(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
耐海洋気候の工事部品の防食処理用塗料であって、
前記塗料は、アルミ亜鉛シリコン合金粉、有機溶剤、ナノ酸化物粒子補強剤、脱イオン水、結合剤、腐食抑制剤、分散剤、及び増ちょう剤を含み、
前記塗料は、以下の配合比率で調合され、
［配合比率］アルミ亜鉛シリコン合金粉：有機溶剤：ナノ酸化物粒子補強剤：脱イオン水：結合剤：腐食抑制剤：分散剤：増ちょう剤＝30.0〜50.0g：10.0〜25.0mL：1.0〜4.0g：15.0〜30.0mL：2.0〜5.0g：1.0〜3.0g：0.1〜2.0mL：0.1〜2.0g
前記アルミ亜鉛シリコン合金粉が、Al、ZnおよびSiからなる、耐海洋気候の工事部品の防食処理用塗料。
【請求項２】
耐海洋気候の工事部品の防食処理用塗料であって、
前記塗料は、アルミ亜鉛シリコン合金粉、有機溶剤、ナノ酸化物粒子補強剤、脱イオン水、結合剤、腐食抑制剤、分散剤、及び増ちょう剤を含み、
前記塗料は、以下の配合比率で調合され、
［配合比率］アルミ亜鉛シリコン合金粉：有機溶剤：ナノ酸化物粒子補強剤：脱イオン水：結合剤：腐食抑制剤：分散剤：増ちょう剤＝30.0〜50.0g：10.0〜25.0mL：1.0〜4.0g：15.0〜30.0mL：2.0〜5.0g：1.0〜3.0g：0.1〜2.0mL：0.1〜2.0g
前記アルミ亜鉛シリコン合金粉が、Al、ZnおよびSiの３つの基本元素を含み、さらにマグネシウム、レアアース、チタン、ニッケルおよびマンガンのうちから選ばれる１種または複数種の元素を含む、耐海洋気候の工事部品の防食処理用塗料。
【請求項３】
前記有機溶剤は、エチレングリコールを含み、
前記結合剤は、硼酸エステルカップリング剤を含み、
前記腐食抑制剤は、硼酸を含み、
前記増ちょう剤は、ヒドロキシエチル繊維素を含み、
前記分散剤は、ポリシロキサンジプロピレングリコールモノメチルエーテルを含む、
請求項１または２に記載の塗料。
【請求項４】
前記ナノ酸化物粒子補強剤は、Al2O3、SiO2のうちから選ばれる１種または２種である、請求項１〜３のいずれか１項に記載の塗料。
【請求項５】
前記Al2O3の平均粒子径は15〜60nmであり、前記SiO2の平均粒子径は25〜70nmである、請求項４に記載の塗料。
【請求項６】
前記ナノ酸化物粒子補強剤はSiO2とAl2O3であり、かつSiO2とAl2O3の質量比は１：（１〜３）である、請求項４または５に記載の塗料。
【請求項７】
前記アルミ亜鉛シリコン合金粉の平均直径は10〜200μmである、請求項１〜６のいずれか１項に記載の塗料。
【請求項８】
前記アルミ亜鉛シリコン合金粉の各構成成分の質量百分率は、Zn：35〜58%、Si：0.3〜4.0%、Mg：0.1〜5.0%、RE：0.02〜1.0%、Ti：0.01〜0.5%、Ni：0.1〜3.0%、Mn：0.01〜1.0%である、請求項１〜７のいずれか１項に記載の塗料。
【請求項９】
前記アルミ亜鉛シリコン合金粉の各構成成分の余剰量は、Al及び不可避な不純物である請求項８に記載の塗料。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか１項に記載の耐海洋気候の工事部品の防食処理用塗料を製造する方法であって、
前記配合比率に従って、所定量の腐食抑制剤を計量して、所定量の脱イオン水に溶解させ、
さらに結合剤、分散剤および有機溶剤を投入し、撹拌して溶解させ、
撹拌状態において、アルミ亜鉛シリコン合金粉とナノ酸化物粒子補強剤を、徐々に投入し、さらに増ちょう剤を投入し、
前記撹拌過程において油浴の温度を20〜30℃に制御し、0.5〜1時間撹拌する、
