(57)【要約】【課題】  本発明は、鉄面に対する耐食性を確保しつつ、亜鉛系合金めっきとの色調差が少なく、めっき鋼材との塗料密着性も確保できる高耐食性亜鉛系合金めっき用塗料、及び、これを用いた鋼製構造物を提供する。【解決手段】  亜鉛系合金粉末を６０質量％以上含有する塗料であって、前記粉末が、アルミニウムを１０質量％以上３０質量％未満含み、残部が亜鉛及び不可避的不純物からなる組成であり、かつ、前記粉末の形状が、球状又は楕円球状で、その最大径と最小径の比（最大径／最小径）が１〜１．５であることを特徴とする高耐食性亜鉛系合金めっき鋼材用塗料、及び、これを用いた鋼製構造物である。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
亜鉛系合金粉末を６０質量％以上含有する塗料であって、前記粉末が、アルミニウムを１０質量％以上３０質量％未満含み、残部が亜鉛及び不可避的不純物からなる組成であり、かつ、前記粉末の形状が、球状又は楕円球状で、その最大径と最小径の比（最大径／最小径）が１〜１．５であることを特徴とする高耐食性亜鉛系合金めっき鋼材用塗料。
【請求項２】
前記粉末の９０％累積粒径が３５μｍ以下であることを特徴とする請求項１記載の高耐食性亜鉛系合金めっき鋼材用塗料。
【請求項３】
前記粉末の平均粒径で２μｍ以上であることを特徴とする請求項２記載の高耐食性亜鉛系合金めっき鋼材用塗料。
【請求項４】
前記粉末が、さらに、マグネシウムを０質量％超１質量％未満、又は、シリコンを０．１質量％以上３．０質量％以下の少なくとも一方を含有することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の高耐食性亜鉛系合金めっき鋼材用塗料。
【請求項５】
鋼面又は亜鉛系合金めっき面の一方又は両方の少なくとも一部に、有機樹脂を含む皮膜が１０μｍ以上被覆されてなる鋼製構造物であって、前記有機樹脂を含む皮膜が、亜鉛系合金粉末を６０質量％以上含有し、かつ、前記粉末が、アルミニウムを１０質量％以上３０質量％未満含み、残部が亜鉛及び不可避的不純物からなる組成であり、さらに、前記粉末の形状が、球状又は楕円球状で、その最大径と最小径の比（最大径／最小径）が１〜１．５であることを特徴とする鋼製構造物。
【請求項６】
前記粉末の９０％累積粒径が３５μｍ以下であることを特徴とする請求項５記載の鋼製構造物。
【請求項７】
前記粉末の平均粒径が２μｍ以上であることを特徴とする請求項６記載の鋼製構造物。
【請求項８】
前記粉末が、さらに、マグネシウムを０質量％超１質量％未満、又は、シリコンを０．１質量％以上３．０質量％以下の少なくとも一方を含有することを特徴とする請求項４〜６のいずれかに記載の鋼製構造物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、亜鉛系合金めっき鋼材上に塗布する塗料に関するものであり、さらに詳しくは、亜鉛系めっきの切断端部や加工部・溶接部等でめっきがない鉄面を防食するための塗料に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に鋼材の防錆処理として、亜鉛めっきは様々な分野で利用されている。さらに、最近は、ＡｌやＭｇを添加した高耐食性の合金めっき鋼板も使用されてきている｛特開平１１−２４０９４７号公報（特許文献１）、特開平１０−３０６３５７号公報（特許文献２）｝。このようなめっき鋼板は、工場でめっき処理をされ、加工後に製品化される。そのため、必ず切断端部や、溶接部などで、めっきが付着していない部分が存在する。あまり腐食環境が厳しくない環境では、切断端部や溶接部などの腐食は顕著でないが、従来よりも耐食性が高い亜鉛系合金めっきでは、長期間にめっき面が腐食しにくいこともあり、切断端部や溶接部の腐食による赤錆が長期間の使用で目立つことになる。
