防食概論塗装・塗料

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 ここでは,塗料の分類について,基本となる【塗料の分類の考え方】, 【展色剤(樹脂)による分類】,  【顔料による分類】 に項目を分けて紹介する。

 塗料概論(塗料の分類)

 塗料の分類の考え方

 塗料は,その形態,用途などから,様々に分類される。このため,複雑で取り付きにくい印象を与えてしまう。しかしながら,形態別,材料別,用途別などでの分類は,同じ樹脂を用いた塗料でも性能が異なることを明確にでき,要求性能に適した塗料の選定に資する利点もある。
 塗料の分類には,
 塗膜として残る塗膜構成要素(coating film constituting material)である展色材(樹脂・油脂)や顔料による分類,
 塗装作業の手順,すなわち塗装工程の適用区分を明確にするための塗膜の仕上がり外観による塗料の分類,塗装作業に影響する塗料の硬化反応,すなわち塗料の乾燥方法による分類,
 塗料の荷姿や溶剤への分散状態などの塗料形態による分類,使用する塗装方法による塗料の分類,塗料の持つ特殊な機能を明確にしたい場合に用いられる塗膜の機能による分類,被塗物の種類や,塗膜の仕上がり外観の特性による分類
 などがある。

 

 展色剤(樹脂)による分類

 展色材(vehicle)による塗料の分類は,最も一般的で,各種統計や塗装仕様の塗料指定などで用いられる。塗料に用いられる展色材には,多くの油脂,樹脂が用いられている。
 展色材油脂(oil)を用いた塗料は,用いられる油脂があまに油や桐油などの天然油脂に限定されるため,油脂種による塗料名称ではなく,油性塗料(oil paints)油性調合ペイント(ready mixed paints)と称するのが一般的である。
 展色材樹脂(resin)を用いた塗料では,天然樹脂の他に多くの合成樹脂が用いられるため,樹脂種を冠した塗料名称で分類されるのが一般的である。この分類により,塗料の基本的な特性範囲を推測可能となる。しかし,塗料の性能においては,樹脂種が決定要因とならないので注意が必要である。すなわち,同じ樹脂種でも,使用する溶剤(solvent),顔料(pigment),添加剤(additive)や硬化剤(hardener, curing agent)が異なると形成した塗膜の性能が大きく変わる。
 
