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DNTコーティング技報 No.13
技術解説­1
ふっ素樹脂塗料の耐久性と厚膜形ふっ素樹脂塗料

ふっ素樹脂塗料の耐久性と厚膜形ふっ素樹脂塗料
Durability of Fluorocarbon Polymer Coatingand Design of that High Build Type

技術開発部門 開発部
技術開発第一グループ
Technical Development Division,
Technology Development Department
Technical Development Group1

山内健一郎

Kenichiro YAMAUCHI

1.

はじめに

2.

重防食塗装

1980 年代前半に常温乾燥形ふっ素樹脂塗料が開重防食塗装系は、一般に防食下地、下塗塗料、中塗発され、約 30 年が経過した。
この間、重防食分野にお塗料、上塗塗料を塗り重ねた複合塗膜（塗装系）
で構いても数多くの塗装実績が積まれ、現在では、ふっ素成されている。図1に基本的な重防食塗装系の塗膜構

樹脂塗料の優れた耐久性は認知されているところであ成を、表1に塗膜各層の役割を示す。

る。近年、橋梁・プラント等の鋼構造物の維持管理にお上塗塗膜

いては、ＬＣＣ（ライフサイクルコスト）の低減が求められており、塗装に関しては、耐久性に優れた材料の適用

中塗塗膜による塗り替え周期の延長や、厚膜形塗料の適用によ下塗塗膜る工程短縮といった取り組みがなされている。

防食下地

本報では、耐久性に優れた材料として重防食塗装の鋼上塗塗料に適用されているふっ素樹脂塗料および塗装工程の短縮を可能とする、厚膜形ふっ素樹脂塗料につ

図1

いて述べる。

材

重防食塗装系の塗膜構成

表1

塗膜各層の役割

各層

主な役割

防食下地

鋼材に対する良好な付着性、犠牲防食作用、腐食性物質の遮断によって鋼材の腐食を防ぐ。鋼材面と直接接するので防食に対しての影響が最も大きい。

下塗塗膜

防食下地との付着性を確保する。
水分や塩類等の腐食性物質の浸透を防ぐ。

中塗塗膜

下塗塗膜と上塗塗膜の付着性を確保する。色相を調整することで、上塗塗膜の隠蔽性を補助する。
水分や塩類等の腐食性物質の浸透を防ぐ。

上塗塗膜

構造物を目的の色彩に着色する。
長期間にわたって美観（光沢や色相）を維持する。
水分や塩類等の腐食性物質の浸透を防ぐ。

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ふっ素樹脂塗料の耐久性と厚膜形ふっ素樹脂塗料

３． ふっ素樹脂塗料とその耐久性防食下地にはジンクリッチペイントが適用される。塗膜中の亜鉛は鋼材（鉄）よりも卑な電位を示すため、鉄より先にイオンになって鉄の腐食を抑制し、電気化学3.1 ふっ素樹脂の構造と特性的に保護する犠牲防食作用を有する。
ジンクリッチペ

重防食塗装の上塗塗料には、長期にわたって美観をイントはこの犠牲防食作用によって、鋼材を腐食から維持するために優れた耐久性（耐候性）が求められる。

保護する。

現在、ふっ素樹脂塗料はポリウレタン樹脂塗料等の他重防食塗装系において十分な防食性を維持するたの上塗塗料に比べて、高い耐久性を有する材料である

めには、防食下地であるジンクリッチペイントの塗膜がことは公知のことである。
これは塗膜劣化に影響を及ぼ健全である必要がある。
そのためには、下塗り〜上塗りす外的因子に対して、非常に安定な樹脂構造を有してまでの複合塗膜には腐食性物質（酸素、水分、塩分等）いることに起因している。常温乾燥形塗料用ふっ素樹を有効に遮断すること、また上塗塗膜においては、紫外脂の構造を図 21）に、塗膜の劣化に及ぼす環境因子と線に対する高い耐久性を有し、長期間の暴露においてその作用を表22）に示す。

