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DNTコーティング技報 No.22
報文-1
高遮断性を有する剥離抑制型変性エポキシ樹脂塗料の開発

DNTコーティング技報 No.22
報文-1
高遮断性を有する剥離抑制型変性エポキシ樹脂塗料の開発

高遮断性を有する剥離抑制型変性エポキシ樹脂塗料の開発
Development of Peel-Suppressing Modified Epoxy Resin Paint
with High Barrier Properties

塗料事業部門 構造物塗料事業部
テクニカルサポートグループ
Coating Business Div.
Protective Coatings Dept.
Technical Support Group

Kenichiro YAMAUCHI

要旨

悠平

Yuhei SHIMIZU

加藤

いく傾向を示し、最終的に塗膜剥離に至ることから要件までの時間（腐食進展期間＝塗膜欠陥が表面化するを満たしていない。
従って、既存の補修塗装仕様において塗膜の自然剥離現象に対して支配的な要因は、温度までの期間）の和で説明しており、腐食性物質が鋼表①と②は、相反する要件となる。
これに対し、著者らの開変化に起因する塗膜の熱収縮・熱膨張である。鋼材と面に到達するまでの時間をできるだけ延長し、さらに付発した低α塗料は、塗膜厚が厚くなるほど塗膜剥離を抑比較し線膨張係数が高い一般塗膜で補修塗装を繰り着力を確保することが塗膜の長期耐久性の維持に繋制する機能を有し、良好な付着性を維持し続けることが返した場合、両者の線膨張係数の差に起因して塗膜のがるとしている
（式1参照）。

できることから、①と②を両立させることが可能であり、塗

自然剥離現象が生じる。一方で、線膨張係数を低減さ

L ： 耐用期間t ： 塗膜（mm）
D： 拡散係数（mm2/sec）
τ： 付着力その他の要因

Mizuki KATO

式1 塗膜耐久性の考え方に関する
G. Menges, W. Schneiderらの関係式
式中のD（拡散係数）
は、酸素、水、塩化物イオンなどの腐食性物質が塗膜中に侵入し拡散する度合いを単膜の耐久性を大きく高めていると考える。
一方で、
③に対

せた低α塗料は温度変化に対する熱収縮・熱膨張がする低α塗料の性能は従来塗料と同程度であるが、塗料

小さく寸法安定性に優れるという特長を有している。
この配合設計において検討の余地を有している。

のため、一般塗膜上に低α塗料を塗り重ねた場合、一著者らの研究グループは、塗膜の耐用年数（耐久性）

般塗膜の熱収縮・熱膨張による寸法変化が抑制され、を決める①〜③の要件全てを高い水準で兼ね備えた新一般塗膜を含む塗膜全体の寸法安定性が向上する

規塗料を開発した。
本報では、新たに開発した高遮断性（図1）。
これにより、塗膜全体の応力が低減され、結果を有する低α塗料の特性および従来の変性エポキシ樹として剥離抑制効果が発現する。
また、一般塗膜上に脂塗料との各種性能比較試験結果について報告する。

塗り重ねる低α塗料の膜厚増加に伴い塗膜全体の寸２． 線膨張係数と剥離抑制メカニズム

塗膜の線膨張係数を低く設計することで、既存塗膜

高度経済成長期に建設された鋼構造物の多くは、度位面積当たりの時間で示した値である。
また、腐食性物の自然剥離リスクを低減できることが分かっている。今重なる塗り替え塗装によって既存塗膜が過剰膜厚化し質が鋼面に到達しても塗膜の付着力が維持されている

般、剥離抑制機能に加えて、水中部用途向けタールフリた状態にあり、一部の鋼構造物においては塗膜内応力

間は鋼界面への腐食性物質の滞留や鋼界面に沿ったー変性エポキシ樹脂塗料相当の環境遮断性を有するの増大に伴い、
自然剥離する事例が認められている。

横方向への腐食進展は妨げられるので致命的な欠陥

線膨張とは温度変化に応じて物体の寸法が変化（膨新規塗料の開発を行い、従来の変性エポキシ樹脂塗

これらの老齢化した鋼構造物は、現在の財政事情を考にはならない。
しかし、塗膜の付着不良が生じた段階で張・収縮）する現象であり、線膨張係数αは温度が1℃変料との各種性能比較試験結果について報告する。

慮すると今後も塗り替え塗装による維持管理を行なっ

付着不良部へ腐食性物質が滞留し、徐々に腐食現象を化した時の線膨張の変化量を係数として表す物質に固ていく必要がある。上記課題に対して、著者らの研究グ拡大していく。
そのため、鋼表面に腐食性物質が到達し有の値である。
代表的な素材の線膨張係数を表1に示す。

ループは塗り重ねることで塗膜の自然剥離現象を抑制

た後、塗膜の膨れや鋼の発錆など外観上の欠陥として可能な線膨張係数（α）
を低減させた剥離抑制型変性

表面化するまでの塗膜付着力が維持されている期間

エポキシ樹脂塗料（以下、低α塗料と称す）を開発して（腐食進展期間）をτとしている。従って、以下①〜③のいる1）。

要件を有する塗装仕様は、耐久性に優れ、耐用年数

coating ﬁlm. In addition to the peeling suppressive function, we are currently being developed
a new paint with environment barrier properties
equivalent to tar-free modiﬁed epoxy resin paintfor underwater applications. We report test
results of various performance comparison withusual modiﬁed epoxy resin paints.

① 塗膜厚が厚いこと（1）腐食性物質の塗膜への浸透・拡散と塗膜／鋼界面への集積（2）浸透・拡散した腐食性物質による② 鋼表面への付着力に優れること③ 腐食性物質の浸透・拡散速度の遅い塗膜層を有すること

塗膜／鋼界面での腐食反応の開始（3）腐食生成物による塗膜の付着力低下と塗膜変状の発生

長期間供用されている鋼構造物に対して上記解釈を適用すると、①に関しては度重なる補修塗装により塗膜が厚膜化しているため要件を満たしている。一方で、Mengesら3）は、塗膜寿命を腐食性物質が鋼面に到達②に関しては、同様の理由から塗膜内応力が蓄積され

である。

素材

素材

線膨張係数
[10-5/K]

鉄

1.2

錫（すず）

2.0

アルミニウム

2.4

鉛

2.9

鉄

金

1.4

ニッケル

1.3

銀

1.9

ポリエチレン18

銅1.7

ポリカーボネート

7.0

亜鉛

3.3

エポキシ塗膜

6.5

クロム

0.8

ウレタン塗膜9.7

鉄図1

剥離抑制型塗料による寸法変化抑制

鋼構造物を構成する鉄の線膨張係数は低く、温度変化に対する寸法安定性に優れる素材といえる。一方で、有機物である塗膜の線膨張係数は鉄の5〜6倍と高い数値を示し、被塗物の鉄と比較して温度変化に応じて寸法が大きく変化する。

3.1

剥離抑制機能剥離抑制型塗料の膜厚増加に伴う剥離抑制効果向上

5高遮断低α塗料

低α塗料

変性エポキシ樹脂
塗料（比較塗料）

線膨張係数[10-5/K]

2.89

2.50

3.94

単膜

塗装系

単膜

3.2 10 /K以下に設定することで塗膜厚と付着安定性の相関が逆転し、塗膜厚を厚くなるほど剥離し難い
塗膜を形成できることが分かっている

。

4)-5)

10
サイクル

従って、低α塗料をベース配合として、さらに高遮断

単膜

塗装系

塗装系

試験片
外観

機能を付与する新たな低α塗料（以下、高遮断低α塗

3.0mm
以下

3.0mm
以下

3.0mm
以下

カット間
全面剥離

3.0mm
以下

カット間
全面剥離

料と称す）
においても、線膨張係数は上記閾値以下であることとし、かつ塗膜性能や塗装作業性が損なわれない範囲で可能な限り線膨張係数を低減することを目標とした。表2に各塗料の線膨張係数と剥離抑制試

30
サイクル

試験片
外観

試験終了

試験終了

験結果を示す。
なお、比較塗料としては、低α塗料および線膨張係数の高い一般的な変性エポキシ樹脂塗料（以下、比較塗料と称す）
を試験に供した。
また、表中の術研究所発行「NEXCO試験方法第4編 構造関係試
験方法（令和2年7月版）」に規定される試験方法443「塗料の耐はく離性試験方法」に準じて実施した。
試験結果より、
比較塗料は僅か10サイクル経過時点
で著しい塗膜の剥離現象を生じ、カット施工部周辺塗膜全面で変状を認めた。
一方で、線膨張係数を低減し剥離抑制機能を付与
した高遮断低α塗料および低α塗料は、試験経過に伴

剥離幅

3.0mm
以下

決める要件①、②を両立していると考えられる。

有していることを確認した。従って、低α塗料と同様に高遮断低α塗料に関しても、前述した塗膜の耐用年数を

3.2

環境遮断機能環境遮断機能の目標水準は水中部用途向け塗料とし、タールフリー変性エポキシ樹脂塗料（以下、
目標塗

3.0mm
以下

3.0mm
以下

ルフリー変性エポキシ樹脂塗料は強溶剤形塗料である

塗料は、タンク内面やダム堰、水門扉などの水中鋼構造

が、高遮断低α塗料は既設鋼構造物の現地補修用途

物に古くから適用されてきたタールエポキシ樹脂塗料が主となることから、低α塗料と同様に環境負荷の少なに代わり、発癌性のおそれのあるコールタール分を含まい弱溶剤形塗料である。

ない塗料であり、上記の鋼構造物に対して長年の適用

環境遮断性の評価を目的に、高遮断低α塗料、低α

供試塗装仕様※）試験条件
JIS K 5600-7-2回転式 50℃/95%RH以上

複層膜 120μm

イオン交換水浸漬

JIS K 5600-6-1方法1（浸漬法） 液温23℃, 60℃

複層膜 120μm

塩水浸漬（NaCl 5%aq.）

JIS K 5600-6-1方法1（浸漬法） 液温23℃, 60℃

複層膜 120μm

温度差耐水性JIS K 6940附属書3（規定） 評価面側50℃/裏面側25℃

複層膜 120μm

複合サイクル防食性

JIS K 5600-7-9附属書1（規定） サイクルD

単膜 60μm

塗装系A 175μm

耐中性塩水噴霧性

JIS K 5600-7-1

単膜 60μm

塗装系A 175μm

暴露防錆性

NEXCO試験法404（沖縄県伊計島）

塗装系B 195μm

表5

工程

単膜

複層膜

塗装系A

塗装系B

1層目

評価塗料60μm

評価塗料60μm

評価塗料60μm

有機Zn 75μm

2層目−

評価塗料60μm

評価塗料60μm

評価塗料60μm

3層目

−

−

中塗塗料30μm

評価塗料60μm

4層目

−

−

上塗塗料25μm

−

合計

60μm

120μm

175μm

195μm

試験板はブラスト処理鋼板（寸法：70 150 t3.2mm

変状を認めるまでに要した試験時間を耐久時間とした。

または150 300 t3.2mm、除錆度：ISO Sa2 1/2以上、前述のとおり高遮断低α塗料は低α塗料に水中部用

表面粗さ：Rzjis25μm）
を使用し、各塗料をエアスプレー

途向け塗料の配合技術を導入し、特に耐水性に関わる

塗装にて24時間間隔で塗装した。最終層塗装完了後、塗膜性能を向上させた設計としている。
そこで耐水性の23℃/50%RH環境下にて7日間養生し試験片とした。
な評価試験として、各供試塗料間で特に大きな性能差を認

お、試験片の裏面および周囲に関しては、試験に影響がめた耐湿性試験（連続結露法）およびイオン交換水浸漬ないよう評価塗料で塗り包んだ。

（60℃）
、
塩水浸漬
（60℃）
に関して、
詳細な試験結果を報告する。

評価を目的とするため、試験前の塗膜に対して鋼材まで達

表6に耐湿性試験結果を示す。
比較塗料が720時間

高遮断低α塗料は、低α塗料に水中部用途向け塗測定した。
測定方法は、
JIS Z 0203
「防湿包装材料の透する切り込み傷（カット部）の施工は行わず、
一般部におけ経過後にさび、膨れの変化を認めたのに対し、
高遮断低料の配合技術を導入し、特に耐水性に関わる塗膜性能

湿度試験方法（カップ法）」に準じて行い、塗膜片の乾る塗膜変状が発生するまでの時間を評価した。
塗膜の変

α塗料および目標塗料は、
10,080時間経過後も塗膜変燥膜厚は200μmとした。表3に測定結果を示す。

状は、JIS K 5600-8-2, 3に準じて評価し、塗膜に何らかの化を認めず、良好な塗膜外観を維持した。

を向上させた設計としている。
なお、
目標塗料としたター
表3

水蒸気透過度

表6

高遮断低α塗料

低α塗料

比較塗料

目標塗料

供試塗料

開発塗料
（大気部向け）

剥離抑制型変性
エポキシ樹脂塗料（大気部向け）

変性エポキシ
樹脂塗料（大気部向け）

タールフリー変性
エポキシ樹脂塗料（水中部向け）

水蒸気透過度[g/㎡･24hr]

0.85

10.04

9.24

1.12

供試塗料

の低α塗料や比較塗料に比べて、著しく低い値を示した。
これは水中部向け塗料の優れた耐水性能の一要因と

3.3

塗膜性能評価考えられる。高遮断低α塗料の水蒸気透過度は、
目標

高遮断低α塗料、比較塗料および目標塗料について、塗料と同程度の値を示し、低α塗料に対して92%低減、

表4に示す各種塗膜性能評価試験を実施した。表5に

比較塗料に対しては91%低減することを確認した。

は各供試塗装仕様の詳細を示す。

目標塗料

720時間
（1ヶ月）

比較塗料

10,080時間（14ヶ月）

塗膜変状なし塗膜変状なし

塗膜外観

変状状態
耐久時間

さび·膨れ発生（8P ·8M）

試験終了
塗膜変状なし塗膜変状なし10,080時間以上

10,080時間以上

比較塗料

試験項目

供試塗装仕様耐湿性（連続結露法）

複層膜 120μm

イオン交換水
浸漬
塩水浸漬

変状状態

2,160時間（3ヶ月）

塗膜変状なし塗膜変状なし膨れ発生（8F）

塗膜外観

720時間

試験終了

変状状態

7,920時間（11ヶ月）

塗膜変状なし塗膜外観

温度差耐水性

23℃*)

60℃
23℃

耐久時間

イオン交換水浸漬試験（60℃）
においては、比較塗料が720時間経過後に膨れを認めたのに対し、
目標塗料は2,160時間で膨れを生じた。一方、高遮断低α塗
表8
供試塗料

720時間
（1ヶ月）

720時間

2,160時間

料は7,920時間経過後においても膨れの発生を認めず良好な塗膜状態を維持していた。
続いて塩水浸漬試験（60℃）の結果を表8に示す。

塩水浸漬（液温60℃）試験結果（複層膜 120μm）

高遮断低α塗料

目標塗料

比較塗料

塗膜外観
変状状態

2,520時間（3.5ヶ月）試験終了

塗膜変状なし塗膜外観
塗膜変状なし

2,520時間以上

膨れ発生（8M）

膨れ発生（8MD）

試験終了

試験終了

720時間

720時間

結果から、比較塗料および目標塗料に関しては720

霧性試験に供した塗装系A、および暴露防錆性試験に時間経過後に膨れの発生を認めたのに対し、高遮断低

ついては、現状4,320時間（6ヵ月）
が経過し、
いずれの

α塗料は2,520時間経過後においても膨れは発生せ

供試塗料も塗膜変状を認めていないため、耐久時間のず、優れた耐水性を有することを確認した。

倍率試算には至っていない。

表9に、各種塗膜性能評価試験結果（塗膜の耐久時

高遮断低α塗料は、全ての試験項目において比較塗間）
および比較塗料を基準として算出した耐久時間の料（一般的な変性エポキシ樹脂塗料）
よりも優れた塗倍率を示す。
なお、複合サイクル防食性、耐中性塩水噴膜性能を有することを確認した。

４． まとめ参考文献

倍率

10,080時間以上

14.0倍以上

7,920時間以上

11.0倍以上

2,520時間以上

3.5倍以上7,920時間以上
7,920時間以上240時間

単膜 60μm

塗装系A 175μm*)
単膜 60μm

塗装系A 175μm*)
塗装系B 195μm*

5,040時間

4,320時間以上

11.0倍以上
3.3倍
2.3倍

7,920時間以上
2,160時間

7,920時間以上
720時間−

4,320時間以上

5.0倍

6ヵ月以上

−

耐久時間（基準）−7,920時間以上

720時間

3.0倍

720時間

1.0倍

720時間

11.0倍以上

720時間

1.7倍

72時間

3,960時間

4,320時間以上

倍率

14.0倍以上

120時間−

3,600時間

4,320時間以上

)

−

耐久時間
10,080時間以上

線膨張係数に着目した剥離抑制型塗料の設計技

1）清水悠平：耐はく離性を向上させた防食塗料の開発,

術に基づき、環境遮断性を高めた高遮断低α塗料をDNTコーティング技報, No.19, p.3-12 (2019)

比較塗料

1.8倍

4,320時間以上−

4,320時間以上

2.0倍

6ヵ月以上

−

制機能を有し、かつ水中部用途向け塗料（タールフリー変性エポキシ樹脂塗料）と同等以上の環境遮断性を有することを確認した。
また、各種塗膜性能評価

2,160時間−1,440時間開発した。本検討において、高遮断低α塗料が剥離抑

720時間

6ヵ月以上

＊）現状いずれの供試塗料も塗膜変状なし。耐久性の倍率は「−」と表記

塗膜変状なし
7,920時間以上

耐久時間

複層膜 120μm

耐中性塩水噴霧性

目標塗料

高遮断低α塗料

複層膜 120μm

60℃

DNTコーティング技報 No.22
報文-1
高遮断性を有する剥離抑制型変性エポキシ樹脂塗料の開発

塗膜性能評価試験結果（塗膜の耐久時間）

複層膜 120μm

暴露防錆性膨れ発生（8F）

試験終了

変状状態

耐久時間

塗膜外観

変状状態

目標塗料

塗膜外観

変状状態

水中部向けの目標塗料の水蒸気透過度は、
大気部向け
6)-8)

耐湿性試験結果（複層膜 120μm）

高遮断低α塗料

720時間
（1ヶ月）

高遮断低α塗料

複合サイクル防食性

供試塗装仕様詳細

また、
本試験は塗膜の環境遮断性の違いによる防食性

8表9表7 イオン交換水浸漬（液温60℃）試験結果（複層膜 120μm）
供試塗料

塗料、比較塗料ならびに目標塗料の水蒸気透過度を実績を有している。

脂塗料下塗（NEXCO塗料規格P-28）」に規定される離幅の平均値3.0mm以下」を十分に満足する性能を

3.0mm
以下

料と称す）
を選定した。
タールフリー変性エポキシ樹脂

う剥離の進展を認めず、「はく離抑制型変性エポキシ樹「30サイクル実施した後、カット部からの片側最大はく

試験項目

7

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次に、
イオン交換水浸漬試験
（60℃）
について、
表7に試験結果を示す。

塗膜性能評価試験

耐湿性（連続結露法）※）供試塗装仕様の詳細は表5を参照
剥離幅

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表4

供試塗料

-5

6

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各塗料の線膨張係数と剥離抑制試験結果

これまでの研究結果より、塗膜の線膨張係数α1を

鉄

図2

表2

試験片の種類剥離抑制試験に関しては、株式会社高速道路総合技

代表的な素材の線膨張係数
線膨張係数[10 -5 /K]

３． 高遮断性を有する剥離抑制型
変性エポキシ樹脂塗料

塗り重ねられた塗膜

it at a low the coeﬃcient of linear expansion of

化過程は、
おおよそ次のように進行するとされている2）。

表1

クが増大していく従来塗料とは異なる全く新しい機能

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剥離抑制型
塗膜

peeling of an existing coating ﬁlm by designingの長い塗装仕様であると解釈できる。

線膨張係数

する
（図2）。本機能は膜厚の増加に伴い自然剥離リス

塗り重ねられた
塗膜

It is ﬁnd that it can be reduced spontaneous

一方、塗装鋼が腐食環境に曝される際の塗膜の劣2.1

法変化を抑制する効果は高まり、剥離抑制効果は向上

塗り重ねられた 剥離抑制型
一般的な塗膜
塗膜

Abstract

剥離抑制メカニズムと腐食性物質が鋼面に到達した後、付着破壊が生じる

瑞樹

１． はじめに2.2

た状態にあり、塗膜厚が厚くなるほど付着力は低下して

L = t ／ 6D + τ
清水

4

するまでの時間（腐食誘導期間＝膜厚の二乗に比例）2山内 健一郎3

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高遮断性を有する剥離抑制型変性エポキシ樹脂塗料の開発

一方で、目標塗料との対比においても同等以上の良⑥また、今回結果に大きな差異を生じた加温条件下の好な塗膜性能を示したが、水蒸気透過度の測定結果

試験においては、⑤記載の要素に加えて、温度

上（0.85, 1.12 [g/m ･24hr]）以上に、各種塗膜の性能

昇による塗膜・鋼材の線膨張差に起因する寸法不

一

評価試験、
とりわけ加温条件下における試験において致や、塗膜の硬化反応の進行に伴う塗膜内残留応 力

顕著な差を認めた。以下に本結果の要因を考察する。

の増加なども付着活性点の減少を促進する要素と な

2る。
①Mengesらの式が示すとおり、塗膜変状（今回の場合⑦これら塗膜／鋼材間の付着安定性を低下させる要素

は主に膨れ）が発生するまでの時間は、1）腐食性物

に対し、低α塗料のみが有する有効な塗膜特性とし質が塗膜中に侵入・拡散し鋼面へ到達するまでの時て、寸法安定性に優れるという点が挙げられる。

間と、2）それにより塗膜／鋼材間の付着性が低下し⑧これまで本塗膜特性は鋼との線膨張差を低減し、塗塗膜下に腐食性物質が集積、鋼の腐食が進展する

膜の自然剥離現象を抑制することを目的としたものでまでの時間の和から説明ができる。

あったが、前述の加温条件下における吸水膨潤塗膜②水蒸気透過度測定結果より、1）に関しては高遮断低α塗料と目標塗料に大きな差異はない。

の付着活性点減少に対しても抑制効果を発揮する塗膜特性であった可能性がある。

③一方、塗膜変状が発生するまでの時間（塗膜の耐久⑨結果として、本塗膜特性と高い環境遮断性を併せ持っ

時間 1）+2）に関しては、特に加温条件下において

た高遮断低α塗料は、目標塗料と比較し優れた耐久

高遮断低α塗料が大きく優位な結果を示した。

性を発現したものと考える。

④従い、加温条件下において高遮断低α塗料は目標塗料と比較し、2）に記載の項目、特に塗膜／鋼材間の付着安定性に優れているものと推測する。

上記考察に関しては、過去著者らの研究グループにて実施した検証結果や、既往の報告などを元に推測し⑤湿潤環境下において吸水膨潤した塗膜の付着性にた内容に過ぎないが、今回の試験結果から高遮断低α

影響を与える要素として、直接的には塗膜／鋼界面塗料には塗膜遮断性の向上効果の他に、何らかの付で付着活性点として機能している極性基に対する水

着安定性向上機能が備わっている可能性が高く、両者の吸着があり、
またそれを助長する副次的要素としの相乗効果によって著しく塗膜耐久性が向上したものて、吸水による塗膜の体積膨張（鋼面との寸法不一と考えている。本考察については、今後さらに詳細な検

致）
に起因し、
付着活性点の減少がさらに促進される。

証の実施を予定している。

2）
山崎曜：超厚膜塗装技術の現状と問題点,
表面技術, Vol.46, No.6 (1995)
3）G. Menges & Schneider：Kautschuk und Gummi
Kunststoﬀe, 25, (5), 213 (1972)

試験において、高遮断低α塗料は比較塗料（一般的な4）西森修次：線膨張係数に着目した塗料の今後の展

変性エポキシ樹脂塗料）と比べ、いずれの試験におい望について, 第39回防錆防食技術発表大会講演予ても、優れた塗膜性能を示し、概ね2.3〜14.0倍以上

稿集, p.103-108 (2019)の塗膜耐久時間となることを確認した。
さらに高遮断5）宮下剛：耐はく離性を向上させた防食塗料の開発

低α塗料は、塗膜の耐久性を決める3要件全てを高（耐はく離性に寄与する因子）, 土木学会第73回年水準で兼ね備えており、従来塗料では達成できなかっ次学術講演会 (2018)

た長期耐久性が期待される。

6）山内健一郎：環境遮断性を高めた剥離抑制型変性
エポキシ樹脂塗料の開発, 防錆管理, Vol.66, No.1 (2022)

５． 謝辞
本開発品は、株式会社四国総合研究所殿との共同研究により得られた成果です。関係者各位に深く感謝
申し上げます。

7）
山内健一郎：高遮断性を有する剥離抑制型変性
エポキシ樹脂塗料の開発（続報）, 第44回鉄構塗装技術討論会発表予稿集, p.17-24 (2022)8）西森修次：塗膜の線膨張係数に着目した防食塗料（高遮断・剥離抑制タイプ）の開発動向及び性能評
価,第42回防錆防食技術発表大会講演予稿集,
p.73-78（2022）

9

2

DNTコーティング技報 No.22
報文-1
高遮断性を有する剥離抑制型変性エポキシ樹脂塗料の開発

DNTコーティング技報 No.22
報文-1
高遮断性を有する剥離抑制型変性エポキシ樹脂塗料の開発

高遮断性を有する剥離抑制型変性エポキシ樹脂塗料の開発
Development of Peel-Suppressing Modified Epoxy Resin Paint
with High Barrier Properties

