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低VOC塗料の現状と今後
平成31年1月25日
一般社団法人 日本塗料工業会
鈴木 譲
場所エルおおさか
経産省 近畿経済産業局VOC排出抑制対策セミナー
JAPAN PAINT MANUFACTURERS ASSOCIATION
世界の状況
日本の状況
塗料産業
世界的金融不安国際テロEU離脱
地球温暖化防止温室効果ガス排出規制
日本塗料工業会の事業
調査統計
技術
製品安全
安全環境
国際
色彩
標準化
普及広報
グローバル化 化学物質管理
ホルムアルデヒド
船底防汚剤
GHS
化管法化審法
労安法改正
REACHRoHSELV有害廃棄物処理
バーゼル条約
JISの整理統合
廃棄物処理
労働安全
国際標準JISからISOへ
2020年東京オリンピックパラリンピック
VOC排出規制
新興国へ展開
省エネ(遮熱)
COP212030年26削減 (2013年比)
カラーユニバーサルデザイン
1日本塗料工業会の事業と 業界を取巻く状況
会員企業 99社賛助会員企業 178社
平成30年11月20日現在
2塗料の役割と効用
塗料は塗装されることによって物の
表面に連続した丈夫な皮膜をつくり
周囲の環境から保護し長持ちさせ
ます
塗料は物に色つやなめらかさ
模様立体感などの仕上り効果を
与え物を美しく粧い快適な生活
をデザインします
塗料には保護と美観のほか特別な
働きを持たせることもできます
有機溶剤(VOC)
3塗料を構成する成分と役割
シンナー
塗膜につや硬さ付着性耐久性などの性能を付与する
水や溶剤に溶けない粉末で色を付けたり下地を隠したりする
塗料を塗りやすくするための希釈剤
樹脂を溶かし顔料と樹脂を混ぜやすくする液体(溶媒)
塗料および塗膜の性能向上させる塗料
希釈用
溶 剤25-55
添加剤5程度
顔 料20-40
樹脂硬化剤20-40
樹脂(硬化剤)20-40
着色体質防錆光輝性顔料
<水性塗料> <粉体塗料>
溶媒は水溶剤<5
希釈剤は水
溶媒 0
希釈剤なし
アクリルエポキシシリコンフッ素ウレタン樹脂
消泡タレ止め親水化剤
VOC(Volatile Organic Compounds 揮発性有機溶剤)
4塗料製造工程製造フロー
2F
1F
前練り工程
ワニス シンナー
顔料
高速かくはん
分散工程
サンドミル(分散機)
ろ過缶詰工程
P ろ過器 ドラム
P
予め顔料をワニス(樹脂)と溶剤で充分に混ぜる
前練りペーストをサンドミルなどに通し顔料を細かくほぐす
分散ペーストにワニスシンナーを追加また添加剤を加え最終塗料として仕上げる色物については原色を用いて色合わせをする
最終塗料として仕上がったものの異物をフィルターでろ過し容器に計量充填する
調合調色工程
ワニス シンナー
原色
添加剤 かくはん
分散による均一化
5塗料の形態別分類
溶液型塗料
塗料
溶剤塗料 水性塗料 粉体塗料塗料の状態別
乾燥方法別 常温乾燥 焼付乾燥 常温乾燥 焼付乾燥 焼付乾燥
架橋方法別
<常乾>1架橋なし 溶剤揮発ラッカー2酸化重合3ウレタン架橋4エポキシアミン架橋 等々
<焼付>1メラミン架橋2ウレタン架橋
等々
樹脂の種類組合わせによって架橋方法(乾燥方法)や塗膜性能が決まる
建築塗料重防食塗料は屋外塗装であるため常温乾燥形塗料(常乾塗料)が塗られる工場塗装ラインでは焼付塗料が主であり粉体塗料や電着塗料も塗られるまた常乾塗料も強制乾燥形(60~80)として塗装される
6塗膜塗装系の構成と役割
鋼板
下塗
中塗
上塗
光UV 水酸素塩分
下塗塗料防錆性が良い
鋼材に対する付着性が良い
(ジンクリッチプライマーエポキシプライマー)
上塗塗料耐候性が良い