も塗膜の消耗が少ないことが求められる。

Ｆ

Ｆ

Ｈ

Ｈ

Ｆ

Ｆ

Ｈ

Ｈ

Ｆ

Ｆ

Ｈ

Ｈ

Ｆ

Ｆ

Ｈ

Ｈ

Ｆ

Ｘ

Ｈ

Ｆ

Ｘ

可撓性

Ｏ

Ｆ

Ｘ

Ｈ

Ｏ

Ｆ

Ｒ3

Ｒ4OH

COOH

│Ｒ2Ｈ

│Ｒ1Ｏ

│Ｆ

│

Ｆ

│Ｏ

│

Ｈ

│Ｘ

│││Ｃ─Ｃ─Ｃ─Ｃ─Ｃ─Ｃ─Ｃ─Ｃ─Ｃ─Ｃ─Ｃ─Ｃ─Ｃ─Ｃ─Ｃ─Ｃ─Ｃ─Ｃ
ＦＸ
X＝F, CF 3 , Cl
R 1 , R 2＝アルキル基
R 2 , R 4＝アルキレン基

付着性、顔料分散性

溶剤可溶性、透明性、光沢、硬度耐候性、耐久性

環境因子

23

図2

常温乾燥形塗料用ふっ素樹脂の構造

表2

塗膜劣化に及ぼす環境因子の作用
現象

太陽光線

紫外線は高いエネルギーを持ち、塗膜のビヒクルポリマーや顔料に吸収される｡
そのため、ポリマーの結合エネルギーの弱い部分が解離し、励起状態となる。
赤外線は熱エネルギーとして働き、この化学変化を促進する。

酸

素

ポリマー中の励起された水素と結合し、ポリマーを酸化する。
（主鎖の切断や橋かけを生じさせる）

水分

塗膜内部に酸素を運ぶ。塗膜中に浸透し、膨潤させる。被塗面に達し、腐食させる。

熱

冷暖の繰り返しによる疲労劣化。塗膜と素地との熱膨張係数の差が付着低下をもたらす。

亜硫酸ガス硫化水素

紫外線・水によって硫酸となり、樹脂を分解する｡Fe（素地）と反応し、Fe2SO3 の結晶を生成する。

海塩粒子塗膜の電導性を高め、素地金属の腐食を促進させる。

その他砂粒・粉塵等の衝突が塗面に傷をつける｡微生物はかびを発生させる。

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実際には、これらの諸因子が複合的に作用して塗膜劣を表33）に示す。

化が進行するものと考えられているが、特に太陽光線

ふっ素樹脂の主鎖結合エネルギーは、自然光の紫外による塗膜劣化は、その波長と塗膜中に存在する有機線最大エネルギーよりも大きく、自然光では分解しにく高分子の結合エネルギーに関係している。一般に有機い。
これに対して、ポリウレタン樹脂等の化学物質の主高分子は、原子や分子同士の結合エネルギーを上回る鎖結合エネルギーは、自然光の紫外線最大エネルギーエネルギーによって化学的な攻撃を受けると、原子やより小さく、自然光により切断分解しやすい。
このことは、分子同士の結合（あるいは分子鎖）が切れて劣化してふっ素樹脂塗料が耐候性に優れる要因の一つである。

いく。ふっ素樹脂とポリウレタン樹脂の結合エネルギー
表3主な原子間の結合エネルギー

樹脂の結合エネルギー
樹脂種
ふっ素樹脂
ポリウレタン樹脂

主鎖結合

KJ/mol主鎖以外の結合KJ/mol

CF3−CF3414

F−CF2CH3523

CF3−CH3424

CF3CH2−H447

CH3−CH3379

CH3CH2−H411

3.2 ふっ素樹脂塗料の耐久性評価
塩化ゴム系塗料と比較し、屋外暴露試験にて評価した
結果 4）を紹介する。本暴露試験に供した塗装系を表 4に示す。

本試験における光沢保持率の変化を図 3に示す。
また、塗膜表面の劣化状態を観察することを目的に、経時での塗膜表面を走査型電子顕微鏡で観察した結果を図4に示す。塗膜表面の変化に伴い、光沢保持率が低下

