倍子から抽出し精製されたものが好ましい。鉄錆還元防錆処理剤（Ａ剤）の中にタンニン酸分の配合は、１～３０重量％が好ましい。タンニンの配合量が、１重量％未満では、錆への密着性、防錆性が低下する。３０重量％を超えると耐水性、塗膜性能が大きく低下する。

本発明における鉄錆還元防錆処理剤（Ａ剤）には、タンニン酸、還元性リン酸化合物の浸透性を高めるために、炭素数５以下の低級アルコールを配合させることが望ましい。炭素数５以下の低級アルコールとしては、メタノール、エチルアルコール、プロパノール、ブタノール、ペンタノールがあり、浸透性と安全性の面より、特にエタノール、ｎ－プロパノールが好ましい。炭素数５以下のアルコールの配合量としては、１～５０重量％であり、特に１０～４０重量％の配合が、浸透性と塗膜の強度の上から望ましい。

本発明に於いて、鉄錆還元防錆処理剤（Ａ剤）の塗布後に還元反応を促進と塗膜の防水性を高めるために使用する鉄錆還元防錆処理剤（Ｂ剤）に含有させる水溶性エマルジョン樹脂としては、アクリル樹脂エマルジョン、アクリル－酢酸ビニル樹脂エマルジョン、アクリル－エチレン酢酸ビニル樹脂エマルジョン、アクリルニトリル－塩化ビニル－塩化ビニリデン共重合体エマルジョン、アクリルウレタン樹脂エマルジョン、およびアクリルエポキシ樹脂エマルジョン、アクリルシリコン樹脂エマルジョン等があり、これらを使用することが出来る。

鉄錆還元防錆処理剤（Ｂ剤）に用いる水溶性エマルジョン樹脂については、塗膜形成がし易く、錆への浸透性や塗装作業性の点から、アクリル樹脂エマルジョン、アクリルウレタン樹脂エマルジョン、アクリルシリコン樹脂エマルジョンが特に好ましい。これらの樹脂は単独或いは２種以上を配合して使用してもよい。塗料中の水溶性エマルジョン樹脂の配合量は、１０～９５重量％の範囲で使用するが、鉄錆還元反応性、防錆能力、塗膜強度の面より特に３０～８０重量％の配合が好ましい。

本発明における鉄錆還元防錆処理剤（Ｂ剤）には、炭素数５以下の低級アルコールを配合させることが望ましい。炭素数５以下の低級アルコールとしては、メタノール、エチルアルコール、プロパノール、ブタノール、ペンタノールがあり、浸透性と安全性の面より、特にエタノール、ｎ－プロパノールが好ましい。炭素数５以下のアルコールの配合量としては、１～４０重量％であり、特に１０～３０重量％の配合が、浸透性と塗膜の強度の上から望ましい。

本発明の鉄錆還元反応水系防錆塗料には、必要に応じて塗料特性（粘度、グロス、乾燥速度、塗膜強度、耐水性等）を向上・改善させるために、公知の各種の塗料用添加剤を配合することができる。例えば、界面活性剤等の分散剤、レベリング剤、粘度調整剤、可塑剤、架橋剤、塗膜強化用充填剤、着色顔料などの塗料添加剤を配合することができる。

本発明の鉄錆還元防錆処理剤（Ａ剤）は、還元性リン酸系鉱酸、タンニン酸、炭素数が１～５の低級アルコールを原料として配合し、また、鉄錆還元防錆処理剤（Ｂ剤）は水溶性エマルジョンを主原料に、水、炭素数が１～５の低級アルコールを原料として配合し、湿式分散機で混合・分散させることにより製造することができる。
本発明の鉄錆還元防錆処理剤は、水系なので、必要に応じて適宜純水で希釈して濃度調整、粘度調整を行うことが出来る。

本発明の鉄錆還元防錆処理剤は、塗布対象の鋼鉄製基材面に発生した錆層を除去することなく、基材面に塗布することが可能である。つまり鋼鉄製基材の前処理である素地調製（ケレン）を行うことなく上塗り塗装が出来、基材の錆層を還元し、防錆性、耐食性、耐候性、密着性が優れた塗膜を形成することが特徴である。

即ち、鉄錆還元防錆処理剤（Ａ剤）の塗布によって、含有している還元性リン酸系鉱酸が、塗布対象の鋼鉄製基材に発生している鉄の赤錆や茶錆（Ｆｅ_２Ｏ_３）を還元反応によって黒錆（マグネタイト：Ｆｅ_３Ｏ_４）に転換し、また、同時に鋼鉄製基材とも反応して防錆能力が高い還元性リン酸鉄被膜を塗膜との界面である鋼材表面に形成する。更に、鉄錆還元防錆処理剤（Ｂ剤）を塗布することによって、含有している水性エマルジョンが、鉄錆を黒錆（マグネタイト：Ｆｅ_３Ｏ_４）への転換反応、水性エマルジョンの重合・架橋反応が促進し、塗膜の鉄錆還元反応から黒錆転換と密着性を大幅に向上させることが可能であり、これにより耐水性、耐食性、耐候性に優れた防錆塗膜が形成させることが可能である。