耐水性が良い
仕上り性が良い
中塗塗料下塗と上塗塗料との付着性が良い
防錆性
耐候性
付着性仕上がり
下塗中塗上塗塗料には役割分担がある トータルで耐久性発揮
7塗料の耐久性比較
建築塗料重防食塗料分野では油性系(フタル酸)からフッ素樹脂系まで幅広く塗装される工業塗装ラインではフッ素シリコン(シリコーン)樹脂塗料は普及していないただし耐熱塗料はシリコーン樹脂系塗料が多い
光熱
酸素
湿度水分(酸性)雨 腐食因子
塩害物土壌成分鳥糞etc
金属素材
塗膜
塗膜は長い年月の間に徐々に劣化する短期間で劣化しないように実際にバクロしたり特殊な促進試験を使って研究者は日々塗料の開発研究を行っている
塗膜の劣化要因
水分吸収膨潤
酸化分解 錆発生化学変化物理変化
太陽光(紫外線)や気象影響で劣化していきます
8 塗膜はどのようにして悪くなるのか
9 屋外暴露試験
気象環境は暴露をする場所によって異なる日本各地世界にあります気温降雨量日射量湿度塩分量など
工業地帯 rarr 工場の生産活動に伴う発生汚染物質の影響有り都市環境 rarr 商業活動に伴う発生汚染物質の影響有り(車の排気ガス鳥糞害等)田園地帯 rarr 大気汚染物質がすくない海岸地帯 rarr 雨風紫外線海塩粒子の影響で錆進行が著しいその他(海外) rarr 熱帯雨林寒冷地砂漠等
10劣化した塗膜はどうなっているのか
(白い色の塗膜)
塗装後初期塗膜
塗膜は暴露される場所で劣化速度や劣化形態が異なる
白い塗膜は表面が劣化して白い顔料(チタン)が露出する(白い粉)
バクロ後
日塗工 耐候性研究会資料
11塗膜の形成とVOCの揮発
塗料の乾燥硬化は先ず溶剤の大気への飛散揮発から始まり樹脂の硬化反応が進行し強靭な塗膜となる
塗料(液体) 塗膜(固体)
樹 脂顔料溶剤
塗装
揮発
VOC
水性塗料の溶媒は水のみ種類は選べない環境に左右される蒸発しにくい
タレ乾燥不良初期サビ発生
VOC(Volatile Organic Compounds)揮発性有機化合物光化学オキシダントPM25を生成
長油 短油
メタノール エタノール
IPA イソブタノール
アセトン MEK
MIBK シクロヘキサノン
酢酸エチル 酢酸ブチル
ブチルセロソルブ
ブチルカルビトール
ミネラルスピリット (ターペン)
工業ガソリン4号
トルエン エチルベンゼン
キシレン
ソルベントナフサ 蒸留範囲による種類がある溶解性や蒸発速
度で選定される主に焼付塗料に使われる
〇
ラッカー系や添加剤などの補助溶剤として使用
される
樹脂を極めてよく溶解させることができる
樹脂をよく溶解できる
水にも溶解するため水性塗料にも使用され
る焼付塗料の仕上り向上にも使われる
古くから使用されているが溶解力は比較的弱
い最近は弱溶剤と言われる
アクリル
ラッカー
〇
〇
〇
〇
フタル酸系
〇
ウレタン
〇
〇
〇
エポキシ
〇
〇
〇
〇
アルキドメラミン
〇
〇
〇
シリコンフッ素
〇
〇
〇
〇
水性樹脂
〇
〇
アクリルメラミン
〇
〇
塗料種類
性質用途有機溶剤系統有機溶剤
種類
〇〇〇各種樹脂に対しての溶解性に優れる
乾燥性とのバランスが良い
脂肪族系
芳香族系
アルコール系
ケトン系
エステル系
エーテル系
炭化水素系
混合系
12有機溶剤の役割と塗料用途例
塗料の内部溶剤と希釈溶剤(シンナー)は塗料樹脂の溶解性と蒸発速度のバランスによる混合系
rarr 塗料の安定性 rarr 塗装作業性 rarr 仕上り性
塗料の種類(樹脂)用途によって様々な溶剤が使い分けられる
13VOC削減の対策と枠組み
【自主的取組】【法による直接規制】
【ベストミックス】
環境省資料
平成22年度に
排出量30削減(平成12年度比)
以降取組みが継続されている
6施設類型で基準値以上の大規模施設
