(57)【要約】【課題】従来のジンクリッチペイントよりも鉄鋼材の防錆性に優れ、ＶＯＣの排出も無い粉体塗料組成物を提供する。【解決手段】平均粒径が４〜２０μｍで、平均粒径±２μｍの粉末が全体の７０％以上を占める粒径分布を有した亜鉛粉末と、ビスフェノール型エポキシ樹脂と、硬化剤とを少なくとも含有する粉体塗料組成物である。粒径分布が狭い亜鉛粉末を用いることで、製造される粉体塗料組成物によって形成された塗膜は、均質で優れた防錆性能を示す。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
亜鉛粉末と、エポキシ樹脂と、硬化剤とを少なくとも含有する粉体塗料組成物であって、
該亜鉛粉末は、平均粒径が４〜２０μｍで、平均粒径±２μｍの粉末が全体の７０％以上を占める
ことを特徴とする粉体塗料組成物。
【請求項２】
請求項１に記載の粉体塗料組成物において、
前記粉体塗料組成物中の前記亜鉛粉末の含有量は、７０〜９０ｗｔ％である
ことを特徴とする粉体塗料組成物。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の粉体塗料組成物において、
前記粉体塗料組成物は、アルミニウム粉末を含有する
ことを特徴とする粉体塗料組成物。
【請求項４】
請求項３に記載の粉体塗料組成物において、
前記粉体塗料組成物中の前記アルミニウム粉末の含有量は、０．１〜３．０ｗｔ％である
ことを特徴とする粉体塗料組成物。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれかに記載の粉体塗料組成物において、
前記エポキシ樹脂は、ビスフェノール型エポキシ樹脂である
ことを特徴とする粉体塗料組成物。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれかに記載の粉体塗料組成物を、静電粉体吹き付け法、あるいは静電流動浸漬法によって被塗物を塗装する塗装方法。
【請求項７】
請求項１ないし５のいずれかに記載の粉体塗料組成物によって防錆性の塗膜が形成された塗装体。
【請求項８】
請求項１ないし５のいずれかに記載の粉体塗料組成物によって防錆性の塗膜が形成された自動車用鋼材。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、鋼材等の被塗物の防錆性を向上させるのに好適な粉体塗料組成物に関する。
【０００２】
【従来の技術】
建築材料、構造材料、各種機器、装置等の部品には、金属材料で作られたもの多く存在している。しかしながら、この金属材料は、熱力学的に不安定な状態であり、腐食（酸化）によって安定な状態、すなわち鉱石中に存在していたような形に戻るという性質を有する。
自動車に用いられるバネ材を例にとると、車体の重さに相当する荷重に耐えうるように、高強度の鉄鋼を素材として作られている。しかしながら、この鉄鋼材は組織的に腐食されやすく、一旦腐食されると腐食疲労によって部材破壊の危険度が増大してしまう。このため、バネ材には防錆性を有する塗料による塗装が施されている。
【０００３】
従来、鉄鋼材の防錆には、亜鉛を用いると非常に優れた効果が得られることが知られている。亜鉛メッキ、ジンクリッチプライマー（ＪＩＳ　Ｋ　５５５２）、厚膜形ジンクリッチペイント（ＪＩＳ　Ｋ　５５５３）等はその例であり、鉄よりもイオン化傾向の高い亜鉛が、犠牲防食により鉄鋼材内部に水分、酸素等が及ぶのを防ぐ作用を有するものである。上記の自動車用バネ材にも、亜鉛粉末及びアルキルシリケート又はエポキシ樹脂、硬化剤、顔料、溶剤等を混合して作られたジンクリッチペイントが用いられ、塗装が施されている。