塗料事業部門 構造物塗料事業部
テクニカルサポートグループ
Coating Business Div.
Protective Coatings Dept.
Technical Support Group

Kenichiro YAMAUCHI

要旨

悠平

Yuhei SHIMIZU

加藤

いく傾向を示し、最終的に塗膜剥離に至ることから要件までの時間（腐食進展期間＝塗膜欠陥が表面化するを満たしていない。
従って、既存の補修塗装仕様において塗膜の自然剥離現象に対して支配的な要因は、温度までの期間）の和で説明しており、腐食性物質が鋼表①と②は、相反する要件となる。
これに対し、著者らの開変化に起因する塗膜の熱収縮・熱膨張である。鋼材と面に到達するまでの時間をできるだけ延長し、さらに付発した低α塗料は、塗膜厚が厚くなるほど塗膜剥離を抑比較し線膨張係数が高い一般塗膜で補修塗装を繰り着力を確保することが塗膜の長期耐久性の維持に繋制する機能を有し、良好な付着性を維持し続けることが返した場合、両者の線膨張係数の差に起因して塗膜のがるとしている
（式1参照）。

できることから、①と②を両立させることが可能であり、塗

自然剥離現象が生じる。一方で、線膨張係数を低減さ

L ： 耐用期間t ： 塗膜（mm）
D： 拡散係数（mm2/sec）
τ： 付着力その他の要因

Mizuki KATO

式1 塗膜耐久性の考え方に関する
G. Menges, W. Schneiderらの関係式
式中のD（拡散係数）
は、酸素、水、塩化物イオンなどの腐食性物質が塗膜中に侵入し拡散する度合いを単膜の耐久性を大きく高めていると考える。
一方で、
③に対

せた低α塗料は温度変化に対する熱収縮・熱膨張がする低α塗料の性能は従来塗料と同程度であるが、塗料

小さく寸法安定性に優れるという特長を有している。
この配合設計において検討の余地を有している。

のため、一般塗膜上に低α塗料を塗り重ねた場合、一著者らの研究グループは、塗膜の耐用年数（耐久性）

般塗膜の熱収縮・熱膨張による寸法変化が抑制され、を決める①〜③の要件全てを高い水準で兼ね備えた新一般塗膜を含む塗膜全体の寸法安定性が向上する

規塗料を開発した。
本報では、新たに開発した高遮断性（図1）。
これにより、塗膜全体の応力が低減され、結果を有する低α塗料の特性および従来の変性エポキシ樹として剥離抑制効果が発現する。
また、一般塗膜上に脂塗料との各種性能比較試験結果について報告する。

塗り重ねる低α塗料の膜厚増加に伴い塗膜全体の寸２． 線膨張係数と剥離抑制メカニズム

塗膜の線膨張係数を低く設計することで、既存塗膜

高度経済成長期に建設された鋼構造物の多くは、度位面積当たりの時間で示した値である。
また、腐食性物の自然剥離リスクを低減できることが分かっている。今重なる塗り替え塗装によって既存塗膜が過剰膜厚化し質が鋼面に到達しても塗膜の付着力が維持されている

般、剥離抑制機能に加えて、水中部用途向けタールフリた状態にあり、一部の鋼構造物においては塗膜内応力

間は鋼界面への腐食性物質の滞留や鋼界面に沿ったー変性エポキシ樹脂塗料相当の環境遮断性を有するの増大に伴い、
自然剥離する事例が認められている。

横方向への腐食進展は妨げられるので致命的な欠陥

線膨張とは温度変化に応じて物体の寸法が変化（膨新規塗料の開発を行い、従来の変性エポキシ樹脂塗

これらの老齢化した鋼構造物は、現在の財政事情を考にはならない。
しかし、塗膜の付着不良が生じた段階で張・収縮）する現象であり、線膨張係数αは温度が1℃変料との各種性能比較試験結果について報告する。

慮すると今後も塗り替え塗装による維持管理を行なっ

付着不良部へ腐食性物質が滞留し、徐々に腐食現象を化した時の線膨張の変化量を係数として表す物質に固ていく必要がある。上記課題に対して、著者らの研究グ拡大していく。
そのため、鋼表面に腐食性物質が到達し有の値である。
代表的な素材の線膨張係数を表1に示す。

ループは塗り重ねることで塗膜の自然剥離現象を抑制

た後、塗膜の膨れや鋼の発錆など外観上の欠陥として可能な線膨張係数（α）
を低減させた剥離抑制型変性

表面化するまでの塗膜付着力が維持されている期間

エポキシ樹脂塗料（以下、低α塗料と称す）を開発して（腐食進展期間）をτとしている。従って、以下①〜③のいる1）。

要件を有する塗装仕様は、耐久性に優れ、耐用年数

coating ﬁlm. In addition to the peeling suppressive function, we are currently being developed
a new paint with environment barrier properties
equivalent to tar-free modiﬁed epoxy resin paintfor underwater applications. We report test
results of various performance comparison withusual modiﬁed epoxy resin paints.

① 塗膜厚が厚いこと（1）腐食性物質の塗膜への浸透・拡散と塗膜／鋼界面への集積（2）浸透・拡散した腐食性物質による② 鋼表面への付着力に優れること③ 腐食性物質の浸透・拡散速度の遅い塗膜層を有すること

塗膜／鋼界面での腐食反応の開始（3）腐食生成物による塗膜の付着力低下と塗膜変状の発生

長期間供用されている鋼構造物に対して上記解釈を適用すると、①に関しては度重なる補修塗装により塗膜が厚膜化しているため要件を満たしている。一方で、Mengesら3）は、塗膜寿命を腐食性物質が鋼面に到達②に関しては、同様の理由から塗膜内応力が蓄積され

である。

素材

素材

線膨張係数
[10-5/K]

鉄

1.2

錫（すず）

2.0

アルミニウム

2.4

鉛

2.9

鉄

金

1.4

ニッケル

1.3

銀

1.9

ポリエチレン18

銅1.7

ポリカーボネート

7.0

亜鉛

3.3

エポキシ塗膜

6.5

クロム

0.8

ウレタン塗膜9.7

鉄図1

剥離抑制型塗料による寸法変化抑制

鋼構造物を構成する鉄の線膨張係数は低く、温度変化に対する寸法安定性に優れる素材といえる。一方で、有機物である塗膜の線膨張係数は鉄の5〜6倍と高い数値を示し、被塗物の鉄と比較して温度変化に応じて寸法が大きく変化する。

3.1

剥離抑制機能剥離抑制型塗料の膜厚増加に伴う剥離抑制効果向上

5高遮断低α塗料

低α塗料

変性エポキシ樹脂
塗料（比較塗料）

線膨張係数[10-5/K]

2.89

2.50

3.94

単膜

塗装系

単膜

3.2 10 /K以下に設定することで塗膜厚と付着安定性の相関が逆転し、塗膜厚を厚くなるほど剥離し難い
塗膜を形成できることが分かっている

。

4)-5)

10
サイクル

従って、低α塗料をベース配合として、さらに高遮断

単膜

塗装系

塗装系

試験片
外観

機能を付与する新たな低α塗料（以下、高遮断低α塗

3.0mm
以下

3.0mm
以下

3.0mm
以下

カット間
全面剥離

3.0mm
以下

カット間
全面剥離

料と称す）
においても、線膨張係数は上記閾値以下であることとし、かつ塗膜性能や塗装作業性が損なわれない範囲で可能な限り線膨張係数を低減することを目標とした。表2に各塗料の線膨張係数と剥離抑制試

30
サイクル

試験片
外観

試験終了

試験終了

験結果を示す。
なお、比較塗料としては、低α塗料および線膨張係数の高い一般的な変性エポキシ樹脂塗料（以下、比較塗料と称す）
を試験に供した。
また、表中の術研究所発行「NEXCO試験方法第4編 構造関係試
験方法（令和2年7月版）」に規定される試験方法443「塗料の耐はく離性試験方法」に準じて実施した。
試験結果より、
比較塗料は僅か10サイクル経過時点
で著しい塗膜の剥離現象を生じ、カット施工部周辺塗膜全面で変状を認めた。
一方で、線膨張係数を低減し剥離抑制機能を付与
した高遮断低α塗料および低α塗料は、試験経過に伴

剥離幅

3.0mm
以下

決める要件①、②を両立していると考えられる。

有していることを確認した。従って、低α塗料と同様に高遮断低α塗料に関しても、前述した塗膜の耐用年数を

3.2

環境遮断機能環境遮断機能の目標水準は水中部用途向け塗料とし、タールフリー変性エポキシ樹脂塗料（以下、
目標塗

3.0mm
以下

3.0mm
以下

ルフリー変性エポキシ樹脂塗料は強溶剤形塗料である

塗料は、タンク内面やダム堰、水門扉などの水中鋼構造

が、高遮断低α塗料は既設鋼構造物の現地補修用途

物に古くから適用されてきたタールエポキシ樹脂塗料が主となることから、低α塗料と同様に環境負荷の少なに代わり、発癌性のおそれのあるコールタール分を含まい弱溶剤形塗料である。

ない塗料であり、上記の鋼構造物に対して長年の適用

環境遮断性の評価を目的に、高遮断低α塗料、低α

供試塗装仕様※）試験条件
JIS K 5600-7-2回転式 50℃/95%RH以上

複層膜 120μm

イオン交換水浸漬

JIS K 5600-6-1方法1（浸漬法） 液温23℃, 60℃

複層膜 120μm

塩水浸漬（NaCl 5%aq.）

JIS K 5600-6-1方法1（浸漬法） 液温23℃, 60℃

複層膜 120μm

温度差耐水性JIS K 6940附属書3（規定） 評価面側50℃/裏面側25℃

複層膜 120μm

複合サイクル防食性

JIS K 5600-7-9附属書1（規定） サイクルD

単膜 60μm

塗装系A 175μm

耐中性塩水噴霧性

JIS K 5600-7-1

単膜 60μm

塗装系A 175μm

暴露防錆性

NEXCO試験法404（沖縄県伊計島）

塗装系B 195μm

表5

工程

単膜

複層膜

塗装系A

塗装系B

1層目

評価塗料60μm

評価塗料60μm

評価塗料60μm

有機Zn 75μm

2層目−

評価塗料60μm

評価塗料60μm

評価塗料60μm

3層目

−

−

中塗塗料30μm

評価塗料60μm

4層目

−

−

上塗塗料25μm

−

合計

60μm

120μm

175μm

195μm

試験板はブラスト処理鋼板（寸法：70 150 t3.2mm

変状を認めるまでに要した試験時間を耐久時間とした。

または150 300 t3.2mm、除錆度：ISO Sa2 1/2以上、前述のとおり高遮断低α塗料は低α塗料に水中部用

表面粗さ：Rzjis25μm）
を使用し、各塗料をエアスプレー

途向け塗料の配合技術を導入し、特に耐水性に関わる

塗装にて24時間間隔で塗装した。最終層塗装完了後、塗膜性能を向上させた設計としている。
そこで耐水性の23℃/50%RH環境下にて7日間養生し試験片とした。
な評価試験として、各供試塗料間で特に大きな性能差を認

お、試験片の裏面および周囲に関しては、試験に影響がめた耐湿性試験（連続結露法）およびイオン交換水浸漬ないよう評価塗料で塗り包んだ。

（60℃）
、
塩水浸漬
（60℃）
に関して、
詳細な試験結果を報告する。

評価を目的とするため、試験前の塗膜に対して鋼材まで達

表6に耐湿性試験結果を示す。
比較塗料が720時間

高遮断低α塗料は、低α塗料に水中部用途向け塗測定した。
測定方法は、
JIS Z 0203
「防湿包装材料の透する切り込み傷（カット部）の施工は行わず、
一般部におけ経過後にさび、膨れの変化を認めたのに対し、
高遮断低料の配合技術を導入し、特に耐水性に関わる塗膜性能

湿度試験方法（カップ法）」に準じて行い、塗膜片の乾る塗膜変状が発生するまでの時間を評価した。
塗膜の変

α塗料および目標塗料は、
10,080時間経過後も塗膜変燥膜厚は200μmとした。表3に測定結果を示す。

状は、JIS K 5600-8-2, 3に準じて評価し、塗膜に何らかの化を認めず、良好な塗膜外観を維持した。

を向上させた設計としている。
なお、
目標塗料としたター
表3

水蒸気透過度

表6

高遮断低α塗料

低α塗料

比較塗料

目標塗料

供試塗料

開発塗料
（大気部向け）

剥離抑制型変性
エポキシ樹脂塗料（大気部向け）

変性エポキシ
樹脂塗料（大気部向け）

タールフリー変性
エポキシ樹脂塗料（水中部向け）

水蒸気透過度[g/㎡･24hr]

0.85

10.04

9.24

1.12

供試塗料

の低α塗料や比較塗料に比べて、著しく低い値を示した。
これは水中部向け塗料の優れた耐水性能の一要因と

3.3

塗膜性能評価考えられる。高遮断低α塗料の水蒸気透過度は、
目標

高遮断低α塗料、比較塗料および目標塗料について、塗料と同程度の値を示し、低α塗料に対して92%低減、

表4に示す各種塗膜性能評価試験を実施した。表5に

比較塗料に対しては91%低減することを確認した。

は各供試塗装仕様の詳細を示す。

目標塗料

720時間
（1ヶ月）

比較塗料

10,080時間（14ヶ月）

塗膜変状なし塗膜変状なし

塗膜外観

変状状態
耐久時間

さび·膨れ発生（8P ·8M）

試験終了
塗膜変状なし塗膜変状なし10,080時間以上

10,080時間以上

比較塗料

試験項目

供試塗装仕様耐湿性（連続結露法）

複層膜 120μm

イオン交換水
浸漬
塩水浸漬

変状状態

2,160時間（3ヶ月）

塗膜変状なし塗膜変状なし膨れ発生（8F）

塗膜外観

720時間

試験終了

変状状態

7,920時間（11ヶ月）

塗膜変状なし塗膜外観

温度差耐水性

23℃*)

60℃
23℃

耐久時間

イオン交換水浸漬試験（60℃）
においては、比較塗料が720時間経過後に膨れを認めたのに対し、
目標塗料は2,160時間で膨れを生じた。一方、高遮断低α塗
表8
供試塗料

720時間
（1ヶ月）

720時間

2,160時間

料は7,920時間経過後においても膨れの発生を認めず良好な塗膜状態を維持していた。
続いて塩水浸漬試験（60℃）の結果を表8に示す。

塩水浸漬（液温60℃）試験結果（複層膜 120μm）

高遮断低α塗料

目標塗料

比較塗料

塗膜外観
変状状態

2,520時間（3.5ヶ月）試験終了

塗膜変状なし塗膜外観
塗膜変状なし

2,520時間以上

膨れ発生（8M）

膨れ発生（8MD）

試験終了

試験終了

720時間

720時間

結果から、比較塗料および目標塗料に関しては720

霧性試験に供した塗装系A、および暴露防錆性試験に時間経過後に膨れの発生を認めたのに対し、高遮断低

ついては、現状4,320時間（6ヵ月）
が経過し、
いずれの

α塗料は2,520時間経過後においても膨れは発生せ

供試塗料も塗膜変状を認めていないため、耐久時間のず、優れた耐水性を有することを確認した。

倍率試算には至っていない。

表9に、各種塗膜性能評価試験結果（塗膜の耐久時

高遮断低α塗料は、全ての試験項目において比較塗間）
および比較塗料を基準として算出した耐久時間の料（一般的な変性エポキシ樹脂塗料）
よりも優れた塗倍率を示す。
なお、複合サイクル防食性、耐中性塩水噴膜性能を有することを確認した。

４． まとめ参考文献

倍率

10,080時間以上

14.0倍以上

7,920時間以上

11.0倍以上

2,520時間以上

3.5倍以上7,920時間以上
7,920時間以上240時間

単膜 60μm

塗装系A 175μm*)
単膜 60μm

塗装系A 175μm*)
塗装系B 195μm*

5,040時間

4,320時間以上

11.0倍以上
3.3倍
2.3倍

7,920時間以上
2,160時間

7,920時間以上
720時間−

4,320時間以上

5.0倍

6ヵ月以上

−

耐久時間（基準）−7,920時間以上

720時間

3.0倍

720時間

1.0倍

720時間

11.0倍以上

720時間

1.7倍

72時間

3,960時間

4,320時間以上

倍率

14.0倍以上

120時間−

3,600時間

4,320時間以上

)

−

耐久時間
10,080時間以上

線膨張係数に着目した剥離抑制型塗料の設計技

1）清水悠平：耐はく離性を向上させた防食塗料の開発,

術に基づき、環境遮断性を高めた高遮断低α塗料をDNTコーティング技報, No.19, p.3-12 (2019)

比較塗料

1.8倍

4,320時間以上−

4,320時間以上

2.0倍

6ヵ月以上

−

制機能を有し、かつ水中部用途向け塗料（タールフリー変性エポキシ樹脂塗料）と同等以上の環境遮断性を有することを確認した。
また、各種塗膜性能評価

2,160時間−1,440時間開発した。本検討において、高遮断低α塗料が剥離抑

720時間

6ヵ月以上

＊）現状いずれの供試塗料も塗膜変状なし。耐久性の倍率は「−」と表記

塗膜変状なし
7,920時間以上

耐久時間

複層膜 120μm

耐中性塩水噴霧性

目標塗料

高遮断低α塗料

複層膜 120μm

60℃

DNTコーティング技報 No.22
報文-1
高遮断性を有する剥離抑制型変性エポキシ樹脂塗料の開発

塗膜性能評価試験結果（塗膜の耐久時間）

複層膜 120μm

暴露防錆性膨れ発生（8F）

試験終了

変状状態

耐久時間

塗膜外観

変状状態

目標塗料

塗膜外観

変状状態

水中部向けの目標塗料の水蒸気透過度は、
大気部向け
6)-8)

耐湿性試験結果（複層膜 120μm）

高遮断低α塗料

720時間
（1ヶ月）

高遮断低α塗料

複合サイクル防食性

供試塗装仕様詳細

また、
本試験は塗膜の環境遮断性の違いによる防食性

8表9表7 イオン交換水浸漬（液温60℃）試験結果（複層膜 120μm）
供試塗料

塗料、比較塗料ならびに目標塗料の水蒸気透過度を実績を有している。

脂塗料下塗（NEXCO塗料規格P-28）」に規定される離幅の平均値3.0mm以下」を十分に満足する性能を

3.0mm
以下

料と称す）
を選定した。
タールフリー変性エポキシ樹脂

う剥離の進展を認めず、「はく離抑制型変性エポキシ樹「30サイクル実施した後、カット部からの片側最大はく

試験項目

7

DNTコーティング技報 No.22
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高遮断性を有する剥離抑制型変性エポキシ樹脂塗料の開発

次に、
イオン交換水浸漬試験
（60℃）
について、
表7に試験結果を示す。

塗膜性能評価試験

耐湿性（連続結露法）※）供試塗装仕様の詳細は表5を参照
剥離幅

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高遮断性を有する剥離抑制型変性エポキシ樹脂塗料の開発

表4

供試塗料

-5

6

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高遮断性を有する剥離抑制型変性エポキシ樹脂塗料の開発

各塗料の線膨張係数と剥離抑制試験結果

これまでの研究結果より、塗膜の線膨張係数α1を

鉄

図2

表2

試験片の種類剥離抑制試験に関しては、株式会社高速道路総合技

代表的な素材の線膨張係数
線膨張係数[10 -5 /K]

３． 高遮断性を有する剥離抑制型
変性エポキシ樹脂塗料

塗り重ねられた塗膜

it at a low the coeﬃcient of linear expansion of

化過程は、
おおよそ次のように進行するとされている2）。

表1

クが増大していく従来塗料とは異なる全く新しい機能

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高遮断性を有する剥離抑制型変性エポキシ樹脂塗料の開発

剥離抑制型
塗膜

peeling of an existing coating ﬁlm by designingの長い塗装仕様であると解釈できる。

線膨張係数

する
（図2）。本機能は膜厚の増加に伴い自然剥離リス

塗り重ねられた
塗膜

It is ﬁnd that it can be reduced spontaneous

一方、塗装鋼が腐食環境に曝される際の塗膜の劣2.1

法変化を抑制する効果は高まり、剥離抑制効果は向上

塗り重ねられた 剥離抑制型
一般的な塗膜
塗膜

Abstract

剥離抑制メカニズムと腐食性物質が鋼面に到達した後、付着破壊が生じる

瑞樹

１． はじめに2.2

た状態にあり、塗膜厚が厚くなるほど付着力は低下して

L = t ／ 6D + τ
清水

4

するまでの時間（腐食誘導期間＝膜厚の二乗に比例）2山内 健一郎3

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報文-1
高遮断性を有する剥離抑制型変性エポキシ樹脂塗料の開発

一方で、目標塗料との対比においても同等以上の良⑥また、今回結果に大きな差異を生じた加温条件下の好な塗膜性能を示したが、水蒸気透過度の測定結果

試験においては、⑤記載の要素に加えて、温度

上（0.85, 1.12 [g/m ･24hr]）以上に、各種塗膜の性能

昇による塗膜・鋼材の線膨張差に起因する寸法不

一

評価試験、
とりわけ加温条件下における試験において致や、塗膜の硬化反応の進行に伴う塗膜内残留応 力

顕著な差を認めた。以下に本結果の要因を考察する。

の増加なども付着活性点の減少を促進する要素と な

2る。
①Mengesらの式が示すとおり、塗膜変状（今回の場合⑦これら塗膜／鋼材間の付着安定性を低下させる要素

は主に膨れ）が発生するまでの時間は、1）腐食性物

に対し、低α塗料のみが有する有効な塗膜特性とし質が塗膜中に侵入・拡散し鋼面へ到達するまでの時て、寸法安定性に優れるという点が挙げられる。

間と、2）それにより塗膜／鋼材間の付着性が低下し⑧これまで本塗膜特性は鋼との線膨張差を低減し、塗塗膜下に腐食性物質が集積、鋼の腐食が進展する

膜の自然剥離現象を抑制することを目的としたものでまでの時間の和から説明ができる。

あったが、前述の加温条件下における吸水膨潤塗膜②水蒸気透過度測定結果より、1）に関しては高遮断低α塗料と目標塗料に大きな差異はない。

の付着活性点減少に対しても抑制効果を発揮する塗膜特性であった可能性がある。

③一方、塗膜変状が発生するまでの時間（塗膜の耐久⑨結果として、本塗膜特性と高い環境遮断性を併せ持っ

時間 1）+2）に関しては、特に加温条件下において

た高遮断低α塗料は、目標塗料と比較し優れた耐久

高遮断低α塗料が大きく優位な結果を示した。

性を発現したものと考える。

④従い、加温条件下において高遮断低α塗料は目標塗料と比較し、2）に記載の項目、特に塗膜／鋼材間の付着安定性に優れているものと推測する。

上記考察に関しては、過去著者らの研究グループにて実施した検証結果や、既往の報告などを元に推測し⑤湿潤環境下において吸水膨潤した塗膜の付着性にた内容に過ぎないが、今回の試験結果から高遮断低α

影響を与える要素として、直接的には塗膜／鋼界面塗料には塗膜遮断性の向上効果の他に、何らかの付で付着活性点として機能している極性基に対する水

着安定性向上機能が備わっている可能性が高く、両者の吸着があり、
またそれを助長する副次的要素としの相乗効果によって著しく塗膜耐久性が向上したものて、吸水による塗膜の体積膨張（鋼面との寸法不一と考えている。本考察については、今後さらに詳細な検

致）
に起因し、
付着活性点の減少がさらに促進される。

証の実施を予定している。

2）
山崎曜：超厚膜塗装技術の現状と問題点,
表面技術, Vol.46, No.6 (1995)
3）G. Menges & Schneider：Kautschuk und Gummi
Kunststoﬀe, 25, (5), 213 (1972)

試験において、高遮断低α塗料は比較塗料（一般的な4）西森修次：線膨張係数に着目した塗料の今後の展

変性エポキシ樹脂塗料）と比べ、いずれの試験におい望について, 第39回防錆防食技術発表大会講演予ても、優れた塗膜性能を示し、概ね2.3〜14.0倍以上

稿集, p.103-108 (2019)の塗膜耐久時間となることを確認した。
さらに高遮断5）宮下剛：耐はく離性を向上させた防食塗料の開発

低α塗料は、塗膜の耐久性を決める3要件全てを高（耐はく離性に寄与する因子）, 土木学会第73回年水準で兼ね備えており、従来塗料では達成できなかっ次学術講演会 (2018)

た長期耐久性が期待される。

6）山内健一郎：環境遮断性を高めた剥離抑制型変性
エポキシ樹脂塗料の開発, 防錆管理, Vol.66, No.1 (2022)

５． 謝辞
本開発品は、株式会社四国総合研究所殿との共同研究により得られた成果です。関係者各位に深く感謝
申し上げます。

7）
山内健一郎：高遮断性を有する剥離抑制型変性
エポキシ樹脂塗料の開発（続報）, 第44回鉄構塗装技術討論会発表予稿集, p.17-24 (2022)8）西森修次：塗膜の線膨張係数に着目した防食塗料（高遮断・剥離抑制タイプ）の開発動向及び性能評
価,第42回防錆防食技術発表大会講演予稿集,
p.73-78（2022）

9

2

DNTコーティング技報 No.22
報文-1
高遮断性を有する剥離抑制型変性エポキシ樹脂塗料の開発

DNTコーティング技報 No.22
報文-1
高遮断性を有する剥離抑制型変性エポキシ樹脂塗料の開発

高遮断性を有する剥離抑制型変性エポキシ樹脂塗料の開発
Development of Peel-Suppressing Modified Epoxy Resin Paint
with High Barrier Properties

