防食概論:塗装・塗料
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ここでは,鉄道の鋼橋塗装に適用される新設時の防食塗装系 【一般外面・塗装系 L 】, 【塗装仕様】, 【無機ジンクリッチプライマー】, 【厚膜型変性エポキシ樹脂系塗料・同上塗】, 【厚膜型ポリウレタン樹脂塗料上塗】 を紹介する。
鉄道橋の防食塗装(新設塗装)
一般外面・塗装系 L
「塗装指針」 2013;第Ⅰ編 塗装一般 第 D章 解説(塗装系の特徴), 塗装系 L
塗装系 Lは,本州・四国連絡橋の計画を受けて,1960年代に日本国有鉄道・鉄道技術研究所が中心となり,海岸近接地域や海上に架設される橋梁に適用でき,長期防食性を有する塗装系の研究が開始され,1970年代に開発された景観性を必要としない場合に適用する長期防錆型塗装系の一つである。この塗装系は,腐食性環境での長期防錆型塗装系として,東北地方の日本海からの離岸距離約 50mの実橋梁( 1976年試験塗装)で 30年以上の実績がある。また,一般環境での実績として,東北・上越新幹線や京葉線の鋼橋に開業当時( 1980年ころ)から適用され,30年以上経過した時点でも塗替え塗装を必要とする状況に至っていない。
景観を必要としない場合の厚膜型変性エポキシ樹脂系塗料上塗で仕上げる塗装系 Lは,屋外では早期に白化・チョーキングが生じ,直射日光を受ける部材面では,15年で中塗り塗膜が透けて見えはじめ,20年ほどで 1層目が消失*する。このことは,次回の塗替え時に旧塗膜の厚みが減少しており,その後の塗替え塗装での塗膜厚み増加を少なくできるメリットとなる。
*:塗膜厚みの減少量は,厚膜型変性エポキシ樹脂系塗膜では,直射日光の当たる南面 30°(暴露試験片)で年間 6~8μm,南面垂直面で 3~4μmほど,日射を受けない部材面で年間数μm程度と想定される。ポリウレタン樹脂塗膜では,日射を受ける南面で年間 1~2μm,日射を受けない部材面で年間~1μm程度と想定される。
硬化機構と塗装間隔
無機ジンクリッチプライマーは,亜鉛粉末と無機系のアルキルシリケ-トの 1液 1粉末塗料のため,作業環境の制約として,相対湿度 50%以下では塗装禁止となる。
厚膜型変性エポキシ樹脂系塗料及び厚膜型ポリウレタン樹脂塗料は,2液硬化形(主剤と硬化剤の混合で反応硬化するタイプ)の塗料であるため,硬化反応は気温の影響を強く受ける。通常の条件(気温 20℃)では約 2週間で反応が終了するが,低温では反応の進行が著しく遅くなる。
塗料の塗り重ねは,塗り重ねた塗膜との付着性を確保するため,硬化反応が完了する前に実施しなければならない。このために,厚膜型変性エポキシ樹脂系塗料,厚膜型ポリウレタン樹脂塗料を塗り重ねる場合には 7日間が塗装間隔の制限になっている。
その他注意事項
第1層目の無機ジンクリッチプライマーは,現在の塗料技術レベルでは,すべり係数 0.4以上を保持しうるものがないので,摩擦接合継手面については,無機ジンクリッチペイントを塗装しなければならない。
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塗装仕様
「塗装指針」 2013;第Ⅱ編 新設構造物 第 A2章 塗装仕様(塗装系), 一般外面の塗装系 L
上塗り塗料に厚膜型ポリウレタン樹脂塗料上塗を用いる塗装仕様,及び厚膜型変性エポキシ樹脂系塗料上塗を用いる塗装仕様がある。原板(製鋼工場)
素地調整ブラスト処理
除錆度: ISO Sa2 1/2 以上,表面粗さ: 10点平均粗さ 80μmRzJIS 以下
プライマー塗装
ブラスト処理後 3 時間以内
無機ジンクリッチプライマー: 吹付け塗り,使用量 160g/m2 (膜厚 15μm)