上記のジンクリッチペイントのような溶剤型の塗料は、浸漬塗工法、スプレー塗工法、刷毛塗り等、簡便な方法によって塗布できる利点を有するが、一方で、近年、環境問題への関心の高まりから、ＶＯＣ（揮発性有機溶剤）の排出量が問題視されてきている。このため、塗料業界においてもＶＯＣを低減する動向があり、溶剤を用いない無溶剤型の塗料が望まれている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、従来のジンクリッチペイントよりも鉄鋼材の防錆性に優れ、ＶＯＣの排出も無い粉体塗料組成物を提供することを課題とする。また、当該粉体組成物を用い、被塗物に塗装を施す塗装方法、ならびに、当該粉体塗料組成物によって塗膜が形成され、防錆性に優れた塗装体、及び自動車用鋼材を提供することを課題とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、亜鉛粉末と、エポキシ樹脂と、硬化剤とを少なくとも含有する粉体塗料組成物であって、該亜鉛粉末は、平均粒径が４〜２０μｍで、平均粒径±２μｍの粉末が全体の７０％以上を占める粉体塗料組成物である。
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の粉体塗料組成物において、前記粉体塗料組成物中の前記亜鉛粉末の含有量が７０〜９０ｗｔ％である粉体塗料組成物である。
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の粉体塗料組成物において、前記粉体塗料組成物がアルミニウム粉末を含有する粉体塗料組成物である。
請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の粉体塗料組成物において、前記粉体塗料組成物中の前記アルミニウム粉末の含有量が０．１〜３．０ｗｔ％である粉体塗料組成物である。
請求項５に記載の発明は、請求項１ないし４のいずれかに記載の粉体塗料組成物において、前記エポキシ樹脂がビスフェノール型エポキシ樹脂である粉体塗料組成物である。
【０００６】
請求項６に記載の発明は、請求項１ないし５のいずれかに記載の粉体塗料組成物を、静電粉体吹き付け法、あるいは静電流動浸漬法によって被塗物を塗装する塗装方法である。
請求項７に記載の発明は、請求項１ないし５のいずれかに記載の粉体塗料組成物によって防錆性の塗膜が形成された塗装体である。
請求項８に記載の発明は、請求項１ないし５のいずれかに記載の粉体塗料組成物によって防錆性の塗膜が形成された自動車用鋼材である。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態を説明する。
本発明の粉体塗料組成物は、亜鉛粉末と、エポキシ樹脂と、硬化剤とを少なくとも含有してなる。亜鉛粉末は、平均粒径が４〜２０μｍで、かつ、平均粒径±２μｍの粉末が全体の７０％以上を占めるものである。平均粒径、粒径分布は、遠心沈降法により測定される値である。
上記のような亜鉛粉末に規定する理由は、以下のような亜鉛粉末の塗膜中での犠牲防食作用をより優れたものとするためである。
被塗物が鉄鋼材である場合、亜鉛粉末を含有する塗膜に、水分、酸素等が侵入すると、亜鉛と鉄の間で亜鉛を陽極として腐食電池が形成される。腐食のしやすさは、イオン化傾向の高い亜鉛であることから、塗膜中に高濃度に分散された亜鉛粉末が鉄鋼材に代わって腐食される。これを犠牲防食と呼んでいるが、このような電気化学的な防食作用によって鉄鋼材の変質を防いでいる。
本粉体塗料組成物において、亜鉛粉末の平均粒径が４μｍ未満であると、亜鉛粉末が小さいため、犠牲防食作用によって消費される量が多くなるため、長期に渡って防食性能を維持することが難しい。また、平均粒径が２０μｍを超えると、亜鉛の粒子間距離が大きくなり、また、塗膜を形成するための樹脂量が過剰となるため、腐食電池が良好に形成されず、犠牲防食効果が損なわれる。したがって、亜鉛粉末の平均粒径は４〜２０μｍであることがよく、より好ましくは、４〜１０μｍ、一層好ましくは５〜８μｍである。
