JP3842333B2

JP3842333B2 - 耐候性鋼材の表面処理方法

Info

Publication number: JP3842333B2
Application number: JP13540996A
Authority: JP
Inventors: 博義中川; 行正桑邊; 成夫田中
Original assignee: Nihon Parkerizing Co Ltd
Current assignee: Nihon Parkerizing Co Ltd
Priority date: 1996-05-29
Filing date: 1996-05-29
Publication date: 2006-11-08
Anticipated expiration: 2016-05-29
Also published as: JPH09316660A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、耐候性鋼材の表面処理方法に関するものであり、さらに詳しく述べるならば大型耐候性鋼材の表面処理方法に関するものである。
耐候性鋼材は例えばＪＩＳＧ３１２５に規定される鋼材もしくは同種の鋼材であって、塗装を全く施さない表面に自然に形成される安定しかつ緻密な錆層により耐食性を発揮させるものである。また、防食塗料を施すことにより錆を安定化させる処理を施して使用されることもある。防食塗料はリン化合物、クロム化合物、ポリビニルブチラール等を成分として含有し、この耐候性寄与率向上と防錆作用により鋼材表面に形成される錆をさらに安定化するものである。
本発明の表面処理法は防食塗料の下地層を形成する前処理法であり、また防食塗料を塗布しないで当該表面処理層の下に安定・緻密な錆層が形成する前処理法である。
【０００２】
【従来の技術】
耐候性鋼材の塗装前の表面処理法としては以下の工程順による方法が知られている。
１．黒皮鋼材→酸洗→水洗→リン酸塩化成処理→水洗→乾燥
２．黒皮鋼材→ブラスト→リン酸塩化成処理→水洗→乾燥
３．黒皮鋼材→ブラスト
【０００３】
１及び２は特公昭４６−９６４５号公報に開示されている。１は工場内施工に適し、２及び３は工場内、屋外、現場施工共に可能である。
１〜３の方法は、塗装構造物や物品の形状、大きさ、用途などによりいずれかが選択されてきた。以下それぞれの方法を説明する。
【０００４】
１の方法は、主に、槽内に建浴されたリン酸塩化成処理液中に物品を浸漬して鋼材表面にリン酸塩皮膜を生成させ、その後水洗して未反応の皮膜化成処理液を除去する方式で実施されている。この方法はリン酸塩化成処理槽に入らない大型の物品は処理できず、またパイプはストレート形状のものは処理できるが、Ｕ形状のものや袋状溶接部をもつ構造物では液抜きの穴を開けるなどの対策が必要である。
【０００５】
２の方法は、主に処理槽に入らない大型構造物にリン酸塩化成処理液をスプレーする方法で実施されている。未反応のリン酸塩化成処理液は１の方法と同様に十分に洗い流すだけのシャワー水洗することが必要であり、また使用した液を回収することが必要である。
さらに１及び２の方法における乾燥を自然乾燥法で行うと、乾燥時間が長くかかり作業性が悪い。特に冬場は乾燥し難いという問題がある。
【０００６】
３の方法では、ブラスト処理後の鋼材表面は酸化され易く、発錆し易いので直ちに後処理すなわち塗装（さび安定化処理）を行う必要がある。さらにブラスト処理は仕上がり肌の状況により塗膜の密着性が不安定になるという問題もある。
【０００７】
一方、耐候性鋼材の表面に塗布により有機・無機系複合皮膜を形成する方法が特公昭５８−１７８３３号公報により公知であり、その処理液は、（ａ）酸化鉄、（ｂ）リン酸、（ｃ）Ｆｅ，Ｚｎ，Ｃｕ系リン酸塩、（ｄ）Ｎｉ，Ｃｕ系無機化合物、（ｅ）クロム酸、クロム酸亜鉛又はクロム酸鉛、（ｆ）樹脂を含み、残部溶剤と塗料補助剤からなるものである。しかし、この方法は鋼材表面との反応性が弱く、塗膜の密着性が不十分である。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