防食処理用塗料を製造する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、耐海洋気候の工事部品の防食処理用の水性アルミ亜鉛シリコン塗料及びその調製方法に係る。
【背景技術】
【０００２】
近海及び海洋の工事装置が置かれている場所は、多雨、高温、含塩空気、及び強風の環境である。その稼動条件は、ＩＳＯ９２２５環境評価基準によれば、一般的に＞Ｃ５級であり、極端に過酷な環境に属する。外部に露出した部品は激しい大気腐食、電気化学的な腐食及び気流浸食・腐食の総合作用により、各種の鉄骨構造の使用寿命は、通常の内陸の屋外環境で使用するものよりも遥かに低下する。例えば、海洋気候の条件で使用される風力発電設備は、機械室、ボンネット、塔屋、羽根元のフランジ座金、連結ボルト、連結スプリングなどのシステムの外部構造が、極端な腐食大気に直接露出している。そのため、従来の防御対策を採用すると、わずか数ヶ月で激しい腐食が発生する。したがって、耐久性＞１５年の風力発電の外部構造の表面処理の新材料及び新工程を提供することは、既に風力発電産業の発展のための切実な要求となった。
【０００３】
また、船舶の鉄骨構造の防食も従前からの難題であり、外装、デッキのほかに、各種の帆柱、アンテナの防食の保守コストは驚くほど莫大な金額である。国のインフラストラクチャー建設を加速させることにつれ、例えば香港−マカオ−珠海大橋などの多くの海上大橋が相次いで着工され、または建設計画に入った。橋の設計及び工事において、各種の橋の鉄骨構造の防食処理がますます重要になる。例えば杭州湾大橋の建設では、表面保護処理に１億元以上の金額が掛かっている。
【０００４】
したがって、耐海洋気候の工事部品の防食処理の問題を解決するのは切実な要求である。従来技術において、工事部品の表面にＡｌ−Ｚｎ−Ｓｉ系合金塗層を溶融めっきすることは、耐海洋気候腐食を解決する有効な手段であり、既に多くの工事に応用されている。例えば、本出願人が以前に出願した出願号2009102627168、発明名称「耐海洋気候の工事部品に対する防食処理の方法」を、鋳造アルミ合金を防食処理に使用すれば、使用寿命を２０年に延ばせる。しかし、該発明の溶融めっき合金塗層には、工程温度が高いため（８００℃より高い）、部品が変形しやすく、耐磨耗性が低いため、耐浸食能力が低く、工程及び装備が複雑なため、大面積のワーク処理及び屋外作業が制限されるなどの改善点が存在している。そのため、応用上まだ大きな改善余地がある。
【０００５】
また、前世紀７０年代に開発された金属表面防食処理技術、例えばよく見られるフレーク状のクロム酸亜鉛保護塗層も、近海工事部品の防食処理に用いられている。しかし、このような塗層は６価クロムを含み、ある程度の汚染を起こしてしまう。且つ鈍化、結合の必要のため、一般的に５％〜１０％の三酸化クロムを添加しているが、Ｃｒ６＋は強い毒性があり、且つ発癌作用があるため、環境及び人体に対して重大な危険性が存在する。また、この塗層の固化温度は３００℃ほどであり、固化時間も約３０分ほどであるため、エネルギー消耗が激しく、硬度及び耐磨耗性が低い。ワークを運搬、装着、使用する過程において、擦り傷を付けられることがしばしばあるため、製品の外観及び耐食性に影響を及ぼす。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来技術の上記問題に対して本発明は、エコロジーまたはエコノミーであり、水性であり、低温固化が可能であり、耐海洋気候腐食性のあるアルミ亜鉛シリコン塗料及びその調製方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明が提供する耐海洋気候の工事部品の防食処理用塗料において、前記塗料はアルミ亜鉛シリコン合金粉、有機溶剤、ナノ酸化物粒子補強剤、脱イオン水、結合剤、腐食抑制剤、分散剤、及び増ちょう剤を含む。