防食概論:塗料・塗装

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         長油性フタル酸樹脂塗料

 ここでは,アルキド樹脂塗料の中でも,1960年代から 2000年代までの鋼構造物防食塗装の中心的材料長油性フタル酸樹脂塗料を紹介する。
 JIS K 5500「塗料用語」では,フタル酸樹脂塗料(phthalic resin coating,alkyd resin coating)とは,“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。耐候性が優れているフタル酸樹脂エナメル。”と定義されている。

【原材料】

  フタル酸樹脂は,アルキド樹脂の一種で,グリセリンなどの多価アルコール,多塩基酸として無水フタル酸の結合物を骨格として,油脂(脂肪酸)で変性した樹脂である。フタル酸樹脂を狭義のアルキド樹脂,又は純アルキド樹脂などとも称する。
 フタル酸樹脂の特性は,変性に用いた油脂の種類と量に影響され,塗料としての乾燥性は,使用する油脂種類,すなわちよう素価(二重結合の数を比較するための指標となる)に左右される。
 よう素化の低い不乾性油(オリーブ油,やし油など)を用いたものは,常温では乾燥しないため,メラミン樹脂やイソシアネート化合物などの架橋剤を用いる。
 よう素化の高い乾性油(あまに油,きり油など)を用いたものは常温でも酸化重合が進み塗膜が乾燥する。

フタル酸樹脂の原料

フタル酸樹脂の原料

【フタル酸樹脂の構造】

 長油性フタル酸樹脂塗料の構造は,模式的に示すと,のように,グリセリンとフタル酸が交互にエステル結合した長い鎖構造を基本骨格として持つ。また,それぞれのグリセリンの一部に脂肪酸がエステル結合し,多数の脂肪酸の側鎖を有する構造である。

長油性フタル酸の構造(模式図)

長油性フタル酸の構造(模式図)

【硬化反応】

 長油性フタル酸樹脂塗料を塗付けた後,大気中の酸素により酸化重合が進む。しかし,実用上の必要な速度で酸化重合を進めるためには,触媒の助けが必要である。

不飽和脂肪酸の酸化重合概要(模式図)

不飽和脂肪酸の酸化重合概要(模式図)

 この触媒をドライヤーと称し,一般には,ナフテン酸鉛,ナフテン酸コバルト,ナフテン酸ジルコニウムなどの金属石鹸が用いられる。
 
 酸化重合は,模式図に示すように,ドライヤーの金属イオンによるα位の水素引き抜き
 酸素による酸化での過酸化物生成
 過酸化物分解とラジカル発生
 ラジカル生成の連鎖反応と重合
 といった過程を経て3次元網目構造を持つ塗膜に成長する。
 
 3次元網目構造が完成すると,耐溶剤性,耐水性に優れる強固な塗膜となる。
 しかし,硬化反応完了までは,ドライヤーの助けを借りているとはいえ,1年程度の期間を要する。
 これが,塗装後 2年を経過する前に,エポキシ樹脂塗料など強溶剤形塗料での塗替えが必要になった場合は,長油性フタル酸樹脂塗膜の完全除去が求められる理由である。

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