また、亜鉛粉末は平均粒径±２μｍの粉末が全体の７０％未満であると、長期に渡って鉄鋼材の腐食を防ぐことが難しい。したがって、本発明の粉体塗料組成物は、平均粒径±２μｍの粉末が全体の７０％以上を占める亜鉛粉末を用いるものである。より好ましくは、平均粒径±２μｍの粉末が全体の８０％以上を占めることが、優れた防錆性能を有する塗膜の形成にとって有利である。
【０００８】
上記のような亜鉛粉末は、次のようにして得ることができる。周知の方法により、亜鉛を炉内で溶融し、送り出される亜鉛蒸気を急冷して粒子化する。得られた粒子は、複数の分級工程を経て所望の平均粒径の亜鉛粉末を得るが、本発明の粉体塗料組成物に用いられる亜鉛粉末は、特に、平均粒径±２μｍの粉末が全体の７０％以上を占めるように分級工程を設計して、これを行うものである。例えば、目標とする亜鉛粉末の平均粒径が８μｍであるとすると、平均粒径６〜７μｍに分級された亜鉛粉末の小粒径部分を更にカットすることで、粒径分布を上記の範囲とし、目標とする亜鉛粉末を得る。
【０００９】
図１は、本発明の粉体塗料組成物に用いられる亜鉛粉末の粒径分布を示す図、図２は、従来のジンクリッチペイントに用いられる亜鉛粉末の粒径分布を示す図である。いずれも平均粒径は８μｍである。上記した製造方法により得られる亜鉛粉末は、図１に示すように、粒径分布が極めて狭くなっていることが特徴的である。この図では、平均粒径±２μｍの粉末が全体の８０％以上を占めている。一方、図２に示す従来のジンクリッチペイントに用いられる亜鉛粉末は、粒径分布が広い。この図では、平均粒径±２μｍの粉末が全体に占める割合は６０％未満である。従来のジンクリッチペイントに用いられる亜鉛粉末に比べ、極めて粒径のそろった亜鉛粉末を用いる本発明の粉体塗料組成物は、長期に渡って鉄鋼材の防錆性を維持することができるため、塗膜の性能向上を図ることができる。
【００１０】
粉体塗料組成物中の亜鉛粉末の含有量は、７０〜９０ｗｔ％であることが好ましい。さらに好ましくは、７５〜８５ｗｔ％である。亜鉛粉末の含有量が７０ｗｔ％未満では、塗膜中の亜鉛粉末の量が不足して腐食電池が良好に形成されず、犠牲防食効果が得られない。また、含有量が９０ｗｔ％を超えると、塗膜を形成するための樹脂量が不足するため、付着力が低下し、好ましくない。
【００１１】
更に、本粉体塗料組成物は、アルミニウム粉末を含有することが好ましい。アルミニウム粉末としては、一般的に塗料に用いられるものでよく、例えばアルミニウムペーストを乾燥させ、鱗片化させたもの等が挙げられる。
アルミニウムは、亜鉛よりも更にイオン化傾向が高い金属であることから、形成される腐食電池の作用で、亜鉛よりも先にアルミニウムが腐食されて犠牲防食の効果が得られる。したがって、亜鉛粉末単独の塗膜よりも亜鉛の腐食の進行を緩和させることができ、塗膜の防錆性能を長期に渡って維持することができる。粉体塗料組成物中のアルミニウム粉末の含有量は、０．１〜３．０ｗｔ％であることが好ましい。アルミニウム粉末の含有量が０．１ｗｔ％未満であると、量的に少なく、犠牲防食の効果を高めることができない。また、３．０ｗｔ％を超えると、かえって腐食電池の電流値が増大し、亜鉛の腐食をも助長するため、塗膜の防錆性能を長期に渡って維持することができなくなる。
【００１２】
本発明の粉体塗料組成物に用いられるエポキシ樹脂は、軟化点７５〜１２８℃、エポキシ当量６００〜２２００ｇ／ｅｑのビスフェノール型エポキシ樹脂が好ましい。ビスフェノール型エポキシ樹脂を使用することにより、鋼材基材との優れた密着性及び防錆性が得られる。このようなエポキシ樹脂としては、ビスフェノールＡ型及びビスフェノールＦ型が挙げられる。
