(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
大気中に存在する塗装又は未塗装の鋼材表面に、光導電性を有する金属化合物粉末５〜８０重量％を含み、かつ表面抵抗値が１０7 Ω／cm2 以下の導電性塗膜を形成させ、外部電源方式による電気防食法により防食電流を流すことを特徴とする鋼材の防食方法。
【請求項２】
前記金属化合物がアナターゼ型酸化チタンである請求項１記載の鋼材の防食方法。
【請求項３】
前記導電性塗膜上に、水難溶性でかつ導電性の材料からなる陽極板を積層し、鋼材を陰極として、陽極板と鋼材との間に直流電圧を加えて防食電流を流す請求項１記載の鋼材の防食方法。
【請求項４】
大気中に存在する塗装又は未塗装の鋼材表面に、光導電性を有する金属化合物粉末５〜８０重量％を含み、かつ水に対する接触角が７０度以下の親水性塗膜を形成させ、外部電源方式による電気防食法により防食電流を流すことを特徴とする鋼材の防食方法。
【請求項５】
前記金属化合物がアナターゼ型酸化チタンである請求項４記載の鋼材の防食方法。
【請求項６】
前記親水性塗膜上に、水難溶性でかつ導電性の材料からなる陽極板を積層し、鋼材を陰極として、陽極板と鋼材との間に直流電圧を加えて防食電流を流す請求項１記載の鋼材の防食方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、橋梁や、プラント、建築鉄骨等の大気中に存在する鋼構造物の鋼材の防食方法に関し、特に鋼材を長期間効果的に腐食から保護できる外部電源方式による電気防食法を利用する鋼材の防食方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から海洋鋼構造物や、土壌中の鋼構造物の防食方法の一方法として、外部電源方式や、流電陽極方式による電気防食方法が広く利用されている。
一方、大気環境にある鋼構造物に対しては、海洋鋼構造物や土壌中の鋼構造物のように水に接触しておらず、それ故防食電流の経路の確保が困難とされ、電気防食方法は全く利用されていなかった。従って、大気中に存在する鋼構造物は、通常、防食塗料の塗装による防食方法が主流となっている。
しかしながら、防食塗料の塗装による防食方法は、塗装不良や、鋼材表面が粗面となっている場合、ピンホール等の塗膜欠陥が生じやすく、また機械的な損傷部が生じやすく、このような欠陥部から腐食が発生するといった問題点があった。そのため、防食塗料を４〜６回程度塗り重ねる重防食塗装システムも利用されている。しかしながら、このように複数回塗り重ねを行う方法では、塗装回数や工数が増加し、塗装工程上の問題点があった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従って、本発明は、このような従来技術の課題を背景になされたものであり、無塗装の鋼材に対しても、あるいはピンホール等の塗膜欠陥のある塗装された鋼材に対しても、大気中に存在する鋼材を長期間腐食から保護できる防食方法を提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は、前記課題を解決するため鋭意検討した結果、腐食が進行するのは降雨時あるいは結露時など水が存在する場合であり、その時に腐食電流の経路の確保ができていれば腐食を防止できるとの想定のもとに、既に特願平８−２７２１２６号明細書にて大気中に存在する塗装又は未塗装の鋼材表面に表面抵抗値が１０7 Ω／cm2 以下の導電性塗膜又は水に対する接触角が７０度以下の親水性塗膜、もしくは両者の特性を同時に満足する塗膜を形成させ、外部電源方式による電気防食法によって防食電流を流すことを特徴とする鋼材の防食方法に関する出願をしている。しかしながら、この出願に係る方法においては、日照時に防食電流は十分とは言えず、部分的に水分、腐食性物質が凝縮したような場所に十分に電気防食の効果が及ぶとは言えない。そこで、本発明者らは光導電効果に着目し、日照時の導電性をこれで補うことにより、乾燥時においても十分に電気防食が達成される方法を見い出し、本発明を完成したものである。
【０００５】
即ち、本発明は、大気中に存在する塗装又は未塗装の鋼材表面に、光導電性を有する金属化合物粉末５〜８０重量％を含み、かつ表面抵抗値が１０7 Ω／cm2 以下の導電性塗膜又は水に対する接触角が７０度以下の親水性塗膜を形成させ、外部電源方式による電気防食法によって防食電流を流すことを特徴とする鋼材の防食方法に関するものである。
【０００６】
【発明の実施の形態】
