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DNTコーティング技報 No.15
技術解説­2
重防食塗装システムの長期耐久性と水性重防食塗料の応用展開

重防食塗装システムの長期耐久性と水性重防食塗料の応用展開
Long-term Durability of Heavy Duty Coating Systemand Application of the Aqueous Heavy Duty Paint

塗料事業部門 建築・構造物塗料事業部
構造物塗料テクニカルサポートグループ
Paint Operating Division,Architectural and Protective Coatings Department
Protective Coatings Technical Support Group松本 剛司

Tsuyoshi MATSUMOTO

1.

はじめに鋼構造物を様々な環境要因から護り、長年に渡って維持することによって社会インフラを支えていくのが防物質の削減、塗装時の臭気への配慮などの観点より、弱溶剤形塗料が主流となっている。

食塗料の使命である。
その使命を果たすために、高耐

当社においては、近年の樹脂合成技術および塗料配久化・長寿命化、ライフサイクルコストの低減へのアプ合技術の向上により、ジンクリッチペイントから上塗塗ローチが絶えずなされている。

料まで全てが水性塗料で構成される「ＤＮＴ水性重防塗料は品質や性能の選択範囲が広いため、保護や食システム」を開発し、上市している。

美装を目的に多分野に渡り使用されている。高度経済

本報では、溶剤形重防食塗装システムにおける21年成長期以降、急速に整備された橋梁・各種プラント設間の長期耐久性評価結果を紹介し、「ＤＮＴ水性重防備などの大型鋼構造物においては老朽化が懸念され食システム」の重防食塗装分野における展開を述べる。ているものが多数あるが、新規更新による建て替えには莫大なコストと時間が必要なため、補修や補強により維２． 重防食塗装システムについて持管理され長寿命化がなされている。
その中で、重防食塗装システムによる補修は、これら鋼構造物を腐食から護り、美観性を維持していくことにより、長寿命化を支えることを役割としている。
また、近年、地球環境の維持・保全を目的として、光化学スモッグや地球温暖化の原因の一つと言われている揮 発 性 有 機 溶 剤（ VO C：Vo l a t i l e O r g a n i cCompounds）の排出抑制が求められている。各塗料メーカーにおいてもその要求に対応すべく、塗料中に含まれるVOCの削減に対する取り組みが行われている。
現在、鋼構造物の塗り替え塗装においては、旧塗膜への影響、トルエン・キシレンなどPRTR法の指定対象

2.1

各層の役割

重防食塗装は、防食下地・下塗塗料・中塗塗料・上塗塗料と機能の異なる塗料を組み合わせることにより、塗装システムとして長期の耐久性を確保している。適用する個々の塗料については高耐久性化・省工程化が絶えず望まれているが、それらを実現し、システムとして組み合わせることによりVOC削減にも繋がる。
重防食塗装を構成している各塗料の機能を次に示す。

DNTコーティング技報 No.15
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重防食塗装システムの長期耐久性と水性重防食塗料の応用展開

33の残存と顔料の離脱後と推定される窪みの両者が観

1）防食下地無機ジンクリッチペイント・有機ジンクリッチペイン

察された。

ト・溶融亜鉛めっき・金属溶射被膜などがあり、鋼材ど）の犠牲防食作用や亜鉛腐食生成物の緻密化に暴露前面と密着し鋼材よりも卑な電位をもつ金属（亜鉛なよる腐食因子の遮断、アルカリ性保持などの腐食抑制効果によって鋼材の腐食を防ぐ。
防食下地と良好な付着性を有し、水と酸素の腐食因

暴露後

2）下塗塗料子と塩化物イオンなどの腐食促進因子の浸透を抑顔料の離脱跡10μm制して、防食下地の劣化・消耗を防ぐ。

ふっ素樹脂塗膜

3）中塗塗料

図1

下塗塗料と上塗塗料の付着性確保と色相を調整することによって、下塗塗料の色相を隠ぺいする。
4）上塗塗料
耐候性を有し、長期間・光沢や色相を維持し美観をポリウレタン樹脂塗膜

