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技術解説−3
金属外装建材向け塗装システムの環境問題への取り組み

金属外装建材向け塗装システムの環境問題への取り組み
Actions to Environmental Issues in Coating Systems
for Metal Exterior Building Materials

一般塗料部門 金属機械塗料事業部
マーケッティンググループ
General coating Division Metal and Machinery Coating Dept.
Marketing Group

田村 俊輔

大上 有紀

Shunsuke TAMURA

Yuki OGAMI

はじめに

2． 塗装システムについて

金属外装建材（カーテンウォール）向け塗料は、素材

高層ビルに対する要求性能の中で最も重要視されるの保護と美観を目的とし、耐久性を考慮した塗料の選定のが、 耐久性 である。その代表がふっ素樹脂塗装シが行われてきた。特に高層ビルの外壁には、立地条件ステムであり、期待通りの耐久性を得るためには以下のから塗り替えが困難なため、耐食性に優れた素材、下塗り、4点が重要である。

1.

高耐候性の上塗り塗料が数多く用いられている。
21世紀を迎えた昨今では、世界的に環境問題への塗関心が高まり、環境負荷物質の使用制限が自動車業界

料（ELV指令）、電気業界（RoHS指令、WEEE指令）により進められている。その動きはカーテンウォール業界
塗装管理へも徐々に広まりつつある。本稿では、
カーテンウォール
素に関連する環境問題、とりわけクロムフリーにポイントを材前処理

おき、従来の塗装システムから将来へ向けての取り組みを紹介する。

素
材：用途に適したもの
塗料：下塗塗料、塗料、シンナー等の選定
塗装管理：素材、前処理、塗料、工程、膜厚、焼付条件等

図１ カーテンウォールにおける塗装システム

2.1

用途に適した良い素材の選択

カーテンウォール用の素材は、亜鉛めっき鋼板、アルミニウム、ステンレスがある。アルミニウムが加工性、耐食性、軽量かつ資源が豊富であるとの優位性から多く使用されており、今後も継続するものと考えられる。

35

2.2

2.3 耐久性の良い塗料の選択

素材に適した良い前処理の選択

アルミニウムの前処理は、アルマイト処理とクロメート処

アルマイト処理は、均一な皮膜厚が得られることから理に大別される。アルマイト処理は、電気化学的方法で下塗り工程を省略するケースが多い。一方、クロメート処アルミニウムの酸化皮膜を生成する。この皮膜自身が耐理は、皮膜厚が薄く、素材の形状によっては、皮膜の厚食性を持ち、塗装前の下地処理として使われている。ア

みに多少の幅が生じるため、素材の耐食性、塗膜の付

ルマイト処理には封孔方法、アルマイト皮膜の厚みのコン着性を補うために下塗り塗膜が必要である。

トロール、塗装までのインターバル等の管理が重要である。

下塗り塗膜は一般的には素材および上塗りとの付着

一方、クロメート皮膜の耐食性は、3価クロムの酸化物・性に優れたエポキシ樹脂塗料が用いられ、また高耐食水酸化物を主成分とする高分子皮膜による外的因子の性を必要とする場合はクロム系防錆顔料を含むことがある。

遮蔽効果と6価クロムを含む可溶成分による皮膜欠陥

上塗り塗膜は、フッ化ビニリデン(PVDF)を含有した高部の再形成（自己補修効果）にある。一般に皮膜の組温焼付形ふっ素樹脂塗料とフルオロエチレンビニルエー

フェ成は、非促進型：Cr(OH)2・HCrO4・Al(OH)3・2H2O、テル（FEVE）を含有した中温焼付形ふっ素樹脂塗料

リシアン錯塩促進型：CrFe(CN) 6・6Cr(OH) 3・H 2CrO 4・が主流である。

2Al2O3・8H2Oである。これらのクロメート皮膜は、塗装とPVDF樹脂は、白い粉状でありアクリル樹脂と溶剤にの組み合わせにより優れた耐食性が得られる。更に、比分散させ塗料化を行う。塗膜の形成は、230℃以上の熱較的低コストで管理が容易であり、皮膜が安定しているでPVDF樹脂が溶融することにより成膜し、冷却過程にことから現在幅広く採用されている。

おいて樹脂が再結晶化する。そのため、塗膜表面には、結晶化したPVDF樹脂、顔料、アクリル樹脂などが混在し、脱反射光は、塗膜表面での拡散反射と塗膜内部から戻っ脂てきた光とが混合し、高光沢（鏡面光沢値60°以上）の塗膜を得ることができない。
光輝仕上げ（電解研磨）