いかなる施設も参加できる
14 規制対象となる揮発性有機化合物排出施設及び排出基準
塗装排風機能力10万h以上規制対象乾燥送風機能力 1万h以上規制対象屋外塗装は対象にならない
15 発生源品目ごとのVOC排出量推移
H12年度 1410万tH22年度は775万tで45削減(目標30)塗料も45削減(535rarr294万t)
全体VOC排出量は672万tH28年度は52減(H12年度比)
塗料のVOC排出量H28年度は260万t全体の388
(年度)
VOC排出量(t)
H29年度環境省VOCインベントリ検討会資料
535
451
411 409 398 380 368
329
292 294 289 286 282 274 270 260
0
100
200
300
400
500
600
12 改訂
13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28
VOC排出量
(
千トン
)
平成年度
日本塗料工業会 『平成28年度 VOC排出実態推計まとめ』
16 塗料からのVOC排出量(塗装時)推移
平成28年度は260万tで平成12年度の535万tに比較して514削減した
17塗料分野別VOC排出量比率(平成28年度)
塗料塗装からのVOC排出量 26万トン一般工業分野 63万トン(242)
(建築資材電機家電機械車両金属製品木工製品)
分野 塗料出荷量 VOC排出量
建築資材 75万トン(63)
11万トン(43)
電機家電 29万トン(24)
10万トン(40)
機械車両 39万トン(33)
15万トン(58)
金属製品 106万トン(89)
20万トン(76)
木工製品 10万トン(08)
07万トン(25)
建築資材43
電機家電40
機械車両58
金属製品76
木工製品25
建物250
構造物97
船舶135
自動車新車140
自動車補修73
家庭用35
路面表示03
その他26
一般工業242
日本塗料工業会 『平成28年度 VOC排出実態推計まとめ』
18 需要業種分野別塗料出荷量(平成15~28年度)
建物
建築資材
構造物
船舶
自動車
自補修
電機家電
機械車両
金属製品
木工製品
家庭用
路面表示
その他
塗料出荷数量(トン
)
建物(建築塗料)分野に比較して構造物(重防食塗料)における水性塗料化率が低い
日本塗料工業会 『平成28年度 VOC排出実態推計まとめ』
19 一般工業分野の低VOC塗料比率(平成16~28年度)
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
16 18 20 22 24 26 28 16 18 20 22 24 26 28 16 18 20 22 24 26 28 16 18 20 22 24 26 28 16 18 20 22 24 26 28
建築資材 電機家電 機械車両 金属製品 木工製品
低VOC塗料比率
()
高固形分塗料 水性塗料 粉体塗料
塗料固形分 70 以上希釈時VOC 420gL 以下
(平成年度)
建築資材水性化率が高い電機家電粉体塗料が水性塗料より多い
日本塗料工業会 『平成28年度 VOC排出実態推計まとめ』
(1)溶剤形塗料の場合
VOC分
不揮発分(固形分)
(塗膜になる)
VOC分
不揮発分
VOC分
塗料製品 希釈溶剤(シンナー)
20塗料からの溶剤(VOC)の蒸発
塗装乾燥時
石油缶や丸缶で売られている溶剤に溶けて安定している溶剤(VOC)20~60
塗り易いように溶剤で薄める塗料に対して5~50
塗装ができる
塗装時と乾燥までに溶剤が大気中に蒸発する
溶剤(VOC)
不揮発分(固形分)以外はすべてVOCとして大気中に放出される