海上大気部 21 年間暴露試験結果
─塗膜表面のSEM 観察結果─

（2）膜厚の減耗量
21年間の暴露試験後の膜厚減耗量観察を図2に示保持する。下層塗膜を紫外線から保護する。

す。
ポリウレタン樹脂塗膜の減耗量は11μm、ふっ素樹2.2

脂塗膜は0.4μmであり、ふっ素樹脂塗膜の高い耐久耐久性

上塗り塗膜をふっ素樹脂塗膜とポリウレタン樹脂塗膜とした場合の長期暴露試験結果を以下に記す。本暴
露試験に供した塗装仕様を表1に示す。
表1
工程

暴露試験供試塗装仕様

ふっ素樹脂塗料塗装系

ポリウレタン樹脂塗料塗装系

防食下地

無機ジンクリッチペイント（75μｍ）

ミストコートエポキシ樹脂塗料下塗（―）

下塗り

エポキシ樹脂塗料下塗（60μｍ） 2回

中塗り

ふっ素樹脂塗料用中塗（30μｍ） ポリウレタン樹脂塗料用中塗（30μｍ）

上塗り

ふっ素樹脂塗料上塗（20μｍ） 2回 ポリウレタン樹脂塗料上塗（30μｍ）

注1:（ ）
内の数値は膜厚を示す
注2:上塗りの色相は橙系（（一社）
日本塗料工業会 塗料用標準色：E09-50X）

暴露試験は、（国立研究開発法人）土木研究所が設置した海洋技術総合施設（静岡県大井川町沿岸、ISO9223でC4に分類される腐食環境）の海上大気部にて21年間実施した。以下に調査項目と結果を記載する。
（1）塗膜の表面観察性が確認された。
11μm

0.4μm

ふっ素樹脂塗膜

図2

樹脂塗膜表面には、樹脂層の劣化に伴う亀裂と顔料の露出が認められた。
ふっ素樹脂塗膜表面には、樹脂層

20μm

ポリウレタン樹脂塗膜

海上大気部 21 年間暴露試験結果
─膜厚減耗量─（3）電気化学的測定
塗膜下腐食診断装置による電気化学的測定結果を表2に示す。全般的な傾向はポリウレタン樹脂塗装系よりもふっ素樹脂塗装系の方が優れており、いずれの塗装系も十分な防食性を維持していることが確認された。
表2

塗膜下腐食診断装置による電気化学的測定結果
分極抵抗 分極容量 塗膜抵抗 塗膜容量log（Ω･c㎡）log（F/c㎡）log（Ω･c㎡）log（F/c㎡）

21年間の暴露試験後の塗膜表面の電子顕微鏡（SEM）観察結果を図1に示す。暴露後のポリウレタン

39.4μm

56.3μm 56.7μm
30μm

ふっ素樹脂塗装系

9.46-9.32

8.66-10.22

ポリウレタン樹脂塗装系

8.24-9.61

7.57-9.95

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技術解説­2
重防食塗装システムの長期耐久性と水性重防食塗料の応用展開（4）塗膜内部への塩化物イオンの浸透