【０００３】
そこで、これらの部位を防食することが必要となる。防食の方法としては、めっきと同じような外観を有する必要があり、溶射などが使われることも多い。しかしながら、切断端部のみを溶射するには、設備的にもコスト的にも問題が多い。また、一般的な防食塗装も使われることがあるが、通常の白や赤の塗装では、亜鉛系合金めっき表面と補修部位との色の差が激しいため、美観が損なわれることになる。そこで、亜鉛粉末を含んだジンクリッチペイントが使用される場合が多い。ジンクリッチペイントは、ＪＩＳ規格｛ＪＩＳ−Ｋ−５５５３（非特許文献１）｝に規定されている一般的な塗装方法である。しかしながら、亜鉛めっき同様、亜鉛粉末のみを添加するよりも、ＭｇやＡｌなどの合金元素を添加して合金化することで、より耐食性が高くなることが予測される。
【０００４】
例えば、特開２００１−１６４１９４号公報（特許文献３）には、Ｍｇ：１〜１０％、Ａｌ：２〜１９％、残部が亜鉛を含有した合金粉末を添加したジンクリッチ塗料が開示されている。また、特開平１１−３４３４２２号公報（特許文献４）には、アルミニウム５〜１０質量％、マグネシウム０．０１〜５質量％、残部が亜鉛からなるフレーク状亜鉛合金粉末を含有する有機防錆用塗料が開示されている。これらの合金粉末を含有したことを特徴とする技術は、鉄面に対して耐食性を保有することを目的としたものである。
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−２４０９４７号公報
【特許文献２】特開平１０−３０６３５７号公報
【特許文献３】特開２００１−１６４１９４号公報
【特許文献４】特開平１１−３４３４２２号公報
【非特許文献１】ＪＩＳ−Ｋ−５５５３
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、亜鉛系合金めっき鋼材の端部や溶接部の補修用の塗料では、鉄面に対する防食効果以外に、亜鉛系合金めっき面での耐食性や塗膜密着性が重要である。従来の補修塗料は鉄面に対しての耐食性と密着性を課題として考えられており、めっき面での耐食性、密着性には劣るものが多かった。さらに近年盛んに使われ始めた亜鉛系合金めっきのめっき面での耐食性や密着性は検討されておらず、これらが十分でないことが課題であった。そこで、本発明は、鉄面に対する耐食性を確保しつつ、亜鉛系合金めっきとの色調差が少なく、このめっき鋼材との塗料密着性も確保できる高耐食性亜鉛系合金めっき用塗料、及び、これを用いた鋼製構造物を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者らは、ジンクリッチ塗料に添加する粒子の組成と形状を様々に変化させ、鉄面での耐食性、亜鉛系合金めっき面での耐食性と塗膜密着性を検討し、合金粒子の組成と形状が鉄面での耐食性以外に亜鉛系合金めっき上の耐食性と塗膜密着性を大きく影響することを明らかにし、本発明に至った。
（１）亜鉛系合金粉末を６０質量％以上含有する塗料であって、前記粉末が、アルミニウムを１０質量％以上３０質量％未満含み、残部が亜鉛及び不可避的不純物からなる組成であり、かつ、前記粉末の形状が、球状又は楕円球状で、その最大径と最小径の比（最大径／最小径）が１〜１．５であることを特徴とする高耐食性亜鉛系合金めっき鋼材用塗料。    
【０００８】
（２）前記粉末の９０％累積粒径が３５μｍ以下であることを特徴とする（１）記載の高耐食性亜鉛系合金めっき鋼材用塗料。
（３）前記粉末の平均粒径で２μｍ以上であることを特徴とする（２）記載の高耐食性亜鉛系合金めっき鋼材用塗料。
（４）前記粉末が、さらに、マグネシウムを０質量％超１質量％未満、又は、シリコンを０．１質量％以上３．０質量％以下の少なくとも一方を含有することを特徴とする（１）〜（３）のいずれかに記載の高耐食性亜鉛系合金めっき鋼材用塗料。
【０００９】