前記塗料は、以下の配合比率「アルミ亜鉛シリコン合金粉：有機溶剤：ナノ酸化物粒子補強剤：脱イオン水：結合剤：腐食抑制剤：分散剤：増ちょう剤＝30.0〜50.0g：10.0〜25.0mL：1.0〜4.0g：15.0〜30.0mL：2.0〜5.0g：1.0〜3.0g：0.1〜2.0mL：0.1〜2.0g」で調合される。前記アルミ亜鉛シリコン合金粉は、Al、Zn、Siからなる。
【０００８】
本発明の提供する他の耐海洋気候の工事部品の防食処理用塗料において、前記塗料はアルミ亜鉛シリコン合金粉、有機溶剤、ナノ酸化物粒子補強剤、脱イオン水、結合剤、腐食抑制剤、分散剤、及び増ちょう剤を含む。前記塗料は、以下の配合比率「アルミ亜鉛シリコン合金粉：有機溶剤：ナノ酸化物粒子補強剤：脱イオン水：結合剤：腐食抑制剤：分散剤：増ちょう剤＝30.0〜50.0g：10.0〜25.0mL：1.0〜4.0g：15.0〜30.0mL：2.0〜5.0g：1.0〜3.0g：0.1〜2.0mL：0.1〜2.0g」で調合される。前記アルミ亜鉛シリコン合金粉は、Al、Zn、Siの３つの基本元素を含み、さらにマグネシウム、レアアース、チタン、ニッケル、マンガンのうちから選ばれる１種または複数種の元素を含む。
【０００９】
前記有機溶剤としてエチレングリコールが好ましい。
【００１０】
前記結合剤として硼酸エステルカップリング剤が好ましい。
【００１１】
前記腐食抑制剤として硼酸が好ましい。
【００１２】
前記増ちょう剤としてヒドロキシエチル繊維素が好ましい。
【００１３】
前記分散剤としてポリシロキサンジプロピレングリコールモノメチルエーテルが好ましい。
【００１４】
好ましくは、前記ナノ酸化物粒子補強剤はAl2O3、SiO2のうちから選ばれる１種または２種である。
【００１５】
さらに好ましくは、前記Al2O3の平均粒子径は15〜60nmであり、前記SiO2の平均粒子径は25〜70nmである。
【００１６】
さらに好ましくは、前記ナノ酸化物粒子補強剤はSiO2とAl2O3であり、且つSiO2とAl2O3の質量比は１：（１〜３）である。
【００１７】
好ましくは、前記アルミ亜鉛シリコン合金粉の平均直径は10〜200μmである。
【００１８】
好ましくは、前記アルミ亜鉛シリコン合金粉のうちのＺｎの質量百分率は35〜58%である。
【００１９】
好ましくは、前記アルミ亜鉛シリコン合金粉のうちのＳｉの質量百分率は0.3〜4.0%である。
【００２０】
好ましくは、前記アルミ亜鉛シリコン合金粉のうちのＭｇの質量百分率は0.1〜5.0%である。
【００２１】
好ましくは、前記アルミ亜鉛シリコン合金粉のうちのＲｅの質量百分率は0.02〜1.0%である。
【００２２】
好ましくは、前記アルミ亜鉛シリコン合金粉のうちのＴｉの質量百分率は0.01〜0.5%である。
【００２３】
好ましくは、前記アルミ亜鉛シリコン合金粉のうちのＮｉの質量百分率は0.1〜3.0%である。
【００２４】
好ましくは、前記アルミ亜鉛シリコン合金粉のうちのＭｎの質量百分率は0.01〜1.0%である。
【００２５】
好ましくは、前記アルミ亜鉛シリコン合金粉の各構成成分の余剰量はAl及び不可避な不純物である。
【００２６】
一方、本発明はさらに前記耐海洋気候の工事部品の防食処理用塗料を調製する方法を提供する。上記の配合に従い、所定量の腐食抑制剤を計量し、所定量の脱イオン水に溶解させ、それから結合剤、分散剤、有機溶剤を投入し、撹拌して溶解させ、撹拌状態においてアルミ亜鉛シリコン合金粉とナノ酸化物粒子補強剤を緩慢に投入し、それから増ちょう剤を投入し、撹拌過程において油浴の温度を20〜30℃に制御し、0.5〜1時間撹拌する。