現在、同様の各試験を下記に解説する「ＤＮＴ水性測定結果を図3に示す。
いずれの塗装系も塩化物イオンが防食下地まで浸透している様子は認められなか

重防食システム」
においても実施しており、長期的な検証を実施している。

った。

3． 水性化における課題点
塩化物イオン

水は揮発速度が遅く表面張力が高いという特性を持つことから、水性塗料を取り扱う上で十分な注意が必要

200μm

暴露前

電子顕微鏡

200μm

暴露後

ふっ素樹脂塗装系

図3電子顕微鏡

200μm

電子顕微鏡

暴露後ポリウレタン樹脂塗装系

海上大気部 21 年間暴露試験結果
─塗膜内部への塩化物イオン浸透状況─

（5）防食下地の健全度
ふっ素樹脂塗装系の亜鉛粒子断面のSEM観察とEDXによる亜鉛と酸素元素の分析結果を図4に示す。
亜鉛粒子の形態的な変化は認められず、健全な状態を維持していることが確認された。
また、亜鉛粒子表面に酸素の存在は認められず、亜鉛粒子に酸化劣化は生じていないことが推定された。となる。
防錆・防食用塗料分野における注意点としては、①希釈シンナーによる乾燥性の調節ができない。
②乾燥が溶剤形と比較して遅く、特に高湿度下においては白化などの不具合を生じやすい。
③溶剤形と比較して基材とのなじみが悪く、さびへの浸透性が低いため、素地調整を十分に行う必要がある。という点が挙げられる。
これまでに実施された評価報告として、（国立研究開発法人）
土木研究所発行の「鋼構造物塗装のVOC（揮1）があ発性有機化合物）削減に関する共同研究報告」

る。
重防食分野における水性塗料・低溶剤形塗料・無溶剤形塗料の詳細な評価結果が報告されており、水性塗料としては水性無機ジンクリッチペイント・水性有機ジン

暴露前クリッチペイント・水性エポキシ樹脂塗料・水性ふっ素樹
脂塗料における性能評価と夏季および冬季各環境における試験塗装結果が紹介されている。
防食性および耐候性などの塗膜性能においては溶剤形と同等であること暴露後が示されているが、施工性においては、いくつか課題があることが報告されている。
課題としては、①溶剤形塗料と粘性挙動が異なるため、刷毛・ローラ亜鉛のマッピング像 酸素のマッピング像

ー塗装においては均一な塗膜厚に塗装することに海上大気部 21 年間暴露試験結果
─ふっ素樹脂塗装系の亜鉛粒子断面 SEM
観察写真とEDXによる元素の分析結果 ─②低温や高湿度環境下では塗膜は乾燥しにくく、そのSEM像

図4以上の結果から、ふっ素樹脂塗膜の表面劣化はポリウレタン樹脂塗膜より小さく、下塗り〜上塗りまでの複合塗膜がジンクリッチ塗膜を長期間にわたって保護していることが示唆される。

難点があり、厚膜になるとたれやすい。
ような環境で形成した塗膜は膨れなどの欠陥が発生する懸念がある。
③塗装時の残存さびの影響が大きいため、溶剤形以上に素地調整に対して十分な注意が必要である。という点が示されている。

DNTコーティング技報 No.15
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4．「ＤＮＴ水性重防食システム」の性能
4.1 「ＤＮＴ水性重防食システム」の特長「ＤＮＴ水性重防食システム」の主な特長を以下に記す。
①重防食塗装を防食下地から上塗りまで全て水性塗料で構成することができる。
②全ての塗料が反応硬化タイプであり、硬化塗膜は溶剤形塗料と同等の性能を有する。
③溶剤形塗料を用いた塗装システムと比較して、VOCを大幅に削減することができる。
④溶剤形塗料と比較して、倉庫での貯蔵量を大幅に増加できる。
⑤塗料中に有害な重金属（鉛・クロムなど）を含まない。

図5「ＤＮＴ水性重防食システム」
では、鋼材に直接塗装水性化を実現している。特に海岸の近くなど腐食条件の厳しい環境において長期的に鋼材を腐食から護るには、鋼材に対して犠牲防食作用を示す金属亜鉛を含有するジンクリッチペイントの適用が効果的である。周知のとおり、大気中における鋼材の腐食は、鋼材表面に水分および酸素が存在する場合に局部電池が形成されて電気化学反応が生じ、さびが生成されることにより進