前述のごとく、従来の耐候性鋼材の表面処理法は、作業性の悪さ、ブラスト表面処理肌の不安定性、物品の形状、大きさの制約、塗膜の密着性が不安定などの問題点があった。
本発明は、これらの問題点を解決するために酸性の表面処理液を耐候性鋼材のブラスト処理後の表面に塗布し、そのまま乾燥させる前処理法を確立することを目的としている。
【０００９】
本発明者は、前述の各種問題点を解決するため耐候性鋼材の塗布・乾燥型処理液につき鋭意研究検討した結果、下記含有量のリン酸イオン、有機酸、珪素化合物、亜鉛化合物、アルコール系溶剤及び水からなる水系酸性処理液はブラスト処理された耐候性鋼材に塗布後そのまま乾燥することにより有機・無機複合皮膜を鋼材表面に形成することを見出した。グリッドブラスト、ショットブラスト、サンドブラスト処理等により表面清浄にした鋼材表面に該水系酸性処理液をスプレー法やハケ塗り法で塗布し、そのまま乾燥することにより有機・無機複合皮膜が生成するので、作業性が向上し、後工程の塗装品質及び錆安定化処理によりによる品質も向上する。続いて本発明の水系酸性処理液の薬剤成分について説明する。
【００１０】
リン酸イオンは鋼材表面で下記反応によりエッチングする機能をもつものであって、正リン酸、重合リン酸、リン酸ナトリウム、リン酸カルシウム、リン酸亜鉛などとして処理液中に配合することができる。
Fe + 2 H₃PO₄→ (H₂PO₄)₂+ H₂ ↑
上記反応の結果、鋼材表面と処理液の界面でPpHが上昇し、リン酸塩系無機皮膜が鋼材表面に形成される。なお、ブラスト処理された鋼材表面には、本発明の水系酸性処理液による処理までに、薄い酸化膜は黄錆が生成されていることもあるが、上記の反応と同時にこれらも除去されて、反応性に富んだ表面肌となる。リン酸イオン含有量が少な過ぎると処理液と素地との反応が不十分であり、一方多過ぎると作業時の臭いが激しくなり作業性が損なわれるために、リン酸の含有量はPO₄換算で0.5 〜 20wt% であり、好ましくは 1 〜 5wt% である。
【００１１】
有機酸は鋼材表面と反応して有機酸−Fe系皮膜を形成する機能をもつものであって、フィチン酸、タンニン酸、カルボン酸などとして処理液中に配合することができる。カルボン酸としてはガリックアシッド、クエン酸、酒石酸等を使用することができる。有機酸の含有量が少な過ぎると処理液と素地との反応性が不十分であり、多過ぎると水系処理液中に溶解し難くまたコストアップになるので、有機酸の含有量は0.05 〜10wt%とし、好ましくは 1 〜５ wt% である。
【００１２】
珪素化合物は鋼材表面に吸着して後工程の塗装（さび安定化処理）密着性の向上をする機能をもつものであって、シランカップリング剤、コロイダイルシリカとして処理液中に配合することができる。珪素化合物の含有量が少な過ぎても多過ぎても、該化合物の鋼材表面に対する密着性のばらつきが多くなるので、その含有量は0.5〜10wt%であり、好ましくは2 〜5wt%である。
【００１３】
亜鉛化合物は処理液中でリン酸亜鉛水溶液となっていて鋼材表面と反応しリン酸亜鉛皮膜として析出して、耐候性鋼材本来の錆の発生を妨げない程度の犠牲防食効果を発揮する機能を有するものであって、酸化亜鉛、炭酸亜鉛、水酸化亜鉛として処理液中に配合することができる。亜鉛化合物の含有量が少な過ぎると犠牲防食効果が少なく、一方多過ぎると処理液中に溶解し難くなるので、その含有量は0.05〜10wt%とし、好ましくは 0.1〜 1 wt%である。
【００１４】
アルコール系溶剤はシランカップリング剤や有機酸を溶解し、また水と共沸することにより乾燥を促進する機能をもつものである。上記したリン酸の反応などが進行すると同時にアルコール系溶剤は水を含んで共沸し徐々に蒸発して乾燥するので、鋼材表面には反応及び吸着結合した有機・無機複合皮膜が残る。したがって、その後は水洗する必要はない。水洗を行なわなくとも未反応成分は僅かに残る程度であるので後工程での錆安定処理に悪影響を与えない。アルコール系溶剤としては、メタノール、エタノール、プロパノール、イソプロピルアルコール、イソプロパノールなどが作業環境の面から特に好ましく、これ以外のアルコールは作業環境を良好に保つための臭気対策を必要とする。アルコール系溶剤の含有量が多くとも少なくとも処理液の乾燥性が損なわれるので、その含有量は10 〜70重量％とし、好ましくは 20〜 45重量％である。