また、前記の理由より本発明の鉄錆還元反応水系防錆塗料は、錆の発生していない新品の鋼鉄製基材や鋼材構築物に対しても、通常の酸化鉄（ベンガラ）系下地塗料に比べて、優れた防錆性、防食性を発揮させることが出来る。

以下に実施例に基づいて本発明を具体的に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。

鉄錆還元防錆処理剤（Ａ剤）として、亜リン酸：５０ｇ、タンニン酸：１５０ｇ、エタノール：１５０ｇ、ｎ－プロパノール：５０ｇ、純水：６００ｇを湿式分散機に投入し、混合分散して、実施例１の水系防錆塗料（Ａ剤）を得た。この原料の配合割合を表１に示す。

鉄錆還元防錆処理剤（Ｂ剤）として、アクリル樹脂マルジョン（昭和高分子製ＡＰ１３５０）：６５０重量部、エタノール：１００ｇ、ｎ－プロパノール：５０ｇ、純水：２００ｇを湿式分散機に加えて混合分散して、実施例１の水系防錆塗料（Ｂ剤）を得た。この原料の配合割合を表２に示す。

浮き錆を除いた錆の発生鋼板（４種ケレン処理品）に、この水系防錆塗料（Ａ剤）と（Ｂ剤）を、塗布量として各１００ｇ／ｍ^２を塗布し、２５℃×５日間で静置・乾燥して評価用試験片とした。

塗布した試験片の評価試験として、耐塩水性試験と促進耐候性試験を実施した。耐塩水性試験は、試験片を５０℃の温水中に１０００時間浸漬し、その後取り出して塗膜の外観の異常の有無を観察し、また碁盤目テープ剥離試験を実施した。さらに促進耐候性試験では、サンシャインウエザオメーター試験機で３０００時間の処理を行い、その後の塗膜状況を観察した。その結果を表４に示す。

鉄錆還元防錆処理剤（Ａ剤）として、亜リン酸カルシウム：５０ｇ、タンニン酸：１５０ｇ 、エタノール：１５０ｇ、ｎ－プロパノール：５０ｇ：純水：６００ｇを湿式分散機に加えて混合分散して、実施例２の水系防錆塗料（Ａ剤）を得た。この配合表を表１に示す。

鉄錆還元防錆処理剤（Ｂ剤）として、アクリル樹脂エマルジョン（昭和高分子製ＡＰ１３５０）：６５０重量部、エタノール：１００ｇ、ｎ－プロパノール：５０ｇ、純水：２００ｇを湿式分散機に加えて混合分散して、実施例２の水系防錆塗料（Ｂ剤）を得た。この原料の配合割合を表２に示す。

実施例２で得られた２液型水系防錆塗料について、実施例１と同様に鉄錆を発生させたテストピースに塗布し、この防錆塗膜について、耐塩水試験と促進耐候性試験を実施例１と同様に実施した。この測定結果を表４に示す。

鉄錆還元防錆処理剤（Ａ剤）として、リン酸アルミニウム：５０ｇ、タンニン酸：１５０ｇ 、エタノール：１５０ｇ、ｎ－プロパノール：５０ｇ、純水：６００ｇを湿式分散機に加えて混合分散して、実施例３の水系防錆塗料（Ａ剤）を得た。この原料の配合割合を表１に示す。

鉄錆還元防錆処理剤（Ｂ剤）として、アクリルシリコン樹脂エマルジョン（日信化学製 Ｅ４３０）：６５０重量部、エタノール：１００ｇ、ｎ－プロパノール：５０ｇ、純水：２００ｇを湿式分散機に加えて混合分散して、実施例３の水系防錆塗料（Ｂ剤）を得た。配合表を表２に示す。

実施例３で得られた２液型水系防錆塗料について、実施例１と同様に鉄錆を発生させたテストピースに塗布し、この防錆塗膜について、耐塩水試験と促進耐候性試験を実施例１と同様に実施した。この測定結果を表４に示す。

鉄錆還元防錆処理剤（Ａ剤）として、次亜リン酸：５０ｇ、タンニン酸：１５０ｇ 、エタノール：１５０ｇ、ｎ－プロパノール：５０ｇ、純水：６００ｇを湿式分散機に加えて混合分散して、実施例４の水系防錆塗料（Ａ剤）を得た。この原料の配合割合を表１に示す。

鉄錆還元防錆処理剤（Ｂ剤）として、アクリル樹脂マルジョン（昭和高分子製ＡＰ１３５０）：６５０重量部、エタノール：１００ｇ、ｎ－プロパノール：５０ｇ、純水：２００ｇを湿式分散機に加えて混合分散して、実施例４の水系防錆塗料（Ｂ剤）を得た。配合表を表２に示す。