弱溶剤形重防食
塗装システム（ふっ素）

沖縄暴露試験 3 年後の外観

120
◆
●
▲
100 ■

光沢保持率（％）

されるジンクリッチペイントまたは下塗塗料においても強溶剤形重防食
塗装システム（ふっ素）

ＤＮＴ水性重防食システム
（ふっ素）

■
◆▲
●80■
◆▲
●6040◆20●0■

▲0■
◆▲●■
◆●▲■
◆◆■■
◆◆
■

◆■

●
▲

水性ふっ素樹脂塗料上塗
溶剤形ふっ素樹脂塗料上塗
水性ポリウレタン樹脂塗料上塗
溶剤形ポリウレタン樹脂塗料上塗

500

◆
■

●
▲
▲
●
●
▲

1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500

行する。水性のジンクリッチペイントまたは下塗塗料を時間（H）

鋼材に塗装するということは、さびの発生要因の一つで図 6 キセノンランプ法による促進耐候性試験結果ある水を鋼材表面に直接塗り付けることになるが、これらの塗料中の水が腐食要因として作用しないような塗4.2 標準塗装仕様と塗膜乾燥性料設計がなされている。

表3に「ＤＮＴ水性重防食システム」の標準塗装仕様

また、ジンクリッチペイントから上塗塗料まで全て反を示す。
溶剤形と同様に用途によりポリウレタン塗装シス応硬化タイプとなっており、主剤および硬化剤にそれぞテムもしくはふっ素塗装システムの選定が可能である。

れ含まれる樹脂同士が反応、架橋することにより、強固重防食塗装系は、そのほとんどが大型の鋼構造物にな塗膜が形成される。
このことにより、長期的に溶剤形採用されることから、屋外環境で塗装されることが多と同等の塗膜性能を発揮することができる。

い。
したがって、塗装時の天候（気温・湿度）によっては、「ＤＮＴ水性重防食システム」
は従来の溶剤形重防塗装後間もないうちに降雨・結露に遭遇してしまう場合食システムと同等の性能を持ち、かつ該当するJIS規格も生じる。
そのため、水性塗料を塗装した塗膜が降雨・の品質を有していることを確認している。図5に沖縄暴結露によって溶かされ、流されないように、塗装後早期露3年の外観写真を示す。
また、図6にキセノンランプ法に塗膜が乾燥し、水に溶解し難くなるように設計されてによる促進耐候性試験結果を示す。

いる。

36

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重防食塗装システムの長期耐久性と水性重防食塗料の応用展開

表3 「ＤＮＴ水性重防食システム」の標準塗装仕様
新工程商

品

名

設
塗装方法

標準膜厚 標準使用量（μm） （ｇ/㎡/回）

希釈率（％）

塗装間隔
（20℃）

素地調整

ブラスト処理（ISO-Sa2 1/2）

防食下地

水性ゼッタールＥＰ−２ＨＢ

エアレス

75

570

0〜5

16時間〜1ヶ月

下塗り第一層

水性エポオール

エアレス

60

340

0〜10

16時間〜10日

下塗り第二層

水性エポオール

エアレス

60

340

0〜10

16時間〜10日

中塗り

水性エポニックス 中塗

エアレス

30

170

5〜15

16時間〜10日

ふっ素仕様

水性ＶフロンＨ 上塗

エアレス

30

160

0〜10−

ポリウレタン仕様

水性ＶトップH 上塗

エアレス

30

150

0〜10−

希釈率（％）

塗装間隔
（20℃）

上塗り

4時間以内

塗り替え
工

程

商

品

名

塗装方法

標準膜厚 標準使用量（μm） （ｇ/㎡/回）

素地調整

動力工具にて、さびおよび劣化塗膜を除去し、活膜は入念な目粗しを行い、塵埃などの異物を除去する（発さび部の除錆度：ISO-St3.0以上）

下塗り第一層

水性エポオール

刷毛・ローラー60

260

0〜1016時間〜10日

下塗り第二層

水性エポオール

刷毛・ローラー

60260

0〜1016時間〜10日

中塗り

水性エポニックス 中塗

刷毛・ローラー

30

1305〜1516時間〜10日

ふっ素仕様

水性ＶフロンＨ 上塗

刷毛・ローラー

30

1300〜10−

ポリウレタン仕様

水性ＶトップH 上塗

刷毛・ローラー

30

1200〜10−

上塗り

4.3

地球環境への貢献と安全性

図7に「ＤＮＴ水性重防食システム」と溶剤形システムとのVOC排出量比較を示す。重防食塗装システムを全て水性塗料で構成することができるため、塗料中の溶媒および希釈用シンナーも水であることから、既存の溶剤形塗料を用いた塗装システムと比較して、塗料から放出されるVOCを新設塗装系では約90％、塗り替え塗装系では約85％削減することができる。
したがって、本塗装システムを採用することにより、塗装時のシンナーなどによる臭いもほとんどないことから、塗装環境の大4時間以内①新設溶剤系
ふっ素塗装システム②新設水性
ふっ素塗装システム③塗り替え溶剤系
ポリウレタン塗装システム④塗り替え水性
ポリウレタン塗装システム