塗料事業部門 構造物塗料事業部
テクニカルサポートグループ
Coating Business Div.
Protective Coatings Dept.
Technical Support Group

Kenichiro YAMAUCHI

要旨

悠平

Yuhei SHIMIZU

加藤

いく傾向を示し、最終的に塗膜剥離に至ることから要件までの時間（腐食進展期間＝塗膜欠陥が表面化するを満たしていない。
従って、既存の補修塗装仕様において塗膜の自然剥離現象に対して支配的な要因は、温度までの期間）の和で説明しており、腐食性物質が鋼表①と②は、相反する要件となる。
これに対し、著者らの開変化に起因する塗膜の熱収縮・熱膨張である。鋼材と面に到達するまでの時間をできるだけ延長し、さらに付発した低α塗料は、塗膜厚が厚くなるほど塗膜剥離を抑比較し線膨張係数が高い一般塗膜で補修塗装を繰り着力を確保することが塗膜の長期耐久性の維持に繋制する機能を有し、良好な付着性を維持し続けることが返した場合、両者の線膨張係数の差に起因して塗膜のがるとしている
（式1参照）。

できることから、①と②を両立させることが可能であり、塗

自然剥離現象が生じる。一方で、線膨張係数を低減さ

L ： 耐用期間t ： 塗膜（mm）
D： 拡散係数（mm2/sec）
τ： 付着力その他の要因

Mizuki KATO

式1 塗膜耐久性の考え方に関する
G. Menges, W. Schneiderらの関係式
式中のD（拡散係数）
は、酸素、水、塩化物イオンなどの腐食性物質が塗膜中に侵入し拡散する度合いを単膜の耐久性を大きく高めていると考える。
一方で、
③に対

せた低α塗料は温度変化に対する熱収縮・熱膨張がする低α塗料の性能は従来塗料と同程度であるが、塗料

小さく寸法安定性に優れるという特長を有している。
この配合設計において検討の余地を有している。

のため、一般塗膜上に低α塗料を塗り重ねた場合、一著者らの研究グループは、塗膜の耐用年数（耐久性）

般塗膜の熱収縮・熱膨張による寸法変化が抑制され、を決める①〜③の要件全てを高い水準で兼ね備えた新一般塗膜を含む塗膜全体の寸法安定性が向上する

規塗料を開発した。
本報では、新たに開発した高遮断性（図1）。
これにより、塗膜全体の応力が低減され、結果を有する低α塗料の特性および従来の変性エポキシ樹として剥離抑制効果が発現する。
また、一般塗膜上に脂塗料との各種性能比較試験結果について報告する。

塗り重ねる低α塗料の膜厚増加に伴い塗膜全体の寸２． 線膨張係数と剥離抑制メカニズム

塗膜の線膨張係数を低く設計することで、既存塗膜

高度経済成長期に建設された鋼構造物の多くは、度位面積当たりの時間で示した値である。
また、腐食性物の自然剥離リスクを低減できることが分かっている。今重なる塗り替え塗装によって既存塗膜が過剰膜厚化し質が鋼面に到達しても塗膜の付着力が維持されている

般、剥離抑制機能に加えて、水中部用途向けタールフリた状態にあり、一部の鋼構造物においては塗膜内応力

間は鋼界面への腐食性物質の滞留や鋼界面に沿ったー変性エポキシ樹脂塗料相当の環境遮断性を有するの増大に伴い、
自然剥離する事例が認められている。

横方向への腐食進展は妨げられるので致命的な欠陥

線膨張とは温度変化に応じて物体の寸法が変化（膨新規塗料の開発を行い、従来の変性エポキシ樹脂塗

これらの老齢化した鋼構造物は、現在の財政事情を考にはならない。
しかし、塗膜の付着不良が生じた段階で張・収縮）する現象であり、線膨張係数αは温度が1℃変料との各種性能比較試験結果について報告する。

慮すると今後も塗り替え塗装による維持管理を行なっ

付着不良部へ腐食性物質が滞留し、徐々に腐食現象を化した時の線膨張の変化量を係数として表す物質に固ていく必要がある。上記課題に対して、著者らの研究グ拡大していく。
そのため、鋼表面に腐食性物質が到達し有の値である。
代表的な素材の線膨張係数を表1に示す。

ループは塗り重ねることで塗膜の自然剥離現象を抑制

た後、塗膜の膨れや鋼の発錆など外観上の欠陥として可能な線膨張係数（α）
を低減させた剥離抑制型変性

表面化するまでの塗膜付着力が維持されている期間

エポキシ樹脂塗料（以下、低α塗料と称す）を開発して（腐食進展期間）をτとしている。従って、以下①〜③のいる1）。

要件を有する塗装仕様は、耐久性に優れ、耐用年数

coating ﬁlm. In addition to the peeling suppressive function, we are currently being developed
a new paint with environment barrier properties
equivalent to tar-free modiﬁed epoxy resin paintfor underwater applications. We report test
results of various performance comparison withusual modiﬁed epoxy resin paints.

① 塗膜厚が厚いこと（1）腐食性物質の塗膜への浸透・拡散と塗膜／鋼界面への集積（2）浸透・拡散した腐食性物質による② 鋼表面への付着力に優れること③ 腐食性物質の浸透・拡散速度の遅い塗膜層を有すること

塗膜／鋼界面での腐食反応の開始（3）腐食生成物による塗膜の付着力低下と塗膜変状の発生

長期間供用されている鋼構造物に対して上記解釈を適用すると、①に関しては度重なる補修塗装により塗膜が厚膜化しているため要件を満たしている。一方で、Mengesら3）は、塗膜寿命を腐食性物質が鋼面に到達②に関しては、同様の理由から塗膜内応力が蓄積され

である。

素材

素材

線膨張係数
[10-5/K]

鉄

1.2

錫（すず）

2.0

アルミニウム

2.4

鉛

2.9

鉄

金

1.4

ニッケル

1.3

銀

1.9

ポリエチレン18

銅1.7

ポリカーボネート

7.0

亜鉛

3.3

エポキシ塗膜

6.5

クロム

0.8

ウレタン塗膜9.7

鉄図1

剥離抑制型塗料による寸法変化抑制

鋼構造物を構成する鉄の線膨張係数は低く、温度変化に対する寸法安定性に優れる素材といえる。一方で、有機物である塗膜の線膨張係数は鉄の5〜6倍と高い数値を示し、被塗物の鉄と比較して温度変化に応じて寸法が大きく変化する。

3.1

剥離抑制機能剥離抑制型塗料の膜厚増加に伴う剥離抑制効果向上

5高遮断低α塗料

低α塗料

変性エポキシ樹脂
塗料（比較塗料）

線膨張係数[10-5/K]

2.89

2.50

3.94

単膜

塗装系

単膜

3.2 10 /K以下に設定することで塗膜厚と付着安定性の相関が逆転し、塗膜厚を厚くなるほど剥離し難い
塗膜を形成できることが分かっている

。

4)-5)

10
サイクル

従って、低α塗料をベース配合として、さらに高遮断

単膜

塗装系

塗装系

試験片
外観

機能を付与する新たな低α塗料（以下、高遮断低α塗

3.0mm
以下

3.0mm
以下

3.0mm
以下

カット間
全面剥離

3.0mm
以下

カット間
全面剥離

料と称す）
においても、線膨張係数は上記閾値以下であることとし、かつ塗膜性能や塗装作業性が損なわれない範囲で可能な限り線膨張係数を低減することを目標とした。表2に各塗料の線膨張係数と剥離抑制試

30
サイクル

試験片
外観

試験終了

試験終了

験結果を示す。
なお、比較塗料としては、低α塗料および線膨張係数の高い一般的な変性エポキシ樹脂塗料（以下、比較塗料と称す）
を試験に供した。
また、表中の術研究所発行「NEXCO試験方法第4編 構造関係試
験方法（令和2年7月版）」に規定される試験方法443「塗料の耐はく離性試験方法」に準じて実施した。
試験結果より、
比較塗料は僅か10サイクル経過時点
で著しい塗膜の剥離現象を生じ、カット施工部周辺塗膜全面で変状を認めた。
一方で、線膨張係数を低減し剥離抑制機能を付与
した高遮断低α塗料および低α塗料は、試験経過に伴

剥離幅

3.0mm
以下

決める要件①、②を両立していると考えられる。

有していることを確認した。従って、低α塗料と同様に高遮断低α塗料に関しても、前述した塗膜の耐用年数を

3.2

環境遮断機能環境遮断機能の目標水準は水中部用途向け塗料とし、タールフリー変性エポキシ樹脂塗料（以下、
目標塗

3.0mm
以下

3.0mm
以下

ルフリー変性エポキシ樹脂塗料は強溶剤形塗料である

塗料は、タンク内面やダム堰、水門扉などの水中鋼構造

が、高遮断低α塗料は既設鋼構造物の現地補修用途

物に古くから適用されてきたタールエポキシ樹脂塗料が主となることから、低α塗料と同様に環境負荷の少なに代わり、発癌性のおそれのあるコールタール分を含まい弱溶剤形塗料である。

ない塗料であり、上記の鋼構造物に対して長年の適用

環境遮断性の評価を目的に、高遮断低α塗料、低α

供試塗装仕様※）試験条件
JIS K 5600-7-2回転式 50℃/95%RH以上

複層膜 120μm

イオン交換水浸漬

JIS K 5600-6-1方法1（浸漬法） 液温23℃, 60℃

複層膜 120μm

塩水浸漬（NaCl 5%aq.）

JIS K 5600-6-1方法1（浸漬法） 液温23℃, 60℃

複層膜 120μm

温度差耐水性JIS K 6940附属書3（規定） 評価面側50℃/裏面側25℃

複層膜 120μm

複合サイクル防食性

JIS K 5600-7-9附属書1（規定） サイクルD

単膜 60μm

塗装系A 175μm

耐中性塩水噴霧性

JIS K 5600-7-1

単膜 60μm

塗装系A 175μm

暴露防錆性

NEXCO試験法404（沖縄県伊計島）

塗装系B 195μm

表5

工程

単膜

複層膜

塗装系A

塗装系B

1層目

評価塗料60μm

評価塗料60μm

評価塗料60μm

有機Zn 75μm

2層目−

評価塗料60μm

評価塗料60μm

評価塗料60μm

3層目

−

−

中塗塗料30μm

評価塗料60μm

4層目

−

−

上塗塗料25μm

−

合計

60μm

120μm

175μm

195μm

試験板はブラスト処理鋼板（寸法：70 150 t3.2mm

変状を認めるまでに要した試験時間を耐久時間とした。

または150 300 t3.2mm、除錆度：ISO Sa2 1/2以上、前述のとおり高遮断低α塗料は低α塗料に水中部用

表面粗さ：Rzjis25μm）
を使用し、各塗料をエアスプレー

途向け塗料の配合技術を導入し、特に耐水性に関わる

塗装にて24時間間隔で塗装した。最終層塗装完了後、塗膜性能を向上させた設計としている。
そこで耐水性の23℃/50%RH環境下にて7日間養生し試験片とした。
な評価試験として、各供試塗料間で特に大きな性能差を認

お、試験片の裏面および周囲に関しては、試験に影響がめた耐湿性試験（連続結露法）およびイオン交換水浸漬ないよう評価塗料で塗り包んだ。

（60℃）
、
塩水浸漬
（60℃）
に関して、
詳細な試験結果を報告する。

評価を目的とするため、試験前の塗膜に対して鋼材まで達

表6に耐湿性試験結果を示す。
比較塗料が720時間

高遮断低α塗料は、低α塗料に水中部用途向け塗測定した。
測定方法は、
JIS Z 0203
「防湿包装材料の透する切り込み傷（カット部）の施工は行わず、
一般部におけ経過後にさび、膨れの変化を認めたのに対し、
高遮断低料の配合技術を導入し、特に耐水性に関わる塗膜性能

湿度試験方法（カップ法）」に準じて行い、塗膜片の乾る塗膜変状が発生するまでの時間を評価した。
塗膜の変

α塗料および目標塗料は、
10,080時間経過後も塗膜変燥膜厚は200μmとした。表3に測定結果を示す。

状は、JIS K 5600-8-2, 3に準じて評価し、塗膜に何らかの化を認めず、良好な塗膜外観を維持した。

を向上させた設計としている。
なお、
目標塗料としたター
表3

水蒸気透過度

表6

高遮断低α塗料

低α塗料

比較塗料

目標塗料

供試塗料

開発塗料
（大気部向け）

剥離抑制型変性
エポキシ樹脂塗料（大気部向け）

変性エポキシ
樹脂塗料（大気部向け）

タールフリー変性
エポキシ樹脂塗料（水中部向け）

水蒸気透過度[g/㎡･24hr]

0.85

10.04

9.24

1.12

供試塗料

の低α塗料や比較塗料に比べて、著しく低い値を示した。
これは水中部向け塗料の優れた耐水性能の一要因と

3.3

塗膜性能評価考えられる。高遮断低α塗料の水蒸気透過度は、
目標

高遮断低α塗料、比較塗料および目標塗料について、塗料と同程度の値を示し、低α塗料に対して92%低減、

表4に示す各種塗膜性能評価試験を実施した。表5に

比較塗料に対しては91%低減することを確認した。

は各供試塗装仕様の詳細を示す。

目標塗料

720時間
（1ヶ月）

比較塗料

10,080時間（14ヶ月）

塗膜変状なし塗膜変状なし

塗膜外観

変状状態
耐久時間

さび·膨れ発生（8P ·8M）

試験終了
塗膜変状なし塗膜変状なし10,080時間以上

10,080時間以上

比較塗料

試験項目

供試塗装仕様耐湿性（連続結露法）

複層膜 120μm

イオン交換水
浸漬
塩水浸漬

変状状態

2,160時間（3ヶ月）

塗膜変状なし塗膜変状なし膨れ発生（8F）

塗膜外観

720時間

試験終了

変状状態

7,920時間（11ヶ月）

塗膜変状なし塗膜外観

温度差耐水性

23℃*)

60℃
23℃

耐久時間

イオン交換水浸漬試験（60℃）
においては、比較塗料が720時間経過後に膨れを認めたのに対し、
目標塗料は2,160時間で膨れを生じた。一方、高遮断低α塗
表8
供試塗料

720時間
（1ヶ月）

720時間

2,160時間

料は7,920時間経過後においても膨れの発生を認めず良好な塗膜状態を維持していた。
続いて塩水浸漬試験（60℃）の結果を表8に示す。

塩水浸漬（液温60℃）試験結果（複層膜 120μm）

高遮断低α塗料

目標塗料

比較塗料

塗膜外観
変状状態

2,520時間（3.5ヶ月）試験終了

塗膜変状なし塗膜外観
塗膜変状なし

2,520時間以上

膨れ発生（8M）

膨れ発生（8MD）

試験終了

試験終了

720時間

720時間

結果から、比較塗料および目標塗料に関しては720

霧性試験に供した塗装系A、および暴露防錆性試験に時間経過後に膨れの発生を認めたのに対し、高遮断低

ついては、現状4,320時間（6ヵ月）
が経過し、
いずれの

α塗料は2,520時間経過後においても膨れは発生せ

供試塗料も塗膜変状を認めていないため、耐久時間のず、優れた耐水性を有することを確認した。

倍率試算には至っていない。

表9に、各種塗膜性能評価試験結果（塗膜の耐久時

高遮断低α塗料は、全ての試験項目において比較塗間）
および比較塗料を基準として算出した耐久時間の料（一般的な変性エポキシ樹脂塗料）
よりも優れた塗倍率を示す。
なお、複合サイクル防食性、耐中性塩水噴膜性能を有することを確認した。

４． まとめ参考文献

倍率

10,080時間以上

14.0倍以上

7,920時間以上

11.0倍以上

2,520時間以上

3.5倍以上7,920時間以上
7,920時間以上240時間

単膜 60μm

塗装系A 175μm*)
単膜 60μm

塗装系A 175μm*)
塗装系B 195μm*

5,040時間

4,320時間以上

11.0倍以上
3.3倍
2.3倍

7,920時間以上
2,160時間

7,920時間以上
720時間−

4,320時間以上

5.0倍

6ヵ月以上

−

耐久時間（基準）−7,920時間以上

720時間

3.0倍

720時間

1.0倍

720時間

11.0倍以上

720時間

1.7倍

72時間

3,960時間

4,320時間以上

倍率

14.0倍以上

120時間−

3,600時間

4,320時間以上

)

−

耐久時間
10,080時間以上

線膨張係数に着目した剥離抑制型塗料の設計技

1）清水悠平：耐はく離性を向上させた防食塗料の開発,

術に基づき、環境遮断性を高めた高遮断低α塗料をDNTコーティング技報, No.19, p.3-12 (2019)

比較塗料

1.8倍

4,320時間以上−

4,320時間以上

2.0倍

6ヵ月以上

−

制機能を有し、かつ水中部用途向け塗料（タールフリー変性エポキシ樹脂塗料）と同等以上の環境遮断性を有することを確認した。
また、各種塗膜性能評価

2,160時間−1,440時間開発した。本検討において、高遮断低α塗料が剥離抑

720時間

6ヵ月以上

＊）現状いずれの供試塗料も塗膜変状なし。耐久性の倍率は「−」と表記

塗膜変状なし
7,920時間以上

耐久時間

複層膜 120μm

耐中性塩水噴霧性

目標塗料

高遮断低α塗料

複層膜 120μm

60℃

DNTコーティング技報 No.22
報文-1
高遮断性を有する剥離抑制型変性エポキシ樹脂塗料の開発

塗膜性能評価試験結果（塗膜の耐久時間）

複層膜 120μm

暴露防錆性膨れ発生（8F）

試験終了

変状状態

耐久時間

塗膜外観

変状状態

目標塗料

塗膜外観

変状状態

水中部向けの目標塗料の水蒸気透過度は、
大気部向け
6)-8)

耐湿性試験結果（複層膜 120μm）

高遮断低α塗料

720時間
（1ヶ月）

高遮断低α塗料

複合サイクル防食性

供試塗装仕様詳細

また、
本試験は塗膜の環境遮断性の違いによる防食性

8表9表7 イオン交換水浸漬（液温60℃）試験結果（複層膜 120μm）
供試塗料

塗料、比較塗料ならびに目標塗料の水蒸気透過度を実績を有している。

脂塗料下塗（NEXCO塗料規格P-28）」に規定される離幅の平均値3.0mm以下」を十分に満足する性能を

3.0mm
以下

料と称す）
を選定した。
タールフリー変性エポキシ樹脂

う剥離の進展を認めず、「はく離抑制型変性エポキシ樹「30サイクル実施した後、カット部からの片側最大はく

試験項目

7

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高遮断性を有する剥離抑制型変性エポキシ樹脂塗料の開発

次に、
イオン交換水浸漬試験
（60℃）
について、
表7に試験結果を示す。

塗膜性能評価試験

耐湿性（連続結露法）※）供試塗装仕様の詳細は表5を参照
剥離幅

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高遮断性を有する剥離抑制型変性エポキシ樹脂塗料の開発

表4

供試塗料

-5

6

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高遮断性を有する剥離抑制型変性エポキシ樹脂塗料の開発

各塗料の線膨張係数と剥離抑制試験結果

これまでの研究結果より、塗膜の線膨張係数α1を

鉄

図2

表2

試験片の種類剥離抑制試験に関しては、株式会社高速道路総合技

代表的な素材の線膨張係数
線膨張係数[10 -5 /K]

３． 高遮断性を有する剥離抑制型
変性エポキシ樹脂塗料

塗り重ねられた塗膜

it at a low the coeﬃcient of linear expansion of

化過程は、
おおよそ次のように進行するとされている2）。

表1

クが増大していく従来塗料とは異なる全く新しい機能

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高遮断性を有する剥離抑制型変性エポキシ樹脂塗料の開発

剥離抑制型
塗膜

peeling of an existing coating ﬁlm by designingの長い塗装仕様であると解釈できる。

線膨張係数

する
（図2）。本機能は膜厚の増加に伴い自然剥離リス

塗り重ねられた
塗膜

It is ﬁnd that it can be reduced spontaneous

一方、塗装鋼が腐食環境に曝される際の塗膜の劣2.1

法変化を抑制する効果は高まり、剥離抑制効果は向上

塗り重ねられた 剥離抑制型
一般的な塗膜
塗膜

Abstract

剥離抑制メカニズムと腐食性物質が鋼面に到達した後、付着破壊が生じる

瑞樹

１． はじめに2.2

た状態にあり、塗膜厚が厚くなるほど付着力は低下して

L = t ／ 6D + τ
清水

4

するまでの時間（腐食誘導期間＝膜厚の二乗に比例）2山内 健一郎3

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高遮断性を有する剥離抑制型変性エポキシ樹脂塗料の開発

一方で、目標塗料との対比においても同等以上の良⑥また、今回結果に大きな差異を生じた加温条件下の好な塗膜性能を示したが、水蒸気透過度の測定結果

試験においては、⑤記載の要素に加えて、温度

上（0.85, 1.12 [g/m ･24hr]）以上に、各種塗膜の性能

昇による塗膜・鋼材の線膨張差に起因する寸法不

一

評価試験、
とりわけ加温条件下における試験において致や、塗膜の硬化反応の進行に伴う塗膜内残留応 力

顕著な差を認めた。以下に本結果の要因を考察する。

の増加なども付着活性点の減少を促進する要素と な

2る。
①Mengesらの式が示すとおり、塗膜変状（今回の場合⑦これら塗膜／鋼材間の付着安定性を低下させる要素

は主に膨れ）が発生するまでの時間は、1）腐食性物

に対し、低α塗料のみが有する有効な塗膜特性とし質が塗膜中に侵入・拡散し鋼面へ到達するまでの時て、寸法安定性に優れるという点が挙げられる。

間と、2）それにより塗膜／鋼材間の付着性が低下し⑧これまで本塗膜特性は鋼との線膨張差を低減し、塗塗膜下に腐食性物質が集積、鋼の腐食が進展する

膜の自然剥離現象を抑制することを目的としたものでまでの時間の和から説明ができる。

あったが、前述の加温条件下における吸水膨潤塗膜②水蒸気透過度測定結果より、1）に関しては高遮断低α塗料と目標塗料に大きな差異はない。

の付着活性点減少に対しても抑制効果を発揮する塗膜特性であった可能性がある。

③一方、塗膜変状が発生するまでの時間（塗膜の耐久⑨結果として、本塗膜特性と高い環境遮断性を併せ持っ

時間 1）+2）に関しては、特に加温条件下において

た高遮断低α塗料は、目標塗料と比較し優れた耐久

高遮断低α塗料が大きく優位な結果を示した。

性を発現したものと考える。

④従い、加温条件下において高遮断低α塗料は目標塗料と比較し、2）に記載の項目、特に塗膜／鋼材間の付着安定性に優れているものと推測する。

上記考察に関しては、過去著者らの研究グループにて実施した検証結果や、既往の報告などを元に推測し⑤湿潤環境下において吸水膨潤した塗膜の付着性にた内容に過ぎないが、今回の試験結果から高遮断低α

影響を与える要素として、直接的には塗膜／鋼界面塗料には塗膜遮断性の向上効果の他に、何らかの付で付着活性点として機能している極性基に対する水

着安定性向上機能が備わっている可能性が高く、両者の吸着があり、
またそれを助長する副次的要素としの相乗効果によって著しく塗膜耐久性が向上したものて、吸水による塗膜の体積膨張（鋼面との寸法不一と考えている。本考察については、今後さらに詳細な検

致）
に起因し、
付着活性点の減少がさらに促進される。

証の実施を予定している。

2）
山崎曜：超厚膜塗装技術の現状と問題点,
表面技術, Vol.46, No.6 (1995)
3）G. Menges & Schneider：Kautschuk und Gummi
Kunststoﬀe, 25, (5), 213 (1972)

試験において、高遮断低α塗料は比較塗料（一般的な4）西森修次：線膨張係数に着目した塗料の今後の展

変性エポキシ樹脂塗料）と比べ、いずれの試験におい望について, 第39回防錆防食技術発表大会講演予ても、優れた塗膜性能を示し、概ね2.3〜14.0倍以上

稿集, p.103-108 (2019)の塗膜耐久時間となることを確認した。
さらに高遮断5）宮下剛：耐はく離性を向上させた防食塗料の開発

低α塗料は、塗膜の耐久性を決める3要件全てを高（耐はく離性に寄与する因子）, 土木学会第73回年水準で兼ね備えており、従来塗料では達成できなかっ次学術講演会 (2018)

た長期耐久性が期待される。

6）山内健一郎：環境遮断性を高めた剥離抑制型変性
エポキシ樹脂塗料の開発, 防錆管理, Vol.66, No.1 (2022)

５． 謝辞
本開発品は、株式会社四国総合研究所殿との共同研究により得られた成果です。関係者各位に深く感謝
申し上げます。

7）
山内健一郎：高遮断性を有する剥離抑制型変性
エポキシ樹脂塗料の開発（続報）, 第44回鉄構塗装技術討論会発表予稿集, p.17-24 (2022)8）西森修次：塗膜の線膨張係数に着目した防食塗料（高遮断・剥離抑制タイプ）の開発動向及び性能評
価,第42回防錆防食技術発表大会講演予稿集,
p.73-78（2022）

9

2

DNTコーティング技報 No.22
報文-1
高遮断性を有する剥離抑制型変性エポキシ樹脂塗料の開発

DNTコーティング技報 No.22
報文-1
高遮断性を有する剥離抑制型変性エポキシ樹脂塗料の開発

高遮断性を有する剥離抑制型変性エポキシ樹脂塗料の開発
Development of Peel-Suppressing Modified Epoxy Resin Paint
with High Barrier Properties