2次素地調整で除去されるので,プライマーの膜厚は総合膜厚に加えない。
橋梁製作工場
2 次素地調整ブラスト処理
除錆度: ISO Sa2 1/2 以上,表面粗さ: 10点平均粗さ 70μmRzJIS 以下
下塗り塗装
① 素地調整後 3 時間以内
無機ジンクリッチプライマー: 吹付け塗り,使用量 200g/m2 (膜厚 20μm)
② ①塗装後 2 日以上,1 カ月以内
厚膜型変性エポキシ樹脂系塗料: 吹付け塗り,使用量 350g/m2 (膜厚 90μm)
③ ②塗装後 1日以上,7日以内
厚膜型変性エポキシ樹脂系塗料: 吹付け塗り,使用量 350g/m2(膜厚 90μm)
中塗り塗装
この塗装系は,下塗り塗膜に直接上塗り塗装するので,中塗り塗料の規定はない。
上塗り塗装
下塗り塗装後 1 日以上,7 日以内
景観重視仕様:厚膜型ポリウレタン樹脂塗料上塗: 吹付け塗り,使用量 180g/m2(膜厚 50μm)
又は,
景観を求めない仕様:厚膜型変性エポキシ樹脂系塗料上塗: 吹付け塗り,使用量 350g/m2(膜厚 90μm)
【備考】
上塗り塗料の選択は,厚膜型ポリウレタン樹脂塗料上塗を基本とし,景観性能を求めない場合に厚膜型変性エポキシ樹脂系塗料上塗を用いる。
厚膜型ポリウレタン樹脂塗料上塗とは,吹付け塗り 1回で,乾燥塗膜厚み 50μm以上を得られるように,たるみ性を高めたポリウレタン樹脂塗料である。なお,通常のポリウレタン樹脂塗料上塗の 1回吹付け塗りで得られる乾燥塗膜厚みは, 30μm程度である。
厚膜型変性エポキシ樹脂系塗料上塗とは,下塗り塗料として用いられる厚膜型変性エポキシ樹脂系塗料の品質と比較し,防食性に関わる「耐複合サイクル防食性」,「冷熱繰り返し試験」を規定しない品質の塗料である。
厚膜型変性エポキシ樹脂系塗料上塗を用いる場合,屋外では早期に白化・チョーキングが生じ,直射日光を受ける部材面では,15年で中塗り塗膜が透けて見えはじめ,20年ほどで 1 層目が消失する。
このように,次回の塗替え時に旧塗膜の厚みが減少しているため,その後の塗膜厚み増加を少なくできるメリットはあるが,塗膜の外観変化が早期に起こる。
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無機ジンクリッチプライマー
「塗装指針」 2013;附属書 A 塗料規格及び試験方法
SPS 66053-8 無機ジンクリッチプライマー
品質
下表には,無機ジンクリッチプライマーの塗料品質,比較のため JIS K5552 2010 「ジンクリッチプライマー」 1種(無機)の品質を紹介する。
JIS 等で規定される品質の「塗装作業性」,「塗膜の外観」については,これらの品質に適合しない塗料の販売が考え難いこと,また,他の品質を検査する際にこの品質は容易に把握できることから,鉄道では,全ての塗料規格でこれらの品質を規定していない。また,実環境で 2年程度の「耐候性」(屋外暴露耐候性)を規定していない。これは,塗料成分の規定により,塗膜の機械的,化学的,及び耐久性の室内試験を行うことで,耐候性が確保できると考えているためである。
項 目 | SPS 66053-8 | JIS K5552( 1種無機) |
---|---|---|
亜鉛末(質量分率 %) | 56以上 | ― |
アルキルシリケート (質量分率 %) |
3以上 | ― |
溶剤(質量分率 %) | 30以下 | ― |
混合塗料中の加熱残分(%) | 70以上 | |
加熱残分中の金属亜鉛(%) | 80以上 | |
塗膜中の鉛(質量分率 %) | 0.06以下(* 1 ) | ― |
塗膜中のクロム(質量分率 %) | 0.03以下 | ― |
容器の中での状態 | 粉は微小で一様な粉末であるものとする。液はかき混ぜたとき堅い塊がなくて一様になるものとする。 | |