屋外暴露試験に供した塗装系

ふっ素樹脂塗料塗装系

工程

411

屋外暴露は静岡県の御前崎で実施したものである。

ふっ素樹脂塗料の耐候性をポリウレタン樹脂塗料、

表4

自然光の最大 UV波長エネルギー（KJ/mol）

塩化ゴム系塗料塗装系ポリウレタン樹脂塗料塗装系
無機ジンクリッチペイント（75μm）

防食下地
下塗り

エポキシ樹脂塗料下塗（100μm）

エポキシ樹脂塗料下塗（100μm）

塩化ゴム系塗料下塗（35μm 2回）

中塗り

エポキシ樹脂塗料下塗（50μm）

エポキシ樹脂塗料下塗（50μm）

塩化ゴム系塗料中塗（35μm 2回）

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（20μm 2回）

光沢保持率（％）

8060
40
2000123

4 5 6 7
暴露期間（年）

8910

ふっ素樹脂塗料
ポリウレタン樹脂塗料
塩化ゴム系塗料

図3

光沢保持率の変化（御前崎暴露）

期間

ふっ素
ポリウレタン 塩化ゴム系
樹脂塗料 樹脂塗料 塗料

塗料

100

初期

図42年

塩化ゴム系塗料上塗（20μm 2回）
3年

4年

御前崎暴露後の SEM 表面観察

10年

10μm

DNTコーティング技報 No.13
技術解説­1ふっ素樹脂塗料の耐久性と厚膜形ふっ素樹脂塗料している。塩化ゴム系塗料が2 年、ポリウレタン樹脂塗120

料が3 年経過後に塗膜表面の樹脂層が消失し、光沢100

樹脂塗料は10 年経過後も塗膜表面に樹脂層が存在し、光沢保持率も高い数値を維持している。
塗膜の耐久性を考える場合、塗膜の消耗速度が重要なポイントになる。一般に暴露環境における塗膜の光沢保持率（％）

保持率の著しい低下が認められたのに対して、ふっ素

8060

劣化機構は、次のように考えられている。劣化の第一段20階としては、まず塗膜表層の薄いクリヤー膜の樹脂結0合が分解し、樹脂が低分子量化したり、クラックを生じることで塗膜光沢の低下が始まる。続いて第二段階として、塗膜中の顔料が抜け出し塗膜表面に微小な穴があ60度鏡面光沢度（初期）：814060度鏡面光沢度（初期）：7460度鏡面光沢度（初期）：4760度鏡面光沢度（初期）：140

図5ていく。塗膜の消耗速度に関する報告としては、長年の膜は10μm/ 年、ポリウレタン樹脂上塗塗膜は2μm/定した結果から、0.5μm/年であるとされている5）。
3.3

塗膜の光沢（つや）と耐候性

ふっ素樹脂塗料の仕上がり光沢と耐候性に関する検討結果を以下に記す 。図 5に、塗膜光沢の異なる
6）

ふっ素樹脂塗料の促進耐候性試験における光沢保持率の変化を示す。試験はサンシャインウェザーメーターにより10,000 時間まで実施した。全つや塗料（初期の60 度鏡面光沢度：81）と比較して、初期の60 度鏡面と考えられる。
こうした考えに基づいて、厚膜形ふっ素樹脂塗料が開発されている。図6に厚膜形ふっ素樹脂
塗料の促進耐候性試験における光沢保持率の変化を示す。試験はサンシャインウェザーメーターにより実施し、従来のふっ素樹脂塗料と同等の性能を有することが確認されている。
なお、厚膜形ふっ素樹脂塗料の耐候性については屋外暴露試験でも確認しており、膜厚の消耗量等、長期耐久性の検証段階にある。
120ことが確認された。
以上の結果から、耐候性に優れるふっ素樹脂塗料
においては、塗膜光沢の違いによる耐候性への影響は小さいと考えられる。

100
光沢保持率（％）

候性試験においていずれも良好な光沢保持性を有する

10000

下地をより長期間にわたって健全な状態で維持できる沢保持率変化を示した。
また、初期の60 度鏡面光沢い光沢保持率変化を示したが、10,000 時間の促進耐8000

ふっ素樹脂塗料を厚膜で塗装することにより、防食光沢度を74，47に調整した塗料は、いずれも同様の光度を14に調整した塗料は、これらの塗料よりも若干高6000

試験時間（時間）

４． 厚膜形ふっ素樹脂塗料

暴露試験により、厳しい腐食環境ではエポキシ樹脂塗との光沢保持率の対比や暴露試験塗膜の消耗量を測

4000

塗膜光沢の異なるふっ素樹脂塗料の促進耐候性試験結果（光沢保持率の変化）

き、白亜化（チョーキング）現象を生じて塗膜は消耗し年、ふっ素樹脂上塗塗膜はポリウレタン樹脂上塗塗膜

2000806040

従来のふっ素樹脂塗料
厚膜形ふっ素樹脂塗料

200

図6010002000

試験時間（時間）

3000

4000

厚膜形ふっ素樹脂塗料の促進耐候性試験結果（光沢保持率の変化）

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技術解説­1
ふっ素樹脂塗料の耐久性と厚膜形ふっ素樹脂塗料