塗料事業部門 構造物塗料事業部
テクニカルサポートグループ
Coating Business Div.
Protective Coatings Dept.
Technical Support Group

Kenichiro YAMAUCHI

要旨

悠平

Yuhei SHIMIZU

加藤

いく傾向を示し、最終的に塗膜剥離に至ることから要件までの時間（腐食進展期間＝塗膜欠陥が表面化するを満たしていない。
従って、既存の補修塗装仕様において塗膜の自然剥離現象に対して支配的な要因は、温度までの期間）の和で説明しており、腐食性物質が鋼表①と②は、相反する要件となる。
これに対し、著者らの開変化に起因する塗膜の熱収縮・熱膨張である。鋼材と面に到達するまでの時間をできるだけ延長し、さらに付発した低α塗料は、塗膜厚が厚くなるほど塗膜剥離を抑比較し線膨張係数が高い一般塗膜で補修塗装を繰り着力を確保することが塗膜の長期耐久性の維持に繋制する機能を有し、良好な付着性を維持し続けることが返した場合、両者の線膨張係数の差に起因して塗膜のがるとしている
（式1参照）。

できることから、①と②を両立させることが可能であり、塗

自然剥離現象が生じる。一方で、線膨張係数を低減さ

L ： 耐用期間t ： 塗膜（mm）
D： 拡散係数（mm2/sec）
τ： 付着力その他の要因

Mizuki KATO

式1 塗膜耐久性の考え方に関する
G. Menges, W. Schneiderらの関係式
式中のD（拡散係数）
は、酸素、水、塩化物イオンなどの腐食性物質が塗膜中に侵入し拡散する度合いを単膜の耐久性を大きく高めていると考える。
一方で、
③に対

せた低α塗料は温度変化に対する熱収縮・熱膨張がする低α塗料の性能は従来塗料と同程度であるが、塗料

小さく寸法安定性に優れるという特長を有している。
この配合設計において検討の余地を有している。

のため、一般塗膜上に低α塗料を塗り重ねた場合、一著者らの研究グループは、塗膜の耐用年数（耐久性）

般塗膜の熱収縮・熱膨張による寸法変化が抑制され、を決める①〜③の要件全てを高い水準で兼ね備えた新一般塗膜を含む塗膜全体の寸法安定性が向上する

規塗料を開発した。
本報では、新たに開発した高遮断性（図1）。
これにより、塗膜全体の応力が低減され、結果を有する低α塗料の特性および従来の変性エポキシ樹として剥離抑制効果が発現する。
また、一般塗膜上に脂塗料との各種性能比較試験結果について報告する。

塗り重ねる低α塗料の膜厚増加に伴い塗膜全体の寸２． 線膨張係数と剥離抑制メカニズム

塗膜の線膨張係数を低く設計することで、既存塗膜

高度経済成長期に建設された鋼構造物の多くは、度位面積当たりの時間で示した値である。
また、腐食性物の自然剥離リスクを低減できることが分かっている。今重なる塗り替え塗装によって既存塗膜が過剰膜厚化し質が鋼面に到達しても塗膜の付着力が維持されている

般、剥離抑制機能に加えて、水中部用途向けタールフリた状態にあり、一部の鋼構造物においては塗膜内応力

間は鋼界面への腐食性物質の滞留や鋼界面に沿ったー変性エポキシ樹脂塗料相当の環境遮断性を有するの増大に伴い、
自然剥離する事例が認められている。

横方向への腐食進展は妨げられるので致命的な欠陥

線膨張とは温度変化に応じて物体の寸法が変化（膨新規塗料の開発を行い、従来の変性エポキシ樹脂塗

これらの老齢化した鋼構造物は、現在の財政事情を考にはならない。
しかし、塗膜の付着不良が生じた段階で張・収縮）する現象であり、線膨張係数αは温度が1℃変料との各種性能比較試験結果について報告する。

慮すると今後も塗り替え塗装による維持管理を行なっ

付着不良部へ腐食性物質が滞留し、徐々に腐食現象を化した時の線膨張の変化量を係数として表す物質に固ていく必要がある。上記課題に対して、著者らの研究グ拡大していく。
そのため、鋼表面に腐食性物質が到達し有の値である。
代表的な素材の線膨張係数を表1に示す。

ループは塗り重ねることで塗膜の自然剥離現象を抑制

た後、塗膜の膨れや鋼の発錆など外観上の欠陥として可能な線膨張係数（α）
を低減させた剥離抑制型変性

表面化するまでの塗膜付着力が維持されている期間

エポキシ樹脂塗料（以下、低α塗料と称す）を開発して（腐食進展期間）をτとしている。従って、以下①〜③のいる1）。

要件を有する塗装仕様は、耐久性に優れ、耐用年数

coating ﬁlm. In addition to the peeling suppressive function, we are currently being developed
a new paint with environment barrier properties
equivalent to tar-free modiﬁed epoxy resin paintfor underwater applications. We report test
results of various performance comparison withusual modiﬁed epoxy resin paints.

① 塗膜厚が厚いこと（1）腐食性物質の塗膜への浸透・拡散と塗膜／鋼界面への集積（2）浸透・拡散した腐食性物質による② 鋼表面への付着力に優れること③ 腐食性物質の浸透・拡散速度の遅い塗膜層を有すること

塗膜／鋼界面での腐食反応の開始（3）腐食生成物による塗膜の付着力低下と塗膜変状の発生

長期間供用されている鋼構造物に対して上記解釈を適用すると、①に関しては度重なる補修塗装により塗膜が厚膜化しているため要件を満たしている。一方で、Mengesら3）は、塗膜寿命を腐食性物質が鋼面に到達②に関しては、同様の理由から塗膜内応力が蓄積され

である。

素材

素材

線膨張係数
[10-5/K]

鉄

1.2

錫（すず）

2.0

アルミニウム

2.4

鉛

2.9

鉄

金

1.4

ニッケル

1.3

銀

1.9

ポリエチレン18

銅1.7

ポリカーボネート

7.0

亜鉛

3.3

エポキシ塗膜

6.5

クロム

0.8

ウレタン塗膜9.7

鉄図1

剥離抑制型塗料による寸法変化抑制

鋼構造物を構成する鉄の線膨張係数は低く、温度変化に対する寸法安定性に優れる素材といえる。一方で、有機物である塗膜の線膨張係数は鉄の5〜6倍と高い数値を示し、被塗物の鉄と比較して温度変化に応じて寸法が大きく変化する。

3.1

剥離抑制機能剥離抑制型塗料の膜厚増加に伴う剥離抑制効果向上

5高遮断低α塗料

低α塗料

変性エポキシ樹脂
塗料（比較塗料）

線膨張係数[10-5/K]

2.89

2.50

3.94

単膜

塗装系

単膜

3.2 10 /K以下に設定することで塗膜厚と付着安定性の相関が逆転し、塗膜厚を厚くなるほど剥離し難い
塗膜を形成できることが分かっている

。

4)-5)

10
サイクル

従って、低α塗料をベース配合として、さらに高遮断

単膜

塗装系

塗装系

試験片
外観

機能を付与する新たな低α塗料（以下、高遮断低α塗

3.0mm
以下

3.0mm
以下

3.0mm
以下

カット間
全面剥離

3.0mm
以下

カット間
全面剥離

料と称す）
においても、線膨張係数は上記閾値以下であることとし、かつ塗膜性能や塗装作業性が損なわれない範囲で可能な限り線膨張係数を低減することを目標とした。表2に各塗料の線膨張係数と剥離抑制試

30
サイクル

試験片
外観

試験終了

試験終了

験結果を示す。
なお、比較塗料としては、低α塗料および線膨張係数の高い一般的な変性エポキシ樹脂塗料（以下、比較塗料と称す）
を試験に供した。
また、表中の術研究所発行「NEXCO試験方法第4編 構造関係試
験方法（令和2年7月版）」に規定される試験方法443「塗料の耐はく離性試験方法」に準じて実施した。
試験結果より、
比較塗料は僅か10サイクル経過時点
で著しい塗膜の剥離現象を生じ、カット施工部周辺塗膜全面で変状を認めた。
一方で、線膨張係数を低減し剥離抑制機能を付与
した高遮断低α塗料および低α塗料は、試験経過に伴

剥離幅

3.0mm
以下

決める要件①、②を両立していると考えられる。

有していることを確認した。従って、低α塗料と同様に高遮断低α塗料に関しても、前述した塗膜の耐用年数を

3.2

環境遮断機能環境遮断機能の目標水準は水中部用途向け塗料とし、タールフリー変性エポキシ樹脂塗料（以下、
目標塗

3.0mm
以下

3.0mm
以下

ルフリー変性エポキシ樹脂塗料は強溶剤形塗料である

塗料は、タンク内面やダム堰、水門扉などの水中鋼構造

が、高遮断低α塗料は既設鋼構造物の現地補修用途

物に古くから適用されてきたタールエポキシ樹脂塗料が主となることから、低α塗料と同様に環境負荷の少なに代わり、発癌性のおそれのあるコールタール分を含まい弱溶剤形塗料である。

ない塗料であり、上記の鋼構造物に対して長年の適用

環境遮断性の評価を目的に、高遮断低α塗料、低α

供試塗装仕様※）試験条件
JIS K 5600-7-2回転式 50℃/95%RH以上

複層膜 120μm

イオン交換水浸漬

JIS K 5600-6-1方法1（浸漬法） 液温23℃, 60℃

複層膜 120μm

塩水浸漬（NaCl 5%aq.）

JIS K 5600-6-1方法1（浸漬法） 液温23℃, 60℃

複層膜 120μm

温度差耐水性JIS K 6940附属書3（規定） 評価面側50℃/裏面側25℃

複層膜 120μm

複合サイクル防食性

JIS K 5600-7-9附属書1（規定） サイクルD

単膜 60μm

塗装系A 175μm

耐中性塩水噴霧性

JIS K 5600-7-1

単膜 60μm

塗装系A 175μm

暴露防錆性

NEXCO試験法404（沖縄県伊計島）

塗装系B 195μm

表5

工程

単膜

複層膜

塗装系A

塗装系B

1層目

評価塗料60μm

評価塗料60μm

評価塗料60μm

有機Zn 75μm

2層目−

評価塗料60μm

評価塗料60μm

評価塗料60μm

3層目

−

−

中塗塗料30μm

評価塗料60μm

4層目

−

−

上塗塗料25μm

−

合計

60μm

120μm

175μm

195μm

試験板はブラスト処理鋼板（寸法：70 150 t3.2mm

変状を認めるまでに要した試験時間を耐久時間とした。

または150 300 t3.2mm、除錆度：ISO Sa2 1/2以上、前述のとおり高遮断低α塗料は低α塗料に水中部用

表面粗さ：Rzjis25μm）
を使用し、各塗料をエアスプレー

途向け塗料の配合技術を導入し、特に耐水性に関わる

塗装にて24時間間隔で塗装した。最終層塗装完了後、塗膜性能を向上させた設計としている。
そこで耐水性の23℃/50%RH環境下にて7日間養生し試験片とした。
な評価試験として、各供試塗料間で特に大きな性能差を認

お、試験片の裏面および周囲に関しては、試験に影響がめた耐湿性試験（連続結露法）およびイオン交換水浸漬ないよう評価塗料で塗り包んだ。

（60℃）
、
塩水浸漬
（60℃）
に関して、
詳細な試験結果を報告する。

評価を目的とするため、試験前の塗膜に対して鋼材まで達

表6に耐湿性試験結果を示す。
比較塗料が720時間

高遮断低α塗料は、低α塗料に水中部用途向け塗測定した。
測定方法は、
JIS Z 0203
「防湿包装材料の透する切り込み傷（カット部）の施工は行わず、
一般部におけ経過後にさび、膨れの変化を認めたのに対し、
高遮断低料の配合技術を導入し、特に耐水性に関わる塗膜性能

湿度試験方法（カップ法）」に準じて行い、塗膜片の乾る塗膜変状が発生するまでの時間を評価した。
塗膜の変

α塗料および目標塗料は、
10,080時間経過後も塗膜変燥膜厚は200μmとした。表3に測定結果を示す。

状は、JIS K 5600-8-2, 3に準じて評価し、塗膜に何らかの化を認めず、良好な塗膜外観を維持した。

を向上させた設計としている。
なお、
目標塗料としたター
表3

水蒸気透過度

表6

高遮断低α塗料

低α塗料

比較塗料

目標塗料

供試塗料

開発塗料
（大気部向け）

剥離抑制型変性
エポキシ樹脂塗料（大気部向け）

変性エポキシ
樹脂塗料（大気部向け）

タールフリー変性
エポキシ樹脂塗料（水中部向け）

水蒸気透過度[g/㎡･24hr]

0.85

10.04

9.24

1.12

供試塗料

の低α塗料や比較塗料に比べて、著しく低い値を示した。
これは水中部向け塗料の優れた耐水性能の一要因と

3.3

塗膜性能評価考えられる。高遮断低α塗料の水蒸気透過度は、
目標

高遮断低α塗料、比較塗料および目標塗料について、塗料と同程度の値を示し、低α塗料に対して92%低減、

表4に示す各種塗膜性能評価試験を実施した。表5に

比較塗料に対しては91%低減することを確認した。

は各供試塗装仕様の詳細を示す。

目標塗料

720時間
（1ヶ月）

比較塗料

10,080時間（14ヶ月）

塗膜変状なし塗膜変状なし

塗膜外観

変状状態
耐久時間

さび·膨れ発生（8P ·8M）

試験終了
塗膜変状なし塗膜変状なし10,080時間以上

10,080時間以上

比較塗料

試験項目

供試塗装仕様耐湿性（連続結露法）

複層膜 120μm

イオン交換水
浸漬
塩水浸漬

変状状態

2,160時間（3ヶ月）

塗膜変状なし塗膜変状なし膨れ発生（8F）

塗膜外観

720時間

試験終了

変状状態

7,920時間（11ヶ月）

塗膜変状なし塗膜外観

温度差耐水性

23℃*)

60℃
23℃

耐久時間

イオン交換水浸漬試験（60℃）
においては、比較塗料が720時間経過後に膨れを認めたのに対し、
目標塗料は2,160時間で膨れを生じた。一方、高遮断低α塗
表8
供試塗料

720時間
（1ヶ月）

720時間

2,160時間

料は7,920時間経過後においても膨れの発生を認めず良好な塗膜状態を維持していた。
続いて塩水浸漬試験（60℃）の結果を表8に示す。

塩水浸漬（液温60℃）試験結果（複層膜 120μm）

高遮断低α塗料

目標塗料

比較塗料

塗膜外観
変状状態

2,520時間（3.5ヶ月）試験終了

塗膜変状なし塗膜外観
塗膜変状なし

2,520時間以上

膨れ発生（8M）

膨れ発生（8MD）

試験終了

試験終了

720時間

720時間

結果から、比較塗料および目標塗料に関しては720

霧性試験に供した塗装系A、および暴露防錆性試験に時間経過後に膨れの発生を認めたのに対し、高遮断低

ついては、現状4,320時間（6ヵ月）
が経過し、
いずれの

α塗料は2,520時間経過後においても膨れは発生せ

供試塗料も塗膜変状を認めていないため、耐久時間のず、優れた耐水性を有することを確認した。

倍率試算には至っていない。

表9に、各種塗膜性能評価試験結果（塗膜の耐久時

高遮断低α塗料は、全ての試験項目において比較塗間）
および比較塗料を基準として算出した耐久時間の料（一般的な変性エポキシ樹脂塗料）
よりも優れた塗倍率を示す。
なお、複合サイクル防食性、耐中性塩水噴膜性能を有することを確認した。

４． まとめ参考文献

倍率

10,080時間以上

14.0倍以上

7,920時間以上

11.0倍以上

2,520時間以上

3.5倍以上7,920時間以上
7,920時間以上240時間

単膜 60μm

塗装系A 175μm*)
単膜 60μm

塗装系A 175μm*)
塗装系B 195μm*

5,040時間

4,320時間以上

11.0倍以上
3.3倍
2.3倍

7,920時間以上
2,160時間

7,920時間以上
720時間−

4,320時間以上

5.0倍

6ヵ月以上

−

耐久時間（基準）−7,920時間以上

720時間

3.0倍

720時間

1.0倍

720時間

11.0倍以上

720時間

1.7倍

72時間

3,960時間

4,320時間以上

倍率

14.0倍以上

120時間−

3,600時間

4,320時間以上

)

−

耐久時間
10,080時間以上

線膨張係数に着目した剥離抑制型塗料の設計技

1）清水悠平：耐はく離性を向上させた防食塗料の開発,

術に基づき、環境遮断性を高めた高遮断低α塗料をDNTコーティング技報, No.19, p.3-12 (2019)

比較塗料

1.8倍

4,320時間以上−

4,320時間以上

2.0倍

6ヵ月以上

−

制機能を有し、かつ水中部用途向け塗料（タールフリー変性エポキシ樹脂塗料）と同等以上の環境遮断性を有することを確認した。
また、各種塗膜性能評価

2,160時間−1,440時間開発した。本検討において、高遮断低α塗料が剥離抑

720時間

6ヵ月以上

＊）現状いずれの供試塗料も塗膜変状なし。耐久性の倍率は「−」と表記

塗膜変状なし
7,920時間以上

耐久時間

複層膜 120μm

耐中性塩水噴霧性

目標塗料

高遮断低α塗料

複層膜 120μm

60℃

DNTコーティング技報 No.22
報文-1
高遮断性を有する剥離抑制型変性エポキシ樹脂塗料の開発

塗膜性能評価試験結果（塗膜の耐久時間）

複層膜 120μm

暴露防錆性膨れ発生（8F）

試験終了

変状状態

耐久時間

塗膜外観

変状状態

目標塗料

塗膜外観

変状状態

水中部向けの目標塗料の水蒸気透過度は、
大気部向け
6)-8)

耐湿性試験結果（複層膜 120μm）

高遮断低α塗料

720時間
（1ヶ月）

高遮断低α塗料

複合サイクル防食性

供試塗装仕様詳細

また、
本試験は塗膜の環境遮断性の違いによる防食性

8表9表7 イオン交換水浸漬（液温60℃）試験結果（複層膜 120μm）
供試塗料

塗料、比較塗料ならびに目標塗料の水蒸気透過度を実績を有している。

脂塗料下塗（NEXCO塗料規格P-28）」に規定される離幅の平均値3.0mm以下」を十分に満足する性能を

3.0mm
以下

料と称す）
を選定した。
タールフリー変性エポキシ樹脂

う剥離の進展を認めず、「はく離抑制型変性エポキシ樹「30サイクル実施した後、カット部からの片側最大はく

試験項目

7

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高遮断性を有する剥離抑制型変性エポキシ樹脂塗料の開発

次に、
イオン交換水浸漬試験
（60℃）
について、
表7に試験結果を示す。

塗膜性能評価試験

耐湿性（連続結露法）※）供試塗装仕様の詳細は表5を参照
剥離幅

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高遮断性を有する剥離抑制型変性エポキシ樹脂塗料の開発

表4

供試塗料

-5

6

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高遮断性を有する剥離抑制型変性エポキシ樹脂塗料の開発

各塗料の線膨張係数と剥離抑制試験結果

これまでの研究結果より、塗膜の線膨張係数α1を

鉄

図2

表2

試験片の種類剥離抑制試験に関しては、株式会社高速道路総合技

代表的な素材の線膨張係数
線膨張係数[10 -5 /K]

３． 高遮断性を有する剥離抑制型
変性エポキシ樹脂塗料

塗り重ねられた塗膜

it at a low the coeﬃcient of linear expansion of

化過程は、
おおよそ次のように進行するとされている2）。

表1

クが増大していく従来塗料とは異なる全く新しい機能

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高遮断性を有する剥離抑制型変性エポキシ樹脂塗料の開発

剥離抑制型
塗膜

peeling of an existing coating ﬁlm by designingの長い塗装仕様であると解釈できる。

線膨張係数

する
（図2）。本機能は膜厚の増加に伴い自然剥離リス

塗り重ねられた
塗膜

It is ﬁnd that it can be reduced spontaneous

一方、塗装鋼が腐食環境に曝される際の塗膜の劣2.1

法変化を抑制する効果は高まり、剥離抑制効果は向上

塗り重ねられた 剥離抑制型
一般的な塗膜
塗膜

Abstract

剥離抑制メカニズムと腐食性物質が鋼面に到達した後、付着破壊が生じる

瑞樹

１． はじめに2.2

た状態にあり、塗膜厚が厚くなるほど付着力は低下して

L = t ／ 6D + τ
清水

4

するまでの時間（腐食誘導期間＝膜厚の二乗に比例）2山内 健一郎3

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報文-1
高遮断性を有する剥離抑制型変性エポキシ樹脂塗料の開発

一方で、目標塗料との対比においても同等以上の良⑥また、今回結果に大きな差異を生じた加温条件下の好な塗膜性能を示したが、水蒸気透過度の測定結果

試験においては、⑤記載の要素に加えて、温度

上（0.85, 1.12 [g/m ･24hr]）以上に、各種塗膜の性能

昇による塗膜・鋼材の線膨張差に起因する寸法不

一

評価試験、
とりわけ加温条件下における試験において致や、塗膜の硬化反応の進行に伴う塗膜内残留応 力

顕著な差を認めた。以下に本結果の要因を考察する。

の増加なども付着活性点の減少を促進する要素と な

2る。
①Mengesらの式が示すとおり、塗膜変状（今回の場合⑦これら塗膜／鋼材間の付着安定性を低下させる要素

は主に膨れ）が発生するまでの時間は、1）腐食性物

に対し、低α塗料のみが有する有効な塗膜特性とし質が塗膜中に侵入・拡散し鋼面へ到達するまでの時て、寸法安定性に優れるという点が挙げられる。

間と、2）それにより塗膜／鋼材間の付着性が低下し⑧これまで本塗膜特性は鋼との線膨張差を低減し、塗塗膜下に腐食性物質が集積、鋼の腐食が進展する

膜の自然剥離現象を抑制することを目的としたものでまでの時間の和から説明ができる。

あったが、前述の加温条件下における吸水膨潤塗膜②水蒸気透過度測定結果より、1）に関しては高遮断低α塗料と目標塗料に大きな差異はない。

の付着活性点減少に対しても抑制効果を発揮する塗膜特性であった可能性がある。

③一方、塗膜変状が発生するまでの時間（塗膜の耐久⑨結果として、本塗膜特性と高い環境遮断性を併せ持っ

時間 1）+2）に関しては、特に加温条件下において

た高遮断低α塗料は、目標塗料と比較し優れた耐久

高遮断低α塗料が大きく優位な結果を示した。

性を発現したものと考える。

④従い、加温条件下において高遮断低α塗料は目標塗料と比較し、2）に記載の項目、特に塗膜／鋼材間の付着安定性に優れているものと推測する。

上記考察に関しては、過去著者らの研究グループにて実施した検証結果や、既往の報告などを元に推測し⑤湿潤環境下において吸水膨潤した塗膜の付着性にた内容に過ぎないが、今回の試験結果から高遮断低α

影響を与える要素として、直接的には塗膜／鋼界面塗料には塗膜遮断性の向上効果の他に、何らかの付で付着活性点として機能している極性基に対する水

着安定性向上機能が備わっている可能性が高く、両者の吸着があり、
またそれを助長する副次的要素としの相乗効果によって著しく塗膜耐久性が向上したものて、吸水による塗膜の体積膨張（鋼面との寸法不一と考えている。本考察については、今後さらに詳細な検

致）
に起因し、
付着活性点の減少がさらに促進される。

証の実施を予定している。

2）
山崎曜：超厚膜塗装技術の現状と問題点,
表面技術, Vol.46, No.6 (1995)
3）G. Menges & Schneider：Kautschuk und Gummi
Kunststoﬀe, 25, (5), 213 (1972)

試験において、高遮断低α塗料は比較塗料（一般的な4）西森修次：線膨張係数に着目した塗料の今後の展

変性エポキシ樹脂塗料）と比べ、いずれの試験におい望について, 第39回防錆防食技術発表大会講演予ても、優れた塗膜性能を示し、概ね2.3〜14.0倍以上

稿集, p.103-108 (2019)の塗膜耐久時間となることを確認した。
さらに高遮断5）宮下剛：耐はく離性を向上させた防食塗料の開発

低α塗料は、塗膜の耐久性を決める3要件全てを高（耐はく離性に寄与する因子）, 土木学会第73回年水準で兼ね備えており、従来塗料では達成できなかっ次学術講演会 (2018)

た長期耐久性が期待される。

6）山内健一郎：環境遮断性を高めた剥離抑制型変性
エポキシ樹脂塗料の開発, 防錆管理, Vol.66, No.1 (2022)

５． 謝辞
本開発品は、株式会社四国総合研究所殿との共同研究により得られた成果です。関係者各位に深く感謝
申し上げます。

7）
山内健一郎：高遮断性を有する剥離抑制型変性
エポキシ樹脂塗料の開発（続報）, 第44回鉄構塗装技術討論会発表予稿集, p.17-24 (2022)8）西森修次：塗膜の線膨張係数に着目した防食塗料（高遮断・剥離抑制タイプ）の開発動向及び性能評
価,第42回防錆防食技術発表大会講演予稿集,
p.73-78（2022）

9

2

DNTコーティング技報 No.22
報文-1
高遮断性を有する剥離抑制型変性エポキシ樹脂塗料の開発

DNTコーティング技報 No.22
報文-1
高遮断性を有する剥離抑制型変性エポキシ樹脂塗料の開発

高遮断性を有する剥離抑制型変性エポキシ樹脂塗料の開発
Development of Peel-Suppressing Modified Epoxy Resin Paint
with High Barrier Properties