【発明の効果】
【００２７】
本発明の提供する塗料は、構成成分などに対する最適化により、水性であり、クロムフリーであり、低温固化可能であり、耐海洋気候腐食性を有するＡｌ−Ｚｎ−Ｓｉ合金塗料として、初めて開発された。該塗料は環境に優しく、性質が安定で、塗層調製のエネルギー消耗が少ないなどの特徴を有している。
【００２８】
本発明が提供する水性アルミ亜鉛シリコン塗料は、現在のアルミ亜鉛シリコン塗層が主に溶融めっき方法で調製されるという限定を突破した。本発明は結合剤、分散剤、有機溶剤などを投入することで金属塗料を調製し、スプレー塗布、ブラシ塗布などの方法でワーク表面に塗層を形成することができる。溶融めっきなどの工程と比べて、本発明の塗層の調製工程の温度は低い（２００℃）。溶融めっきで合金塗層を施す工程の温度は高い（６００℃より高い）。そのため本発明は、ワークに変形が生じ、また機械的性質が低下するなどの技術問題を克服し、スプレー塗布、ブラシ塗布などの方法でワークの表面に塗層を形成させることができ、工程方法及び設備が簡単で、大型の複雑部品の処理に適しており、塗料の応用範囲を広げる。
【００２９】
本発明の塗層を防食処理に用いた工事部品は様々な優れた性能を有している。例えば、優れた耐食性、優れた耐侵食性能、且つ耐熱エッチングの性能が高く、たとえ長時間にわたって塗層を高温条件に放置しても、その外観に変化が生じることはない。本発明で調製した塗層は、素地との結合力が高く、耐食性、耐磨耗性に優れ、使用寿命が長い。また、前記塗層は金属素地に対して強い付着力を有するだけでなく、同時にその他の各種の付加塗層に対してもよい結合力を有し、美しいマットシルバーグレーの色だけでなく、様々な色に付加塗装することができると同時に、従来技術において自身の硬度が低いという欠点を補った。
【００３０】
さらに、アルミ亜鉛シリコン合金をミクロンサイズの粉粒体にすることで、塗層の耐食性、耐磨耗性、及び耐侵食能力は、溶融めっきで作製されるアルミ亜鉛シリコン塗層及び亜鉛アルミ塗層よりも大幅に向上する。そのため、多雨、高温、含塩空気、及び強風などの過酷な海洋腐食性環境に適しており、風力発電、船舶などの重要工事部品に対して総合性能に優れた耐食保護方法を提供する。
【００３１】
上記記載のように、本発明が開発した耐海洋気候の工事部品の防食処理用塗料及びその調製方法により、工事部品の海洋腐食問題による切実な要求を満たし、海洋工事及び近海風力発電などの産業装置の耐食工程の応用において高いポテンシャルを有している。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
本発明は耐海洋気候の工事部品の防食処理用の水性アルミ亜鉛シリコン塗料を提供し、前記塗料は、アルミ亜鉛シリコン合金粉、有機溶剤、ナノ酸化物粒子補強剤、脱イオン水、結合剤、腐食抑制剤、分散剤、及び増ちょう剤を含む。
【００３３】
以下では、本発明に記載の塗料の配合成分の配合比率の、一部の好ましい実施例を表１に示す。しかし本発明の配合成分の含有量は、該表に記載される数値に限定されることなく、当業者にとって、表に記載される数値範囲に基づいて合理的な概括及び推理を行うことは十分できる。
【表１】
0005604010.tif 000002
【００３４】