エッチング

粗面仕上げ
マット処理

FEVE樹脂は、溶剤に可溶で液状でありイソシアネート樹脂などの硬化剤を併用することにより塗膜を形成する。
この場合、硬化剤を選択することにより、常温から160℃中の範囲で硬化する。光沢はつや消し剤を用いることで和艶有りから３分艶までの調整が可能である。
表１ ＰＶDＦ樹脂とＦＥＶＥ樹脂の特性
ノン
クロ
メート
皮膜

硫酸
アル
マイ
ト皮膜

クロ
メ
ート皮膜

ＰＶDＦ
H
分子構造

F

（ −Ｃ −Ｃ − ）ｎH F

ふっ素原子含有％ ５９．
３
性
特殊湯洗状

塗膜形成

熱溶融

硬化条件

２３０℃×１０分

図２

塗装向け下地処理工程

代表銘柄

F F

H H

−（−Ｃ−Ｃ−）−（−Ｃ−Ｃ−）−F X
H O−R ｎ
Ｘ＝Ｆ，ＣＦ３，Cl，Ｒ１Ｒ４ＯＨ，ＣＯＯＨ
２５〜３０

粉状（結晶性ポリマー） 液状（非晶質ポリマー溶剤可溶）

硬化剤又は併用樹脂 アクリル樹脂
塗装工程

FEVE

ＫＡＹＮＡＲ−５００（ARKEMA 社）

当社の塗料品名 デュフナー系

架橋硬化
常温（２液）１２０〜１８０℃×２０分（１液）
メラミンまたはイソシアネート
ルミフロン（旭硝子（株））
Ｖフロン＃２０００系

技術解説−3
金属外装建材向け塗装システムの環境問題への取り組み

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表２
塗装系
塗
装 塗装前処理工程塗料

Ｖフロン＃２０００上塗系

クロメート系化成皮膜処理

塗装用陽極酸化被膜

クロメート系化成皮膜処理①デュフナー＃１００Ｓ①デュフナープライマー＃3０AL①Ｖフロン＃２０００上塗②デュフナー＃１００Ｓ①ＣＦプライマー②Ｖフロン＃２０００上塗