塗料事業部門 構造物塗料事業部
テクニカルサポートグループ
Coating Business Div.
Protective Coatings Dept.
Technical Support Group

Kenichiro YAMAUCHI

要旨

悠平

Yuhei SHIMIZU

加藤

いく傾向を示し、最終的に塗膜剥離に至ることから要件までの時間（腐食進展期間＝塗膜欠陥が表面化するを満たしていない。
従って、既存の補修塗装仕様において塗膜の自然剥離現象に対して支配的な要因は、温度までの期間）の和で説明しており、腐食性物質が鋼表①と②は、相反する要件となる。
これに対し、著者らの開変化に起因する塗膜の熱収縮・熱膨張である。鋼材と面に到達するまでの時間をできるだけ延長し、さらに付発した低α塗料は、塗膜厚が厚くなるほど塗膜剥離を抑比較し線膨張係数が高い一般塗膜で補修塗装を繰り着力を確保することが塗膜の長期耐久性の維持に繋制する機能を有し、良好な付着性を維持し続けることが返した場合、両者の線膨張係数の差に起因して塗膜のがるとしている
（式1参照）。

できることから、①と②を両立させることが可能であり、塗

自然剥離現象が生じる。一方で、線膨張係数を低減さ

L ： 耐用期間t ： 塗膜（mm）
D： 拡散係数（mm2/sec）
τ： 付着力その他の要因

Mizuki KATO

式1 塗膜耐久性の考え方に関する
G. Menges, W. Schneiderらの関係式
式中のD（拡散係数）
は、酸素、水、塩化物イオンなどの腐食性物質が塗膜中に侵入し拡散する度合いを単膜の耐久性を大きく高めていると考える。
一方で、
③に対

せた低α塗料は温度変化に対する熱収縮・熱膨張がする低α塗料の性能は従来塗料と同程度であるが、塗料

小さく寸法安定性に優れるという特長を有している。
この配合設計において検討の余地を有している。

のため、一般塗膜上に低α塗料を塗り重ねた場合、一著者らの研究グループは、塗膜の耐用年数（耐久性）

般塗膜の熱収縮・熱膨張による寸法変化が抑制され、を決める①〜③の要件全てを高い水準で兼ね備えた新一般塗膜を含む塗膜全体の寸法安定性が向上する

規塗料を開発した。
本報では、新たに開発した高遮断性（図1）。
これにより、塗膜全体の応力が低減され、結果を有する低α塗料の特性および従来の変性エポキシ樹として剥離抑制効果が発現する。
また、一般塗膜上に脂塗料との各種性能比較試験結果について報告する。

塗り重ねる低α塗料の膜厚増加に伴い塗膜全体の寸２． 線膨張係数と剥離抑制メカニズム

塗膜の線膨張係数を低く設計することで、既存塗膜

高度経済成長期に建設された鋼構造物の多くは、度位面積当たりの時間で示した値である。
また、腐食性物の自然剥離リスクを低減できることが分かっている。今重なる塗り替え塗装によって既存塗膜が過剰膜厚化し質が鋼面に到達しても塗膜の付着力が維持されている

般、剥離抑制機能に加えて、水中部用途向けタールフリた状態にあり、一部の鋼構造物においては塗膜内応力

間は鋼界面への腐食性物質の滞留や鋼界面に沿ったー変性エポキシ樹脂塗料相当の環境遮断性を有するの増大に伴い、
自然剥離する事例が認められている。

横方向への腐食進展は妨げられるので致命的な欠陥

線膨張とは温度変化に応じて物体の寸法が変化（膨新規塗料の開発を行い、従来の変性エポキシ樹脂塗

これらの老齢化した鋼構造物は、現在の財政事情を考にはならない。
しかし、塗膜の付着不良が生じた段階で張・収縮）する現象であり、線膨張係数αは温度が1℃変料との各種性能比較試験結果について報告する。

慮すると今後も塗り替え塗装による維持管理を行なっ

付着不良部へ腐食性物質が滞留し、徐々に腐食現象を化した時の線膨張の変化量を係数として表す物質に固ていく必要がある。上記課題に対して、著者らの研究グ拡大していく。
そのため、鋼表面に腐食性物質が到達し有の値である。
代表的な素材の線膨張係数を表1に示す。

ループは塗り重ねることで塗膜の自然剥離現象を抑制

た後、塗膜の膨れや鋼の発錆など外観上の欠陥として可能な線膨張係数（α）
を低減させた剥離抑制型変性

表面化するまでの塗膜付着力が維持されている期間

エポキシ樹脂塗料（以下、低α塗料と称す）を開発して（腐食進展期間）をτとしている。従って、以下①〜③のいる1）。

要件を有する塗装仕様は、耐久性に優れ、耐用年数

coating ﬁlm. In addition to the peeling suppressive function, we are currently being developed
a new paint with environment barrier properties
equivalent to tar-free modiﬁed epoxy resin paintfor underwater applications. We report test
results of various performance comparison withusual modiﬁed epoxy resin paints.

① 塗膜厚が厚いこと（1）腐食性物質の塗膜への浸透・拡散と塗膜／鋼界面への集積（2）浸透・拡散した腐食性物質による② 鋼表面への付着力に優れること③ 腐食性物質の浸透・拡散速度の遅い塗膜層を有すること

塗膜／鋼界面での腐食反応の開始（3）腐食生成物による塗膜の付着力低下と塗膜変状の発生

長期間供用されている鋼構造物に対して上記解釈を適用すると、①に関しては度重なる補修塗装により塗膜が厚膜化しているため要件を満たしている。一方で、Mengesら3）は、塗膜寿命を腐食性物質が鋼面に到達②に関しては、同様の理由から塗膜内応力が蓄積され

である。

素材

素材

線膨張係数
[10-5/K]

鉄

1.2

錫（すず）

2.0

アルミニウム

2.4

鉛

2.9

鉄

金

1.4

ニッケル

1.3

銀

1.9

ポリエチレン18

銅1.7

ポリカーボネート

7.0

亜鉛

3.3

エポキシ塗膜

6.5

クロム

0.8

ウレタン塗膜9.7

鉄図1

剥離抑制型塗料による寸法変化抑制

鋼構造物を構成する鉄の線膨張係数は低く、温度変化に対する寸法安定性に優れる素材といえる。一方で、有機物である塗膜の線膨張係数は鉄の5〜6倍と高い数値を示し、被塗物の鉄と比較して温度変化に応じて寸法が大きく変化する。

3.1

剥離抑制機能剥離抑制型塗料の膜厚増加に伴う剥離抑制効果向上

5高遮断低α塗料

低α塗料

変性エポキシ樹脂
塗料（比較塗料）

線膨張係数[10-5/K]

2.89

2.50

3.94

単膜

塗装系

単膜

3.2 10 /K以下に設定することで塗膜厚と付着安定性の相関が逆転し、塗膜厚を厚くなるほど剥離し難い
塗膜を形成できることが分かっている

。

4)-5)

10
サイクル

従って、低α塗料をベース配合として、さらに高遮断

単膜

塗装系

塗装系

試験片
外観

機能を付与する新たな低α塗料（以下、高遮断低α塗

3.0mm
以下

3.0mm
以下

3.0mm
以下

カット間
全面剥離

3.0mm
以下

カット間
全面剥離

料と称す）
においても、線膨張係数は上記閾値以下であることとし、かつ塗膜性能や塗装作業性が損なわれない範囲で可能な限り線膨張係数を低減することを目標とした。表2に各塗料の線膨張係数と剥離抑制試

30
サイクル

試験片
外観

試験終了

試験終了

験結果を示す。
なお、比較塗料としては、低α塗料および線膨張係数の高い一般的な変性エポキシ樹脂塗料（以下、比較塗料と称す）
を試験に供した。
また、表中の術研究所発行「NEXCO試験方法第4編 構造関係試
験方法（令和2年7月版）」に規定される試験方法443「塗料の耐はく離性試験方法」に準じて実施した。
試験結果より、
比較塗料は僅か10サイクル経過時点
で著しい塗膜の剥離現象を生じ、カット施工部周辺塗膜全面で変状を認めた。
一方で、線膨張係数を低減し剥離抑制機能を付与
した高遮断低α塗料および低α塗料は、試験経過に伴

剥離幅

3.0mm
以下

決める要件①、②を両立していると考えられる。

有していることを確認した。従って、低α塗料と同様に高遮断低α塗料に関しても、前述した塗膜の耐用年数を

3.2

環境遮断機能環境遮断機能の目標水準は水中部用途向け塗料とし、タールフリー変性エポキシ樹脂塗料（以下、
目標塗

3.0mm
以下

3.0mm
以下

ルフリー変性エポキシ樹脂塗料は強溶剤形塗料である

塗料は、タンク内面やダム堰、水門扉などの水中鋼構造

が、高遮断低α塗料は既設鋼構造物の現地補修用途

物に古くから適用されてきたタールエポキシ樹脂塗料が主となることから、低α塗料と同様に環境負荷の少なに代わり、発癌性のおそれのあるコールタール分を含まい弱溶剤形塗料である。

ない塗料であり、上記の鋼構造物に対して長年の適用

環境遮断性の評価を目的に、高遮断低α塗料、低α

供試塗装仕様※）試験条件
JIS K 5600-7-2回転式 50℃/95%RH以上

複層膜 120μm

イオン交換水浸漬

JIS K 5600-6-1方法1（浸漬法） 液温23℃, 60℃

複層膜 120μm

塩水浸漬（NaCl 5%aq.）

JIS K 5600-6-1方法1（浸漬法） 液温23℃, 60℃

複層膜 120μm

温度差耐水性JIS K 6940附属書3（規定） 評価面側50℃/裏面側25℃

複層膜 120μm

複合サイクル防食性

JIS K 5600-7-9附属書1（規定） サイクルD

単膜 60μm

塗装系A 175μm

耐中性塩水噴霧性

JIS K 5600-7-1

単膜 60μm

塗装系A 175μm

暴露防錆性

NEXCO試験法404（沖縄県伊計島）

塗装系B 195μm

表5

工程

単膜

複層膜

塗装系A

塗装系B

1層目

評価塗料60μm

評価塗料60μm

評価塗料60μm

有機Zn 75μm

2層目−

評価塗料60μm

評価塗料60μm

評価塗料60μm

3層目

−

−

中塗塗料30μm

評価塗料60μm

4層目

−

−

上塗塗料25μm

−

合計

60μm

120μm

175μm

195μm

試験板はブラスト処理鋼板（寸法：70 150 t3.2mm

変状を認めるまでに要した試験時間を耐久時間とした。

または150 300 t3.2mm、除錆度：ISO Sa2 1/2以上、前述のとおり高遮断低α塗料は低α塗料に水中部用

表面粗さ：Rzjis25μm）
を使用し、各塗料をエアスプレー

途向け塗料の配合技術を導入し、特に耐水性に関わる

塗装にて24時間間隔で塗装した。最終層塗装完了後、塗膜性能を向上させた設計としている。
そこで耐水性の23℃/50%RH環境下にて7日間養生し試験片とした。
な評価試験として、各供試塗料間で特に大きな性能差を認

お、試験片の裏面および周囲に関しては、試験に影響がめた耐湿性試験（連続結露法）およびイオン交換水浸漬ないよう評価塗料で塗り包んだ。

（60℃）
、
塩水浸漬
（60℃）
に関して、
詳細な試験結果を報告する。

評価を目的とするため、試験前の塗膜に対して鋼材まで達

表6に耐湿性試験結果を示す。
比較塗料が720時間

高遮断低α塗料は、低α塗料に水中部用途向け塗測定した。
測定方法は、
JIS Z 0203
「防湿包装材料の透する切り込み傷（カット部）の施工は行わず、
一般部におけ経過後にさび、膨れの変化を認めたのに対し、
高遮断低料の配合技術を導入し、特に耐水性に関わる塗膜性能

湿度試験方法（カップ法）」に準じて行い、塗膜片の乾る塗膜変状が発生するまでの時間を評価した。
塗膜の変

α塗料および目標塗料は、
10,080時間経過後も塗膜変燥膜厚は200μmとした。表3に測定結果を示す。

状は、JIS K 5600-8-2, 3に準じて評価し、塗膜に何らかの化を認めず、良好な塗膜外観を維持した。

を向上させた設計としている。
なお、
目標塗料としたター
表3

水蒸気透過度

表6

高遮断低α塗料

低α塗料

比較塗料

目標塗料

供試塗料

開発塗料
（大気部向け）

剥離抑制型変性
エポキシ樹脂塗料（大気部向け）

変性エポキシ
樹脂塗料（大気部向け）

タールフリー変性
エポキシ樹脂塗料（水中部向け）

水蒸気透過度[g/㎡･24hr]

0.85

10.04

9.24

1.12

供試塗料

の低α塗料や比較塗料に比べて、著しく低い値を示した。
これは水中部向け塗料の優れた耐水性能の一要因と

3.3

塗膜性能評価考えられる。高遮断低α塗料の水蒸気透過度は、
目標

高遮断低α塗料、比較塗料および目標塗料について、塗料と同程度の値を示し、低α塗料に対して92%低減、

表4に示す各種塗膜性能評価試験を実施した。表5に

比較塗料に対しては91%低減することを確認した。

は各供試塗装仕様の詳細を示す。

目標塗料

720時間
（1ヶ月）

比較塗料

10,080時間（14ヶ月）

塗膜変状なし塗膜変状なし

塗膜外観

変状状態
耐久時間

さび·膨れ発生（8P ·8M）

試験終了
塗膜変状なし塗膜変状なし10,080時間以上

10,080時間以上

比較塗料

試験項目

供試塗装仕様耐湿性（連続結露法）

複層膜 120μm

イオン交換水
浸漬
塩水浸漬

変状状態

2,160時間（3ヶ月）

塗膜変状なし塗膜変状なし膨れ発生（8F）

塗膜外観

720時間

試験終了

変状状態

7,920時間（11ヶ月）

塗膜変状なし塗膜外観

温度差耐水性

23℃*)

60℃
23℃

耐久時間

イオン交換水浸漬試験（60℃）
においては、比較塗料が720時間経過後に膨れを認めたのに対し、
目標塗料は2,160時間で膨れを生じた。一方、高遮断低α塗
表8
供試塗料

720時間
（1ヶ月）

720時間

2,160時間

料は7,920時間経過後においても膨れの発生を認めず良好な塗膜状態を維持していた。
続いて塩水浸漬試験（60℃）の結果を表8に示す。

塩水浸漬（液温60℃）試験結果（複層膜 120μm）

高遮断低α塗料

目標塗料

比較塗料

塗膜外観
変状状態

2,520時間（3.5ヶ月）試験終了

塗膜変状なし塗膜外観
塗膜変状なし

2,520時間以上

膨れ発生（8M）

膨れ発生（8MD）

試験終了

試験終了

720時間

720時間

結果から、比較塗料および目標塗料に関しては720

霧性試験に供した塗装系A、および暴露防錆性試験に時間経過後に膨れの発生を認めたのに対し、高遮断低

ついては、現状4,320時間（6ヵ月）
が経過し、
いずれの

α塗料は2,520時間経過後においても膨れは発生せ

供試塗料も塗膜変状を認めていないため、耐久時間のず、優れた耐水性を有することを確認した。

倍率試算には至っていない。

表9に、各種塗膜性能評価試験結果（塗膜の耐久時

高遮断低α塗料は、全ての試験項目において比較塗間）
および比較塗料を基準として算出した耐久時間の料（一般的な変性エポキシ樹脂塗料）
よりも優れた塗倍率を示す。
なお、複合サイクル防食性、耐中性塩水噴膜性能を有することを確認した。

４． まとめ参考文献

倍率

10,080時間以上

14.0倍以上

7,920時間以上

11.0倍以上

2,520時間以上

3.5倍以上7,920時間以上
7,920時間以上240時間

単膜 60μm

塗装系A 175μm*)
単膜 60μm

塗装系A 175μm*)
塗装系B 195μm*

5,040時間

4,320時間以上

11.0倍以上
3.3倍
2.3倍

7,920時間以上
2,160時間

7,920時間以上
720時間−

4,320時間以上

5.0倍

6ヵ月以上

−

耐久時間（基準）−7,920時間以上

720時間

3.0倍

720時間

1.0倍

720時間

11.0倍以上

720時間

1.7倍

72時間

3,960時間

4,320時間以上

倍率

14.0倍以上

120時間−

3,600時間

4,320時間以上

)

−

耐久時間
10,080時間以上

線膨張係数に着目した剥離抑制型塗料の設計技

1）清水悠平：耐はく離性を向上させた防食塗料の開発,

術に基づき、環境遮断性を高めた高遮断低α塗料をDNTコーティング技報, No.19, p.3-12 (2019)

比較塗料

1.8倍

4,320時間以上−

4,320時間以上

2.0倍

6ヵ月以上

−

制機能を有し、かつ水中部用途向け塗料（タールフリー変性エポキシ樹脂塗料）と同等以上の環境遮断性を有することを確認した。
また、各種塗膜性能評価

2,160時間−1,440時間開発した。本検討において、高遮断低α塗料が剥離抑

720時間

6ヵ月以上

＊）現状いずれの供試塗料も塗膜変状なし。耐久性の倍率は「−」と表記

塗膜変状なし
7,920時間以上

耐久時間

複層膜 120μm

耐中性塩水噴霧性

目標塗料

高遮断低α塗料

複層膜 120μm

60℃

DNTコーティング技報 No.22
報文-1
高遮断性を有する剥離抑制型変性エポキシ樹脂塗料の開発

塗膜性能評価試験結果（塗膜の耐久時間）

複層膜 120μm

暴露防錆性膨れ発生（8F）

試験終了

変状状態

耐久時間

塗膜外観

変状状態

目標塗料

塗膜外観

変状状態

水中部向けの目標塗料の水蒸気透過度は、
大気部向け
6)-8)

耐湿性試験結果（複層膜 120μm）

高遮断低α塗料

720時間
（1ヶ月）

高遮断低α塗料

複合サイクル防食性

供試塗装仕様詳細

また、
本試験は塗膜の環境遮断性の違いによる防食性

8表9表7 イオン交換水浸漬（液温60℃）試験結果（複層膜 120μm）
供試塗料

塗料、比較塗料ならびに目標塗料の水蒸気透過度を実績を有している。

脂塗料下塗（NEXCO塗料規格P-28）」に規定される離幅の平均値3.0mm以下」を十分に満足する性能を

3.0mm
以下

料と称す）
を選定した。
タールフリー変性エポキシ樹脂

う剥離の進展を認めず、「はく離抑制型変性エポキシ樹「30サイクル実施した後、カット部からの片側最大はく

試験項目

7

DNTコーティング技報 No.22
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高遮断性を有する剥離抑制型変性エポキシ樹脂塗料の開発

次に、
イオン交換水浸漬試験
（60℃）
について、
表7に試験結果を示す。

塗膜性能評価試験

耐湿性（連続結露法）※）供試塗装仕様の詳細は表5を参照
剥離幅

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高遮断性を有する剥離抑制型変性エポキシ樹脂塗料の開発

表4

供試塗料

-5

6

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高遮断性を有する剥離抑制型変性エポキシ樹脂塗料の開発

各塗料の線膨張係数と剥離抑制試験結果

これまでの研究結果より、塗膜の線膨張係数α1を

鉄

図2

表2

試験片の種類剥離抑制試験に関しては、株式会社高速道路総合技

代表的な素材の線膨張係数
線膨張係数[10 -5 /K]

３． 高遮断性を有する剥離抑制型
変性エポキシ樹脂塗料

塗り重ねられた塗膜

it at a low the coeﬃcient of linear expansion of

化過程は、
おおよそ次のように進行するとされている2）。

表1

クが増大していく従来塗料とは異なる全く新しい機能

DNTコーティング技報 No.22
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高遮断性を有する剥離抑制型変性エポキシ樹脂塗料の開発

剥離抑制型
塗膜

peeling of an existing coating ﬁlm by designingの長い塗装仕様であると解釈できる。

線膨張係数

する
（図2）。本機能は膜厚の増加に伴い自然剥離リス

塗り重ねられた
塗膜

It is ﬁnd that it can be reduced spontaneous

一方、塗装鋼が腐食環境に曝される際の塗膜の劣2.1

法変化を抑制する効果は高まり、剥離抑制効果は向上

塗り重ねられた 剥離抑制型
一般的な塗膜
塗膜

Abstract

剥離抑制メカニズムと腐食性物質が鋼面に到達した後、付着破壊が生じる

瑞樹

１． はじめに2.2

た状態にあり、塗膜厚が厚くなるほど付着力は低下して

L = t ／ 6D + τ
清水

4

するまでの時間（腐食誘導期間＝膜厚の二乗に比例）2山内 健一郎3

DNTコーティング技報 No.22
報文-1
高遮断性を有する剥離抑制型変性エポキシ樹脂塗料の開発

一方で、目標塗料との対比においても同等以上の良⑥また、今回結果に大きな差異を生じた加温条件下の好な塗膜性能を示したが、水蒸気透過度の測定結果

試験においては、⑤記載の要素に加えて、温度

上（0.85, 1.12 [g/m ･24hr]）以上に、各種塗膜の性能

昇による塗膜・鋼材の線膨張差に起因する寸法不

一

評価試験、
とりわけ加温条件下における試験において致や、塗膜の硬化反応の進行に伴う塗膜内残留応 力

顕著な差を認めた。以下に本結果の要因を考察する。

の増加なども付着活性点の減少を促進する要素と な

2る。
①Mengesらの式が示すとおり、塗膜変状（今回の場合⑦これら塗膜／鋼材間の付着安定性を低下させる要素

は主に膨れ）が発生するまでの時間は、1）腐食性物

に対し、低α塗料のみが有する有効な塗膜特性とし質が塗膜中に侵入・拡散し鋼面へ到達するまでの時て、寸法安定性に優れるという点が挙げられる。

間と、2）それにより塗膜／鋼材間の付着性が低下し⑧これまで本塗膜特性は鋼との線膨張差を低減し、塗塗膜下に腐食性物質が集積、鋼の腐食が進展する

膜の自然剥離現象を抑制することを目的としたものでまでの時間の和から説明ができる。

あったが、前述の加温条件下における吸水膨潤塗膜②水蒸気透過度測定結果より、1）に関しては高遮断低α塗料と目標塗料に大きな差異はない。

の付着活性点減少に対しても抑制効果を発揮する塗膜特性であった可能性がある。

③一方、塗膜変状が発生するまでの時間（塗膜の耐久⑨結果として、本塗膜特性と高い環境遮断性を併せ持っ

時間 1）+2）に関しては、特に加温条件下において

た高遮断低α塗料は、目標塗料と比較し優れた耐久

高遮断低α塗料が大きく優位な結果を示した。

性を発現したものと考える。

④従い、加温条件下において高遮断低α塗料は目標塗料と比較し、2）に記載の項目、特に塗膜／鋼材間の付着安定性に優れているものと推測する。

上記考察に関しては、過去著者らの研究グループにて実施した検証結果や、既往の報告などを元に推測し⑤湿潤環境下において吸水膨潤した塗膜の付着性にた内容に過ぎないが、今回の試験結果から高遮断低α

影響を与える要素として、直接的には塗膜／鋼界面塗料には塗膜遮断性の向上効果の他に、何らかの付で付着活性点として機能している極性基に対する水

着安定性向上機能が備わっている可能性が高く、両者の吸着があり、
またそれを助長する副次的要素としの相乗効果によって著しく塗膜耐久性が向上したものて、吸水による塗膜の体積膨張（鋼面との寸法不一と考えている。本考察については、今後さらに詳細な検

致）
に起因し、
付着活性点の減少がさらに促進される。

証の実施を予定している。

2）
山崎曜：超厚膜塗装技術の現状と問題点,
表面技術, Vol.46, No.6 (1995)
3）G. Menges & Schneider：Kautschuk und Gummi
Kunststoﬀe, 25, (5), 213 (1972)

試験において、高遮断低α塗料は比較塗料（一般的な4）西森修次：線膨張係数に着目した塗料の今後の展

変性エポキシ樹脂塗料）と比べ、いずれの試験におい望について, 第39回防錆防食技術発表大会講演予ても、優れた塗膜性能を示し、概ね2.3〜14.0倍以上

稿集, p.103-108 (2019)の塗膜耐久時間となることを確認した。
さらに高遮断5）宮下剛：耐はく離性を向上させた防食塗料の開発

低α塗料は、塗膜の耐久性を決める3要件全てを高（耐はく離性に寄与する因子）, 土木学会第73回年水準で兼ね備えており、従来塗料では達成できなかっ次学術講演会 (2018)

た長期耐久性が期待される。

6）山内健一郎：環境遮断性を高めた剥離抑制型変性
エポキシ樹脂塗料の開発, 防錆管理, Vol.66, No.1 (2022)

５． 謝辞
本開発品は、株式会社四国総合研究所殿との共同研究により得られた成果です。関係者各位に深く感謝
申し上げます。

7）
山内健一郎：高遮断性を有する剥離抑制型変性
エポキシ樹脂塗料の開発（続報）, 第44回鉄構塗装技術討論会発表予稿集, p.17-24 (2022)8）西森修次：塗膜の線膨張係数に着目した防食塗料（高遮断・剥離抑制タイプ）の開発動向及び性能評
価,第42回防錆防食技術発表大会講演予稿集,
p.73-78（2022）

9

2

DNTコーティング技報 No.22
報文-1
高遮断性を有する剥離抑制型変性エポキシ樹脂塗料の開発

DNTコーティング技報 No.22
報文-1
高遮断性を有する剥離抑制型変性エポキシ樹脂塗料の開発

高遮断性を有する剥離抑制型変性エポキシ樹脂塗料の開発
Development of Peel-Suppressing Modified Epoxy Resin Paint
with High Barrier Properties