塗装作業性 | ― | 塗装作業に支障があってはならない。 |
乾燥時間 h | 1以下 | |
塗膜の外観 | ― | 塗膜の外観が正常であるものとする。 |
ポットライフ | 5時間で使用できるものとする。 | |
耐衝撃性 | 衝撃によって割れ及びはがれが生じてはならない。 | |
耐塩水噴霧性 | 塩水噴霧に耐えるものとする。 | |
屋外暴露耐候性 | ― | 6か月間の試験でさび,割れ,はがれ及び膨れがあってはならない。 |
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厚膜型変性エポキシ樹脂系塗料の品質
「塗装指針」 2013;附属書 A 塗料規格及び試験方法
SPS 66099-12 (1)厚膜型変性エポキシ樹脂系塗料
施工時の気温 10℃以上で使用する厚膜型変性エポキシ樹脂系塗料(常温用),気温 5~20℃程度で使用する厚膜型変性エポキシ樹脂系塗料・低温用(低温用)がある。
品質
下表には,厚膜型変性エポキシ樹脂系塗料の塗料品質,比較のため JIS K 5551 2018「構造物用さび止めペイント」C種(反応硬化形変性エポキシ樹脂系塗料)の品質を紹介する。なお,C種には,常温で用いる 1号と低温で用いる 2号がある。
JIS 等で規定される品質の「塗装作業性」,「塗膜の外観」については,これらの品質に適合しない塗料の販売が考え難いこと,また,他の品質を検査する際にこの品質は容易に把握できることから,鉄道では,全ての塗料規格でこれらの品質を規定していない。また,実環境で 2年程度の「耐候性」(屋外暴露耐候性)を規定していない。これは,塗料成分の規定により,塗膜の機械的,化学的,及び耐久性の室内試験を行うことで,耐候性が確保できると考えているためである。
項 目 | SPS 66099-12(1)(常温用) | JIS C種 1号(常温) | SPS 66099-12(1)(低温用) | JIS C種 2号(低温) |
---|---|---|---|---|
顔料(質量分率 %) | 20以上 | ― | 20以上 | ― |
変性エポキシ樹脂または 変性ポリオール(質量分率 %) |
15以上 | ― | 15以上 | ― |
硬化剤(質量分率 %) | 3以上 | ― | 3以上 | ― |
溶剤(質量分率 %) | 40以下 | ― | 40以下 | ― |
加熱残分 % | 60以上 | ― | 60以上 | ― |
塗膜中の鉛(質量分率 %) | 0.06以下 | |||
塗膜中のクロムの定量 (質量分率%) |
0.03以下 | |||
容器の中での状態 | かき混ぜたとき,堅い塊がなくて一様になる。 | |||
半硬化乾燥性 | 常温 16時間 | 低温 24時間 | ||
塗装作業性 | ― | 支障がない。 | ― | 支障がない。 |
塗膜の外観 | ― | 正常である。 | ― | 正常である。 |
ポットライフ | 23℃ 5時間 | 5℃ 5時間 | ||
たるみ性 | ― | たるみがない。 (すき間200μmで流れがない) |
― | たるみがない。 (すき間200μmで流れがない) |
上塗り適合性 | 支障がない。 | |||
耐衝撃性 | 割れ及びはがれがない。 | |||
耐屈曲性 | 直径10mmの折り曲げに 耐えるものとする。 |
― | 直径10mmの折り曲げに 耐えるものとする。 |
― |
付着性 | 分類 1以下 | 分類 1又は分類 0 | ||
耐熱性 | ― | 160℃で 30分加熱しても, 塗膜に異常がなく,付着性が 分類 2以上であること。 |
― | 外観が正常である。 試験後の付着性試験で 分類 2,分類 1,又は分類 0 |