【００１５】
上記した薬剤成分の残部は水である。水はアルコール系溶剤とのバランスにより処理液の乾燥性に影響を与え、また薬剤成分は鋼材との反応性にも影響を与える。また水はリン酸及び下記フッ酸イオンを溶解し、亜鉛化合物が珪素化合物などの分散媒となる。アルコール系溶剤とのバランスの観点から水の量は30〜 70 重量％であり、好ましくは50〜 65重量％である。
【００１６】
上記した水及びアルコール系溶剤を含む薬剤成分以外に、必要により皮膜形成反応促進剤として、フッ酸、フッ素化合物、酸化銅、炭酸銅、水酸化銅、硝酸銅、酸化クロム、水酸化クロムなどをそれぞれ０．００１〜０．０５ｗｔ％添加することも可能である。
【００１７】
本発明の酸性処理液のｐＨは１〜６の範囲内であることが好ましい。
また本発明の酸性処理液の塗布量は鋼材表面積当たり２０〜３００ｍｌ／ｍ² の範囲であることが好ましく、より好ましくは７０〜１５０ｍｌ／ｍ² である。
【００１８】
本発明の酸性水系処理液の鋼材との反応及び乾燥は上述のように同時に進行するが、この反応及び乾燥の時間は、有機酸−Ｆｅ系化合物、リン酸鉄、リン酸亜鉛、珪素化合物などが複合した有機・無機複合皮膜が十分に形成されかつ、皮膜中の液体含有量が十分に少なくなる時間が必要であり、具体的には外気温度（５℃以上〜４０℃）で５分以上が好ましい。乾燥が終了してから次の処理である塗装（さび安定化処理）などを行うが、乾燥と塗装を同一事業所内で行う場合は該前処理法の乾燥を３０分以内で終了することが好ましい。
以下実施例により本発明をさらに詳しく説明する。
【００１９】
【実施例】
実施例
耐候性鋼板（ＪＩＳＧ３１２５，新日鉄製品ＣＯＲ−ＴＥＮＯ；寸法２００ｍｍ×３００ｍｍ×１．６ｍｍ；黒皮材）を以下の１）〜３）の方法により表面処理した。
１）ブラスト処理（グリッドブラスト法、ＳＩＳ２．５仕上げ）し、表１に示す本発明の酸性処理液１でスプレーした。塗布量は１５０ｍｌ／ｍ² であった。その後室内（温度２１℃）で２０分間放置して乾燥を行った。
２）ブラスト処理（グリッドブラスト法、ＳＩＳ２．５仕上げ）し、表１に示す本発明の酸性処理液２でスプレーした。塗布量は１００ｍｌ／ｍ² であった。その後室内（温度２１℃）で３０分間放置して乾燥を行った。
３）ブラスト処理（グリッドブラスト法、ＳＩＳ２．５仕上げ）し、表１に示す本発明の酸性処理液２でスプレーした。塗布量は１５０ｍｌ／ｍ² であった。その後室内（温度２０℃）で３０分間放置して乾燥を行った。
（以下余白）
【００２０】
【表１】

【００２１】
比較例
実施例１と同じ耐候性鋼板に下記１〜４の表面処理を施した。
１）１０％塩酸水溶液（温度１６℃）に５分間浸漬し、次に市水（温度１８℃）に２分間浸漬して水洗した。その後リン酸塩化成処理液（組成下記、２〜４法も同じ−、温度７５℃）に１０分間浸漬し、次に市水（温度１８℃）に２分間浸漬して水洗し、引続き市水（温度４５℃）に１分間浸漬して湯洗し、最後に室内（温度２１℃）で１０分間放置して乾燥を行った。
２）ブラスト処理（グリッドブラスト法、ＳＩＳ２．５仕上げ）を行った後リン酸塩化成処理液（温度４５℃）を１５分間スプレーし、次に市水（温度１８℃）を３分間スプレーして水洗し、最後に室内（温度２１℃）で６０分間放置して乾燥を行った。
３）ブラスト処理（グリッドブラスト法、ＳＩＳ２．５仕上げ）を行った後リン酸塩化成処理液（温度４５℃）を１５分間スプレーし、最後に室内（温度２１℃）で６０分間放置して乾燥を行った。
４）ブラスト処理（グリッドブラスト法、ＳＩＳ２．５仕上げ）を行った。
【００２２】
リン酸塩化生処理液組成
リン酸イオン（ＰＯ₄ ）＝３．０ｗｔ％