塗料事業部門 構造物塗料事業部
テクニカルサポートグループ
Coating Business Div.
Protective Coatings Dept.
Technical Support Group

Kenichiro YAMAUCHI

要旨

悠平

Yuhei SHIMIZU

加藤

いく傾向を示し、最終的に塗膜剥離に至ることから要件までの時間（腐食進展期間＝塗膜欠陥が表面化するを満たしていない。
従って、既存の補修塗装仕様において塗膜の自然剥離現象に対して支配的な要因は、温度までの期間）の和で説明しており、腐食性物質が鋼表①と②は、相反する要件となる。
これに対し、著者らの開変化に起因する塗膜の熱収縮・熱膨張である。鋼材と面に到達するまでの時間をできるだけ延長し、さらに付発した低α塗料は、塗膜厚が厚くなるほど塗膜剥離を抑比較し線膨張係数が高い一般塗膜で補修塗装を繰り着力を確保することが塗膜の長期耐久性の維持に繋制する機能を有し、良好な付着性を維持し続けることが返した場合、両者の線膨張係数の差に起因して塗膜のがるとしている
（式1参照）。

できることから、①と②を両立させることが可能であり、塗

自然剥離現象が生じる。一方で、線膨張係数を低減さ

L ： 耐用期間t ： 塗膜（mm）
D： 拡散係数（mm2/sec）
τ： 付着力その他の要因

Mizuki KATO

式1 塗膜耐久性の考え方に関する
G. Menges, W. Schneiderらの関係式
式中のD（拡散係数）
は、酸素、水、塩化物イオンなどの腐食性物質が塗膜中に侵入し拡散する度合いを単膜の耐久性を大きく高めていると考える。
一方で、
③に対

せた低α塗料は温度変化に対する熱収縮・熱膨張がする低α塗料の性能は従来塗料と同程度であるが、塗料

小さく寸法安定性に優れるという特長を有している。
この配合設計において検討の余地を有している。

のため、一般塗膜上に低α塗料を塗り重ねた場合、一著者らの研究グループは、塗膜の耐用年数（耐久性）

般塗膜の熱収縮・熱膨張による寸法変化が抑制され、を決める①〜③の要件全てを高い水準で兼ね備えた新一般塗膜を含む塗膜全体の寸法安定性が向上する

規塗料を開発した。
本報では、新たに開発した高遮断性（図1）。
これにより、塗膜全体の応力が低減され、結果を有する低α塗料の特性および従来の変性エポキシ樹として剥離抑制効果が発現する。
また、一般塗膜上に脂塗料との各種性能比較試験結果について報告する。

塗り重ねる低α塗料の膜厚増加に伴い塗膜全体の寸２． 線膨張係数と剥離抑制メカニズム

塗膜の線膨張係数を低く設計することで、既存塗膜

高度経済成長期に建設された鋼構造物の多くは、度位面積当たりの時間で示した値である。
また、腐食性物の自然剥離リスクを低減できることが分かっている。今重なる塗り替え塗装によって既存塗膜が過剰膜厚化し質が鋼面に到達しても塗膜の付着力が維持されている

般、剥離抑制機能に加えて、水中部用途向けタールフリた状態にあり、一部の鋼構造物においては塗膜内応力

間は鋼界面への腐食性物質の滞留や鋼界面に沿ったー変性エポキシ樹脂塗料相当の環境遮断性を有するの増大に伴い、
自然剥離する事例が認められている。

横方向への腐食進展は妨げられるので致命的な欠陥

線膨張とは温度変化に応じて物体の寸法が変化（膨新規塗料の開発を行い、従来の変性エポキシ樹脂塗

これらの老齢化した鋼構造物は、現在の財政事情を考にはならない。
しかし、塗膜の付着不良が生じた段階で張・収縮）する現象であり、線膨張係数αは温度が1℃変料との各種性能比較試験結果について報告する。

慮すると今後も塗り替え塗装による維持管理を行なっ

付着不良部へ腐食性物質が滞留し、徐々に腐食現象を化した時の線膨張の変化量を係数として表す物質に固ていく必要がある。上記課題に対して、著者らの研究グ拡大していく。
そのため、鋼表面に腐食性物質が到達し有の値である。
代表的な素材の線膨張係数を表1に示す。

ループは塗り重ねることで塗膜の自然剥離現象を抑制

た後、塗膜の膨れや鋼の発錆など外観上の欠陥として可能な線膨張係数（α）
を低減させた剥離抑制型変性

表面化するまでの塗膜付着力が維持されている期間

エポキシ樹脂塗料（以下、低α塗料と称す）を開発して（腐食進展期間）をτとしている。従って、以下①〜③のいる1）。

要件を有する塗装仕様は、耐久性に優れ、耐用年数

coating ﬁlm. In addition to the peeling suppressive function, we are currently being developed
a new paint with environment barrier properties
equivalent to tar-free modiﬁed epoxy resin paintfor underwater applications. We report test
results of various performance comparison withusual modiﬁed epoxy resin paints.

① 塗膜厚が厚いこと（1）腐食性物質の塗膜への浸透・拡散と塗膜／鋼界面への集積（2）浸透・拡散した腐食性物質による② 鋼表面への付着力に優れること③ 腐食性物質の浸透・拡散速度の遅い塗膜層を有すること

塗膜／鋼界面での腐食反応の開始（3）腐食生成物による塗膜の付着力低下と塗膜変状の発生

長期間供用されている鋼構造物に対して上記解釈を適用すると、①に関しては度重なる補修塗装により塗膜が厚膜化しているため要件を満たしている。一方で、Mengesら3）は、塗膜寿命を腐食性物質が鋼面に到達②に関しては、同様の理由から塗膜内応力が蓄積され

である。

素材

素材

線膨張係数
[10-5/K]

鉄

1.2

錫（すず）

2.0

アルミニウム

2.4

鉛

2.9

鉄

金

1.4

ニッケル

1.3

銀

1.9

ポリエチレン18

銅1.7

ポリカーボネート

7.0

亜鉛

3.3

エポキシ塗膜

6.5

クロム

0.8

ウレタン塗膜9.7

鉄図1

剥離抑制型塗料による寸法変化抑制

鋼構造物を構成する鉄の線膨張係数は低く、温度変化に対する寸法安定性に優れる素材といえる。一方で、有機物である塗膜の線膨張係数は鉄の5〜6倍と高い数値を示し、被塗物の鉄と比較して温度変化に応じて寸法が大きく変化する。

3.1

剥離抑制機能剥離抑制型塗料の膜厚増加に伴う剥離抑制効果向上

5高遮断低α塗料

低α塗料

変性エポキシ樹脂
塗料（比較塗料）

線膨張係数[10-5/K]

2.89

2.50

3.94

単膜

塗装系

単膜

3.2 10 /K以下に設定することで塗膜厚と付着安定性の相関が逆転し、塗膜厚を厚くなるほど剥離し難い
塗膜を形成できることが分かっている

。

4)-5)

10
サイクル

従って、低α塗料をベース配合として、さらに高遮断

単膜

塗装系

塗装系

試験片
外観

機能を付与する新たな低α塗料（以下、高遮断低α塗

3.0mm
以下

3.0mm
以下

3.0mm
以下

カット間
全面剥離

3.0mm
以下

カット間
全面剥離

料と称す）
においても、線膨張係数は上記閾値以下であることとし、かつ塗膜性能や塗装作業性が損なわれない範囲で可能な限り線膨張係数を低減することを目標とした。表2に各塗料の線膨張係数と剥離抑制試

30
サイクル

試験片
外観

試験終了

試験終了

験結果を示す。
なお、比較塗料としては、低α塗料および線膨張係数の高い一般的な変性エポキシ樹脂塗料（以下、比較塗料と称す）
を試験に供した。
また、表中の術研究所発行「NEXCO試験方法第4編 構造関係試
験方法（令和2年7月版）」に規定される試験方法443「塗料の耐はく離性試験方法」に準じて実施した。
試験結果より、
比較塗料は僅か10サイクル経過時点
で著しい塗膜の剥離現象を生じ、カット施工部周辺塗膜全面で変状を認めた。
一方で、線膨張係数を低減し剥離抑制機能を付与
した高遮断低α塗料および低α塗料は、試験経過に伴

剥離幅

3.0mm
以下

決める要件①、②を両立していると考えられる。

有していることを確認した。従って、低α塗料と同様に高遮断低α塗料に関しても、前述した塗膜の耐用年数を

3.2

環境遮断機能環境遮断機能の目標水準は水中部用途向け塗料とし、タールフリー変性エポキシ樹脂塗料（以下、
目標塗

3.0mm
以下

3.0mm
以下

ルフリー変性エポキシ樹脂塗料は強溶剤形塗料である

塗料は、タンク内面やダム堰、水門扉などの水中鋼構造

が、高遮断低α塗料は既設鋼構造物の現地補修用途

物に古くから適用されてきたタールエポキシ樹脂塗料が主となることから、低α塗料と同様に環境負荷の少なに代わり、発癌性のおそれのあるコールタール分を含まい弱溶剤形塗料である。

ない塗料であり、上記の鋼構造物に対して長年の適用

環境遮断性の評価を目的に、高遮断低α塗料、低α

供試塗装仕様※）試験条件
JIS K 5600-7-2回転式 50℃/95%RH以上

複層膜 120μm

イオン交換水浸漬

JIS K 5600-6-1方法1（浸漬法） 液温23℃, 60℃

複層膜 120μm

塩水浸漬（NaCl 5%aq.）

JIS K 5600-6-1方法1（浸漬法） 液温23℃, 60℃

複層膜 120μm

温度差耐水性JIS K 6940附属書3（規定） 評価面側50℃/裏面側25℃

複層膜 120μm

複合サイクル防食性

JIS K 5600-7-9附属書1（規定） サイクルD

単膜 60μm

塗装系A 175μm

耐中性塩水噴霧性

JIS K 5600-7-1

単膜 60μm

塗装系A 175μm

暴露防錆性

NEXCO試験法404（沖縄県伊計島）

塗装系B 195μm

表5

工程

単膜

複層膜

塗装系A

塗装系B

1層目

評価塗料60μm

評価塗料60μm

評価塗料60μm

有機Zn 75μm

2層目−

評価塗料60μm

評価塗料60μm

評価塗料60μm

3層目

−

−

中塗塗料30μm

評価塗料60μm

4層目

−

−

上塗塗料25μm

−

合計

60μm

120μm

175μm

195μm

試験板はブラスト処理鋼板（寸法：70 150 t3.2mm

変状を認めるまでに要した試験時間を耐久時間とした。

または150 300 t3.2mm、除錆度：ISO Sa2 1/2以上、前述のとおり高遮断低α塗料は低α塗料に水中部用

表面粗さ：Rzjis25μm）
を使用し、各塗料をエアスプレー

途向け塗料の配合技術を導入し、特に耐水性に関わる

塗装にて24時間間隔で塗装した。最終層塗装完了後、塗膜性能を向上させた設計としている。
そこで耐水性の23℃/50%RH環境下にて7日間養生し試験片とした。
な評価試験として、各供試塗料間で特に大きな性能差を認

お、試験片の裏面および周囲に関しては、試験に影響がめた耐湿性試験（連続結露法）およびイオン交換水浸漬ないよう評価塗料で塗り包んだ。

（60℃）
、
塩水浸漬
（60℃）
に関して、
詳細な試験結果を報告する。

評価を目的とするため、試験前の塗膜に対して鋼材まで達

表6に耐湿性試験結果を示す。
比較塗料が720時間

高遮断低α塗料は、低α塗料に水中部用途向け塗測定した。
測定方法は、
JIS Z 0203
「防湿包装材料の透する切り込み傷（カット部）の施工は行わず、
一般部におけ経過後にさび、膨れの変化を認めたのに対し、
高遮断低料の配合技術を導入し、特に耐水性に関わる塗膜性能

湿度試験方法（カップ法）」に準じて行い、塗膜片の乾る塗膜変状が発生するまでの時間を評価した。
塗膜の変

α塗料および目標塗料は、
10,080時間経過後も塗膜変燥膜厚は200μmとした。表3に測定結果を示す。

状は、JIS K 5600-8-2, 3に準じて評価し、塗膜に何らかの化を認めず、良好な塗膜外観を維持した。

を向上させた設計としている。
なお、
目標塗料としたター
表3

水蒸気透過度

表6

高遮断低α塗料

低α塗料

比較塗料

目標塗料

供試塗料

開発塗料
（大気部向け）

剥離抑制型変性
エポキシ樹脂塗料（大気部向け）

変性エポキシ
樹脂塗料（大気部向け）

タールフリー変性
エポキシ樹脂塗料（水中部向け）

水蒸気透過度[g/㎡･24hr]

0.85

10.04

9.24

1.12

供試塗料

の低α塗料や比較塗料に比べて、著しく低い値を示した。
これは水中部向け塗料の優れた耐水性能の一要因と

3.3

塗膜性能評価考えられる。高遮断低α塗料の水蒸気透過度は、
目標

高遮断低α塗料、比較塗料および目標塗料について、塗料と同程度の値を示し、低α塗料に対して92%低減、

表4に示す各種塗膜性能評価試験を実施した。表5に

比較塗料に対しては91%低減することを確認した。

は各供試塗装仕様の詳細を示す。

目標塗料

720時間
（1ヶ月）

比較塗料

10,080時間（14ヶ月）

塗膜変状なし塗膜変状なし

塗膜外観

変状状態
耐久時間

さび·膨れ発生（8P ·8M）

試験終了
塗膜変状なし塗膜変状なし10,080時間以上

10,080時間以上

比較塗料

試験項目

供試塗装仕様耐湿性（連続結露法）

複層膜 120μm

イオン交換水
浸漬
塩水浸漬

変状状態

2,160時間（3ヶ月）

塗膜変状なし塗膜変状なし膨れ発生（8F）

塗膜外観

720時間

試験終了

変状状態

7,920時間（11ヶ月）

塗膜変状なし塗膜外観

温度差耐水性

23℃*)

60℃
23℃

耐久時間

イオン交換水浸漬試験（60℃）
においては、比較塗料が720時間経過後に膨れを認めたのに対し、
目標塗料は2,160時間で膨れを生じた。一方、高遮断低α塗
表8
供試塗料

720時間
（1ヶ月）

720時間

2,160時間

料は7,920時間経過後においても膨れの発生を認めず良好な塗膜状態を維持していた。
続いて塩水浸漬試験（60℃）の結果を表8に示す。

塩水浸漬（液温60℃）試験結果（複層膜 120μm）

高遮断低α塗料

目標塗料

比較塗料

塗膜外観
変状状態

2,520時間（3.5ヶ月）試験終了

塗膜変状なし塗膜外観
塗膜変状なし

2,520時間以上

膨れ発生（8M）

膨れ発生（8MD）

試験終了

試験終了

720時間

720時間

結果から、比較塗料および目標塗料に関しては720

霧性試験に供した塗装系A、および暴露防錆性試験に時間経過後に膨れの発生を認めたのに対し、高遮断低

ついては、現状4,320時間（6ヵ月）
が経過し、
いずれの

α塗料は2,520時間経過後においても膨れは発生せ

供試塗料も塗膜変状を認めていないため、耐久時間のず、優れた耐水性を有することを確認した。

倍率試算には至っていない。

表9に、各種塗膜性能評価試験結果（塗膜の耐久時

高遮断低α塗料は、全ての試験項目において比較塗間）
および比較塗料を基準として算出した耐久時間の料（一般的な変性エポキシ樹脂塗料）
よりも優れた塗倍率を示す。
なお、複合サイクル防食性、耐中性塩水噴膜性能を有することを確認した。

４． まとめ参考文献

倍率

10,080時間以上

14.0倍以上

7,920時間以上

11.0倍以上

2,520時間以上

3.5倍以上7,920時間以上
7,920時間以上240時間

単膜 60μm

塗装系A 175μm*)
単膜 60μm

塗装系A 175μm*)
塗装系B 195μm*

5,040時間

4,320時間以上

11.0倍以上
3.3倍
2.3倍

7,920時間以上
2,160時間

7,920時間以上
720時間−

4,320時間以上

5.0倍

6ヵ月以上

−

耐久時間（基準）−7,920時間以上

720時間

3.0倍

720時間

1.0倍

720時間

11.0倍以上

720時間

1.7倍

72時間

3,960時間

4,320時間以上

倍率

14.0倍以上

120時間−

3,600時間

4,320時間以上

)

−

耐久時間
10,080時間以上

線膨張係数に着目した剥離抑制型塗料の設計技

1）清水悠平：耐はく離性を向上させた防食塗料の開発,

術に基づき、環境遮断性を高めた高遮断低α塗料をDNTコーティング技報, No.19, p.3-12 (2019)

比較塗料

1.8倍

4,320時間以上−

4,320時間以上

2.0倍

6ヵ月以上

−

制機能を有し、かつ水中部用途向け塗料（タールフリー変性エポキシ樹脂塗料）と同等以上の環境遮断性を有することを確認した。
また、各種塗膜性能評価

2,160時間−1,440時間開発した。本検討において、高遮断低α塗料が剥離抑

720時間

6ヵ月以上

＊）現状いずれの供試塗料も塗膜変状なし。耐久性の倍率は「−」と表記

塗膜変状なし
7,920時間以上

耐久時間

複層膜 120μm

耐中性塩水噴霧性

目標塗料

高遮断低α塗料

複層膜 120μm

60℃

DNTコーティング技報 No.22
報文-1
高遮断性を有する剥離抑制型変性エポキシ樹脂塗料の開発

塗膜性能評価試験結果（塗膜の耐久時間）

複層膜 120μm

暴露防錆性膨れ発生（8F）

試験終了

変状状態

耐久時間

塗膜外観

変状状態

目標塗料

塗膜外観

変状状態

水中部向けの目標塗料の水蒸気透過度は、
大気部向け
6)-8)

耐湿性試験結果（複層膜 120μm）

高遮断低α塗料

720時間
（1ヶ月）

高遮断低α塗料

複合サイクル防食性

供試塗装仕様詳細

また、
本試験は塗膜の環境遮断性の違いによる防食性

8表9表7 イオン交換水浸漬（液温60℃）試験結果（複層膜 120μm）
供試塗料

塗料、比較塗料ならびに目標塗料の水蒸気透過度を実績を有している。

脂塗料下塗（NEXCO塗料規格P-28）」に規定される離幅の平均値3.0mm以下」を十分に満足する性能を

3.0mm
以下

料と称す）
を選定した。
タールフリー変性エポキシ樹脂

う剥離の進展を認めず、「はく離抑制型変性エポキシ樹「30サイクル実施した後、カット部からの片側最大はく

試験項目

7

DNTコーティング技報 No.22
報文-1
高遮断性を有する剥離抑制型変性エポキシ樹脂塗料の開発

次に、
イオン交換水浸漬試験
（60℃）
について、
表7に試験結果を示す。

塗膜性能評価試験

耐湿性（連続結露法）※）供試塗装仕様の詳細は表5を参照
剥離幅

DNTコーティング技報 No.22
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高遮断性を有する剥離抑制型変性エポキシ樹脂塗料の開発

表4

供試塗料

-5

6

DNTコーティング技報 No.22
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高遮断性を有する剥離抑制型変性エポキシ樹脂塗料の開発

各塗料の線膨張係数と剥離抑制試験結果

これまでの研究結果より、塗膜の線膨張係数α1を

鉄

図2

表2

試験片の種類剥離抑制試験に関しては、株式会社高速道路総合技

代表的な素材の線膨張係数
線膨張係数[10 -5 /K]

３． 高遮断性を有する剥離抑制型
変性エポキシ樹脂塗料

塗り重ねられた塗膜

it at a low the coeﬃcient of linear expansion of

化過程は、
おおよそ次のように進行するとされている2）。

表1

クが増大していく従来塗料とは異なる全く新しい機能

DNTコーティング技報 No.22
報文-1
高遮断性を有する剥離抑制型変性エポキシ樹脂塗料の開発

剥離抑制型
塗膜

peeling of an existing coating ﬁlm by designingの長い塗装仕様であると解釈できる。

線膨張係数

する
（図2）。本機能は膜厚の増加に伴い自然剥離リス

塗り重ねられた
塗膜

It is ﬁnd that it can be reduced spontaneous

一方、塗装鋼が腐食環境に曝される際の塗膜の劣2.1

法変化を抑制する効果は高まり、剥離抑制効果は向上

塗り重ねられた 剥離抑制型
一般的な塗膜
塗膜

Abstract

剥離抑制メカニズムと腐食性物質が鋼面に到達した後、付着破壊が生じる

瑞樹

１． はじめに2.2

た状態にあり、塗膜厚が厚くなるほど付着力は低下して

L = t ／ 6D + τ
清水

4

するまでの時間（腐食誘導期間＝膜厚の二乗に比例）2山内 健一郎3

DNTコーティング技報 No.22
報文-1
高遮断性を有する剥離抑制型変性エポキシ樹脂塗料の開発

一方で、目標塗料との対比においても同等以上の良⑥また、今回結果に大きな差異を生じた加温条件下の好な塗膜性能を示したが、水蒸気透過度の測定結果

試験においては、⑤記載の要素に加えて、温度

上（0.85, 1.12 [g/m ･24hr]）以上に、各種塗膜の性能

昇による塗膜・鋼材の線膨張差に起因する寸法不

一

評価試験、
とりわけ加温条件下における試験において致や、塗膜の硬化反応の進行に伴う塗膜内残留応 力

顕著な差を認めた。以下に本結果の要因を考察する。

の増加なども付着活性点の減少を促進する要素と な

2る。
①Mengesらの式が示すとおり、塗膜変状（今回の場合⑦これら塗膜／鋼材間の付着安定性を低下させる要素

は主に膨れ）が発生するまでの時間は、1）腐食性物

に対し、低α塗料のみが有する有効な塗膜特性とし質が塗膜中に侵入・拡散し鋼面へ到達するまでの時て、寸法安定性に優れるという点が挙げられる。

間と、2）それにより塗膜／鋼材間の付着性が低下し⑧これまで本塗膜特性は鋼との線膨張差を低減し、塗塗膜下に腐食性物質が集積、鋼の腐食が進展する

膜の自然剥離現象を抑制することを目的としたものでまでの時間の和から説明ができる。

あったが、前述の加温条件下における吸水膨潤塗膜②水蒸気透過度測定結果より、1）に関しては高遮断低α塗料と目標塗料に大きな差異はない。

の付着活性点減少に対しても抑制効果を発揮する塗膜特性であった可能性がある。

③一方、塗膜変状が発生するまでの時間（塗膜の耐久⑨結果として、本塗膜特性と高い環境遮断性を併せ持っ

時間 1）+2）に関しては、特に加温条件下において

た高遮断低α塗料は、目標塗料と比較し優れた耐久

高遮断低α塗料が大きく優位な結果を示した。

性を発現したものと考える。

④従い、加温条件下において高遮断低α塗料は目標塗料と比較し、2）に記載の項目、特に塗膜／鋼材間の付着安定性に優れているものと推測する。

上記考察に関しては、過去著者らの研究グループにて実施した検証結果や、既往の報告などを元に推測し⑤湿潤環境下において吸水膨潤した塗膜の付着性にた内容に過ぎないが、今回の試験結果から高遮断低α

影響を与える要素として、直接的には塗膜／鋼界面塗料には塗膜遮断性の向上効果の他に、何らかの付で付着活性点として機能している極性基に対する水

着安定性向上機能が備わっている可能性が高く、両者の吸着があり、
またそれを助長する副次的要素としの相乗効果によって著しく塗膜耐久性が向上したものて、吸水による塗膜の体積膨張（鋼面との寸法不一と考えている。本考察については、今後さらに詳細な検

致）
に起因し、
付着活性点の減少がさらに促進される。

証の実施を予定している。

2）
山崎曜：超厚膜塗装技術の現状と問題点,
表面技術, Vol.46, No.6 (1995)
3）G. Menges & Schneider：Kautschuk und Gummi
Kunststoﬀe, 25, (5), 213 (1972)

試験において、高遮断低α塗料は比較塗料（一般的な4）西森修次：線膨張係数に着目した塗料の今後の展

変性エポキシ樹脂塗料）と比べ、いずれの試験におい望について, 第39回防錆防食技術発表大会講演予ても、優れた塗膜性能を示し、概ね2.3〜14.0倍以上

稿集, p.103-108 (2019)の塗膜耐久時間となることを確認した。
さらに高遮断5）宮下剛：耐はく離性を向上させた防食塗料の開発

低α塗料は、塗膜の耐久性を決める3要件全てを高（耐はく離性に寄与する因子）, 土木学会第73回年水準で兼ね備えており、従来塗料では達成できなかっ次学術講演会 (2018)

た長期耐久性が期待される。

6）山内健一郎：環境遮断性を高めた剥離抑制型変性
エポキシ樹脂塗料の開発, 防錆管理, Vol.66, No.1 (2022)

５． 謝辞
本開発品は、株式会社四国総合研究所殿との共同研究により得られた成果です。関係者各位に深く感謝
申し上げます。

7）
山内健一郎：高遮断性を有する剥離抑制型変性
エポキシ樹脂塗料の開発（続報）, 第44回鉄構塗装技術討論会発表予稿集, p.17-24 (2022)8）西森修次：塗膜の線膨張係数に着目した防食塗料（高遮断・剥離抑制タイプ）の開発動向及び性能評
価,第42回防錆防食技術発表大会講演予稿集,
p.73-78（2022）