実施例４で得られた２液型水系防錆塗料について、実施例１と同様に鉄錆を発生させたテストピースに塗布し、この防錆塗膜について、耐塩水試験と促進耐候性試験を実施例１と同様に実施した。この測定結果を表４に示す。

鉄錆還元防錆処理剤（Ａ剤）として、次亜リン酸カルシウム：５０ｇ、タンニン酸：１５０ｇ 、エタノール：１５０ｇ、ｎ－プロパノール：５０ｇ、純水：６００ｇを湿式分散機に加えて混合分散して、実施例５の水系防錆塗料（Ａ剤）を得た。この原料の配合割合を表１に示す。

鉄錆還元防錆処理剤（Ｂ剤）として、アクリルシリコン樹脂マルジョン（日信化学製 Ｅ４３０）：６５０重量部、エタノール：１００ｇ、ｎ－プロパノール：５０ｇ、純水：２００ｇを湿式分散機に加えて混合分散して、実施例５の水系防錆塗料（Ｂ剤）を得た。配合表を表２に示す。

実施例５で得られた２液型水系防錆塗料について、実施例１と同様に鉄錆を発生させたテストピースに塗布し、この防錆塗膜について、耐塩水試験と促進耐候性試験を実施例１と同様に実施した。この測定結果を表４に示す。

比較例

以下、比較例を示す。

比較例１

アクリル樹脂エマルジョン（昭和高分子製ＡＰ１３５０）：６５０重量部、リン酸：５０ｇ、タンニン酸：１５０ｇ、純水：２５０ｇを湿式分散機に加えて混合分散し、比較例１の水系防錆塗料（１液型）のを得た。配合表を表３に示す。
そして実施例１と同様に、浮き錆を除いた錆の発生鋼板（４種ケレン処理品）に、この水系防錆塗料（１液型）を、塗布量として１００ｇ／ｍ^２を塗布し、２５℃×５日間で静置・乾燥して評価用試験片とした。塗布した塗膜を実施例１と同様に評価し、測定結果を表５に示す。

比較例２

アクリル樹脂エマルジョン（昭和高分子製ＡＰ１３５０）：６５０重量部、タンニン酸：１５０重量部、リン酸カルシウム：５０重量部、純水：２５０重量部を配合して、比較例２の水系防錆塗料（１液型）を得た。そして実施例１と同様に塗膜を評価し、測定結果を表５に示す。

比較例３

アクリルシリコン樹脂エマルジョン（昭和高分子製ＡＰ１３５０）：６５０重量部、タンニン酸：１５０重量部 、リン酸アルミニウム：５０重量部、純水：２５０重量部を加えて混合分散し、比較例３の水系防錆塗料（１液型）を得た。そして実施例１と同様に塗膜を評価し、測定結果を表５に示す。

Claims (5)

1. 鋼鉄製基材への塗装における鉄錆の下地前処理剤において、基材の鉄錆を還元する還元性物質として、還元性リン酸系鉱酸とさらにタンニン酸、炭素数５以下のアルコール類を配合することを特徴とする鉄錆還元防錆処理剤（Ａ剤）と、
   塗膜の防水性を高めることによって、塗布した塗膜の下層にある鉄錆の還元反応を更に促進させる水溶性エマルジョン樹脂と炭素数５以下の低級アルコールを含み、前記水溶性エマルジョン樹脂の配合量が３０～８０重量％の範囲である鉄錆還元防錆処理剤（Ｂ剤）と、
   を塗布することを特徴とする２液型鉄錆還元防錆処理剤。
2. 鋼鉄製基材への塗装における下地前処理剤において、鉄錆還元防錆処理剤（Ａ剤）の鉄錆の還元性物質としての還元性リン酸系鉱酸が、次亜リン酸、亜リン酸の少なくとも１種以上を含むことを特徴とする請求項１に記載の２液型鉄錆還元防錆処理剤。
3. 鋼鉄製基材への塗装における下地前処理剤において、鉄錆還元防錆処理剤（Ａ剤）の構成分として、還元性リン酸系鉱酸と共に、還元性リン酸化合物が配合され、前記還元性リン酸化合物が、亜鉛、アルミニウム及びカルシウムの還元性リン酸との化合物の少なくとも一つを含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の２液型鉄錆還元防錆処理剤。
4. 鋼鉄製基材への塗装における下地前処理剤において、鉄錆還元防錆処理剤（Ｂ剤）の水溶性エマルジョン樹脂として、アクリルエマルジョン、アクリルシリコンエマルジョンの少なくとも１種を配合することを特徴とする請求項１～３のいずれか１項に記載の２液型鉄錆還元防錆処理剤。
5. 鋼材基材の鉄錆を還元して防錆する鉄錆還元防錆処理剤（Ａ剤）と、更に鉄錆の還元反応を促進する鉄錆還元防錆処理剤（Ｂ剤）を基材に対して２層に塗布する鋼鉄基材の前処理において、請求項１～４のいずれか１項に記載の２液型鉄錆還元防錆処理剤を用いて防錆処理することを特徴する防錆処理方法。