硝酸イオン（ＮＯ₃ ）＝２．０ｗｔ％
亜鉛イオン（Ｚｎ）＝１．５ｗｔ％
フッ化物（ＳｉＦ₆ ）＝０．２ｗｔ％
水＝９３．３ｗｔ％
【００２３】
実施例及び比較例１による前処理を行った後、塗装による錆安定化２次処理を行い（下記組成の下塗りスプレー塗装）、厚さが１５〜２０μｍの塗膜を形成した後室内（温度２０℃）で３０分間放置して乾燥を行い、さらに塗装による錆安定化３次処理（下記組成の上塗りスプレー塗装）、厚さが２０〜２５μｍの塗膜を形成した後室内（温度１５〜２５℃）で１０日間放置して乾燥を行った。
【００２４】
錆安定化２次処理（下塗り）
ポリビニル・ブチラール系樹脂５０ｗｔ％
着色・体質顔料・添加剤２５ｗｔ％
溶剤２５ｗｔ％
錆安定化３次処理（上塗り）
アクリル系樹脂６０ｗｔ％
着色・体質顔料・添加剤２２ｗｔ％
溶剤１８ｗｔ％
【００２５】
図１（表２）に下記方法で行った試験の結果を実施例及び比較例についてまとめて表示する。
【００２６】
試験方法
前処理のみの防食性：表面処理耐候性鋼板を室外暴露し、目視観察を行い、表面に黄錆が発生している日数により評価した。
錆安定化処理の合計膜厚：万能型膜厚計（Ｋｅｔｔ製ＬＺ−３３０）により膜厚を測定した。
塗膜との密着性：前処理後錆安定化２次と３次処理を行った鋼材の供試材を沸騰水中に３０分間浸漬し、その後２時間室内に放置し、冷却後ゴバン目試験を行った。ゴバン目試験は供試材表面に２ｍｍ角のゴバン目を２５個切り、その後ゴバン目上に接着テープ（セロテープ）を貼りつけ、テープを剥離し、残りのゴバン目数を目視にて調べた。判定は２５／２５が異常なしであり、０／２５が全面剥離である。
【００２７】
表２に示すように、耐候性鋼材本来の錆ではない黄錆はブラスト処理のみ（比較例、処理法４）及びリン酸塩処理後水洗しない場合（比較例、処理法３）に発生し易くなる。また、これらの処理法では塗装膜の密着性が不良である。これに対して本発明法はこれらの性能が良好である。
錆安定化処理後の膜厚は前処理法に関係なく一定である。
【００２８】
【発明の効果】
以上説明したように、耐候性鋼材に錆安定化処理する前処理法として、耐候性鋼材の黒皮材をブラスト処理した表面に本発明の酸性処理液（リン酸、有機酸、珪素化合物、亜鉛化合物、アルコール系溶剤及び水からなる処理液）をスプレー法または刷毛塗り法により塗布し、そのまま乾燥することにより有機・無機複合皮膜を形成する。したがって、上記の処理中には浸漬処理及び水洗処理がないために作業性が優れており；水洗処理がないために液回収、廃液処理の必要がなく該酸性処理液は鋼材との反応性にすぐれ防蝕皮膜を生成しているので後工程の塗装（さび安定化処理）の作業性及び品質が優れている。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例及び比較例の結果を示す図表（表２）である。

Claims

ブラスト処理された耐候性鋼材の表面に、リン酸イオン0.5 〜 20wt%, 有機酸 0.5 〜 10wt%, 珪素化合物0.5 〜 10wt%, 亜鉛化合物（亜鉛換算で）0.05 〜 3wt%, アルコール系溶剤 10 〜 70wt%,及び水 30 〜 70wt% からなる水系酸性処理液を塗布し、水洗することなく水系酸性処理液を乾燥することにより有機・無機複合皮膜を形成することを特徴とする耐候性鋼材の表面処理方法。
前記水系酸性処理液は、さらにフッ素化合物をF換算で0.001〜 0.5wt%含有することを特徴とする請求項１記載の耐候性鋼材の表面処理方法。
前記水系酸性処理液は、さらにクロム化合物をCr換算で0.001〜0.5ｗｔ％含有することを特徴とする請求項１又は２記載の耐候性鋼材の表面処理方法。
前記水系酸性処理液は、さらに銅化合物をCu換算で0.001〜0.5wt%含有することを特徴とする請求項１から３までの何れか１項記載の耐候性鋼材の表面処理方法。
前記有機・無機複合皮膜形成後錆安定化処理のため塗装を行うことを特徴とする請求項１から４までの何れか１項記載の耐候性鋼材の表面処理方法。