（５）鋼面又は亜鉛系合金めっき面の一方又は両方の少なくとも一部に、有機樹脂を含む皮膜が１０μｍ以上被覆されてなる鋼製構造物であって、前記有機樹脂を含む皮膜が、亜鉛系合金粉末を６０質量％以上含有し、かつ、前記粉末が、アルミニウムを１０質量％以上３０質量％未満含み、残部が亜鉛及び不可避的不純物からなる組成であり、さらに、前記粉末の形状が、球状又は楕円球状で、その最大径と最小径の比（最大径／最小径）が１〜１．５であることを特徴とする鋼製構造物。
【００１０】
（６）前記粉末の９０％累積粒径が３５μｍ以下であることを特徴とする（５）記載の鋼製構造物。
（７）前記粉末の平均粒径で２μｍ以上であることを特徴とする（６）記載の鋼製構造物。
（８）前記粉末が、さらに、マグネシウムを０質量％超１質量％未満、又は、シリコンを０．１質量％以上３．０質量％以下の少なくとも一方を含有することを特徴とする（４）又は（５）に記載の鋼製構造物にある。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の塗料を用いることで、耐食性の高い亜鉛系合金めっきの端部や傷部の補修が容易となり、その部位の耐食性が亜鉛系合金めっきと遜色なくなるだけでなく、亜鉛系合金めっき上に部分的に塗装した場合でも、優れた耐食性や塗膜密着性を示すと共に、亜鉛系合金めっきの色調と調和するため、鋼製構造物全体に美麗な外観を長期に維持することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
すなわち、本発明における塗料では、亜鉛系合金粉末を６０質量％以上含有する塗料であって、前記粉末が、アルミニウムを１０質量％以上３０質量％未満含み、残部が亜鉛及び不可避的不純物からなる組成であり、かつ、前記粉末の形状が、球状または楕円球状で、その最大径と最小径の比（最大径／最小径）が１〜１．５であることを特徴とする。
【００１３】
本発明では、塗料中に亜鉛系合金粉末を６０質量％以上含有することが必要である。６０質量％未満では、亜鉛系合金めっきと同等の色調や耐食性等の効果が得られるまでに到らない。粉末の上限は、特に規定するものではないが、８５質量％を超えると樹脂成分が少なくなり過ぎ、塗膜に欠陥が生じ易くなるため、これ以下が望ましい。なお、塗料中の樹脂成分としては、成膜性を確保するために少なくとも１５質量％は必要である。さらに、上記粉末を６０％以上含有していれば、それ以外の粉末粒子を添加しても良く、例えば、着色目的等で、Ａｌ、Ｚｎ、ステンレス等の金属粉末や酸化チタン、酸化亜鉛等の酸化物粉末、タルク、石粉等の体質顔料を含有していても良い。
【００１４】
上記亜鉛系合金粉末の組成としては、アルミニウムを１０質量％以上３０質量％含み、残部が亜鉛及び不可避的不純物からなることが必要である。亜鉛系合金粉末中のアルミニウムが１０％未満であると、亜鉛系合金粉末中の亜鉛の溶出速度が早いために、鉄面に対する長期間に亘る十分な耐食性が得られず、また、３０％以上であると、電気化学的防食電位が鉄に近づくために、鉄面を防食する効果が薄れ、赤錆の発生が起こり易くなり、結果として耐食性が落ちることとなる。
【００１５】
また、亜鉛系合金粉末の形状は、球状又は楕円球状で、その最大径と最小半の比（最大径／最小径）が１〜１．５であることが必要である。すなわち、金属粉末の表面積、もしくは体積当りの表面積（比表面積）が、塗膜の性能に大きく関ってくるため、比表面積は、できるだけ小さい方が金属粉末の溶出を防ぎ、特に合金めっき上に塗装した部位の塗膜密着性を向上する。そのために、金属粉末の形状としては、比表面積を小さくするために、球状もしくは楕円球状でなければならない。そして、楕円球である場合、できるだけ球に近いことが塗膜密着性を向上させるために、その最大径と最小径の比（最大径／最小径）が１〜１．５であることを規定する。なお、この比が１の場合はその形状は球状である。
