(57)【要約】      （修正有）【課題】各種の衝撃に耐え長期間にわたって防食性能を安定して維持しうるウレタンエラストマー被覆鋼材を安価に提供する。【解決手段】鋼材３表面に、ウレタン樹脂またはエポキシ樹脂の少なくとも一種を主成分とするプライマー層２と、その上層にウレタンエラストマー層１を有するウレタンエラストマー被覆鋼材において、前記ウレタンエラストマー層中に２〜９ｖｏｌ％の気泡を含有するウレタンエラストマー被覆鋼材。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋼材表面に、ウレタン樹脂またはエポキシ樹脂の少なくとも一種を主成分とするプライマー層と、その上層にウレタンエラストマー層を有するウレタンエラストマー被覆鋼材において、前記ウレタンエラストマー層中に２〜９ｖｏｌ％の気泡を含有することを特徴とするウレタンエラストマー被覆鋼材。
【請求項２】
ウレタンエラストマー層中の気泡の直径が１５０μｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載のウレタンエラストマー被覆鋼材
【請求項３】
前記プライマー層の膜厚が５〜８０μｍ、ウレタンエラストマー層の膜厚が１〜７ｍｍあることを特徴とする請求項１または２に記載のウレタンエラストマー被覆鋼材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、耐衝撃性に優れたウレタンエラストマー被覆鋼材に関し、特に、海洋、港湾、河川等に用いられる鋼構造物を長期に防食できるように工夫した重防食性被覆鋼材に関する。
【背景技術】
【０００２】
海洋、港湾、河川等に用いられる鋼構造物は厳しい腐食環境に曝されるため、干満時、飛沫帯近傍にウレタンエラストマー被覆が重防食塗装として用いられている。重防食被覆鋼材は運搬時や打設等の施工時、また施工後にも船や流木の衝突等の衝撃を受ける。このウレタンエラストマー被覆鋼材はこれらの衝撃により被覆が損傷し防食性が失われるという問題が発生しており、改善が必要であった。
【０００３】
従来、この問題を解決する手段として、ウレタンエラストマーの上層に硬化性樹脂を含浸した繊維クロス層を被覆した鋼材（特許文献１参照）、および、ウレタンエラストマーの上層にラバーライニング層を被覆した鋼材（特許文献２参照）がある。
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−２７２７３０号公報
【特許文献２】特開平１０−２３５７９１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところが、硬化性樹脂を含浸した樹脂クロス層を被覆した鋼材は、ウレタンエラストマー層と保護層である繊維強化プラスチック層との間の層間密着性が劣り、繊維強化プラスチック層から脱落しやすいことや、ウレタンエラストマー層を形成後、さらに繊維強化プラスチック層を形成するため、製造コストが高くなるという問題がある。
【０００６】
また、ラバーライニング層を被覆した鋼材もウレタンエラストマー層を形成後、さらにラバーライニング層を形成するため製造コストが高くなるという問題がある。
【０００７】
本発明の目的は、各種の衝撃に耐え長期間にわたって防食性能を安定して維持しうるウレタンエラストマー被覆鋼材を安価に提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者らは、上記課題を解決するべく鋭意検討の結果、ウレタンエラストマーに特定の含有率で気泡を含有させることによって、各種衝撃に耐え、かつ防食性にすぐれた鋼材が得られることを見出し、この知見に基いて本発明を完成するに至った。
【０００９】
すなわち、本発明は、鋼材表面に、ウレタン樹脂またはエポキシ樹脂の少なくとも一種を主成分とするプライマー層と、その上層にウレタンエラストマー層を有するウレタンエラストマー被覆鋼材において、前記ウレタンエラストマー層中に２〜９ｖｏｌ％の気泡を含有することを特徴とするウレタンエラストマー被覆鋼材に関するものである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明はウレタンエラストマー被覆鋼材の耐衝撃性を向上させるようにしたので、施工時や流木、船等との衝突に対して被覆の損傷が生じにくくなり、鋼材の長期の防食性を確立することができるようになった。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明で用いる鋼材は、たとえば鋼管、鋼管矢板、鋼矢板、鋼板などが挙げられる。一般に、鋼材とプライマー層の接着強度を向上させるためには、鋼材表面を清浄に保つことが重要である。本発明では、鋼材表面の酸化層および油などを除去できればその具体的な手段を限定しないが、好ましくはスチールブラスト処理、スチールグリット処理が適切である。