エポキシ樹脂は、重量平均分子量が５０００〜５００００、より好ましくは１００００〜３００００のものが適している。
【００１３】
硬化剤は、一般にエポキシ樹脂を含有する粉体塗料組成物に用いられるものであればよく、例えば、芳香族アミン、ジシアンジアミド、二塩基酸ヒドラジド、等のアミン係硬化剤、無水トリメリット酸、無水ピロメリット酸等の酸無水物系硬化剤、フェノール系硬化剤等が使用できる。硬化剤は、エポキシ樹脂に対して、０．６〜１．０当量加えられる。
また、この他にも、流れ調整剤や硬化促進剤等の添加剤を加えることができる。
【００１４】
本発明の粉体塗料組成物は、周知の方法により製造される。上記に示したエポキシ樹脂、硬化剤、亜鉛粉末に、必要に応じてアルミニウム粉末、添加剤を加え、予備混合、混練の後、冷却して粉砕し、粒度を調整して粉体塗料組成物を得る。得られる粉体塗料組成物の粒径は、従来の粉体塗料組成物と同等でよく、１０〜６０μｍ程度である。
【００１５】
本発明の粉体塗料組成物を用いて被塗物にする塗装方法としては、静電粉体吹き付け法、あるいは静電流動浸漬法を用いるのが好ましい。静電粉体吹き付け法で使用する粉体静電塗装機は、タンク等に貯えられた粉体塗料を吸引し、コロナ帯電ガン、あるいは摩擦帯電ガンによって粉体塗料粒子を帯電させて被塗物に吹き付け塗着させるものである。膜厚は、適宜コントロールすることができ、３０〜１０００μｍが適当である。
塗装された被塗物は、その後、１２０〜２５０℃で、５〜６０分間焼付けが行われる。これによって被塗物の表面に塗膜が固着される。
本粉体塗料組成物により形成された塗膜は、そのままでも十分機能を発揮するものであるが、粉体塗料又は液状塗料を上塗りして仕上げることもできる。
【００１６】
被塗物は、金属材料、特に鉄鋼材を用いて構成される建造物の構造部品、各種機器、装置等の部品、鉄道車両、自動車等の部品等が挙げられる。本発明の粉体塗料組成物を用いて防食性の塗膜を形成された塗装体は、とりわけ応力が加えられる部材に関しては、塗膜の防錆性能によって、腐食疲労が発生することなく、信頼性の高い部材を提供することができる。
また、本発明の粉体塗料組成物によって自動車用バネ材を塗装することで、高い防錆性を有する信頼性の高いバネ材を提供することができる。例えば、自動車走行中にバネ材には石等が当たり、キズが付くことがあるが、このようなキズから水分が入り込んでも、内部で形成される腐食電池の作用によって亜鉛の犠牲防食が起こり、バネ材を腐食させることはない。
【００１７】
【実施例】
以下に実施例を示し、本発明をより具体的に説明する。
（実施例１〜実施例７）
ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂（エピコート１００４Ｆ；ジャパンエポキシレジン社製）８０重量部、硬化剤としてフェノール系硬化剤（エピキュア１７０；ジャパンエポキシレジン社製）２０重量部に対し、流れ調整剤、硬化促進剤を適量添加し、平均粒径（μｍ）、平均粒径±２μｍの粉末量（％）、亜鉛粉末全添加量（ｗｔ％）が表１に示す処方になるように加え、ヘンシェル（三井鉱山社製）で予備混合し、コニーダー（ブス社製）で混練り、冷却後粉砕、粒度調整を行って、平均粒径４０μｍの粉体塗料を得た。
上記で得られた粉体塗料を用い、３．２×７０×１５０（ｍｍ）の冷間圧延鋼板に静電粉体塗装機（ＧＸ５０００；日本パーカライジング社製）によって塗装し、塗装後１５０℃の恒温器中で３０分間焼き付けを行い、膜厚６０μｍの塗膜を形成した。
【００１８】
（実施例８〜実施例９）
ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂（エピコート１００４Ｆ；ジャパンエポキシレジン社製）９６重量部、硬化剤としてジシアンジアミド（ＤＩＣＹ７；ジャパンエポキシレジン社製）４重量部に対し、表１に示す処方とし、実施例１と同様にして粉体塗料を得た。
また、上記で得られた粉体塗料を用い、実施例１と同様にして冷間圧延鋼板に塗膜を形成した。
【００１９】
（比較例１）
市販の溶剤型亜鉛末含有エポキシポリアミド型塗料を用い、実施例１と同様にして冷間圧延鋼板に塗膜を形成した。
（比較例２〜４）
ｏ−クレゾールノボラック型エポキシ樹脂（エピコート１８０Ｓ６５；ジャパンエポキシレジン社製）６０重量部、硬化剤としてフェノール系硬化剤（エピキュア１７０；ジャパンエポキシレジン社製）４０重量部に対し、表１に示す処方とし、実施例１と同様にして粉体塗料を得た。
上記で得られた粉体塗料を用い、実施例１と同様にして冷間圧延鋼板に塗膜を形成した。
【００２０】
（実施例１０〜実施例１３）
ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂（エピコート１００４Ｆ；ジャパンエポキシレジン社製）８０重量部、硬化剤としてフェノール系硬化剤（エピキュア１７０；ジャパンエポキシレジン社製）２０重量部に対し、流れ調整剤、硬化促進剤を適量添加し、平均粒径８μｍ、平均粒径±２μｍの粉末が全体の８０％を占める亜鉛粉末と、アルミニウムフレーク粉（Ｐ１９５０；東洋アルミニウム社製）とを、それぞれ表２に示す組成比になるように加えた以外は実施例１と同様にして粉体塗料を得た。
上記で得られた粉体塗料を用い、実施例１と同様にして冷間圧延鋼板に塗膜を形成した。
【００２１】
＜塗膜の性能評価＞
１）製造作業性
１−１）流動性
粉体塗料組成物の製造工程において、予備混合の後にコニーダーから押し出される塗料混合物の流動性を評価した。「○」は良好、「△」は流動性欠けるが問題なし、「×」は悪く作業に支障をきたすことを示す。
１−２）塗料混合物の均一性
コニーダーで混練して得られた塗料混合物の均一性を評価した。「○」は良好、「△」は若干均一性に欠けるが問題なし、「×」は不均一を示す。
２）塗膜の成膜性
「○」は平滑、「△」はわずかな柚肌、「×」は柚肌を示す。
２）防錆性
冷間圧延鋼板に塗膜を施したそれぞれの試験片について、以下に示す防錆性の試験を行った。
２−１）塩水噴霧試験
ＪＩＳ　Ｋ　５４００耐塩水噴霧試験試験に準じて試験を行った。評価は、日本塗料検査協会の評価基準に準じ、所定時間後の試験片の外観を評価した。評価は、錆のないものを「１０点」とし、以下、錆の発生度合いを５段階に区切って「８点」、「６点」、「４点」、「２点」、「０点」とし、評価した。尚、実用上問題ないのは８点以上である。
２−２）複合サイクル腐食試験（ＣＣＴ；Ｃｙｃｌｅ　Ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ　Ｔｅｓｔ）
ＪＡＳＯ　Ｍ　６０９−９１複合サイクル腐食試験に準じて複数サイクル試験を行い、所定回数後の試験片の外観を２−１）と同様、日本塗料検査協会の評価基準に準じ評価した。尚、上記試験の１サイクルは、試験片に５％の塩水を３５℃で、２時間噴霧した後、温度６０℃、湿度３０％で４時間乾燥し、次いで温度５０℃、湿度９５％で２時間湿潤処理するものである。
【００２２】
各塗膜の組成及び性能評価結果を表１、及び表２に示す。
【表１】
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【００２３】
【表２】
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【００２４】