(2)水性塗料の場合
VOC分
不揮発分
水分
塗料製品 希釈(水) 塗装乾燥時
石油缶や丸缶で売られている水の中で安定している溶剤(VOC)0~10以下
rarr 仕上がり向上にため僅かに溶剤が入っている
塗り易いように水で薄める塗料に対して0~20
塗装ができる
塗装と乾燥時に水と僅かな溶剤が大気中に蒸発する
水分
voc
(3)粉体塗料の場合
ビニール袋入りダンボールで売られる(一般販売はない)粉体状で固形分100とされますが一部ブロック剤
と言われる溶剤が含まれるものもある
VOC揮発対策に有効ですが150以上の焼付
温度と粉体専用の塗装設備が必要なため主に工業塗装ラインで使用される
粉体塗料とは
30~50μmの粉体粒子が静電塗装され塗着後焼付乾燥により平滑な塗膜となる
長所 短所
VOC排出少ない臭気が少ない
薄膜化できない
廃棄物少ない回収再利用
後調色や手直しができない
小型ライン化 小口対応コストアップ
ブース温度湿度の影響がない
焼付温度が高い
コロナ帯電式
(4)電着塗料の場合
VOC揮発対策に有効ですが150以上の焼付温度と電着専用
の塗装設備が必要なため主に工業塗装ラインで使用される
脱ソルベント工程により非危険物浴塗料として1程度の溶剤が含まれる粉体塗料と同様にブロック剤と言われる溶剤が含まれる
電着塗料とは
長所 短所
VOC排出少ない臭気が少ない
設備コストが高い
UFロ液の洗浄により回収再利用
色替えができない
膜厚が均一(つきまわり性)
耐候性(エポキシ樹脂)
自動化生産性 少量生産に不利
02μm程度のエマルション粒子が電気泳動により析出後塗
料ロ液(UF)で洗浄され焼付乾燥により平滑な塗膜となる
カチオン電着鉄素材の防食としてエポキシ樹脂イソシアネート系が用いられる
アニオン電着アルミサッシに主に使われアクリルメラミン系が用いられる
21低VOC塗料と削減対策
Total VOC削減
粉体塗料
トルエンキシレン溶剤の削減
弱溶剤型塗料
低VOC塗料への移行が進む
高固形分形塗料
工程削減(膜厚低減)
3コートrarr2コート2コートrarr1コート
塗替え時期延長(重防食塗料)
5年rarr10年rarr20年
塗装効率(塗装ライン)
塗装機(静電ガンロボット)
排ガス処理設備
ブースセッテング乾燥炉
VOC削減手法
水性塗料
電着塗料
今後の動向
一般溶剤形塗料
低VOC塗料(環境配慮型塗料)
塗料種 主な分野 VOC量 長所 短所 展開課題
ハイソリッド
塗料
(高固形分)
重防食船舶 30未満現有塗装機器で
対応可能
VOC削減効果が
水性に比べて少ない仕上がり性
水性塗料 建築自動車 5未満 低臭気非危険物水専用器材必要
塗装作業性
塗装作業性乾燥性
脱脂(油ハジキ)
電着塗料 工業(ライン) 2未満高塗着効率
付き回り性
新規ライン設備
焼付温度(160~180)初期設備投資
粉体塗料 工業(ライン) 1未満 厚膜塗装設備改善必要
焼付温度(160~180)多色化
それぞれ長所短所がある
22これからは低VOC塗料塗装のまとめ
弱溶剤系塗料とは
トルエンキシレンなどの刺激性のある溶剤から石油系溶剤に替えた塗料(工業ガソリン4号ミネラルスピリットターペン)
95
96
70
60
60
5
4
30
40
40
5
25
10
0 50 100 150
粉体塗料電着
塗料
水性塗料
ハイソリッド塗料
一般塗料 ウレ
タン
一般塗料 エポ
キシ
固形分内部溶剤と希釈溶剤比率
100塗料(重量)
固形分 内部溶剤
100
100
100
100
100
5
4
50
108
83
0 100 200 300
粉体塗料電着塗料
水性塗料
ハイソリッド塗料
一般塗料 ウレタン
一般塗料 エポキシ