本発明において、導電性塗膜は、外部電源により防食電流が流れるようにするために、塗装又は未塗装の鋼材表面に形成される。この観点から、導電性塗膜の表面抵抗値は、光の照射の有無にかかわらず、１０7 Ω／cm2 以下、好ましくは１０5 Ω／cm2 以下とすることが必要がある。
導電性塗膜を形成する塗料としては、例えば、ポリアニリンや、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリ−p −フェニレンビニレン、ポリアセチレン等の導電性バインダー樹脂等や、カーボンブラック、黄銅、アルミニウム、酸化亜鉛、グラファイト等の粉末状、フレーク状あるいは繊維状の導電性充填剤を配合して前記表面抵抗値範囲の導電性を付与した塗料が挙げられる。導電性塗膜の表面抵抗値は、これらの材料を適宜選択することによって調整することができる。
【０００７】
本発明で使用される親水性塗膜は、導電性塗膜と同様に、外部電源により防食電流が流れるようにするために使用され、塗装又は未塗装の鋼材表面に形成する。そのため、親水性塗膜は、水に対する接触角が７０度以下、好ましくは４０度以下である必要がある。
親水性塗膜を形成する塗料としては、水酸基や、カルボキシル基、アミノ基、カルボニル基、スルホン基等の親水基を有する水溶性もしくは水分散性のアクリル系や、エポキシ系、ポリエステル系、アルキド系、ウレタン系、フェノール系、ポリエーテル系、ポリアミド系、ポリビニルアルコール系、もしくはこれらを変性したバインダー樹脂（場合によりメラミン樹脂や、ポリイソシアネート化合物、ポリエチレンイミン等の架橋剤を併用してもよい。）や、界面活性剤などを配合して、塗膜を形成した時に水に対する接触角が７０度以下、好ましくは４０度以下となるような親水性を付与する塗料が挙げられる。
【０００８】
このような導電性塗膜又は親水性塗膜を形成する塗料に、塗膜乾燥時にも防食電流が流れる様、本発明においては光導電性を有する金属化合物粉末を配合する。光導電性を有する金属化合物とは、太陽光（特に紫外光）などの光エネルギーを吸収すると半導体特性を示して導電性となる金属化合物である。
このような金属化合物としては、TiO2等のチタン化合物や、ZnS 、ZnSe等の亜鉛化合物、CdS 、CdTe等のカドミウム化合物などの金属化合物、例えばこれらの酸素、硫黄、セレン若しくはテルル化合物が代表的なものとして挙げられる。特に本発明においては、安価で、耐汚染性をも有するアナターゼ型酸化チタン粉末が好ましい。
金属化合物粉末の平均粒径は、好ましくは、0.００１〜３０μm 、特に好ましくは0.１〜１０μm であることが適当である。
【０００９】
光導電性を有する金属化合物粉末は、比表面積が好ましくは、１〜４００ｍ2 ／ｇ、特に好ましくは４〜３５０ｍ2 ／ｇが適当である。
金属化合物粉末の配合量は、塗料固形分中、５〜８０重量％、好ましくは１０〜６０重量％が適当である。粉末の量が前記範囲より少ないと、その添加効果が不十分となり、一方、多過ぎると塗膜強度が悪くなるので好ましくない。
次に本発明の鋼材の防食方法について説明する。
図１は、本発明の代表的な電気防食処理を施した鋼材の側断面図であり、この図に基づき、本発明の防食方法について説明する。
鋼材１の表面を必要に応じて通常の前処理を施した後、プライマー、防食塗料等を塗装して、通常１００〜３００μm の膜厚の防食塗膜２を形成する。なお、防食塗膜２は、本発明では必須の構成ではなく、使用しなくてもよい。また、防食塗膜２としては、既に塗装された旧塗膜であってもよい。
【００１０】
このような塗装又は未塗装の鋼材表面に前述の導電性塗膜を形成する塗料あるいは親水性塗膜を形成する塗料を塗装し、導電性又は親水性塗膜３を形成する。該塗膜３の膜厚（乾燥後）は、特に制限はないが、塗装された鋼材に対しては通常５〜５０μm 、好ましくは１０〜４０μm 、塗装されてない鋼材に対しては、鋼材の保護を兼ねて通常５０〜２００μm 、好ましくは７０〜１５０μm が適当である。
次いで、このようにして形成された導電性又は親水性塗膜３上に陽極板４を積層させる。陽極板４の固定方法は、例えば、ボルトなどによる従来の方法により固定する。陽極板４は、長期耐久性を必要とするので、大気中において風雨にさらされても溶けにくく、かつ電気を流す都合上、導電性の材料であり、具体的には、白金や、黒鉛、鋳鉄、アルミニウム合金等が適当である。
【００１１】
このように形成された陽極板４と鋼板１とを、表面を、例えば、絶縁被覆した銅線等のリード線６で電源５を介して接続する。陽極板４と鋼材１との間に、電源より直流電圧を加えることにより防食電流を流し、鋼材１の腐食を防止するものである。前記直流電圧は、通常、５〜２０Ｖ、好ましくは１０〜１５Ｖが適当である。直流電圧が前記範囲より小さいと十分な防食電流が流れにくく、防食効果が小さくなり、逆に大きいと陽極板の消耗が生じ易くなる傾向にある。