冷熱繰返し試験 | 冷熱繰返しに耐えるものとする。 | ― | 冷熱繰返しに耐えるものとする。 | ― |
サイクル腐食性 | さび,膨れ,割れ及びはがれがない。(120サイクル) | |||
屋外暴露耐候性 | ― | さび,膨れ,割れ 及び はがれがない。(24か月) |
― | さび,膨れ,割れ及び はがれがない。(24か月) |
SPS 66099-12(2)厚膜型変性エポキシ樹脂系塗料上塗
施工時の気温 10℃以上で使用する厚膜型変性エポキシ樹脂系塗料(常温用),気温 5~20℃程度で使用する厚膜型変性エポキシ樹脂系塗料・低温用(低温用)がある。
品質
下表には,厚膜型変性エポキシ樹脂系塗料上塗の塗料品質,比較のため JIS K 5551 2018「構造物用さび止めペイント」C種(反応硬化形変性エポキシ樹脂系塗料)の品質を紹介する。なお,C種には,常温で用いる 1号と低温で用いる 2号がある。
JIS 等で規定される品質の「塗装作業性」,「塗膜の外観」については,これらの品質に適合しない塗料の販売が考え難いこと,また,他の品質を検査する際にこの品質は容易に把握できることから,鉄道では,全ての塗料規格でこれらの品質を規定していない。また,実環境で 2年程度の「耐候性」(屋外暴露耐候性)を規定していない。これは,塗料成分の規定により,塗膜の機械的,化学的,及び耐久性の室内試験を行うことで,耐候性が確保できると考えているためである。
項 目 | SPS 66099-12(2)(常温用) | JIS C種 1号(常温) | SPS 66099-12(2)(低温用) | JIS C種 2号(低温) |
---|---|---|---|---|
顔料(質量分率 %) | 20以上 | ― | 20以上 | ― |
変性エポキシ樹脂または 変性ポリオール(質量分率 %) |
15以上 | ― | 15以上 | ― |
硬化剤(質量分率 %) | 3以上 | ― | 3以上 | ― |
溶剤(質量分率 %) | 40以下 | ― | 40以下 | ― |
加熱残分 % | 60以上 | ― | 60以上 | ― |
塗膜中の鉛(質量分率 %) | 0.06以下 | |||
塗膜中のクロムの定量 (質量分率%) |
0.03以下 | |||
容器の中での状態 | かき混ぜたとき,堅い塊がなくて一様になる。 | |||
半硬化乾燥性 | 常温 16時間 | 低温 24時間 | ||
塗装作業性 | ― | 支障がない。 | ― | 支障がない。 |
塗膜の外観 | ― | 正常である。 | ― | 正常である。 |
ポットライフ | 23℃ 5時間 | 5℃ 5時間 | ||
たるみ性 | ― | たるみがない。 (すき間200μmで流れがない) |
― | たるみがない。 (すき間200μmで流れがない) |
上塗り適合性 | ― | 支障がない。 | ― | 支障がない。 |
耐衝撃性 | 割れ及びはがれがない。 | |||
耐屈曲性 | 直径10mmの折り曲げに 耐えるものとする。 |
― | 直径10mmの折り曲げに 耐えるものとする。 |
― |
付着性 | 分類 1以下 | 分類 1又は分類 0 | ||
耐熱性 | ― | 160℃で 30分加熱しても, 塗膜に異常がなく, 付着性が分類 2以上であること。 |
― | 外観が正常である。 試験後の付着性試験で 分類 2,分類 1,又は分類 0 |
サイクル腐食性 | ― | さび,膨れ,割れ及び はがれがない。(120サイクル) |
― | さび,膨れ,割れ及び はがれがない。(120サイクル) |
屋外暴露耐候性 | ― | さび,膨れ,割れ及び はがれがない。(24か月) |
― | さび,膨れ,割れ及び はがれがない。(24か月) |