２０-２５μｍ３０−３５μｍ

２０-２５μｍ

３０−３５μｍ

渦電流式膜厚計

Ｆ以上

Ｆ以上

Ｆ以上

Ｆ以上

ASTM D3363

破れ無し

破れ無し

破れ無し

破れ無し

ｲｰｸﾞﾙﾀｰｸｵｲｽﾞ鉛筆

１００／１００１００／１００１００／１００１００／１００1mm碁盤目テープ法

１００／１００１００／１００１００／１００１００／１００38℃×24時間

ブリスター無し

ブリスター無し

ブリスター無し

ブリスター無し

１００／１００１００／１００１００／１００１００／１００

ブリスター無し

ブリスター無し

ブリスター無し

ブリスター無し

耐衝撃性

テープ剥離無し

テープ剥離無し

テープ剥離無し

テープ剥離無し

耐摩耗性

摩耗係数４０以上

摩耗係数４０以上

摩耗係数４０以上

摩耗係数４０以上

ブリスター無し

ブリスター無し

ブリスター無し

ブリスター無し10%

外観異常無し外観異常無し外観異常無し外観異常無し15分スポット

ブリスター無し

ブリスター無しブリスター無し

ブリスター無し

温度38℃、湿度100%

外観異常無し外観異常無し外観異常無し外観異常無し24時間△Ｅ＝５以下△Ｅ＝５以下△Ｅ＝５以下△Ｅ＝５以下

剥離無し

剥離無し

剥離無し

剥離無し

3%ｰﾃｸﾆｶﾙｸﾞﾚｰﾄﾞ試薬

外観異常無し外観異常無し外観異常無し外観異常無し38℃×72時間

耐ウィンドクリーナー性

剥離無し

剥離無し

剥離無し

剥離無し

3%ｶﾞﾗｽｸﾘｰﾅｰ

外観異常無し外観異常無し外観異常無し外観異常無し24時間ｽﾎﾟｯﾄﾃｽﾄ

耐湿性Ｎｏ.８Ｆ 以上

Ｎｏ.８Ｆ 以上

Ｎｏ.８Ｆ 以上

Ｎｏ.８Ｆ 以上

カット部 ７点以上

カット部 ７点以上

カット部 ７点以上

カット部 ７点以上

5%食塩水

平面部 ８点以上

平面部 ８点以上

平面部 ８点以上

平面部 ８点以上

4000時間

塗膜硬度
一次付着性
耐水性

沸騰水性

膜

デュフナー＃１００Ｓ系
塗装用陽極酸化被膜

膜厚

塗

塗膜性能比較一覧表性
能 耐塩酸性耐モルタル性

耐硝酸性

耐洗剤性

塩水噴霧性

備考

99-100℃×20分
ガードナー可変衝撃テスター（5/8インチ径0.1インチ変形）
ASTM D968
落砂試験

70%

塩酸

硝酸

30分ﾍﾞｰﾊﾟｰﾃｽﾄ

温度38℃、湿度100%
4000時間

規格：ＡＡＭＡ２６０５に基づく弊社の試験データ
塗装用陽極酸化皮膜処理については、塗装までのインターバルが１日以内の材を使用;;; ;;;
上塗塗膜

上塗塗膜

アルマイト
皮膜

素

下塗塗膜
クロメート皮膜材

素

アルマイ
ト処理の場合アルマイ
ト処理の場合図3

材

クロメート処理の場合

塗膜のイメージ

2.4 前処理、塗装工程の良い管理
要求性能を満足する塗膜を形成するためには、一定の膜厚、色調、塗膜品質を作り出すための塗装条件、焼付炉の温度と時間などの塗装管理と塗装品の検査管理が必要であり、塗装業者の管理体制によるところが大きい。

37

3． ノンクロメート処理剤の現状について
1970年代に入り、6価クロムの有害性が顕在化し、ノンロメート化成皮膜は、内装、ブラインド、カラーアルミで実クロメート化成皮膜が開発され、各分野において順次代用化されている。一方、カーテンウォールでは、今まで殆替が進んできている。そこで、化成処理皮膜の脱クロメど採用されていないと考えられる。

ート化への移行を表３に示す。建材分野において、ノンク

表３ クロムフリー化の動向
分

飲

１９７０年代１９8０年代１９9０年代2000年代缶

リン酸クロメートエンド

リン酸クロメート

エアコン

クロム酸クロメート

ジルコニウム・チタニウム系

ロードホイール

クロム酸クロメート・リン酸クロメート

ジルコニウム・チタニウム系

パネル

クロム酸クロメート

一般

クロム酸クロメート

エアコン

クロム酸クロメート →リン酸クロメート

内装

クロム酸クロメート →リン酸クロメート

ジルコニウム系

料

自動車

家

野

ジルコニウム系

リン酸亜鉛系
ジルコニウム・チタニウム系

電樹脂系、樹脂・無機系
ジルコニウム・チタニウム系

クロム酸クロメート
建材

ブラインド

塗布型ジルコニウム・チタニウム系
リン酸クロメート

カラーアルミクロム酸クロメート・リン酸クロメート

塗布型ジルコニウム・チタニウム系

表４ 前処理皮膜の特性

3.1 ジルコニウム系化成処理（ノンクロム処理）

化成処理皮膜

陽極酸化皮膜クロム酸クロメート リン酸クロメート ノンクロメート−

ジルコニウム化成処理はZr3(PO4・) ｎH2Oを主体とした、Zr量が5〜30mg/㎡ (0.005〜0.03μｍ)の薄い膜である。
このため、金属表面の影響を受けやすく、洗浄を含めた種類六価、三価クロム

処理条件の管理が性能を大きく左右する。皮膜が薄いと耐食性が劣り、皮膜が厚いと塗膜の密着性が劣ることから皮膜厚の制御が重要な管理項目となる。
用途

3.2 リン酸クロメート化成処理（３価クロム処理）
処理液は6価のクロム、リン酸を主成分とするPH1.5〜3.0の酸性溶液であるが、皮膜は3価クロムのみから形成される。皮膜の組成は、
Al2O3・2CrPO4・8H2Oと考えられている。
リン酸クロメート皮膜には、自己補修効果はない。
各種化成皮膜の特性を表 4に示す。

耐食処理
塗装下地

ジルコニウム系
三価クロム

２Ｏ3
チタニウム系 Ａｌ
バナジウム系

塗装下地
塗装下地
飲料缶の自動車部品
耐食処理
エンド材
飲料缶の塗装下地（１９４５年〜） ボディー
（２０００年〜）

耐食性に優れ建 耐食性にる三価クロムと材優れるは自然界に安し塗処理管理幅て 装 処 理 管 理 が 定した化合物が狭いの下容易で存在（強酸特地
徴性下では六価有害物質含有に酸化される）塗装までのインターバルや処理に厳しい管理が必要38

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4． 塗膜性能
各種前処理皮膜における現行塗料と試作塗料の塗膜性能を表.5に記載する。
表5