表１を見て分かる通り、平均粒径が４〜２０μｍの範囲にあり、平均粒径±２μｍの粉末が全体の７０％以上を占める粒径分布を有する亜鉛粉末を用いて粉体塗料組成物を製造した実施例１〜９では、塩水噴霧２０００時間の防錆性試験では、いずれも８点以上の評価が得られ、優れた防錆性能を有する塗膜が形成できることがわかった。実施例１、５、７において、製造作業性、塗膜の成膜性が低下したものもあるが、実用上問題ない。また、硬化剤の種類による塗膜性能の差も見られなかった。
一方、溶剤型亜鉛末含有エポキシポリアミド型塗料を用いた比較例１では、防錆性試験の結果が２点であり、錆が広範囲に及んでいた。平均粒径３μｍ、平均粒径±２μｍの粉末が全体の８０％を占める粒径分布の亜鉛粉末を用いた比較例２では、製造作業性、塗膜の成膜性は良好であったが、平均粒径が小さいため、亜鉛粉末の犠牲防食による消費が進み、防錆性試験の評価は６点であった。平均粒径が８μｍで、平均粒径±２μｍの粉末の占める割合がそれぞれ全体の４０％、６０％と粒径分布の広い亜鉛粉末を用いた比較例３及び４では、粒径分布がより広い比較例３で製造作業性及び塗膜の成膜性に若干の低下がみられ、防錆性試験では双方とも４点と低い値を示した。本発明の粉体塗料組成物に係る実施例１〜９と比較して、防錆性が維持できていないことがわかる。
【００２５】
表２は、アルミニウム粉末の添加効果を示す結果である。実施例１０〜１３が、１．０〜４．０ｗｔ％の範囲でアルミニウム粉末を添加して粉体塗料組成物を製造したものである。比較のために、アルミニウム粉末を添加していない実施例２及び３の結果も併せて示す。
アルミニウム粉末を１．０〜２．０ｗｔ％添加した実施例１０〜１２では、アルミニウム粉末を添加していない実施例２、３と同様、製造作業性、塗膜の成膜性とも良好であった。加えて、塗膜の防錆性は、塩水噴霧試験、ＣＣＴいずれにおいても実施例２、３の結果を上回る良好な結果が得られた。これは、形成される腐食電池において、アルミニウムが亜鉛よりも先に腐食されることで防食効果が得られ、亜鉛の腐食の進行が緩和されて、長期間に渡って高い防錆性能を維持する塗膜が得られることがわかった。また、アルミニウム粉末を４．０ｗｔ％添加した実施例１３は、製造作業性、塗膜の成膜性が若干劣り、また、防食性も実施例２及び３を若干下回る結果となった。アルミニウム粉末の含有量が増えたことで、腐食電池の電流値が増大し、亜鉛の腐食も助長されたためと考えられる。
【００２６】
【発明の効果】
以上説明してきたように、本発明により、平均粒径が４〜２０μｍで、平均粒径±２μｍの粉末が全体の７０％以上を占める粒径分布を有する亜鉛粉末を含有することで、均質な塗膜で、長期間に渡って高い防錆性が維持される粉体塗料組成物を提供することができる。エポキシ樹脂として、ビスフェノール型エポキシ樹脂を用いることにより、鋼材基材との優れた密着性及び防錆性が得られる。また、本発明により得られる粉体塗料組成物は、溶剤を含有しないため、ＶＯＣの排出もない。
さらに、本発明の粉体塗料組成物を用いて塗膜が施された塗装体は、防錆性に優れたものである。本発明の粉体塗料組成物によって塗膜を施された自動車用鋼材は、従来の自動車用鋼材と比較して極めて防錆性に優れ、信頼性の高い鋼材である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の粉体塗料組成物に用いられる亜鉛粉末の粒径分布を示す図である。
【図２】従来のジンクリッチペイントに用いられる亜鉛粉末の粒径分布を示す図である。
【図１】
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【図２】
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