9

2

DNTコーティング技報 No.22
報文-1
高遮断性を有する剥離抑制型変性エポキシ樹脂塗料の開発

DNTコーティング技報 No.22
報文-1
高遮断性を有する剥離抑制型変性エポキシ樹脂塗料の開発

高遮断性を有する剥離抑制型変性エポキシ樹脂塗料の開発
Development of Peel-Suppressing Modified Epoxy Resin Paint
with High Barrier Properties

塗料事業部門 構造物塗料事業部
テクニカルサポートグループ
Coating Business Div.
Protective Coatings Dept.
Technical Support Group

Kenichiro YAMAUCHI

要旨

悠平

Yuhei SHIMIZU

加藤

いく傾向を示し、最終的に塗膜剥離に至ることから要件までの時間（腐食進展期間＝塗膜欠陥が表面化するを満たしていない。
従って、既存の補修塗装仕様において塗膜の自然剥離現象に対して支配的な要因は、温度までの期間）の和で説明しており、腐食性物質が鋼表①と②は、相反する要件となる。
これに対し、著者らの開変化に起因する塗膜の熱収縮・熱膨張である。鋼材と面に到達するまでの時間をできるだけ延長し、さらに付発した低α塗料は、塗膜厚が厚くなるほど塗膜剥離を抑比較し線膨張係数が高い一般塗膜で補修塗装を繰り着力を確保することが塗膜の長期耐久性の維持に繋制する機能を有し、良好な付着性を維持し続けることが返した場合、両者の線膨張係数の差に起因して塗膜のがるとしている
（式1参照）。

できることから、①と②を両立させることが可能であり、塗

自然剥離現象が生じる。一方で、線膨張係数を低減さ

L ： 耐用期間t ： 塗膜（mm）
D： 拡散係数（mm2/sec）
τ： 付着力その他の要因

Mizuki KATO

式1 塗膜耐久性の考え方に関する
G. Menges, W. Schneiderらの関係式
式中のD（拡散係数）
は、酸素、水、塩化物イオンなどの腐食性物質が塗膜中に侵入し拡散する度合いを単膜の耐久性を大きく高めていると考える。
一方で、
③に対

せた低α塗料は温度変化に対する熱収縮・熱膨張がする低α塗料の性能は従来塗料と同程度であるが、塗料

小さく寸法安定性に優れるという特長を有している。
この配合設計において検討の余地を有している。

のため、一般塗膜上に低α塗料を塗り重ねた場合、一著者らの研究グループは、塗膜の耐用年数（耐久性）

般塗膜の熱収縮・熱膨張による寸法変化が抑制され、を決める①〜③の要件全てを高い水準で兼ね備えた新一般塗膜を含む塗膜全体の寸法安定性が向上する

規塗料を開発した。
本報では、新たに開発した高遮断性（図1）。
これにより、塗膜全体の応力が低減され、結果を有する低α塗料の特性および従来の変性エポキシ樹として剥離抑制効果が発現する。
また、一般塗膜上に脂塗料との各種性能比較試験結果について報告する。

塗り重ねる低α塗料の膜厚増加に伴い塗膜全体の寸２． 線膨張係数と剥離抑制メカニズム

塗膜の線膨張係数を低く設計することで、既存塗膜

高度経済成長期に建設された鋼構造物の多くは、度位面積当たりの時間で示した値である。
また、腐食性物の自然剥離リスクを低減できることが分かっている。今重なる塗り替え塗装によって既存塗膜が過剰膜厚化し質が鋼面に到達しても塗膜の付着力が維持されている

般、剥離抑制機能に加えて、水中部用途向けタールフリた状態にあり、一部の鋼構造物においては塗膜内応力

間は鋼界面への腐食性物質の滞留や鋼界面に沿ったー変性エポキシ樹脂塗料相当の環境遮断性を有するの増大に伴い、
自然剥離する事例が認められている。

横方向への腐食進展は妨げられるので致命的な欠陥

線膨張とは温度変化に応じて物体の寸法が変化（膨新規塗料の開発を行い、従来の変性エポキシ樹脂塗

これらの老齢化した鋼構造物は、現在の財政事情を考にはならない。
しかし、塗膜の付着不良が生じた段階で張・収縮）する現象であり、線膨張係数αは温度が1℃変料との各種性能比較試験結果について報告する。

慮すると今後も塗り替え塗装による維持管理を行なっ

付着不良部へ腐食性物質が滞留し、徐々に腐食現象を化した時の線膨張の変化量を係数として表す物質に固ていく必要がある。上記課題に対して、著者らの研究グ拡大していく。
そのため、鋼表面に腐食性物質が到達し有の値である。
代表的な素材の線膨張係数を表1に示す。

ループは塗り重ねることで塗膜の自然剥離現象を抑制

た後、塗膜の膨れや鋼の発錆など外観上の欠陥として可能な線膨張係数（α）
を低減させた剥離抑制型変性

表面化するまでの塗膜付着力が維持されている期間

エポキシ樹脂塗料（以下、低α塗料と称す）を開発して（腐食進展期間）をτとしている。従って、以下①〜③のいる1）。

要件を有する塗装仕様は、耐久性に優れ、耐用年数

coating ﬁlm. In addition to the peeling suppressive function, we are currently being developed
a new paint with environment barrier properties
equivalent to tar-free modiﬁed epoxy resin paintfor underwater applications. We report test
results of various performance comparison withusual modiﬁed epoxy resin paints.

① 塗膜厚が厚いこと（1）腐食性物質の塗膜への浸透・拡散と塗膜／鋼界面への集積（2）浸透・拡散した腐食性物質による② 鋼表面への付着力に優れること③ 腐食性物質の浸透・拡散速度の遅い塗膜層を有すること

塗膜／鋼界面での腐食反応の開始（3）腐食生成物による塗膜の付着力低下と塗膜変状の発生

長期間供用されている鋼構造物に対して上記解釈を適用すると、①に関しては度重なる補修塗装により塗膜が厚膜化しているため要件を満たしている。一方で、Mengesら3）は、塗膜寿命を腐食性物質が鋼面に到達②に関しては、同様の理由から塗膜内応力が蓄積され

である。

素材

素材

線膨張係数
[10-5/K]

鉄

1.2

錫（すず）

2.0

アルミニウム

2.4

鉛

2.9

鉄

金

1.4

ニッケル

1.3

銀

1.9

ポリエチレン18

銅1.7

ポリカーボネート

7.0

亜鉛

3.3

エポキシ塗膜

6.5

クロム

0.8

ウレタン塗膜9.7

鉄図1

剥離抑制型塗料による寸法変化抑制

鋼構造物を構成する鉄の線膨張係数は低く、温度変化に対する寸法安定性に優れる素材といえる。一方で、有機物である塗膜の線膨張係数は鉄の5〜6倍と高い数値を示し、被塗物の鉄と比較して温度変化に応じて寸法が大きく変化する。

3.1

剥離抑制機能剥離抑制型塗料の膜厚増加に伴う剥離抑制効果向上

5高遮断低α塗料

低α塗料

変性エポキシ樹脂
塗料（比較塗料）

線膨張係数[10-5/K]

2.89

2.50

3.94

単膜

塗装系

単膜

3.2 10 /K以下に設定することで塗膜厚と付着安定性の相関が逆転し、塗膜厚を厚くなるほど剥離し難い
塗膜を形成できることが分かっている

。

4)-5)

10
サイクル

従って、低α塗料をベース配合として、さらに高遮断

単膜

塗装系

塗装系

試験片
外観

機能を付与する新たな低α塗料（以下、高遮断低α塗

3.0mm
以下

3.0mm
以下

3.0mm
以下

カット間
全面剥離

3.0mm
以下

カット間
全面剥離

料と称す）
においても、線膨張係数は上記閾値以下であることとし、かつ塗膜性能や塗装作業性が損なわれない範囲で可能な限り線膨張係数を低減することを目標とした。表2に各塗料の線膨張係数と剥離抑制試

30
サイクル

試験片
外観

試験終了

試験終了

験結果を示す。
なお、比較塗料としては、低α塗料および線膨張係数の高い一般的な変性エポキシ樹脂塗料（以下、比較塗料と称す）
を試験に供した。
また、表中の術研究所発行「NEXCO試験方法第4編 構造関係試
験方法（令和2年7月版）」に規定される試験方法443「塗料の耐はく離性試験方法」に準じて実施した。
試験結果より、
比較塗料は僅か10サイクル経過時点
で著しい塗膜の剥離現象を生じ、カット施工部周辺塗膜全面で変状を認めた。
一方で、線膨張係数を低減し剥離抑制機能を付与
した高遮断低α塗料および低α塗料は、試験経過に伴

剥離幅

3.0mm
以下

決める要件①、②を両立していると考えられる。

有していることを確認した。従って、低α塗料と同様に高遮断低α塗料に関しても、前述した塗膜の耐用年数を

3.2

環境遮断機能環境遮断機能の目標水準は水中部用途向け塗料とし、タールフリー変性エポキシ樹脂塗料（以下、
目標塗

3.0mm
以下

3.0mm
以下

ルフリー変性エポキシ樹脂塗料は強溶剤形塗料である

塗料は、タンク内面やダム堰、水門扉などの水中鋼構造

が、高遮断低α塗料は既設鋼構造物の現地補修用途

物に古くから適用されてきたタールエポキシ樹脂塗料が主となることから、低α塗料と同様に環境負荷の少なに代わり、発癌性のおそれのあるコールタール分を含まい弱溶剤形塗料である。

ない塗料であり、上記の鋼構造物に対して長年の適用

環境遮断性の評価を目的に、高遮断低α塗料、低α

供試塗装仕様※）試験条件
JIS K 5600-7-2回転式 50℃/95%RH以上

複層膜 120μm

イオン交換水浸漬

JIS K 5600-6-1方法1（浸漬法） 液温23℃, 60℃

複層膜 120μm

塩水浸漬（NaCl 5%aq.）

JIS K 5600-6-1方法1（浸漬法） 液温23℃, 60℃

複層膜 120μm

温度差耐水性JIS K 6940附属書3（規定） 評価面側50℃/裏面側25℃

複層膜 120μm

複合サイクル防食性

JIS K 5600-7-9附属書1（規定） サイクルD

単膜 60μm

塗装系A 175μm

耐中性塩水噴霧性

JIS K 5600-7-1

単膜 60μm

塗装系A 175μm

暴露防錆性

NEXCO試験法404（沖縄県伊計島）

塗装系B 195μm

表5

工程

単膜

複層膜

塗装系A

塗装系B

1層目

評価塗料60μm

評価塗料60μm

評価塗料60μm

有機Zn 75μm

2層目−

評価塗料60μm

評価塗料60μm

評価塗料60μm

3層目

−

−

中塗塗料30μm

評価塗料60μm

4層目

−

−

上塗塗料25μm

−

合計

60μm

120μm

175μm

195μm

試験板はブラスト処理鋼板（寸法：70 150 t3.2mm

変状を認めるまでに要した試験時間を耐久時間とした。

または150 300 t3.2mm、除錆度：ISO Sa2 1/2以上、前述のとおり高遮断低α塗料は低α塗料に水中部用

表面粗さ：Rzjis25μm）
を使用し、各塗料をエアスプレー

途向け塗料の配合技術を導入し、特に耐水性に関わる

塗装にて24時間間隔で塗装した。最終層塗装完了後、塗膜性能を向上させた設計としている。
そこで耐水性の23℃/50%RH環境下にて7日間養生し試験片とした。
な評価試験として、各供試塗料間で特に大きな性能差を認

お、試験片の裏面および周囲に関しては、試験に影響がめた耐湿性試験（連続結露法）およびイオン交換水浸漬ないよう評価塗料で塗り包んだ。

（60℃）
、
塩水浸漬
（60℃）
に関して、
詳細な試験結果を報告する。

評価を目的とするため、試験前の塗膜に対して鋼材まで達

表6に耐湿性試験結果を示す。
比較塗料が720時間

高遮断低α塗料は、低α塗料に水中部用途向け塗測定した。
測定方法は、
JIS Z 0203
「防湿包装材料の透する切り込み傷（カット部）の施工は行わず、
一般部におけ経過後にさび、膨れの変化を認めたのに対し、
高遮断低料の配合技術を導入し、特に耐水性に関わる塗膜性能

湿度試験方法（カップ法）」に準じて行い、塗膜片の乾る塗膜変状が発生するまでの時間を評価した。
塗膜の変

α塗料および目標塗料は、
10,080時間経過後も塗膜変燥膜厚は200μmとした。表3に測定結果を示す。

状は、JIS K 5600-8-2, 3に準じて評価し、塗膜に何らかの化を認めず、良好な塗膜外観を維持した。

を向上させた設計としている。
なお、
目標塗料としたター
表3

水蒸気透過度

表6

高遮断低α塗料

低α塗料

比較塗料

目標塗料

供試塗料

開発塗料
（大気部向け）

剥離抑制型変性
エポキシ樹脂塗料（大気部向け）

変性エポキシ
樹脂塗料（大気部向け）

タールフリー変性
エポキシ樹脂塗料（水中部向け）

水蒸気透過度[g/㎡･24hr]

0.85

10.04

9.24

1.12

供試塗料

の低α塗料や比較塗料に比べて、著しく低い値を示した。
これは水中部向け塗料の優れた耐水性能の一要因と

3.3

塗膜性能評価考えられる。高遮断低α塗料の水蒸気透過度は、
目標

高遮断低α塗料、比較塗料および目標塗料について、塗料と同程度の値を示し、低α塗料に対して92%低減、

表4に示す各種塗膜性能評価試験を実施した。表5に

比較塗料に対しては91%低減することを確認した。

は各供試塗装仕様の詳細を示す。

目標塗料

720時間
（1ヶ月）

比較塗料

10,080時間（14ヶ月）

塗膜変状なし塗膜変状なし

塗膜外観

変状状態
耐久時間

さび·膨れ発生（8P ·8M）

試験終了
塗膜変状なし塗膜変状なし10,080時間以上

10,080時間以上

比較塗料

試験項目

供試塗装仕様耐湿性（連続結露法）

複層膜 120μm

イオン交換水
浸漬
塩水浸漬

変状状態

2,160時間（3ヶ月）

塗膜変状なし塗膜変状なし膨れ発生（8F）

塗膜外観

720時間

試験終了

変状状態

7,920時間（11ヶ月）

塗膜変状なし塗膜外観

温度差耐水性

23℃*)

60℃
23℃

耐久時間

イオン交換水浸漬試験（60℃）
においては、比較塗料が720時間経過後に膨れを認めたのに対し、
目標塗料は2,160時間で膨れを生じた。一方、高遮断低α塗
表8
供試塗料

720時間
（1ヶ月）

720時間

2,160時間

料は7,920時間経過後においても膨れの発生を認めず良好な塗膜状態を維持していた。
続いて塩水浸漬試験（60℃）の結果を表8に示す。

塩水浸漬（液温60℃）試験結果（複層膜 120μm）

高遮断低α塗料

目標塗料

比較塗料

塗膜外観
変状状態

2,520時間（3.5ヶ月）試験終了

塗膜変状なし塗膜外観
塗膜変状なし

2,520時間以上

膨れ発生（8M）

膨れ発生（8MD）

試験終了

試験終了

720時間

720時間

結果から、比較塗料および目標塗料に関しては720

霧性試験に供した塗装系A、および暴露防錆性試験に時間経過後に膨れの発生を認めたのに対し、高遮断低

ついては、現状4,320時間（6ヵ月）
が経過し、
いずれの

α塗料は2,520時間経過後においても膨れは発生せ

供試塗料も塗膜変状を認めていないため、耐久時間のず、優れた耐水性を有することを確認した。

倍率試算には至っていない。

表9に、各種塗膜性能評価試験結果（塗膜の耐久時

高遮断低α塗料は、全ての試験項目において比較塗間）
および比較塗料を基準として算出した耐久時間の料（一般的な変性エポキシ樹脂塗料）
よりも優れた塗倍率を示す。
なお、複合サイクル防食性、耐中性塩水噴膜性能を有することを確認した。

４． まとめ参考文献

倍率

10,080時間以上

14.0倍以上

7,920時間以上

11.0倍以上

2,520時間以上

3.5倍以上7,920時間以上
7,920時間以上240時間

単膜 60μm

塗装系A 175μm*)
単膜 60μm

塗装系A 175μm*)
塗装系B 195μm*

5,040時間

4,320時間以上

11.0倍以上
3.3倍
2.3倍

7,920時間以上
2,160時間

7,920時間以上
720時間−

4,320時間以上

5.0倍

6ヵ月以上

−

耐久時間（基準）−7,920時間以上

720時間

3.0倍

720時間

1.0倍

720時間

11.0倍以上

720時間

1.7倍

72時間

3,960時間

4,320時間以上

倍率

14.0倍以上

120時間−

3,600時間

4,320時間以上

)

−

耐久時間
10,080時間以上

線膨張係数に着目した剥離抑制型塗料の設計技

1）清水悠平：耐はく離性を向上させた防食塗料の開発,

術に基づき、環境遮断性を高めた高遮断低α塗料をDNTコーティング技報, No.19, p.3-12 (2019)

比較塗料

1.8倍

2,160時間−

4,320時間以上−

4,320時間以上

1,440時間

2.0倍

6ヵ月以上

−

720時間

6ヵ月以上

＊）現状いずれの供試塗料も塗膜変状なし。耐久性の倍率は「−」と表記

塗膜変状なし
7,920時間以上

耐久時間

複層膜 120μm

耐中性塩水噴霧性

目標塗料

高遮断低α塗料

複層膜 120μm

60℃

DNTコーティング技報 No.22
報文-1
高遮断性を有する剥離抑制型変性エポキシ樹脂塗料の開発

塗膜性能評価試験結果（塗膜の耐久時間）

複層膜 120μm

暴露防錆性膨れ発生（8F）

試験終了

変状状態

耐久時間

塗膜外観

変状状態

目標塗料

塗膜外観

変状状態

水中部向けの目標塗料の水蒸気透過度は、
大気部向け
6)-8)

耐湿性試験結果（複層膜 120μm）

高遮断低α塗料

720時間
（1ヶ月）

高遮断低α塗料

複合サイクル防食性

供試塗装仕様詳細

また、
本試験は塗膜の環境遮断性の違いによる防食性

8表9表7 イオン交換水浸漬（液温60℃）試験結果（複層膜 120μm）
供試塗料

塗料、比較塗料ならびに目標塗料の水蒸気透過度を実績を有している。

脂塗料下塗（NEXCO塗料規格P-28）」に規定される離幅の平均値3.0mm以下」を十分に満足する性能を

3.0mm
以下

料と称す）
を選定した。
タールフリー変性エポキシ樹脂

う剥離の進展を認めず、「はく離抑制型変性エポキシ樹「30サイクル実施した後、カット部からの片側最大はく

試験項目

7

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高遮断性を有する剥離抑制型変性エポキシ樹脂塗料の開発

次に、
イオン交換水浸漬試験
（60℃）
について、
表7に試験結果を示す。

塗膜性能評価試験

耐湿性（連続結露法）※）供試塗装仕様の詳細は表5を参照
剥離幅

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高遮断性を有する剥離抑制型変性エポキシ樹脂塗料の開発

表4

供試塗料

-5

6

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高遮断性を有する剥離抑制型変性エポキシ樹脂塗料の開発

各塗料の線膨張係数と剥離抑制試験結果

これまでの研究結果より、塗膜の線膨張係数α1を

鉄

図2

表2

試験片の種類剥離抑制試験に関しては、株式会社高速道路総合技

代表的な素材の線膨張係数
線膨張係数[10 -5 /K]

３． 高遮断性を有する剥離抑制型
変性エポキシ樹脂塗料

塗り重ねられた塗膜

it at a low the coeﬃcient of linear expansion of

化過程は、
おおよそ次のように進行するとされている2）。

表1

クが増大していく従来塗料とは異なる全く新しい機能

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高遮断性を有する剥離抑制型変性エポキシ樹脂塗料の開発

剥離抑制型
塗膜

peeling of an existing coating ﬁlm by designingの長い塗装仕様であると解釈できる。

線膨張係数

する
（図2）。本機能は膜厚の増加に伴い自然剥離リス

塗り重ねられた
塗膜

It is ﬁnd that it can be reduced spontaneous

一方、塗装鋼が腐食環境に曝される際の塗膜の劣2.1

法変化を抑制する効果は高まり、剥離抑制効果は向上

塗り重ねられた 剥離抑制型
一般的な塗膜
塗膜

Abstract

剥離抑制メカニズムと腐食性物質が鋼面に到達した後、付着破壊が生じる

瑞樹

１． はじめに2.2

た状態にあり、塗膜厚が厚くなるほど付着力は低下して

L = t ／ 6D + τ
清水

4

するまでの時間（腐食誘導期間＝膜厚の二乗に比例）2山内 健一郎3

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報文-1
高遮断性を有する剥離抑制型変性エポキシ樹脂塗料の開発

一方で、目標塗料との対比においても同等以上の良⑥また、今回結果に大きな差異を生じた加温条件下の好な塗膜性能を示したが、水蒸気透過度の測定結果

試験においては、⑤記載の要素に加えて、温度上昇に（0.85, 1.12 [g/m ･24hr]）以上に、各種塗膜の性能

よる塗膜・鋼材の線膨張差に起因する寸法不一致

評価試験、とりわけ加温条件下における試験においてや、塗膜の硬化反応の進行に伴う塗膜内残留応力

顕著な差を認めた。以下に本結果の要因を考察する。

の増加なども付着活性点の減少を促進する要素と2なる。
①Mengesらの式が示すとおり、塗膜変状（今回の場合⑦これら塗膜／鋼材間の付着安定性を低下させる要素

は主に膨れ）が発生するまでの時間は、1）腐食性物

に対し、低α塗料のみが有する有効な塗膜特性とし質が塗膜中に侵入・拡散し鋼面へ到達するまでの時て、寸法安定性に優れるという点が挙げられる。

間と、2）それにより塗膜／鋼材間の付着性が低下し⑧これまで本塗膜特性は鋼との線膨張差を低減し、塗塗膜下に腐食性物質が集積、鋼の腐食が進展する

膜の自然剥離現象を抑制することを目的としたものでまでの時間の和から説明ができる。

あったが、前述の加温条件下における吸水膨潤塗膜②水蒸気透過度測定結果より、1）に関しては高遮断低α塗料と目標塗料に大きな差異はない。

の付着活性点減少に対しても抑制効果を発揮する塗膜特性であった可能性がある。

③一方、塗膜変状が発生するまでの時間（塗膜の耐久⑨結果として、本塗膜特性と高い環境遮断性を併せ持っ

時間 1）+2）に関しては、特に加温条件下において

た高遮断低α塗料は、目標塗料と比較し優れた耐久

高遮断低α塗料が大きく優位な結果を示した。

性を発現したものと考える。

④従い、加温条件下において高遮断低α塗料は目標塗料と比較し、2）に記載の項目、特に塗膜／鋼材間の付着安定性に優れているものと推測する。

上記考察に関しては、過去著者らの研究グループにて実施した検証結果や、既往の報告などを元に推測し⑤湿潤環境下において吸水膨潤した塗膜の付着性にた内容に過ぎないが、今回の試験結果から高遮断低α

影響を与える要素として、直接的には塗膜／鋼界面塗料には塗膜遮断性の向上効果の他に、何らかの付で付着活性点として機能している極性基に対する水

着安定性向上機能が備わっている可能性が高く、両者の吸着があり、
またそれを助長する副次的要素としの相乗効果によって著しく塗膜耐久性が向上したものて、吸水による塗膜の体積膨張（鋼面との寸法不一と考えている。本考察については、今後さらに詳細な検

致）
に起因し、
付着活性点の減少がさらに促進される。

証の実施を予定している。

開発した。本検討において、高遮断低α塗料が剥離抑制機能を有し、かつ水中部用途向け塗料（タールフリー変性エポキシ樹脂塗料）と同等以上の環境遮断性を有することを確認した。
また、各種塗膜性能評価

2）
山崎曜：超厚膜塗装技術の現状と問題点,
表面技術, Vol.46, No.6 (1995)
3）G. Menges & Schneider：Kautschuk und Gummi
Kunststoﬀe, 25, (5), 213 (1972)

試験において、高遮断低α塗料は比較塗料（一般的な4）西森修次：線膨張係数に着目した塗料の今後の展

変性エポキシ樹脂塗料）と比べ、いずれの試験におい望について, 第39回防錆防食技術発表大会講演予ても、優れた塗膜性能を示し、概ね2.3〜14.0倍以上

稿集, p.103-108 (2019)の塗膜耐久時間となることを確認した。
さらに高遮断5）宮下剛：耐はく離性を向上させた防食塗料の開発

低α塗料は、塗膜の耐久性を決める3要件全てを高（耐はく離性に寄与する因子）, 土木学会第73回年水準で兼ね備えており、従来塗料では達成できなかっ次学術講演会 (2018)

た長期耐久性が期待される。

6）山内健一郎：環境遮断性を高めた剥離抑制型変性
エポキシ樹脂塗料の開発, 防錆管理, Vol.66, No.1 (2022)

５． 謝辞
本開発品は、株式会社四国総合研究所殿との共同研究により得られた成果です。関係者各位に深く感謝
申し上げます。

7）
山内健一郎：高遮断性を有する剥離抑制型変性
エポキシ樹脂塗料の開発（続報）, 第44回鉄構塗装技術討論会発表予稿集, p.17-24 (2022)8）西森修次：塗膜の線膨張係数に着目した防食塗料（高遮断・剥離抑制タイプ）の開発動向及び性能評
価,第42回防錆防食技術発表大会講演予稿集,
p.73-78（2022）