本発明の方法により、陽極板４、導電性又は親水性塗膜３及び鋼材１の間に防食電流が流れ、腐食を防止する。なお、この場合、鋼材が塗装されている場合は、その塗膜自体が導電性である時は、その塗膜を経由して、また塗膜自体が絶縁性である時は塗膜のピンホール部あるいは損傷部を経由して防食電流が流れ、腐食を防止する。
【００１２】
【実施例】
以下、本発明について実施例により、更に詳細に説明する。
実施例１
１×５０×１０００（mm）の磨き軟鋼板にエポキシ樹脂塗料を乾燥膜厚１００μm になるように塗布し、２４時間乾燥させた塗膜の表面のみに、ポリアニリン樹脂（Allied-Signal 社製、商品名VERSICON) の２０％Ｎ−メチルピロリドン溶液に、光導電性を有するDegussa 社製のアナターゼ型酸化チタン粉末「Ｐ−２５」（平均比表面積８０ｍ2 ／ｇ）を塗料固形分中５０重量％になるように加え、分散、混合した塗料を乾燥膜厚３０μm となるように塗布し、以下の表１に示す表面抵抗値を有する導電性塗膜を形成し、裏面及び側面をエポキシ樹脂でシールし、７日間常温で乾燥させた。次いで、表面の端に、３×５０×５０（mm）の大きさのアルミニウム製陽極板を張り付けた。更に、そこから８００mm離れた位置に直径１mmのドリルで素地に達する塗膜欠陥を作った。最後に、前記陽極板と軟鋼板との間を図１に示すように電源を介してリード線を接続し、１０Ｖの電圧をかけ、その状態で１２ケ月間屋外暴露した。暴露後の塗膜欠陥部の電位、外観は表１に示す通りであった。
実施例２
アナターゼ型酸化チタン粉末の添加量が２０重量％である以外は実施例１と同様に試験片を調製し、同様に試験を行った。結果は表１に示す通りであった。
実施例３
攪拌器を付けた２リットルの三つ口フラフコにイソプロピルアルコール１０００ｇを入れ、７０℃に加温し、アゾビスイソブチロニトリル５ｇを添加した後、アクリル酸１７５ｇ、２−ヒドロキシエチルメタクリレート７５ｇ、メチルメタクリレート２００ｇ及びスチレン５０ｇからなるモノマー混合物を３時間かけて滴下し、更に、３時間重合を続けて、アクリル樹脂溶液を得た。これにアンモニアをアクリル樹脂溶液のpHが7.５になるように添加し、更に１０００ｇの水を少しずつ滴下して、加熱残分１９重量％、樹脂固形分当り水酸基価６５mgＫＯＨ／ｇ、酸価２７３mgＫＯＨ／ｇの水溶性アクリル樹脂組成物（Ａ）を得た。
上記水溶性アクリル樹脂組成物（Ａ）に、塗料固形分中微細ヒュームドシリカ（日本アエロジル社製商品名アエロジル２００）を２重量％、実施例１と同一のアナターゼ型酸化チタン粉末を５５重量％となるよう分散、混合した塗料を用い、実施例１と同様試験片を調製、試験に供した結果は表１に示す通りであった。
【００１３】
比較例１
実施例１と同様にして、磨き軟鋼板にエポキシ樹脂塗料を厚さ（乾燥後）２００μm になるように塗布し、７日間常温で乾燥させた後、塗膜欠陥を作り、６ヶ月間屋外暴露し、暴露後の塗膜欠陥部の電位及び外観を調べた。結果を以下の表１に示した。
比較例２
実施例１において、アナターゼ型酸化チタン粉末を含有しない導電性塗膜を形成する以外は、同様に調製した試験片により同様に試験を行った結果は表１に示す通りであった。
【００１４】
【表１】
0003658484.tif 000002
表１からも明らかなように、本発明の電気防食法である実施例１、２、３では優れた防食効果が得られた。一方、従来のエポキシ樹脂塗料を塗装したのみの比較例１では、短期間で著しくさびが発生し、導電性塗膜でもアナターゼ型酸化チタン粉末を含有しない比較例２では、８ケ月までは有効に機能したが、１２ケ月後に薄いさびの発生が認められ、電気防食の効果が若干不十分であった。
【００１５】
【発明の効果】
本発明の方法により、大気中に存在する鋼材に対しても外部電源方式の電気防食が可能であり、従来の塗装のみによる防食方法と比較して、省工程で、しかも塗膜欠陥があってもそこからのさびの発生を防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の方法による代表的な電気防食処理を施した鋼材の側断面図。
【符号の説明】
１    鋼材
２    防食塗膜
３    導電性又は親水性塗膜
４    陽極板
５    電源
６    リード線
【図１】
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