【００１６】
ただし、本規定は、原料としての金属粉末を規定するものであり、実際に塗料に混ぜて使用するまでに、空気中の水分等を吸収して、これらの粒子が凝集し結合した場合や、塗膜としてめっき鋼材上で硬化した場合のそれぞれの粒子が結合した場合等の亜鉛系合金粉末の形状までも規定するものではない。また、製造時や保管時に、亜鉛系合金粉末表面に小さな凹凸が生じることもあるが、これらによる形状変化も球状や楕円球状から逸脱するとはしない。また、本発明の組成の金属粉末を作製する方法としては、特に限定するものではないが、一般的にはアトマイズ法と粉砕法は用いられるが、アトマイズ法では形状が球状,もしくは楕円球状の粉末を容易に製造でき、粉砕法では、これらより逸脱し易いので、両者ではアトマイズ法が適当である。
【００１７】
なお、本発明の塗料の樹脂成分としては、特に規定するものではないが、耐水性や耐アルカリ性に優れたものが好ましく、エポキシ系樹脂、変性エポキシ樹脂、アクリル系樹脂、ウレタン系樹脂、ポリエステル樹脂等が適宜適用できる。また、硬化剤の配合タイプも、１液硬化タイプや２液硬化タイプがその目的に応じ適宜適用できる。さらに硬化方法も、常温硬化、加熱硬化、ＵＶ硬化、電子線硬化等がそれぞれの目的に応じて適宜適用できる。
【００１８】
さらに、本発明の亜鉛系合金粉末の粒径については、９０％累積粒径（ｄ90）で３５μｍ以下であることが好ましい。亜鉛系合金粉末のｄ90を３５μｍ以下とすることは、結果として、粒径の大きなものが少ないことが耐食性に有効であることを意味する。すなわち、ｄ90が３５μｍ超となるような粒径が大きいものが多い場合には、塗膜の中に大きな粒子が点在することになり、塗膜自身の機械的性質が劣り、塗膜に隙間やクラックができ易くなるために、亜鉛系合金粉末の溶出が起こり、塗膜密着性が劣る原因となる可能性が高まる。なお、９０％累積粒径（ｄ90）は、光散乱法で測定した粒度分布を基に、粒径の小さい粒子から積算して全粒子の９０％に当たる粒子の粒径を意味する。その他の方法で測定したものでも、換算をすることにより９０％累積粒径（ｄ90）を求められるのであれば、光散乱法に代用しても良い。
【００１９】
また、上記粉末の粒径について、さらに、平均粒径で２μｍ以上であることがより好ましい。平均粒径が２μｍ未満であると、極めて小さな粒子が数多く存在することになり、この場合には、塗料を混練する際に、粒子と樹脂成分との反応が進み、塗料の粘度が大幅に増加し、塗装し難くなる可能性が高まる。そして、結果的にピンホールや欠陥の多い塗膜となり、耐食性が劣ることになる。この際の平均粒径も光散乱法で測定した粒度分布を基に、５０％累積分布での粒径を積算して求める。その他の方法で測定したものでも、換算をすることにより光散乱法に代用してよい。これより粒径が大きいと、塗膜の中に大きな粒子が点在することによる不具合が起こり易くなる可能性が高まる。
【００２０】
また、前記亜鉛系合金粉末には、マグネシウムを０質量％超１質量％未満、又は、シリコンを０．１質量％以上３．０質量％以下の少なくとも一方を含有することが好ましい。  亜鉛系合金粉末の組成は、亜鉛系合金めっき鋼材のめっき層の種類により適宜選択すれば良いが、めっき層中にマグネシウムを含むめっきの場合には、マグネシウムを含む金属粉末を使うことが望ましい。なお、亜鉛系合金粉末中にマグネシウム成分が１質量％以上含まれる場合には、腐食環境において、亜鉛系合金粉末が溶出し易くなるので、結果的に、合金めっき層表面に塗装した部位の塗膜密着性の劣化が著しく、膨れや剥離が起こり易くなる恐れが高まる。
【００２１】
さらに、シリコンの添加は、鋼材面での塗膜の耐食性の向上に効果があり、0.１質量％以上の添加でその効果が得られる。さらに添加を増加すれば効果は上がるが、３．０質量％以上の添加では、耐食性向上の効果が弱くなる。一方、金属粒子製造が困難となるため、実用的には１．０質量％未満が望ましい。