各種皮膜処理と塗膜性能
ノンクロムクロム
下塗

上塗

６価クロム処理（クロム酸クロメート皮膜）

３価クロム処理（リン酸クロメート皮膜）

ノンクロム処理（ジルコニウム系皮膜）
Ｂ社

耐湿試験、沸騰水試験の評価
塩 水 噴 霧 試 験 の 評 価

#30Z
比較

#30AL
（現行）

NC-1
改良塗料

ノンクロム
NC-2
改良塗料

CFプライマー
現 行

デュフナー＃１００Ｓ

NC-3
改良塗料

NC-4
改良塗料

Ｖフロン＃２０００上塗

1mm碁盤目、衝撃性

○

○

○

○

○

○

○

耐湿試験
3000時間

○

○

○

○

○

○

○

○

○

○

○

○

○

○

○

○

○

○

○

○

○

○

○

○

○

○

○

○

○

○

○

○

○

○

○

○

○

○

○

○

○

○

○

△

△○〜△

△

○〜△○〜△

○

○

○

○

○

○

○

○

○〜×

○

○

○〜△○

○

○

△〜×○〜△○〜△

△

△○〜△

○

×
膨れ大△
膨れ△
膨れ

△○〜△○〜△

沸騰水試験
7時間
塩水噴霧試験
3000時間1mm碁盤目、衝撃性耐湿試験
3000時間沸騰水試験
7時間
塩水噴霧試験
3000時間1mm碁盤目、衝撃性耐湿試験
3000時間沸騰水試験
7時間
塩水噴霧試験
3000時間○：良好△：膨れ○：カット部膨れ無し

4.1

化成処理と塗膜性能

4.1.1

化成処理の耐食性

×：碁盤目試験で剥がれあり△：カット部膨れ２mm未満
×：２mm以上

まずは、前処理皮膜のみで耐食性を塩水噴霧試験
2000時間で検証した結果を図４に示す。ノンクロム処理の種類において差が認められるが、比較的に耐食性の良好なＢ社品にてもクロム酸クロメート皮膜より腐食が目立つ結果となった。

６価クロム処理Ａ社 ノンクロ処理

B社 ノンクロ処理

図４ 皮膜処理した素材における塩水噴霧試験２０００時間

39

5． おわりに4.1.2 デュフナー＃100S塗装系の塗膜性能
現行下塗(#30AL)は、クロム酸クロメート皮膜において、全ての塗膜性能試験で良好な結果を示す。
リン酸クロメート皮膜においては、塩水噴霧試験のカット部で2mm以下の膨れが認められる。
ジルコニウム系皮膜においては、耐湿試験、沸騰水試験で膨れと剥離が発生した。

カーテンウォールの塗装システムも、環境問題の中でノンクロム化の動きが広まり始めた。特に、高層ビル向けアルミニウムのカーテンウォールでは下地処理のノンクロム化が進んでいる。既に陽極酸化皮膜（アルマイト）を行う

4.1.3 Ｖフロン#2000塗装系

方法ではアルマイト＋ふっ素塗料の塗装システムが実用

現行下塗(CFプライマー)は、4.1同様クロム酸クロメー化されている。

ト皮膜において、全ての塗膜性能試験で良好な結果を一方、国内のカーテンウォール塗装業は、前処理とし示した。
リン酸クロメート皮膜においては、塩水噴霧試験てクロム酸クロメート処理を多く採用している。クロム酸クのカット部で2mm以下のフクレがある。ジルコニウム系皮ロメート皮膜の性能に頼ってきた塗装システムは、ノンク膜においては、耐湿試験、沸騰水試験でフクレがあり、塩ロム処理皮膜の性能がそれに達していない状況で、塗水噴霧試験のカット部では2mm未満のフクレがある。デ膜による性能維持が望まれている。
ＥＵで許可されていュフナー#100Ｓ塗装系も含め、ふくれの要因は、前処理る３価クロム処理皮膜上では、従来品に近い性能を示す被膜の差が大きく影響したと考えられる。

塗装システムを得ているが、ノンクロム系では未だ充分な性能が確立されていないため、更なる検討を進めている。

4.2 下塗り改良塗料について顔料の種類、および、顔料と樹脂の比率の変更により、下塗り塗料の膨れ抑制効果を期待し、改良検討を行った。
改良塗料NC-3、NC-4（デュフナー#100S系）
は、
塩水噴霧試験のカット部2mm以下の膨れと効果が認められる。
改良塗料NC-3、NC-4 (Ｖフロン#2000塗装系)は、塩水噴霧試験のカット部で2mm以下の僅かなフクレとなり、効果が認められる。
また、
Ｖフロン#2000系の方がデュフナー系と比較し、良好な結果を示した。
以上のことから、リン酸クロメート皮膜上での下塗り改良塗料はクロム酸クロメート皮膜の現行仕様にほぼ近い性能を示している。
しかし、カット部からの微少な膨れがある。これは、3価クロムの皮膜は自己補修効果を持たないため、カット部からの腐食が進行しやすく、改良塗装系においてもカット部の膨れを充分に抑制ができなかったと考える。また、
ジルコニウム系皮膜上での改良塗装系は、カット部の膨れの効果は認められるものの、クロム酸クロメート被膜の現行仕様と比較すると未だ膨れが大きく劣る結果となった。

また、環境問題の動きはノンクロムのみならずＶＯＣ規制の広がりも予測されるため、ふっ素樹脂塗料の粉体化、電着化、水系化への動きも考慮することになろう。