固形分100に対するVOC排出比率
(重量)
固形分 排出VOC
23VOC削減対策(溶剤比率)
電着粉体塗料ブロック剤(溶剤)も含める水性塗料電着塗料は水を除く
日塗工「平成28年度塗料からのVOC排出実態推計のまとめ」
塗装方法 基本原理 塗着効率() 適用 主な被塗物
カーテンフローコーター塗料を液膜状に被塗物に落とす
90
コイル板状の被塗物で高速に塗装される凹凸箱物形状のあるものは塗れない製品加工前塗装の代表
PCM鋼板
(境目のない滝のイメージ) (屋根家電)
ロールコーターロール上の塗料を被塗物に転写する 建材サイデング
床材
刷毛ローラブラシ人手による塗り広げ
75~80建築塗料重防食塗料など屋外構造物の塗装に使われる
戸建住宅
橋梁
エアースプレー塗料をエアーで微粒化させて塗着させる
30~50一般的な塗装方法でコンプレッサーがあれば簡単に塗れる
自動車板金
工業小物部品
エアレススプレー塗料に圧力をかけて微粒化させて塗着させる
50~60厚塗り塗装大型の被塗物塗装に使われる(加温もある)
建設機械
船舶コンテナ
静電エアーエアレス塗料を帯電させて塗着させる
60~80ハンドガンとして工業ラインで普及している連続塗装ラインではレシプロ方式が多いロボット導入も多くなっている
車両産業機械
(エアーエアレススプレー)
静電回転霧化多数のノズルが周囲にあるベル型や円盤型の塗装ガンを回転させながら塗着させる塗着効率と仕上がり向上が目的
80~90自動車ラインではロボットにミニベル着装が多いパネル材ではディスク塗装がある
自動車
鋼製家具
浸漬塗装(ディッピング)被塗物を塗料に浸漬してから引き上げる
90古い塗装方法自動車黒色部品や長尺建材など
鋳物部品
ケーブルラック
電着塗装塗料浸漬時に電位をかけて電気泳動させて塗着させる 95
自動車工業製品の高防食下塗りとして普及している
自動車
アルミサッシ
粉体静電塗装粉体を帯電させて塗着させる
80~90環境配慮塗料として採用が多いVOCはゼロに近い
配電盤フェンス
(エアー静電) 配管
24VOC削減対策(塗装方法)
エアスプレー
エアレススプレー
静電エアスプレー
静電エアレススプレー
回転霧化静電(ベル型)
回転霧化静電(ディスク型)
30 60 70 80 90 100各塗装機の塗着効率()
40 50
25塗装ガンと塗着効率
塗料の研究 No132 Apr 1999httpwwwkansaicojprdtokenpdf13205pdf
ガン距離200 ガン距離100 ガン距離40
ガン距離(mm)
塗着効率()
26 塗装ガン距離と塗着効率
27溶剤形塗料種における塗替えのLCCとVOC排出量
0
5
10
15
20
アルキド系 アクリル系 ウレタン系 シリコン系 フッ素系
塗替え年数(年)
塗料種類
20年目でフッ素樹脂塗料が1回目塗替え
に対してアクリル樹脂系塗料は3回目塗替えとなる
<溶剤塗料>同じ膜厚で塗り替えた場合アクリルは4回塗装フッ素は2回塗装
VOC排出量は2倍違う
4~6年
5~8年
15~20年
8~10年
10~15年
溶剤形塗料を使う場合は高耐久性塗料を採用するほうが良い
LCC ライフサイクルコスト(構造物向け塗料の考え方)
鉄部従来塗装系(3工程) 上下兼用塗料(2工程)
エポキシ1回+ウレタン2回
特に塗替え時の省工程による工期短縮塗料施工コストの低減VOC削減(30以上削減)
変性ウレタン又はシリコン上下兼用塗料2回でOK
上塗(1回目)
被塗物
上塗(2回目)上塗(1回目)
被塗物
下塗(1回)
上塗(2回目)
28上塗下塗兼用溶剤形塗料による省工程仕様
UR都市機構(前身日本住宅公団)で採用
1つの塗料で防食性と耐候性を有する上下兼用塗料
(構造物向け塗料の考え方)