【００２２】
本発明の塗料が対象とする亜鉛系合金めっき鋼材に関しては、特に規定するものでは無いが、ＪＩＳ−Ｈ−８６１０で規定される電気亜鉛めっきに鉄、ニッケル等を添加した電気亜鉛合金めっきや、ＪＩＳ−Ｈ−８６４２に規定される溶融亜鉛めっきにアルミニウムやマグネシウム等を添加した溶融合金亜鉛めっき等が適用可能であり、その合金成分の範囲や製造条件を限定するものではない。さらに、本発明の塗料をこれらの合金めっき上に直接塗布することで十分な性能は得られるが、クロメート処理等の化成処理を施すことで塗料密着性の向上が図れる。さらに言えば、亜鉛系合金めっきの切断面や加工部での耐食性に優れると言うことは、鉄面でも優れた耐食性を示すため、めっきのない鋼材に適用しても優れた性能は得られる。
【００２３】
さらに、本発明においては、鋼面又は亜鉛系合金めっき面の少なくとも一部に、有機樹脂を含む皮膜が１０μｍ以上被覆されてなる鋼製構造物であって、前記有機樹脂を含む皮膜が、亜鉛系合金粉末を６０質量％以上含有し、前記粉末が、アルミニウムを１０質量％以上３０質量％未満含み、残部が亜鉛及び不可避的不純物からなるの組成であり、かつ、前記粉末の形状が、球状又は楕円球状で、その最大径と最小径の比（最大径／最小径）が１〜１．５であることを特徴とする鋼製構造物を規定する。なお、鋼面に被覆する場合は、鋼面全面を被覆することがより好ましい。
【００２４】
ここで言う鋼製構造物とは、電柱、建築用Ｈ型鋼等の柱状構造物や梁、そしてこれらを接続する金物、矢板・波型鋼板等で作られた屋根や壁材、床材等の構造物や接続用金物、線材やエキスパンドメタル等で作られたネット・フェンス、防風柵等の板状の構造物や接続用金物、標識や案内図等のパネル状の構造物と接続用金物、水道・ガス等の配管類とその接続用金物等が代表として例示できるが、これ以外でも、亜鉛系合金めっきが適用できる鋼製構造物であれば適用可能である。さらに、鋼製構造物の有機樹脂被覆に含まれる亜鉛系合金粉末の粒径や組成に関しては、本発明の塗料の特徴と同様である。
【実施例】
【００２５】
以下に、実施例を用いて本発明を説明する。
（実施例１）
表１に、実験に供した試験材の詳細を示す。用いた鋼材は、３．２ｍｍ厚みのＳＳ４００鋼に、実験室でめっき処理を施したものである。表中に、「電気」と記述していないものは、溶融めっき法で作製した。めっき後の試験片は１５０ｍｍ×７５ｍｍ大きさに切断し、図２に示したように、めっき面の一部をグラインダーで研削し、鉄面を露出させ、めっき面及び切断面と共に塗装した。また、めっき面には一部無塗装の部分を残した。なお、塗装部にはカッターナイフでスクラッチ傷を入れた。塗装はすべてエアースプレー法で行い目標膜厚を５０μｍとした。用いた塗料は、アミン硬化型のエポキシ樹脂をベースとし、表１中に示した各種金属粉末を混合した。
【００２６】
金属粉末は、エポキシの埋め込み樹脂の中に懸濁させ、研磨後に粒子の断面を光学顕微鏡で観察した。粒子の形状が球状と標記しているのは、図１に示したように、粒子の断面を顕微鏡で見た際に、最大径と最小径がほぼ同じ長さである粒子を意味し、楕円球とは、両者の差がはっきりと分かるが、形状は滑らかな粒子を意味し、塊状とは、断面に突起が目立ち、球や楕円球に見えない粒子を意味する。それぞれの粒子に関して、代表的な１０個の粒子の最大径と最小径を測定し、これを平均して最大径と最小径の比として記述している。粒度分布は、光散乱法で測定した値を示している。
【００２７】
腐食試験は、ＪＩＳ−Ｈ−８５０２に規定される乾湿繰り返し試験を３ヶ月間行い、塗装部における切断面、めっき面、鉄面の腐食状況をそれぞれ評価した。めっき面、鉄面の評価は、主としてスクラッチ部からの膨れを評価し、一部平面部で膨れが発生したものに関してはその評価も加えた。端面の評価としては、全面が赤さびになったものを×、赤錆が観察されたものを△、白錆が目立つが赤錆が無いものを○、白錆も見られないものを◎とした。