 次には,JIS 規格(用語規格など)に記載される塗料名称を紹介する。なお,ここで紹介した塗料には,既に JIS製品規格が廃止されたものも含む。
 油性塗料(oil paint)
 塗膜形成要素の主成分が乾性油である塗料の総称。【JIS K5500「塗料用語」】
 油性調合ペイント(ready mixed paints)
 着色顔料・体質顔料などを主にボイル油で練り合わせて作った液体・自然乾燥性の塗料。【JIS K5511「油性調合ペイント」】
 ボイル油(boiled oil)
 乾性油・半乾性油を加熱し,又は空気を吹き込みながら加熱して,乾燥性を増進させて得た油。JIS K 5421「ボイル油及び煮あまに油」参照【JIS K5500「塗料用語」】
 乾性油(drying oil)
 薄膜にし空気中に置くと,酸素を吸収して酸化し,これに伴って重合が起こって固化し,塗膜を形成する脂肪油。高度不飽和脂肪酸を含む。【JIS K5500「塗料用語」】 乾性油には,亜麻仁(あまに)油・桐(きり)油・芥子(けし)油・紫蘇(しそ)油・胡桃(くるみ)油・荏(えごま)油・紅花(べにばな)油・向日葵(ひまわり)油などがある。
 半乾性油(semidrying oil)
 乾性油ほど早くはないが,空気中で乾燥する性質のある脂肪油。一般によう素価 100~130のもの。【JIS K5500「塗料用語」】  半乾性油には,大豆(だいず)油・コーン油・綿実(めんじつ)油・胡麻(ごま)油などがある。
 アクリル樹脂塗料(acrylic resin coating, acrylic corting)
 アクリル酸またはメタクリル酸の誘導体を重合して得た樹脂を塗膜形成要素として用いて作った塗料。【JIS K5500「塗料用語」】
 アミノアルキド樹脂塗料(amino alkyd resin coating)
 塗膜形成要素として,アミノ樹脂とアルキド樹脂とを用いて作った塗料。多くは加熱によって両樹脂の共縮合反応が起こって塗膜ができる。アミノ樹脂として尿素,メラミンなどアルデヒドとの縮合物又はそのアルキルエーテル化合物が用いられる。【JIS K5500「塗料用語」】
 アルキド樹脂塗料(alkyd resin coating, alkyd coating)
 塗膜形成要素として,アルキド樹脂を用いて作った塗料。アルキド樹脂塗料に含まれる脂肪酸には酸化形と非酸化形とがある。樹脂は脂肪酸含有量の多少によって,長油・中油・短油に分ける。
 酸化形長油アルキド樹脂を用いて作った合成樹脂調合ペイントは建築,船舶,鋼橋などの塗料の上塗りに,酸化形短油アルキド樹脂又は酸化形中油アルキド樹脂を用いて作った塗料は鉄道車両,機械などの塗装の上塗りに用いる。【JIS K5500「塗料用語」】
 無水フタル酸を原料とするアルキド樹脂を塗膜形成要素とする塗料をフタル酸樹脂塗料(phthalic resin coating, alkyd resin coating)という。【JIS K5500「塗料用語」】
 酸化形長油アルキド樹脂を用いたアルキド樹脂塗料は,合成樹脂調合ペイント{ready mixed paints (synthetic resin type)}, 長油性フタル酸樹脂塗料(long oil alkyd resin paints)ともいう。
 アルキド樹脂(alkyd resin, alkyds)
 ポリエステル樹脂(polyester resin)の一種で,多塩基酸及び脂肪酸(又は脂肪油)と多価アルコール類との縮重合によって作られる合成樹脂。多価アルコールとしてグリセリン,ペンタエリトリトールなど,多塩基酸として無水フタル酸,無水マレイン酸など,脂肪酸としてあまに油,大豆油,ひまし油などの脂肪酸が使われる。樹脂中に結合する脂肪酸の割合が大きいものから小さいものへの順に,長油アルキド・中油アルキド・短油アルキドという。【JIS K5500「塗料用語」】
 エポキシ樹脂塗料(epoxy resin coating)
 JIS K5500「塗料用語」には,“エポキシ樹脂塗料”の定義はないが,JIS K5551「構造物用さび止めペイント」では,種類として“反応硬化形エポキシ樹脂系塗料”,及び“反応硬化形変性エポキシ樹脂系塗料”が規定されている。
 エポキシ樹脂塗料と称される塗料には,エポキシ樹脂種,硬化形態や変性樹脂などの異なる多種多様の塗料があるので,一般的には,「塗膜形成要素(展色材,ビヒクル)にエポキシ樹脂を含む塗料」と理解されている。
 硬化形態の違う例として,高温で硬化反応を進める焼付硬化形エポキシ樹脂塗料,常温で硬化反応が進む 1液形エポキシ樹脂塗料,2液形エポキシ樹脂塗料などがある。
 エポキシ樹脂(epoxy resin)
 分子中にエポキシ基を 2個以上含む化合物を重合して得た樹脂状物質。エピクロヒドリンとビスフェノールとを重合して作ったものなどがある。【JIS K5500「塗料用語」】
 エポキシ基
 3員環のオキサシクロプロパン(オキシラン)を構造式中に持つ化合物の総称をエポキシド(epoxide)といい,置換基としてはエポキシ基と呼ばれる。
 塩化ビニル樹脂塗料(vinyl chroride resin coating)
 ポリ塩化ビニルを主成分とする樹脂状物質を塗膜形成要素として,用いて作った塗料。耐薬品性が優れている。塩化ビニル樹脂ワニス・塩化ビニル樹脂エナメル・塩化ビニル樹脂プライマーがある。【JIS K5500「塗料用語」】
 カシュー樹脂塗料(cashew nut resin coating)
 カシューナットセル油又はこれと類似の天然フェノール含有物質にフェノール類を加え,この混合物とホルムアルデヒドとの共縮合物を樹脂分とし,乾性油などを加え,それらの混合物を塗膜形成要素とする塗料。【JIS K5500「塗料用語」】
 シリコーン樹脂塗料(silicone coating)
 シリコーン樹脂塗料とは,塗膜形成要素としてシリコーン樹脂を用いて作った塗料。【JIS K5500「塗料用語」】
 シリコーン(silicone)を塗料に用いる際は,通常アクリル樹脂,ポリエステル樹脂,アルキド樹脂などで変性させて使用する。
 フェノール樹脂塗料(phrnolic coating, phenolic resin coating)
 フェノール類とアルデヒド類とを縮合させて得た合成樹脂塗料を塗膜形成要素とする塗料。ロジン変性フェノール樹脂又はアルキルフェノール樹脂と乾性油とを塗膜形成要素として作った油性塗料,アルコール可溶性フェノール樹脂をアルコールに溶かして作ったアルコール性塗料などがある。【JIS K5500「塗料用語」】
 不飽和ポリエステル樹脂塗料(unsaturated polyester coating)
 塗膜形成要素として不飽和ポリエステルとビニル単量体とを用いて作った塗料。【JIS K5500「塗料用語」】
 不飽和ポリエステルとして,例えば無水マレイン酸と 2価アルコールとの縮合物を用いる。この縮合物は可溶可融性で,スチレンのようなビニル単量体に溶けて液状になるが,加熱するか過酸化物の作用下で不飽和基とビニル基とが付加重合をおこして不溶不融の塗膜を作る。
 ポリウレタン樹脂塗料(polyurethane resin coating)
 JIS K5500「塗料用語」には,用語としての“ポリウレタン樹脂塗料”は定義されていない。JIS K5551「構造物用さび止めペイント」では,種類として“反応硬化形変性ウレタン樹脂系塗料”が規定され,2008年に廃止された旧 JISJIS K5657「鋼構造物用ポリウレタン樹脂塗料」の製品規格もあった。
 ポリウレタン樹脂塗料と称される塗料は,一般的には,「塗膜形成要素の樹脂骨格にウレタン結合を有するか,あるいは塗膜を形成する過程でウレタン結合を生成する塗料の総称。」と理解されている。 なお,ポリウレタン樹脂塗料用中塗りと称する塗料は,一般的にエポキシ樹脂を用いた塗料が多い。
 ポリウレタン樹脂(polyurethane resin)
 連鎖中の繰返し構造単位がウレタンの形のそれからなる重合体,又はウレタン及びその他の形式の繰返し構造単位がその連鎖中に存在する共重合体,を主成分とするプラスチック。【JIS K 6900「プラスチック−用語」】
 多官能イソシアネート類と反応性ヒドロキシル基をもつ化合物との反応によって作られる合成樹脂。【JIS K5500「塗料用語」】
 ウレタン結合:R‐NH-COOR' は,イソシアネート基(-N=CO)とアルコール基(‐R‐OH)が縮合してできる。イソシアネートは,水(反応しやすい)やカルボキシル基と反応し CO2 発生で発泡する。
 メラミン樹脂塗料(melamine resin coating, melamine coating)
 メラミンとホルムアルデヒドとの縮合物又はそのアルキルエーテル化物を塗膜形成要素とする塗料。【JIS K5500「塗料用語」】

