特許 6223268 塗膜劣化予測方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6223268

(24)【登録日】2017年10月13日

(45)【発行日】2017年11月1日

(54)【発明の名称】塗膜劣化予測方法

(51)【国際特許分類】

   G01N 17/00 20060101AFI20171023BHJP

   G01N 21/3563 20140101ALI20171023BHJP

   G01N 21/57 20060101ALI20171023BHJP

【ＦＩ】

   G01N17/00

   G01N21/3563

   G01N21/57

【請求項の数】8

【全頁数】16

(21)【出願番号】特願2014-88991(P2014-88991)

(22)【出願日】2014年4月23日

(65)【公開番号】特開2015-206751(P2015-206751A)

(43)【公開日】2015年11月19日

【審査請求日】2016年11月30日

(73)【特許権者】

【識別番号】000001373

【氏名又は名称】鹿島建設株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100129470

【弁理士】

【氏名又は名称】小松 高

(72)【発明者】

【氏名】和田 環

(72)【発明者】

【氏名】冨田 洸

【審査官】 山口 剛

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００８−１２２１７０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−０２４６６３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 欧州特許出願公開第０００７９９７０（ＥＰ，Ａ１）

【文献】 特開２００６−０９０３９９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 “ポリエチレンリファレンス試験片を用いたプラスチックの耐候性に関する暴露環境の求め方”，日本ウェザリングテストセンター規格，日本，日本ウェザリングテストセンター，２００９年，ＪＷＴＣＳ４００２，ｐｐ．１−８

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｎ １７／００ − １７／０４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ポリオレフィン系標準試料を促進耐候性試験に供し、この促進耐候性試験条件の単位時間当たりの劣化外力の強さを求めるプロセス（プロセスａ）、
有機系塗膜Ｐを前記促進耐候性試験に供し、種々の試験経過時間のサンプルについて塗膜の劣化度合いを反映した指標を測定し、各試験経過時間での前記指標を表す「塗膜劣化の進行度Ｙ」と、プロセスａで得られたこの促進耐候性試験条件の単位時間当たりの劣化外力の強さに試験経過時間を乗じることによって求まる各試験経過時間での「劣化外力積算量Ｘ」とから得られる、各試験経過時間での（Ｘ，Ｙ）のプロットに基づき、「塗膜劣化の進行度Ｙ」と「劣化外力積算量Ｘ」の関係を表す下記（１）式の検量線を作成するプロセス（プロセスｂ）、
Ｙ＝ｆ（Ｘ） …（１）
プロセスａと同種のポリオレフィン系標準試料を実環境空間での暴露試験に供し、その実環境空間の単位期間当たりの劣化外力の強さを求めるプロセス（プロセスｃ）、
プロセスｃで求めた単位期間当たりの劣化外力の強さにこの実環境空間での暴露経過期間ｔ_Aを乗じることによって、この実環境空間での暴露経過期間ｔ_Aを劣化外力積算量Ｘｔ_Aに換算するプロセス（プロセスｄ）、
Ｘｔ_Aを（１）式の検量線に代入し、この実環境での暴露経過時間ｔ_Aにおける塗膜Ｐの劣化進行度予測値Ｙを求めるプロセス（プロセスｅ）、
を有する塗膜劣化予測方法。

【請求項2】

請求項１におけるプロセスｄ、ｅに代えて、
促進耐候性試験と実環境空間での暴露試験における、平均温度（℃）および分光分布の少なくとも一方の因子の差に基づく補正係数ｋを設定し、劣化外力積算量Ｘを劣化外力積算量補正値Ｘ_Rに変換する下記（２）式の補正式を作成するプロセス（プロセスｃ２）、
Ｘ_R＝ｋ×Ｘ …（２）
プロセスｃで求めた単位期間当たりの劣化外力の強さにこの実環境空間での暴露経過期間ｔ_Aを乗じることによって、この実環境空間での暴露経過期間ｔ_Aを劣化外力積算量Ｘｔ_Aに換算し、これを（２）式のＸに代入して劣化外力積算量補正値Ｘ_Rｔ_Aに変換するプロセス（プロセスｄ２）、
Ｘ_Rｔ_Aを（１）式の検量線に代入し、この実環境での暴露経過時間ｔ_Aにおける塗膜Ｐの劣化進行度予測値Ｙを求めるプロセス（プロセスｅ２）、
を有する請求項１に記載の塗膜劣化予測方法。