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厚膜型ポリウレタン樹脂塗料上塗の品質
「塗装指針」 2013;附属書 A 塗料規格及び試験方法
SPS 66099-21 厚膜型ポリウレタン樹脂塗料上塗
は,一回の塗付けで得られる乾燥膜厚は 30μm程度であるが,厚悪型ポリウレタン樹脂塗料上塗は,50μmの膜厚が得られる塗料である。
品質
下表には,厚膜型ポリウレタン樹脂塗料上塗の塗料品質,比較のため SPS 66099-10 ポリウレタン樹脂塗料上塗(溶剤型),JIS K5659 2018 「鋼構造物用耐候性塗料」上塗り 2級(ポリウレタン樹脂塗料相当))の品質を紹介する。
JIS 等で規定される品質の「塗装作業性」,「塗膜の外観」については,これらの品質に適合しない塗料の販売が考え難いこと,また,他の品質を検査する際にこの品質は容易に把握できることから,鉄道では,全ての塗料規格でこれらの品質を規定していない。また,実環境で 2年程度の「耐候性」(屋外暴露耐候性)を規定していない。これは,塗料成分の規定により,塗膜の機械的,化学的,及び耐久性の室内試験を行うことで,耐候性が確保できると考えているためである。
項 目 | SPS 66099-21 厚膜型上塗 | SPS 66099-10 上塗 溶剤形 | JIS K 5659 上塗 2級 |
---|---|---|---|
顔料(質量分率 %) | 5以上 | ― | |
ポリオール樹脂(質量分率 %) | 13以上 | ― | |
硬化剤(質量分率 %) | 1以上 | ― | |
溶剤(質量分率 %) | 白・淡彩 50以下,他の色 60以下 | ― | |
NCO基の定性 | NCO基があるものとする。 | - | |
混合塗料中の加熱残分 % | 白・淡彩は 50以上,その他の色は 40以上 | ||
塗膜中の鉛(質量分率 %) | 0.06以下 | - | |
塗膜中のクロム(質量分率 %) | 0.03以下 | - | |
容器の中での状態 | かき混ぜたとき,堅い塊がなくて一様になる。 | ||
低温安定性(-5±2℃) | - | 変質しない。( B種のみ) | |
表面乾燥性 | - | 表面乾燥する。(常温 8 時間後,低温 5 ℃ 16 時間後) | |
乾燥時間 | 23℃で 8時間以下,5 ℃で 16時間以下 | - | |
塗膜の外観 | - | 塗膜の外観が正常であるものとする。 | |
ポットライフ | 規定時間(5 時間)後,使用できる。 | ||
たるみ性 | たるみがないものとする。 | - | |
隠ぺい率 | 白・淡彩は 90以上,鮮明な赤,及び黄は 50以上,その他の色は 80以上 | ||
鏡面光沢度(60度) | 80 以上 | 70 以上 | |
耐屈曲性 | 折曲げに耐える。( 10mmマンドレル) | ||
耐おもり落下性(デュポン式) | 塗膜に割れ,及びはがれが生じない。 | ||
層間付着性 Ⅱ | 異常がない。 | ||
耐アルカリ性,耐酸性 | - | 異常がない。 | |
耐湿潤冷熱繰返し性 | - | 湿潤冷熱繰返しに耐える。 | |
促進耐候性 | 促進耐候① | 促進耐候② | |
屋外暴露耐候性(24か月) | - | 屋外暴露耐候 |
促進耐候②:照射時間 1000 時間で塗膜に割れ・はがれ・膨れが無く,色の変化が大きくなく,白亜化の等級が 1 又は 0,光沢保持率 80%以上。
屋外暴露耐候:塗膜に割れ・はがれ・膨れが無く,色の変化が大きくなく,白亜化の等級が 2,1 又は 0 ,光沢保持率 40%以上。
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