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 顔料による分類

 機能性顔料を用いた場合に,それを強調するために,顔料種による塗料分類も用いられる。
 例えば,さび止め顔料(rust preventive pigment, rust inhibitive pigment)を用いた鉛丹さび止めペイント,鉛系さび止めペイント(lead-based anticorrosive paint),ジンクリッチペイント,特殊顔料を用いたガラスフレーク塗料,アルミニウムペイントなどがある。
 
 鉛系さび止めペイント(lead-based anticorrosive paint)
 非鉛系さび止めペイントに対する用語で,さび止め顔料(防せい顔料)として鉛化合物を用いたさび止めペイントである。現在は,作業者の健康影響,環境影響を懸念し,JIS 規格の廃止や使用の自粛が進んでいる。
 一般環境のさび止めペイントとして,過去に広く用いられた鉛系のさび止めペイントには,平成 22年 5月に JIS規格が廃止された鉛丹さび止めペイント(red lead anticorrosive paint)塩基性クロム酸鉛さび止めペイント(badic lead chromate anticorrosive paint)ジンククロメートさび止めペイント(zinc chromate anticorrosive paint, zinc chromate primer),平成 26年 4月に JIS規格が廃止された亜酸化鉛さび止めペイント(lead suboxide anticorrosive paint)シアナミド鉛さび止めペイント(lead cyanamide anticorosive paint),平成 28年 12月に JIS規格が廃止された鉛酸カルシウムさび止めペイント(calcium plumbate anticorrosive paint)などがあった。
 