以下では、本発明におけるアルミ亜鉛シリコン合金粉の各構成元素の含有量（質量百分率）の一部の好ましい実施例を、表２〜３３に示す。しかし、本発明のアルミ亜鉛シリコン合金粉の各構成元素の含有量は、これらの表に記載される数値に限定されることはない。かつ、特に説明すべきなのは、表２〜３３において関連成分の質量百分率数値を記載したものの、これらは須要な技術的特徴として説明するのではなく、いずれも好ましい条件として、本発明の技術情報をより詳しく示すためのものに過ぎず、本発明の須要な条件として説明するわけではない。
【表２】
0005604010.tif 000003
【表３】
0005604010.tif 000004
【表４】
0005604010.tif 000005
【表５】
0005604010.tif 000006
【表６】
0005604010.tif 000007
【表７】
0005604010.tif 000008
【表８】
0005604010.tif 000009
【表９】
0005604010.tif 000010
【表１０】
0005604010.tif 000011
【表１１】
0005604010.tif 000012
【表１２】
0005604010.tif 000013
【表１３】
0005604010.tif 000014
【表１４】
0005604010.tif 000015
【表１５】
0005604010.tif 000016
【表１６】
0005604010.tif 000017
【表１７】
0005604010.tif 000018
【表１８】
0005604010.tif 000019
【表１９】
0005604010.tif 000020
【表２０】
0005604010.tif 000021
【表２１】
0005604010.tif 000022
【表２２】
0005604010.tif 000023
【表２３】
0005604010.tif 000024
【表２４】
0005604010.tif 000025
【表２５】
0005604010.tif 000026
【表２６】
0005604010.tif 000027
【表２７】
0005604010.tif 000028
【表２８】
0005604010.tif 000029
【表２９】
0005604010.tif 000030
【表３０】
0005604010.tif 000031
【表３１】
0005604010.tif 000032
【表３２】
0005604010.tif 000033
【表３３】
0005604010.tif 000034
一方、本発明はさらに耐海洋気候の工事部品の防食処理用の、水性アルミ亜鉛シリコン塗料をエコロジーまたはエコノミーに調製する方法を提供する。上記配合に従い、所定量の腐食抑制剤を計量し、所定量の脱イオン水に溶解させ、それから結合剤、分散剤、有機溶剤を投入し、撹拌して溶解させ、撹拌状態においてアルミ亜鉛シリコン合金粉とナノ酸化物粒子補強剤を緩慢に投入し、それから増ちょう剤を投入し、撹拌過程において油浴の温度を20〜30℃に制御し、0.5〜1時間撹拌する。
【００３５】
実験性能データ：
某海辺に近い風力発電ユニットのキーパーツ「連結ボルト」（材質４０ＣｒＮｉＭｏ）について、本来一般的な保護処理を施したが、僅か数ヶ月で著しい腐食が発生した。
【００３６】
同様の「連結ボルト」に、本発明の各種塗料を塗布し、厚さ２０μｍの塗層を形成させ、さらに厚さ１５μｍのポリシロキサンを塗装した。加速腐食シミュレーション実験の示した結果により、海水が飛び散る環境において、その主要性能は下記指標に達している。
中性含塩空気腐食における寿命：１６００時間以上
３００℃耐湿熱性：２４０時間
塗層結合力：５０Ｎ
硝酸アンモニウムによる加速腐食試験における寿命：８時間以上
耐海洋気候腐食寿命：２０年以上（加速実験）