【請求項3】

ポリオレフィン系標準試料を促進耐候性試験に供し、この促進耐候性試験条件の単位時間当たりの劣化外力の強さを求めるプロセス（プロセスａ）、
有機系塗膜Ｐを前記促進耐候性試験に供し、種々の試験経過時間のサンプルについて塗膜の劣化度合いを反映した指標を測定し、各試験経過時間での前記指標を表す「塗膜劣化の進行度Ｙ」と、プロセスａで得られたこの促進耐候性試験条件の単位時間当たりの劣化外力の強さに試験経過時間を乗じることによって求まる各試験経過時間での「劣化外力積算量Ｘ」とから得られる、各試験経過時間での（Ｘ，Ｙ）のプロットに基づき、「塗膜劣化の進行度Ｙ」と「劣化外力積算量Ｘ」の関係を表す下記（１）式の検量線を作成するプロセス（プロセスｂ）、
Ｙ＝ｆ（Ｘ） …（１）
プロセスｂの種々の試験経過時間のサンプルについてＦＴ−ＩＲによる赤外吸収スペクトルを測定し、それら各サンプルの赤外吸収スペクトルにおける特定のｎ箇所（ｎは２以上の整数）のピーク位置の吸光度Ａ１〜Ａｎを説明変数、前記塗膜劣化の進行度Ｙを目的変数とする下記（３）式の回帰式を作成するプロセス（プロセスｂ２）、
Ｙ＝ｆ２（Ａ１〜Ａｎ） …（３）
プロセスａと同種のポリオレフィン系標準試料を実環境空間での暴露試験に供し、その実環境空間の単位期間当たりの劣化外力の強さを求めるプロセス（プロセスｃ）、
塗膜Ｐをプロセスｃの実環境空間で劣化外力積算量Ｘ１に相当する期間の暴露試験に供し、その試験後のサンプルについてＦＴ−ＩＲによる赤外吸収スペクトルを測定し、赤外吸収スペクトルにおける前記ｎ箇所の吸光度の値を（３）式に代入して塗膜劣化の進行度計算値Ｙ₍₃₎（Ｘ１）を算出するプロセス（プロセスｃ３）、
（１）式の検量線を用いて、塗膜劣化の進行度計算値Ｙが前記Ｙ₍₃₎（Ｘ１）となるときの劣化外力積算量Ｘを逆算し、そのＸとＸ１とのずれ量が小さくなるように、（１）式に入力するための劣化外力積算量Ｘを劣化外力積算量補正値Ｘ_Rに変換する下記（４）式の関数ｇを作成するプロセス（プロセスｃ４）、
Ｘ_R＝ｇ（Ｘ） …（４）
プロセスｃで求めた単位期間当たりの劣化外力の強さにこの実環境空間での暴露経過期間ｔ_Aを乗じることによって、この実環境空間での暴露経過期間ｔ_Aを劣化外力積算量Ｘｔ_Aに換算し、これを（４）式に代入して劣化外力積算量補正値Ｘ_Rｔ_Aに変換するプロセス（プロセスｄ３）、
Ｘ_Rｔ_Aを（１）式の検量線に代入し、この実環境での暴露経過時間ｔ_Aにおける塗膜Ｐの劣化進行度予測値Ｙを求めるプロセス（プロセスｅ２）、
を有する塗膜劣化予測方法。

【請求項4】

請求項３におけるプロセスｃ４、ｄ３、ｅ２に代えて、
（１）式の検量線を用いて、塗膜劣化の進行度計算値Ｙが前記Ｙ₍₃₎（Ｘ１）となるときの劣化外力積算量Ｘを逆算し、そのＸとＸ１とのずれ量が小さくなるように（１）式の検量線を校正して、下記（５）式の校正検量線を作成するプロセス（プロセスｃ５）、
Ｙ＝ｆ_R（Ｘ） …（５）
プロセスｃで求めた単位期間当たりの劣化外力の強さにこの実環境空間での暴露経過期間ｔ_Aを乗じることによって、この実環境空間での暴露経過期間ｔ_Aを劣化外力積算量Ｘｔ_Aに換算するプロセス（プロセスｄ）、
Ｘｔ_Aを（５）式の校正検量線に代入して、この実環境での暴露経過時間ｔ_Aにおける塗膜Ｐの劣化進行度予測値Ｙを求めるプロセス（プロセスｅ３）、
を有する請求項３に記載の塗膜劣化予測方法。

【請求項5】

請求項３におけるプロセスｅ２に代えて、
有機系塗膜Ｑを前記促進耐候性試験に供し、種々の試験経過時間のサンプルについて塗膜の劣化度合いを反映した指標を測定し、各試験経過時間での前記指標を表す「塗膜劣化の進行度Ｙ」と、プロセスａで得られたこの促進耐候性試験条件の単位時間当たりの劣化外力の強さに試験経過時間を乗じることによって求まる各試験経過時間での「劣化外力積算量Ｘ」とから得られる、各試験経過時間での（Ｘ，Ｙ）のプロットに基づき、「塗膜劣化の進行度Ｙ」と「劣化外力積算量Ｘ」の関係を表す下記（６）式の検量線を作成するプロセス（プロセスｆ）、
Ｙ_Q＝ｆ_Q（Ｘ） …（６）
プロセスｄ３で求めたＸ_Rｔ_Aを（６）式の検量線に代入して、この実環境での暴露経過時間ｔ_Aにおける塗膜Ｑの劣化進行度予測値Ｙを求めるプロセス（プロセスｇ）、
を有する請求項３に記載の塗膜劣化予測方法。