 非鉛系さび止めペイント(lead-free anticorrosive paint)
 鉛系さび止めペイントに対する用語で,鉛化合物を含まない顔料を用いたさび止めペイント全般を指す。JIS規格には,さび止め顔料を指定せずに,塗膜のさび止め特性(ただし,鉛化合物,クロム化合物を含まないことを規定)を規定する JIS K 5551「構造物用さび止めペイント」,さび止め顔料として亜鉛末を用いた JIS K 5552「ジンクリッチプライマー」JIS K 5553「厚膜形ジンクリッチペイント」の他に,非鉛系さび止め顔料を用いた次に示す規格がある。
 
 JIS K5621「一般用さび止めペイント」
 さび止め顔料に鉛系及びクロム系成分を使用しないで,一般的な環境下での鉄鋼製品などのさび止めに用いる一般用さび止めペイントについて規定される。ただし,JIS K 5674 「鉛・クロムフリーさび止めペイント」は除く。
 種類は,次によって区分する。a) 1種 屋内外における鉄鋼製品に用いるボイル油系さび止め塗料。b) 2種 屋内外における鉄鋼製品に用いる有機溶剤を揮発成分とする液状・自然乾燥性のさび止め塗料。c) 3種 屋内外における鉄鋼製品に用いる速乾性で,短期間の防せい(錆)性をもつ有機溶剤を揮発成分とする液状・自然乾燥性のさび止め塗料。d) 4種 屋内における鉄鋼製品に用いるもので,水を主要な揮発成分とする液状・自然乾燥性のさび止め塗料。
 JIS K5674「鉛・クロムフリーさび止めペイント」
 一般的な環境下での鉄鋼製品,鋼構造物などのさび止めに用いる塗料で,鉛フリー及びクロムフリーのさび止め顔料を含むさび止めペイント。種類は,次によって区分する。a) 1種 有機溶剤を揮発成分とする液状・自然乾燥形のさび止め塗料。b) 2種 水を主要な揮発成分とする液状・自然乾燥形のさび止め塗料。
 長い間用いられてきた鉛系さび止めペイントの代替品に位置付けられるが,鉛系さび止めペイントほどの防食性能は期待できないと考える技術者も多い。
 ジンクリッチペイント(zinc rich paint)
 乾燥塗膜の大部分が金属亜鉛末(zinc dust)から成り,わずかの無機質と有機質のバインダーで結合された塗料で鋼材のさび止めに用いる塗料。【JIS Z0103「防せい防食用語」】
 展色材をできるだけ少なくし,合成樹脂ワニス又はアルキルシリケート,アルカリシリケートなどシリケート系ビヒクルに亜鉛末をできるだけ多く配合して作ったさび止めペイント。
 塗膜が水分に触れると,鉄よりもイオン化傾向の大きい亜鉛が陽極となって,亜鉛から鉄に向って防食電流が流れ,鉄は腐食から守られる。塗膜中に亜鉛末が 85~95%含まれているとき,防食効果が大きい。各種鋼構造物の防食塗装に用いられる。被塗鉄面は,サンドブラストなどで十分にさびを除き,適度の粗さにしてから塗らないと効果が薄い。【JIS K5500「塗料用語」】
 JIS K5553「厚膜形ジンクリッチペイント」では,亜鉛末,及びアルキルシリケート又はエポキシ樹脂,及び硬化剤,顔料,及び溶剤を主な原料としたもので,次の 2種が規定されている。
 1種 厚膜形無機ジンクリッチペイント:アルキルシリケートをビヒクルとした,1液 1粉末形のもの。
 2種 厚膜形有機ジンクリッチペイント:エポキシ樹脂をビヒクルとした,2液 1粉末形,又は 2液形(亜鉛末を含む液と硬化剤)のもので,硬化剤にはポリアミド,アミンアダクトなどを用いる。
 アルミニウムペイント(alumin(i)um paint)
 アルミニウム粉を顔料分とするエナメルペイント。アルミニウム粉又はアルミニウム粉のペーストと油ワニスとを,あらかじめ混合したものと,別々の容器に分けて 1組としたものがある。さび止めペイントの上塗り,熱線反射塗料,銀色塗料などに用いる。【JIS K5500「塗料用語」】
 熱線の反射,水分の透過防止などの目的で主として屋外の銀色塗装に用いるアルミニウムペイントについては,JIS K 5492「アルミニウムペイント:Alminium paint」に規定されている。
 ガラスフレーク塗料(glassflake coating)
 剥片状(フレーク状)の扁平で微細なガラス顔料(ガラスフレーク)を用いた塗料で,塗膜内でガラスフレークが積層することで,気体(酸素や水蒸気),イオンなどの拡散浸透を遅延させることを目的としている。

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