【００１２】
プライマー層はウレタン樹脂あるいはエポキシ樹脂の少なくとも一種を主成分とした主剤、硬化剤からなる層であり、常温硬化型のものが好ましい。その膜厚は５〜８０μｍ、好ましくは１５〜５０μｍ程度が望ましい。５μｍ未満の場合は接着強度が不充分になり、８０μｍ超の場合はプライマーが硬化する際に発泡して防食性が低下するおそれがある。
【００１３】
ウレタンエラストマー層は主剤であるポリオールと硬化剤であるイソシアネート化合物を主成分をするものである。
【００１４】
ポリオールとしては、ポリエーテルポリオール、ポリエステルポリオール、ポリエステルアミドポリオール、アクリルポリオール、ヒマシ油変性ポリオール、エポキシ変性ポリオール、ポリアルキレングリコール、末端ＯＨポリブタジエンなどの２官能または３官能ポリオールがある。
【００１５】
本発明で使用するポリオールは、特にその種類は限定されないが、ヒマシ油変性ポリオール、ポリエステルポリオール、ポリブタジエンポリオール等が防食性に優れるという点で好ましい。
【００１６】
硬化剤として使用されるイソシアネート化合物はイソシアネート基を２個以上有するものであり、トリレンジイソシアネート、ジフェルメタンイソシアネート、トリフェニルメタントリイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート、キシリレンジイソシアネート、トリメチルヘキサメチレンジイソシアネート、イソホロンジイソシアネート、リジンイソシアネートメチルエステルおよびこれらの変性誘導体等である。
【００１７】
本発明で用いるイソシアネート化合物は、特にその種類は限定されないが、例えばポリメチレン−ポリフェニル−ポリイソシアネート（ＭＤＩ）、トリレンジイソシアネート（ＴＤＩ）等が好ましい。
【００１８】
ウレタンエラストマー層の主剤と硬化剤の配合量比は後述するように配合比を調整して発泡させる場合は１０〜２０ｗｔ％程度過剰にすることが好ましい。その他の方法で発泡させる場合には理論当量比の±１０ｗｔ％程度でもよい。
【００１９】
ウレタンエラストマー層の気泡含有率は２〜９ｖｏｌ％である。ウレタンエラストマー層の気泡含有率が２％未満である場合は耐衝撃性の向上は見られず、９％超であるとウレタンエラストマー層の耐衝撃性が低下し、防食性が失われる。
【００２０】
好ましい気泡含有率は、２．５〜７．０ｖｏｌ％である。
【００２１】
ウレタンエラストマー層への気泡の混入方法は特に限定しないが、塗装前の主剤中に予め空気、窒素、炭酸ガス、ヘリウム等の気体を混入する方法や、主剤と配合量比を調整して硬化剤を１０〜２０ｗｔ％過剰にし、混合後発泡させる方法などがある。
【００２２】
その他、スプレー塗装時に塗膜にまきこまれ塗膜の硬化前には開放される空気を、主剤の粘度を高めるか、あるいは触媒により主剤と硬化剤の反応連度を高めることにより、塗膜中に残す方法などがある。
【００２３】
気泡含有率算出方法は以下に示す通りである。まず、ウレタンエラストマー層の任意の５ヶ所からサンプルを切り出し、これを液体窒素で冷却後にただちに破断し、任意断面を有する５ヶのサンプルを作製する。この任意の５箇所の断面の１０００×１０００μｍの各２視野について走査型電子顕微鏡で観察、写真撮影する。次に計１０箇所の顕微鏡写真の１０００μｍ×１０００μｍについて画像解析装置により気泡断面の面積率Ｘを測定する。面積率Ｘから下式により気泡含有率Ｙを求める。
Ｙ＝Ｘ3/2
１０箇所の気泡含有率Ｙの平均をウレタンエラストマーの気泡含有率とする。
【００２４】
気泡の直径は１５０μｍ以下、好ましくは２０〜１５０μｍ、最大気泡直径では１００〜１５０μｍ、好ましくは１２０〜１４０μｍ程度とすることが望ましい。
気泡の直径１５０μｍ超であると、防食性に劣り、耐衝撃性の向上も見られない。
気泡の直径の測定方法は以下に示す通りである。気泡含有率算出方法と同様にして、ウラタンエラストマー層の１０００μｍ×１０００μｍの計１０視野（任意の５ヶ所×２視野）の断面を走査型電子顕微鏡で観察し、観察視野内の個々の気泡の面積を画像解析装置を用いて測定する。この気泡の面積と面積の等しい円の直径（円換算直径）を求め、この値を気泡の直径とする。
【００２５】
ウレタンエラストマー層の膜厚は１〜７ｍｍ程度であることが好ましい。さらに２〜４ｍｍ程度がより好ましい。１ｍｍ未満の場合は、水や酸素の透過の抑制できないため防食性に劣り、７ｍｍ超の場合は防食性能の向上が見られず、コストに見合わない。
【００２６】