【請求項6】

前記ポリオレフィン系標準試料として、ポリエチレンリファレンス試験片を使用する請求項１〜５のいずれか１項に記載の塗膜劣化予測方法。

【請求項7】

劣化外力の強さの指標を、ＦＴ−ＩＲにより測定されるカルボニルインデックス値とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の塗膜劣化予測方法。

【請求項8】

塗膜劣化特性として、６０°鏡面光沢度による光沢保持率（％）を用いる請求項１〜７のいずれか１項に記載の塗膜劣化予測方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、建築物、土木構造物など屋外に設置される構造物（以下「屋外構造物」という）の外装に用いられる有機系塗膜の劣化の進行を、促進耐候性試験の結果により予測する塗膜劣化予測方法に関する。

【背景技術】

【0002】

屋外構造物の外装に用いられる塗装皮膜、仕上塗材、塗膜防水材などの有機系塗膜は、紫外線、熱等の外的作用によって劣化が進行する。屋外構造物の合理的な維持管理を考えると、その設置場所の地理的環境に応じて適切な耐候性を有する塗膜を選定し、適切な時期に更新する計画をたてることが経済的に有利である。
一般によく利用される塗膜の耐候性評価試験として、屋外暴露試験と、促進耐候性試験がある。

【0003】

屋外暴露試験の場合、その地理的環境下での実際の塗膜耐候性を知ることができる。ただし、屋外暴露試験により塗膜の寿命を見極めるためには数年以上の暴露を要する。
一方、促進耐候性試験はキセノンアーク灯やカーボンアーク灯などの人工光源を用い、照度や温湿度を所定条件に管理して、自然環境よりも強い劣化外力を塗膜に付与するものである。屋外設置を前提に成分設計された有機系塗膜の場合、通常、半年以内（例えば３００〜４０００時間程度）の試験期間で種々の塗膜の耐候性を比較することができる。しかし、実際に屋外の自然環境に設置したときにどの程度の速度で劣化が進行するかについては、その設置場所の地理的環境によって結果が大きく異なるため、塗膜を促進耐候性試験に供するだけでは任意の地点における塗膜劣化の程度を評価することは困難である。

【0004】

塗膜の劣化を診断する方法や、劣化を予測する方法については、これまでに種々の手法が開示されている（例えば特許文献１〜５）。

【0005】

非特許文献１には、ポリエチレンリファレンス試験片を同時に暴露して、ポリエチレンリファレンス試験片に生成したカルボニル基の量を暴露された環境の定量的な指標とする方法が記載されている。その指標としてカルボニル基の量を赤外吸収スペクトルにより定量化した「カルボニルインデックス値」が示されている。また、この文献の６〜７頁には、「屋外暴露試験と実験室光源暴露試験の相関に利用する方法の例」が示されている。それによると、屋外暴露および実験室光源暴露でポリエチレンリファレンス試験片を暴露し、ポリエチレンリファレンス試験片のカルボニルインデックス値が同じになる時間を屋外暴露と実験室光源暴露の相関関係の例として利用することが記載されている。例えば各地の暴露試験場で得られたポリプロピレン塗膜の光沢度の経時変化は暴露地によって差が大きいが、カルボニルインデックス値を共通の指標として整理すると各暴露地の結果を比較的同様の経時変化挙動として表すことができるという試験データが例示されている。同様に、ＡＢＳの色差変化やポリカーボネートの色差変化についても各地の暴露試験場での結果をカルボニルインデックス値で整理した試験データが例示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開２００５−１７１３２号公報

【特許文献2】特開２００８−３２４３０号公報

【特許文献3】特開２００８−１２２１７０号公報

【特許文献4】特開２０１０−３２５１１号公報

【特許文献5】特開２０１２−２２５８１１号公報

【非特許文献】

【0007】

【非特許文献1】「ＪＷＴＣＳ４００２：２００９、ポリエチレンリファレンス試験片を用いたプラスチックの耐候性に関する暴露環境の求め方」、財団法人日本ウエザリングテストセンター、平成２１年４月１日改正

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

実際の設置場所での塗膜劣化の進行程度を、促進耐候性試験結果によって予測するためには、その設置場所に近い地理的環境での屋外暴露試験結果と促進耐候性試験結果との関係を把握する必要がある。
上記特許文献には、そのような関係を合理的に把握する手法は開示されていない。