【００２８】
また、めっき面、鉄面に関しては、スクラッチ部からの剥離幅が１０ｍｍ以上もしくは表面部の膨れが３ｍｍ以上のものを×、スクラッチ部からの剥離幅が５〜１０ｍｍで、表面部の膨れが３ｍｍ未満のものを△、スクラッチ部からの剥離幅が５ｍｍ未満で、白錆の流れ錆びが認められ、平面部の膨れは認められないものを○、スクラッチ部からの剥離幅は５ｍｍ未満で、白錆も軽微で、かつ平面部の膨れが認められないものを◎とした。総合評価は、それぞれの組み合わせを評価した。○〜△の評価は、△以上ではあるが、○より少し劣るものを意味する。△〜×も同様である。
【００２９】
【表１】
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【００３０】
本発明例においては、総合評価として全てが○〜△以上の評価を得た。その中でも、粒度分布ｄ90が３５μｍ以下や、平均粒径が２μｍ以上のもの、Ｍｇの１質量％未満の添加やＳｉの０．１以上１．０質量％以下添加したものが、総合評価で優れていることが明らかになった。また、Ｎｏ．１９の塗装後の試料を樹脂に埋め込み、断面をＥＰＭＡにより観察した結果、粒子が塗膜中に均一に分布し、添加した成分が粒子の中に検出され、鋼材表面の有機樹脂相中に均一に分散していることで耐食性が良好なことが明らかになった。    
【００３１】
（実施例２）
表１のＮｏ．４、７、３３、３５に該当する亜鉛系合金粉末をそれぞれ粒子Ｎｏとし、これらを１液型のアクリル樹脂系塗料に混合し、常温硬化型の塗料とした。それぞれの配合比を表２に示す。残部は樹脂成分である。それらを１１Ａｌ−３Ｍｇ−０．５Ｓｉ−Ｚｎめっき鋼板上に半分塗布し、色調の評価を行った。色調の評価は５人が観応検査を行い、評点５（５は一致する、１は大きくずれている）で評価して、その平均値で示す。また、同様の試験片で塩水噴霧試験（ＳＳＴ）を３ヶ月間実施し、めっき面平面部の膨れを５段階の評点（５が優れる）で評価した。これらの結果を表２にまとめる。本発明例では、色調を一致させることが容易で、かつ、めっき面上の耐食性、密着性が優れることが分かる。
【００３２】
【表２】
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【００３３】
（実施例３）
表２のＮｏ．３７と４５に該当する粉末を、それぞれアクリル樹脂系塗料に配合し、常温硬化型の塗料とした。約１０年経過した５５％Ａｌ−Ｚｎ鋼板の波板で敷設した屋根の錆びた部分をグラインダーで研削し、それぞれの塗料を研削部全面にローラーで塗装した。本発明例であるＮｏ．３７の塗料では、めっき面、グラインダー研削面ともに優れた外観を呈し、９ヶ月経過後も変化は無く、本発明の有効性が確認できた。これに対して、比較例であるＮｏ．４５の塗料では初期より色の違いは明確であり、９ヶ月経過後ははっきりと塗装部とめっきの残存した部位の差が区別できるようになった。このことより、本発明の有効性が確認できた。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】粒子の外観を示す図である
【図２】試験材の模式図である。
【符号の説明】
【００３５】
１  最大径
２  最小径
３  金属粉末
４  下地めっき材
５  切断面塗装部
６  めっき面塗装部
７  鋼材露出面塗装部
８  塗膜傷
特許出願人    新日本製鐵株式会社
代理人  弁理士    椎  名    彊  他１
【図１】
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【図２】
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