9

2

DNTコーティング技報 No.22
報文-1
高遮断性を有する剥離抑制型変性エポキシ樹脂塗料の開発

DNTコーティング技報 No.22
報文-1
高遮断性を有する剥離抑制型変性エポキシ樹脂塗料の開発

高遮断性を有する剥離抑制型変性エポキシ樹脂塗料の開発
Development of Peel-Suppressing Modified Epoxy Resin Paint
with High Barrier Properties

塗料事業部門 構造物塗料事業部
テクニカルサポートグループ
Coating Business Div.
Protective Coatings Dept.
Technical Support Group

Kenichiro YAMAUCHI

要旨

悠平

Yuhei SHIMIZU

加藤

いく傾向を示し、最終的に塗膜剥離に至ることから要件までの時間（腐食進展期間＝塗膜欠陥が表面化するを満たしていない。
従って、既存の補修塗装仕様において塗膜の自然剥離現象に対して支配的な要因は、温度までの期間）の和で説明しており、腐食性物質が鋼表①と②は、相反する要件となる。
これに対し、著者らの開変化に起因する塗膜の熱収縮・熱膨張である。鋼材と面に到達するまでの時間をできるだけ延長し、さらに付発した低α塗料は、塗膜厚が厚くなるほど塗膜剥離を抑比較し線膨張係数が高い一般塗膜で補修塗装を繰り着力を確保することが塗膜の長期耐久性の維持に繋制する機能を有し、良好な付着性を維持し続けることが返した場合、両者の線膨張係数の差に起因して塗膜のがるとしている
（式1参照）。

できることから、①と②を両立させることが可能であり、塗

自然剥離現象が生じる。一方で、線膨張係数を低減さ

L ： 耐用期間t ： 塗膜（mm）
D： 拡散係数（mm2/sec）
τ： 付着力その他の要因

Mizuki KATO

式1 塗膜耐久性の考え方に関する
G. Menges, W. Schneiderらの関係式
式中のD（拡散係数）
は、酸素、水、塩化物イオンなどの腐食性物質が塗膜中に侵入し拡散する度合いを単膜の耐久性を大きく高めていると考える。
一方で、
③に対

せた低α塗料は温度変化に対する熱収縮・熱膨張がする低α塗料の性能は従来塗料と同程度であるが、塗料

小さく寸法安定性に優れるという特長を有している。
この配合設計において検討の余地を有している。

のため、一般塗膜上に低α塗料を塗り重ねた場合、一著者らの研究グループは、塗膜の耐用年数（耐久性）

般塗膜の熱収縮・熱膨張による寸法変化が抑制され、を決める①〜③の要件全てを高い水準で兼ね備えた新一般塗膜を含む塗膜全体の寸法安定性が向上する

規塗料を開発した。
本報では、新たに開発した高遮断性（図1）。
これにより、塗膜全体の応力が低減され、結果を有する低α塗料の特性および従来の変性エポキシ樹として剥離抑制効果が発現する。
また、一般塗膜上に脂塗料との各種性能比較試験結果について報告する。

塗り重ねる低α塗料の膜厚増加に伴い塗膜全体の寸２． 線膨張係数と剥離抑制メカニズム

塗膜の線膨張係数を低く設計することで、既存塗膜

高度経済成長期に建設された鋼構造物の多くは、度位面積当たりの時間で示した値である。
また、腐食性物の自然剥離リスクを低減できることが分かっている。今重なる塗り替え塗装によって既存塗膜が過剰膜厚化し質が鋼面に到達しても塗膜の付着力が維持されている

般、剥離抑制機能に加えて、水中部用途向けタールフリた状態にあり、一部の鋼構造物においては塗膜内応力

間は鋼界面への腐食性物質の滞留や鋼界面に沿ったー変性エポキシ樹脂塗料相当の環境遮断性を有するの増大に伴い、
自然剥離する事例が認められている。

横方向への腐食進展は妨げられるので致命的な欠陥

線膨張とは温度変化に応じて物体の寸法が変化（膨新規塗料の開発を行い、従来の変性エポキシ樹脂塗

これらの老齢化した鋼構造物は、現在の財政事情を考にはならない。
しかし、塗膜の付着不良が生じた段階で張・収縮）する現象であり、線膨張係数αは温度が1℃変料との各種性能比較試験結果について報告する。

慮すると今後も塗り替え塗装による維持管理を行なっ

付着不良部へ腐食性物質が滞留し、徐々に腐食現象を化した時の線膨張の変化量を係数として表す物質に固ていく必要がある。上記課題に対して、著者らの研究グ拡大していく。
そのため、鋼表面に腐食性物質が到達し有の値である。
代表的な素材の線膨張係数を表1に示す。

ループは塗り重ねることで塗膜の自然剥離現象を抑制

た後、塗膜の膨れや鋼の発錆など外観上の欠陥として可能な線膨張係数（α）
を低減させた剥離抑制型変性

表面化するまでの塗膜付着力が維持されている期間

エポキシ樹脂塗料（以下、低α塗料と称す）を開発して（腐食進展期間）をτとしている。従って、以下①〜③のいる1）。

要件を有する塗装仕様は、耐久性に優れ、耐用年数

coating ﬁlm. In addition to the peeling suppressive function, we are currently being developed
a new paint with environment barrier properties
equivalent to tar-free modiﬁed epoxy resin paintfor underwater applications. We report test
results of various performance comparison withusual modiﬁed epoxy resin paints.

① 塗膜厚が厚いこと（1）腐食性物質の塗膜への浸透・拡散と塗膜／鋼界面への集積（2）浸透・拡散した腐食性物質による② 鋼表面への付着力に優れること③ 腐食性物質の浸透・拡散速度の遅い塗膜層を有すること

塗膜／鋼界面での腐食反応の開始（3）腐食生成物による塗膜の付着力低下と塗膜変状の発生

長期間供用されている鋼構造物に対して上記解釈を適用すると、①に関しては度重なる補修塗装により塗膜が厚膜化しているため要件を満たしている。一方で、Mengesら3）は、塗膜寿命を腐食性物質が鋼面に到達②に関しては、同様の理由から塗膜内応力が蓄積され

である。

素材

素材

線膨張係数
[10-5/K]

鉄

1.2

錫（すず）

2.0

アルミニウム

2.4

鉛

2.9

鉄

金

1.4

ニッケル

1.3

銀

1.9

ポリエチレン18

銅1.7

ポリカーボネート

7.0

亜鉛

3.3

エポキシ塗膜

6.5

クロム

0.8

ウレタン塗膜9.7

鉄図1

剥離抑制型塗料による寸法変化抑制

鋼構造物を構成する鉄の線膨張係数は低く、温度変化に対する寸法安定性に優れる素材といえる。一方で、有機物である塗膜の線膨張係数は鉄の5〜6倍と高い数値を示し、被塗物の鉄と比較して温度変化に応じて寸法が大きく変化する。

3.1

剥離抑制機能剥離抑制型塗料の膜厚増加に伴う剥離抑制効果向上

5高遮断低α塗料

低α塗料

変性エポキシ樹脂
塗料（比較塗料）

線膨張係数[10-5/K]

2.89

2.50

3.94

単膜

塗装系

単膜

3.2 10 /K以下に設定することで塗膜厚と付着安定性の相関が逆転し、塗膜厚を厚くなるほど剥離し難い
塗膜を形成できることが分かっている

。

4)-5)

10
サイクル

従って、低α塗料をベース配合として、さらに高遮断

単膜

塗装系

塗装系

試験片
外観

機能を付与する新たな低α塗料（以下、高遮断低α塗

3.0mm
以下

3.0mm
以下

3.0mm
以下

カット間
全面剥離

3.0mm
以下

カット間
全面剥離

料と称す）
においても、線膨張係数は上記閾値以下であることとし、かつ塗膜性能や塗装作業性が損なわれない範囲で可能な限り線膨張係数を低減することを目標とした。表2に各塗料の線膨張係数と剥離抑制試

30
サイクル

試験片
外観

試験終了

試験終了

験結果を示す。
なお、比較塗料としては、低α塗料および線膨張係数の高い一般的な変性エポキシ樹脂塗料（以下、比較塗料と称す）
を試験に供した。
また、表中の術研究所発行「NEXCO試験方法第4編 構造関係試
験方法（令和2年7月版）」に規定される試験方法443「塗料の耐はく離性試験方法」に準じて実施した。
試験結果より、
比較塗料は僅か10サイクル経過時点
で著しい塗膜の剥離現象を生じ、カット施工部周辺塗膜全面で変状を認めた。
一方で、線膨張係数を低減し剥離抑制機能を付与
した高遮断低α塗料および低α塗料は、試験経過に伴

剥離幅

3.0mm
以下

決める要件①、②を両立していると考えられる。

有していることを確認した。従って、低α塗料と同様に高遮断低α塗料に関しても、前述した塗膜の耐用年数を

3.2

環境遮断機能環境遮断機能の目標水準は水中部用途向け塗料とし、タールフリー変性エポキシ樹脂塗料（以下、
目標塗

3.0mm
以下

3.0mm
以下

ルフリー変性エポキシ樹脂塗料は強溶剤形塗料である

塗料は、タンク内面やダム堰、水門扉などの水中鋼構造

が、高遮断低α塗料は既設鋼構造物の現地補修用途

物に古くから適用されてきたタールエポキシ樹脂塗料が主となることから、低α塗料と同様に環境負荷の少なに代わり、発癌性のおそれのあるコールタール分を含まい弱溶剤形塗料である。

ない塗料であり、上記の鋼構造物に対して長年の適用

環境遮断性の評価を目的に、高遮断低α塗料、低α

供試塗装仕様※）試験条件
JIS K 5600-7-2回転式 50℃/95%RH以上

複層膜 120μm

イオン交換水浸漬

JIS K 5600-6-1方法1（浸漬法） 液温23℃, 60℃

複層膜 120μm

塩水浸漬（NaCl 5%aq.）

JIS K 5600-6-1方法1（浸漬法） 液温23℃, 60℃

複層膜 120μm

温度差耐水性JIS K 6940附属書3（規定） 評価面側50℃/裏面側25℃

複層膜 120μm

複合サイクル防食性

JIS K 5600-7-9附属書1（規定） サイクルD

単膜 60μm

塗装系A 175μm

耐中性塩水噴霧性

JIS K 5600-7-1

単膜 60μm

塗装系A 175μm

暴露防錆性

NEXCO試験法404（沖縄県伊計島）

塗装系B 195μm

表5

工程

単膜

複層膜

塗装系A

塗装系B

1層目

評価塗料60μm

評価塗料60μm

評価塗料60μm

有機Zn 75μm

2層目−

評価塗料60μm

評価塗料60μm

評価塗料60μm

3層目

−

−

中塗塗料30μm

評価塗料60μm

4層目

−

−

上塗塗料25μm

−

合計

60μm

120μm

175μm

195μm

試験板はブラスト処理鋼板（寸法：70 150 t3.2mm

変状を認めるまでに要した試験時間を耐久時間とした。

または150 300 t3.2mm、除錆度：ISO Sa2 1/2以上、前述のとおり高遮断低α塗料は低α塗料に水中部用

表面粗さ：Rzjis25μm）
を使用し、各塗料をエアスプレー

途向け塗料の配合技術を導入し、特に耐水性に関わる

塗装にて24時間間隔で塗装した。最終層塗装完了後、塗膜性能を向上させた設計としている。
そこで耐水性の23℃/50%RH環境下にて7日間養生し試験片とした。
な評価試験として、各供試塗料間で特に大きな性能差を認

お、試験片の裏面および周囲に関しては、試験に影響がめた耐湿性試験（連続結露法）およびイオン交換水浸漬ないよう評価塗料で塗り包んだ。

（60℃）
、
塩水浸漬
（60℃）
に関して、
詳細な試験結果を報告する。

評価を目的とするため、試験前の塗膜に対して鋼材まで達

表6に耐湿性試験結果を示す。
比較塗料が720時間

高遮断低α塗料は、低α塗料に水中部用途向け塗測定した。
測定方法は、
JIS Z 0203
「防湿包装材料の透する切り込み傷（カット部）の施工は行わず、
一般部におけ経過後にさび、膨れの変化を認めたのに対し、
高遮断低料の配合技術を導入し、特に耐水性に関わる塗膜性能

湿度試験方法（カップ法）」に準じて行い、塗膜片の乾る塗膜変状が発生するまでの時間を評価した。
塗膜の変

α塗料および目標塗料は、
10,080時間経過後も塗膜変燥膜厚は200μmとした。表3に測定結果を示す。

状は、JIS K 5600-8-2, 3に準じて評価し、塗膜に何らかの化を認めず、良好な塗膜外観を維持した。

を向上させた設計としている。
なお、
目標塗料としたター
表3

水蒸気透過度

表6

高遮断低α塗料

低α塗料

比較塗料

目標塗料

供試塗料

開発塗料
（大気部向け）

剥離抑制型変性
エポキシ樹脂塗料（大気部向け）

変性エポキシ
樹脂塗料（大気部向け）

タールフリー変性
エポキシ樹脂塗料（水中部向け）

水蒸気透過度[g/㎡･24hr]

0.85

10.04

9.24

1.12

供試塗料

の低α塗料や比較塗料に比べて、著しく低い値を示した。
これは水中部向け塗料の優れた耐水性能の一要因と

3.3

塗膜性能評価考えられる。高遮断低α塗料の水蒸気透過度は、
目標

高遮断低α塗料、比較塗料および目標塗料について、塗料と同程度の値を示し、低α塗料に対して92%低減、

表4に示す各種塗膜性能評価試験を実施した。表5に

比較塗料に対しては91%低減することを確認した。

は各供試塗装仕様の詳細を示す。

目標塗料

720時間
（1ヶ月）

比較塗料

10,080時間（14ヶ月）

塗膜変状なし塗膜変状なし

塗膜外観

変状状態
耐久時間

さび·膨れ発生（8P ·8M）

試験終了
塗膜変状なし塗膜変状なし10,080時間以上

10,080時間以上

比較塗料

試験項目

供試塗装仕様耐湿性（連続結露法）

複層膜 120μm

イオン交換水
浸漬
塩水浸漬

変状状態

2,160時間（3ヶ月）

塗膜変状なし塗膜変状なし膨れ発生（8F）

塗膜外観

720時間

試験終了

変状状態

7,920時間（11ヶ月）

塗膜変状なし塗膜外観

温度差耐水性

23℃*)

60℃
23℃

耐久時間

イオン交換水浸漬試験（60℃）
においては、比較塗料が720時間経過後に膨れを認めたのに対し、
目標塗料は2,160時間で膨れを生じた。一方、高遮断低α塗
表8
供試塗料

720時間
（1ヶ月）

720時間

2,160時間

料は7,920時間経過後においても膨れの発生を認めず良好な塗膜状態を維持していた。
続いて塩水浸漬試験（60℃）の結果を表8に示す。

塩水浸漬（液温60℃）試験結果（複層膜 120μm）

高遮断低α塗料

目標塗料

比較塗料

塗膜外観
変状状態

2,520時間（3.5ヶ月）試験終了

塗膜変状なし塗膜外観
塗膜変状なし

2,520時間以上

膨れ発生（8M）

膨れ発生（8MD）

試験終了

試験終了

720時間

720時間

結果から、比較塗料および目標塗料に関しては720

霧性試験に供した塗装系A、および暴露防錆性試験に時間経過後に膨れの発生を認めたのに対し、高遮断低

ついては、現状4,320時間（6ヵ月）
が経過し、
いずれの

α塗料は2,520時間経過後においても膨れは発生せ

供試塗料も塗膜変状を認めていないため、耐久時間のず、優れた耐水性を有することを確認した。

倍率試算には至っていない。

表9に、各種塗膜性能評価試験結果（塗膜の耐久時

高遮断低α塗料は、全ての試験項目において比較塗間）
および比較塗料を基準として算出した耐久時間の料（一般的な変性エポキシ樹脂塗料）
よりも優れた塗倍率を示す。
なお、複合サイクル防食性、耐中性塩水噴膜性能を有することを確認した。

４． まとめ参考文献

倍率

10,080時間以上

14.0倍以上

7,920時間以上

11.0倍以上

2,520時間以上

3.5倍以上7,920時間以上
7,920時間以上240時間

単膜 60μm

塗装系A 175μm*)
単膜 60μm

塗装系A 175μm*)
塗装系B 195μm*

5,040時間

4,320時間以上

11.0倍以上
3.3倍
2.3倍

7,920時間以上
2,160時間

7,920時間以上
720時間−

4,320時間以上

5.0倍

6ヵ月以上

−

耐久時間（基準）−7,920時間以上

720時間

3.0倍

720時間

1.0倍

720時間

11.0倍以上

720時間

1.7倍

72時間

3,960時間

4,320時間以上

倍率

14.0倍以上

120時間−

3,600時間

4,320時間以上

)

−

耐久時間
10,080時間以上

線膨張係数に着目した剥離抑制型塗料の設計技

1）清水悠平：耐はく離性を向上させた防食塗料の開発,

術に基づき、環境遮断性を高めた高遮断低α塗料をDNTコーティング技報, No.19, p.3-12 (2019)

比較塗料

1.8倍

4,320時間以上−

4,320時間以上

2.0倍

6ヵ月以上

−

制機能を有し、かつ水中部用途向け塗料（タールフリー変性エポキシ樹脂塗料）と同等以上の環境遮断性を有することを確認した。
また、各種塗膜性能評価

2,160時間−1,440時間開発した。本検討において、高遮断低α塗料が剥離抑

720時間

6ヵ月以上

＊）現状いずれの供試塗料も塗膜変状なし。耐久性の倍率は「−」と表記

塗膜変状なし
7,920時間以上

耐久時間

複層膜 120μm

耐中性塩水噴霧性

目標塗料

高遮断低α塗料

複層膜 120μm

60℃

DNTコーティング技報 No.22
報文-1
高遮断性を有する剥離抑制型変性エポキシ樹脂塗料の開発

塗膜性能評価試験結果（塗膜の耐久時間）

複層膜 120μm

暴露防錆性膨れ発生（8F）

試験終了

変状状態

耐久時間

塗膜外観

変状状態

目標塗料

塗膜外観

変状状態

水中部向けの目標塗料の水蒸気透過度は、
大気部向け
6)-8)

耐湿性試験結果（複層膜 120μm）

高遮断低α塗料

720時間
（1ヶ月）

高遮断低α塗料

複合サイクル防食性

供試塗装仕様詳細

また、
本試験は塗膜の環境遮断性の違いによる防食性

8表9表7 イオン交換水浸漬（液温60℃）試験結果（複層膜 120μm）
供試塗料

塗料、比較塗料ならびに目標塗料の水蒸気透過度を実績を有している。

脂塗料下塗（NEXCO塗料規格P-28）」に規定される離幅の平均値3.0mm以下」を十分に満足する性能を

3.0mm
以下

料と称す）
を選定した。
タールフリー変性エポキシ樹脂

う剥離の進展を認めず、「はく離抑制型変性エポキシ樹「30サイクル実施した後、カット部からの片側最大はく

試験項目

7

DNTコーティング技報 No.22
報文-1
高遮断性を有する剥離抑制型変性エポキシ樹脂塗料の開発

次に、
イオン交換水浸漬試験
（60℃）
について、
表7に試験結果を示す。

塗膜性能評価試験

耐湿性（連続結露法）※）供試塗装仕様の詳細は表5を参照
剥離幅

DNTコーティング技報 No.22
報文-1
高遮断性を有する剥離抑制型変性エポキシ樹脂塗料の開発

表4

供試塗料

-5

6

DNTコーティング技報 No.22
報文-1
高遮断性を有する剥離抑制型変性エポキシ樹脂塗料の開発

各塗料の線膨張係数と剥離抑制試験結果

これまでの研究結果より、塗膜の線膨張係数α1を

鉄

図2

表2

試験片の種類剥離抑制試験に関しては、株式会社高速道路総合技

代表的な素材の線膨張係数
線膨張係数[10 -5 /K]

３． 高遮断性を有する剥離抑制型
変性エポキシ樹脂塗料

塗り重ねられた塗膜

it at a low the coeﬃcient of linear expansion of

化過程は、
おおよそ次のように進行するとされている2）。

表1

クが増大していく従来塗料とは異なる全く新しい機能

DNTコーティング技報 No.22
報文-1
高遮断性を有する剥離抑制型変性エポキシ樹脂塗料の開発

剥離抑制型
塗膜

peeling of an existing coating ﬁlm by designingの長い塗装仕様であると解釈できる。

線膨張係数

する
（図2）。本機能は膜厚の増加に伴い自然剥離リス

塗り重ねられた
塗膜

It is ﬁnd that it can be reduced spontaneous

一方、塗装鋼が腐食環境に曝される際の塗膜の劣2.1

法変化を抑制する効果は高まり、剥離抑制効果は向上

塗り重ねられた 剥離抑制型
一般的な塗膜
塗膜

Abstract

剥離抑制メカニズムと腐食性物質が鋼面に到達した後、付着破壊が生じる

瑞樹

１． はじめに2.2

た状態にあり、塗膜厚が厚くなるほど付着力は低下して

L = t ／ 6D + τ
清水

4

するまでの時間（腐食誘導期間＝膜厚の二乗に比例）2山内 健一郎3

DNTコーティング技報 No.22
報文-1
高遮断性を有する剥離抑制型変性エポキシ樹脂塗料の開発

一方で、目標塗料との対比においても同等以上の良⑥また、今回結果に大きな差異を生じた加温条件下の好な塗膜性能を示したが、水蒸気透過度の測定結果

試験においては、⑤記載の要素に加えて、温度

上（0.85, 1.12 [g/m ･24hr]）以上に、各種塗膜の性能

昇による塗膜・鋼材の線膨張差に起因する寸法不

一

評価試験、
とりわけ加温条件下における試験において致や、塗膜の硬化反応の進行に伴う塗膜内残留応 力

顕著な差を認めた。以下に本結果の要因を考察する。

の増加なども付着活性点の減少を促進する要素と な

2る。
①Mengesらの式が示すとおり、塗膜変状（今回の場合⑦これら塗膜／鋼材間の付着安定性を低下させる要素

は主に膨れ）が発生するまでの時間は、1）腐食性物

に対し、低α塗料のみが有する有効な塗膜特性とし質が塗膜中に侵入・拡散し鋼面へ到達するまでの時て、寸法安定性に優れるという点が挙げられる。

間と、2）それにより塗膜／鋼材間の付着性が低下し⑧これまで本塗膜特性は鋼との線膨張差を低減し、塗塗膜下に腐食性物質が集積、鋼の腐食が進展する

膜の自然剥離現象を抑制することを目的としたものでまでの時間の和から説明ができる。

あったが、前述の加温条件下における吸水膨潤塗膜②水蒸気透過度測定結果より、1）に関しては高遮断低α塗料と目標塗料に大きな差異はない。

の付着活性点減少に対しても抑制効果を発揮する塗膜特性であった可能性がある。

③一方、塗膜変状が発生するまでの時間（塗膜の耐久⑨結果として、本塗膜特性と高い環境遮断性を併せ持っ

時間 1）+2）に関しては、特に加温条件下において

た高遮断低α塗料は、目標塗料と比較し優れた耐久

高遮断低α塗料が大きく優位な結果を示した。

性を発現したものと考える。

④従い、加温条件下において高遮断低α塗料は目標塗料と比較し、2）に記載の項目、特に塗膜／鋼材間の付着安定性に優れているものと推測する。

上記考察に関しては、過去著者らの研究グループにて実施した検証結果や、既往の報告などを元に推測し⑤湿潤環境下において吸水膨潤した塗膜の付着性にた内容に過ぎないが、今回の試験結果から高遮断低α

影響を与える要素として、直接的には塗膜／鋼界面塗料には塗膜遮断性の向上効果の他に、何らかの付で付着活性点として機能している極性基に対する水

着安定性向上機能が備わっている可能性が高く、両者の吸着があり、
またそれを助長する副次的要素としの相乗効果によって著しく塗膜耐久性が向上したものて、吸水による塗膜の体積膨張（鋼面との寸法不一と考えている。本考察については、今後さらに詳細な検

致）
に起因し、
付着活性点の減少がさらに促進される。

証の実施を予定している。

2）
山崎曜：超厚膜塗装技術の現状と問題点,
表面技術, Vol.46, No.6 (1995)
3）G. Menges & Schneider：Kautschuk und Gummi
Kunststoﬀe, 25, (5), 213 (1972)

試験において、高遮断低α塗料は比較塗料（一般的な4）西森修次：線膨張係数に着目した塗料の今後の展

変性エポキシ樹脂塗料）と比べ、いずれの試験におい望について, 第39回防錆防食技術発表大会講演予ても、優れた塗膜性能を示し、概ね2.3〜14.0倍以上

稿集, p.103-108 (2019)の塗膜耐久時間となることを確認した。
さらに高遮断5）宮下剛：耐はく離性を向上させた防食塗料の開発

低α塗料は、塗膜の耐久性を決める3要件全てを高（耐はく離性に寄与する因子）, 土木学会第73回年水準で兼ね備えており、従来塗料では達成できなかっ次学術講演会 (2018)

た長期耐久性が期待される。

6）山内健一郎：環境遮断性を高めた剥離抑制型変性
エポキシ樹脂塗料の開発, 防錆管理, Vol.66, No.1 (2022)

５． 謝辞
本開発品は、株式会社四国総合研究所殿との共同研究により得られた成果です。関係者各位に深く感謝
申し上げます。

7）
山内健一郎：高遮断性を有する剥離抑制型変性
エポキシ樹脂塗料の開発（続報）, 第44回鉄構塗装技術討論会発表予稿集, p.17-24 (2022)8）西森修次：塗膜の線膨張係数に着目した防食塗料（高遮断・剥離抑制タイプ）の開発動向及び性能評
価,第42回防錆防食技術発表大会講演予稿集,
p.73-78（2022）9