本明細書において、主成分とは塗料組成全体の５０ｗｔ％以上、好ましくは６０ｗｔ％以上で１００ｗｔ％以下好ましくは９５ｗｔ％以下を占める成分を示す。
【００２７】
プライマー層あるいはウレタンエラストマー層には各種の添加剤を添加できる。例えば、耐候性や耐摩耗性を付与するため、カーボンブラックや炭酸カルシウム等の顔料を配合しても構わない。その他特性を付与するために解媒、可塑剤、助剤、増粘剤、酸化防止剤、光安定剤等を含有してもよい。
【００２８】
図１に示すように、本発明のウレタンエラストマー被覆鋼材４は、鋼材３の片面または両面にプライマー層２を介して２〜９ｖｏｌ％の気泡を含有したウレタンエラストマー層１を有する。
【００２９】
ウレタンエラストマー層は上述したポリオールとイソシアネート化合物を混合後、スプレー、ヘラ等を用いて塗布後、硬化することによって得られる。
【実施例】
【００３０】
Ｒｚ＝５０μｍのブラスト加工を行った板厚３．０ｍｍの鋼板に、樹脂組成の異なるプライマーをバーコーターにより２０〜４０μｍの厚みに塗布した。プライマーは主剤として両末端ポリオール、硬化剤として両末端イソシアネートを用いた。塗工したプライマーを室温で１日間硬化させた後、予め主剤中に空気を吹き込み、その吹き込み量を調整して気泡含有率を調整したウレタンエラストマー塗料を、エアレススプレーにより３．０〜３．２ｍｍの厚みに塗装した。ウレタンエラストマー層の気泡の含有率と耐衝撃性の関係を表１及び図２に示す。表１には最大気泡直径も併せて示す。硬化剤にはＭＤＩを用い、主剤中の水酸基濃度に対して硬化剤中のイソシアネート基濃度が１：１．０５になるように混合した。ウレタンエラストマー層を塗装した鋼板は７日間室温で放置し、ウレタンエラストマー層を硬化させた。
【００３１】
ウレタンエラストマーの断面観察は走査型電子顕微鏡（（株）日立製作所Ｓ−８００）により加速電圧１５ｋＶで行った。顕微鏡写真中の気泡断面積測定は画像解析装置（ニレコ−（株）ルーゼックスＩＩＩ）で行った。
【００３２】
ウレタンエラストマー被覆鋼材の耐衝撃性は、ＡＳＴＭＧ１４に準拠し、先端径１５．９ｍｍ、重量５ｋｇの落錘を用いた２３℃での落錘衝撃試験で求めた。ウレタンエラストマー層の被覆の破壊を２０ｋＶの導通試験で確認し、破壊の生じない限界高さからの衝撃エネルギーを求め耐衝撃性の指標とした。
【００３３】
【表１】
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【００３４】
図２の結果から、本発明のウレタンエラストマー被覆鋼材ではウレタンエラストマー中の気泡含有率が２〜９ｖｏｌ％であるものの耐衝撃性が気泡を全く含有しないものと比較し、３５％以上の向上（５５Ｊ以上）がみられた。また気泡含有率が９％超のものは気泡を全く含有しないものよりも耐衝撃性が低下した。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
本発明のウレタンエラストマー被覆鋼材は防食性に加えて耐衝撃性に優れ、海洋、港湾、河川等での使用に適する。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の一例を示すウレタンエラストマー被覆鋼材の部分断面図である。
【図２】本発明のウレタンエラストマー被覆鋼材の気泡含有率と耐衝撃性の関係を示す図である。
【図３】（Ａ）は、気泡を全く含有しないウレタンエラストマー層断面の走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真、（Ｂ）は、気泡を２．２ｖｏｌ％含有するウレタンエラストマー断面の走査電子顕微鏡図（ＳＥＭ）写真、（Ｃ）は気泡を７．２ｖｏｌ％含有するエラストマー層断面の走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真、そして（Ｄ）は、気泡を１１．０ｖｏｌ％含有するウレタンエラストマー層断面の走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真である。
【符号の説明】
【００３７】
１…ウレタンエラストマー層
２…プライマー層
３…鋼材
４…ウレタンエラストマー被覆鋼材
５…気泡を全く含有しないウレタンエラストマー層（写真１）
６…気泡を２．２ｖｏｌ％含有するウレタンエラストマー層（写真２）
７…気泡を７．２ｖｏｌ％含有するウレタンエラストマー層（写真３）
８…気泡を１１．０ｖｏｌ％含有するウレタンエラストマー層（写真４）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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