約90％削減約85％削減0 100 200 300 400 500 600 700 800
VOC量（g/㎡）※VOC量は最大希釈率にて算出

図 7 「DNT 水性重防食システム」と溶剤形塗装システムとのVOC 排出量比較

幅な改善ができ、ひいては地球環境の維持・保全に繋4.4 フィールドにおける試験塗装評価げることができる。

重防食分野における水性塗料の規格例としては、日

消防法においては、そのほとんどの商品が非危険物

本道路協会「鋼道路橋防食便覧」2）に環境にやさしいとしての取り扱いとなるため、倉庫での貯蔵量を大幅に塗装仕様例として掲載されており、また（公益財団法増やすことができるとともに、塗料の希釈には水道水を人）鉄道総合技術研究所「鋼構造物塗装設計施工指用いることから、専用シンナーを購入・保管しておく必針」3）に一般外面の塗装仕様（新設・塗り替え）として規要もなくなる。

格化されている。現在のところ適用例は少ないが、今後

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重防食塗装システムの長期耐久性と水性重防食塗料の応用展開

補修前外観

補修塗装状況

補修後外観

図 8 「DNT 水性重防食システム」の適用例 ─ 鋼製タンク塗り替え─
本格的に展開されると考えられる。
「ＤＮＴ水性重防食システム」
は、橋梁・貯蔵タンクなどのプラント設備・歩道橋・鉄塔などに数多くの試験施工を実施しており、実フィールドにおける性能評価を実施している。
その中の一例として、海岸地域における貯蔵タンクの塗り替え塗装への適用例を紹介する。図8に鋼製タンク補修前・補修塗装状況および補修後の写真を示す。
試験施工は冬季環境の低温時に行い、塗装前処理は2種ケレン（ISO-St3）
にて除錆し、刷毛・ローラー塗装にて実施した。塗装仕様は水性ゼッタールＥＰ-２ＨＢ（乾燥膜厚40μｍ）／水性エポオール（乾燥膜厚60μｍ）／水性エポオール（乾燥膜厚60μｍ）／水性エポニックス中塗（乾燥膜厚30μｍ）／水性ＶフロンＨ上塗（乾燥膜厚30μｍ）にて供試した。低温時の塗装であったが乾燥性に問題はなく、塗装作業性も良好であり、規

5． おわりに本報で紹介した「ＤＮＴ水性重防食システム」
は、塗料中のVOCを大幅に削減することにより、塗装環境および地球環境への影響を低減させた画期的な塗装システムである。
また、これまでの溶剤形重防食塗装システムと同等の塗膜性能を有していることから、橋梁・各種プラント設備などの大型鋼構造物の長寿命化を支えていくことが可能な商品である。
また、
これまでシンナーの臭気などにより適用が困難であった、住宅街や人通りの多い繁華街・駅およびその周辺においても、従来よりも耐久性の高い重防食塗装の展開が可能となる。今後、「ＤＮＴ水性重防食システム」が市場に広く展開され、地球環境および社会へ貢献できることを期待する。

定の乾燥膜厚を確保できている結果であった。
また、仕上がり外観も良好であった。現在、長期的な継続調査を実施中である。

参考文献
1）国立研究開発法人土木研究所：「鋼構造物塗装のVOC削減に関する共同研究報告」（2010）
2）公益社団法人日本道路協会：「鋼道路橋防食便覧」（2014）
3）公益財団法人鉄道総合技術研究所：「鋼構造物塗装設計施工指針」（2013）

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