表5

従来のふっ素樹脂塗装系と厚膜形ふっ素樹脂塗料を適用した塗装系（新設時、スプレー塗装）
従来のふっ素樹脂塗装系

厚膜形ふっ素樹脂塗料を適用した塗装系

工程

塗料名

標準膜厚（μm）

標準使用量
（㹥／㎡）

塗料名

標準膜厚（μm）

標準使用量
（㹥／㎡）

素地調整

ブラスト処理 ISO Sa2 1/2−−

ブラスト処理 ISO Sa2 1/2

−

−

防食下地

無機ジンクリッチペイント

75600

無機ジンクリッチペイント

75600

ミストコートエポキシ樹脂塗料下塗−160

エポキシ樹脂塗料下塗−160

下塗り

エポキシ樹脂塗料下塗

120540エポキシ樹脂塗料下塗

120540

中塗りふっ素樹脂塗料用中塗

30170

上塗り

ふっ素樹脂塗料上塗

25140

厚膜形ふっ素樹脂塗料

55260

25016102501560

合計

塗装工程数−−
4工程

5 工程

厚膜形ふっ素樹脂塗料の乾燥膜厚は55μmである

５． ふっ素樹脂塗料の適用事例

ため、従来の重防食塗装における中塗塗装（30μm）、上塗塗装（25μm）という2回の工程を1回に短縮することができる。用途としては、橋梁、プラント等鋼構造物の中塗り・上塗り兼用塗料として用いられる。主に新設
塗装時には強溶剤形の厚膜形ふっ素樹脂塗料が、塗り替え塗装時には弱溶剤形の厚膜形ふっ素樹脂塗料が適用される。塗装工程の短縮を特長とする塗料であることから、下塗塗料には厚膜形のエポキシ樹脂塗料が適用される場合が多い。
表5に、新設時における従来のふっ素樹脂塗装系と厚膜形ふっ素樹脂塗料を適用した塗装系を示す。

上塗塗料に、ふっ素樹脂塗料を用いた重防食塗装
系は、国内で数多くの塗装実績が積み重ねられている。
代表的な鋼構造物への塗装実績例を表67）に示す。
表6

ふっ素樹脂塗料を適用した重防食塗装系の塗装実績例

完成年

構造物名

1987

かつしかハープ橋（主塔）

東京都葛飾区

1991

生月大橋

長崎県平戸市1993

レインボーブリッジ（主塔） 東京都港区

1994

鶴見つばさ橋

1997

東京湾アクアライン（橋梁部） 神奈川県川崎市〜千葉県木更津市

1998

明石海峡大橋兵庫県神戸市〜淡路市

1999

来島海峡大橋愛媛県今治市

1999

多々羅大橋

愛媛県今治市〜広島県尾道市

2010

東京国際空港D滑走路連絡橋

東京都大田区

2012

東京ゲートブリッジ

東京都江東区2012

東京スカイツリー

東京都墨田区

所在地

神奈川県横浜市

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ふっ素樹脂塗料の耐久性と厚膜形ふっ素樹脂塗料

６. おわりに
重防食塗装系における評価実績をもとに、ふっ素樹
脂塗料の優れた耐久性について解説し、塗装系のさらなる高耐久化と工程短縮をもたらす材料である厚膜形
ふっ素樹脂塗料を紹介した。
今日、社会インフラの老朽化が改めてクローズアップされ、これらの健全性を確保するための維持管理の重要性が再認識されている。
ＬＣＣ低減への新たな提案
材料を市場に発信できるよう、今後も高耐久材料の開発に努めていく。

参考文献
1）篠原稔雄：塗装技術, 28［2］, pp.71-72（1989）
2）大田原政彦：工業塗装, 101, 49（1990）
3）高柳敬志：防錆管理, 54（12）, 453（2009）4）中山俊介、永井昌憲、田邉弘往、篠原稔雄：
第15回防錆防食技術発表大会要旨集,p.201（1995）
5）（一社）
日本塗料工業会：重防食塗料ガイドブック
第4版,p.142（2013）6）山本基弘、山内健一郎、堀長生、奥田章子：
日本接着学会誌 ,47（9）, 369（2011）
7）（一社）日本鋼構造協会：重防食塗装 , p.29
（2012）

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