【0009】

非特許文献１には上述のように、ポリエチレンリファレンス試験片によるカルボニルインデックス値を共通の指標として屋外暴露試験と実験室光源暴露試験の相関に利用する方法が記載されている。この場合ポリエチレンリファレンス試験片と塗膜試験片を同時に屋外暴露して塗膜が劣化する時間を見極め、屋外暴露での劣化時間に対応するカルボニルインデックス値となる時間の促進耐候性試験を実施することによって、塗膜が十分な耐候性を有しているかどうかを評価することができる。しかし、促進耐候性試験によって簡便かつ精度良く任意の屋外環境での塗膜劣化の進行を予測する手法については開示がない。また、屋外暴露試験で光沢度や色差などの測定値を劣化指標とする場合、サンプルの洗浄を十分に行ったとしても埃などの汚れ付着よる外乱を完全に除去することは難しく、その測定値は必ずしも正確な塗膜劣化を示す指標となっているとは言えない。例えば、屋外暴露試験を行ってサンプルの光沢保持率が低下しても、汚れ付着などの外乱による影響が大きい場合、実際は光沢保持率の低下ほどには劣化が進行していないこともある。屋外暴露試験での特性変化を劣化指標とする場合の、外乱の影響を排除する手法についても非特許文献１には開示がない。

【0010】

本発明は、任意の地理的条件の場所に塗膜を設置したとき、その塗膜の劣化がどのように進行するかを、促進耐候性試験によって簡便に予測することを目的とする。さらには、屋外暴露試験では避けられない汚れ付着などの外乱の影響を排除して、促進耐候性試験の予測精度を向上させることを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0011】

上記目的を達成するため、以下の発明を開示する。
請求項１の発明は、ポリオレフィン系標準試料を促進耐候性試験に供し、この促進耐候性試験条件の単位時間当たりの劣化外力の強さを求めるプロセス（プロセスａ）、
有機系塗膜Ｐを前記促進耐候性試験に供し、種々の試験経過時間のサンプルについて塗膜の劣化度合いを反映した指標を測定し、各試験経過時間での前記指標を表す「塗膜劣化の進行度Ｙ」と、プロセスａで得られたこの促進耐候性試験条件の単位時間当たりの劣化外力の強さに試験経過時間を乗じることによって求まる各試験経過時間での「劣化外力積算量Ｘ」とから得られる、各試験経過時間での（Ｘ，Ｙ）のプロットに基づき、「塗膜劣化の進行度Ｙ」と「劣化外力積算量Ｘ」の関係を表す下記（１）式の検量線を作成するプロセス（プロセスｂ）、
Ｙ＝ｆ（Ｘ） …（１）
プロセスａと同種のポリオレフィン系標準試料を実環境空間での暴露試験に供し、その実環境空間の単位期間当たりの劣化外力の強さを求めるプロセス（プロセスｃ）、
プロセスｃで求めた単位期間当たりの劣化外力の強さにこの実環境空間での暴露経過期間ｔ_Aを乗じることによって、この実環境空間での暴露経過期間ｔ_Aを劣化外力積算量Ｘｔ_Aに換算するプロセス（プロセスｄ）、
Ｘｔ_Aを（１）式の検量線に代入し、この実環境での暴露経過時間ｔ_Aにおける塗膜Ｐの劣化進行度予測値Ｙを求めるプロセス（プロセスｅ）、
を有する塗膜劣化予測方法である。

【0012】

請求項２の発明は、請求項１の発明において、有機系塗膜の構造の違いによる予測精度を向上させるために、劣化外力の積算量に補正を加えるものである。すなわち、請求項１におけるプロセスｄ、ｅに代えて、
促進耐候性試験と実環境空間での暴露試験における、平均温度（℃）および分光分布の少なくとも一方の因子の差に基づく補正係数ｋを設定し、劣化外力積算量Ｘを劣化外力積算量補正値Ｘ_Rに変換する下記（２）式の補正式を作成するプロセス（プロセスｃ２）、
Ｘ_R＝ｋ×Ｘ …（２）
プロセスｃで求めた単位期間当たりの劣化外力の強さにこの実環境空間での暴露経過期間ｔ_Aを乗じることによって、この実環境空間での暴露経過期間ｔ_Aを劣化外力積算量Ｘｔ_Aに換算し、これを（２）式のＸに代入して劣化外力積算量補正値Ｘ_Rｔ_Aに変換するプロセス（プロセスｄ２）、
Ｘ_Rｔ_Aを（１）式の検量線に代入し、この実環境での暴露経過時間ｔ_Aにおける塗膜Ｐの劣化進行度予測値Ｙを求めるプロセス（プロセスｅ２）、
を有する塗膜劣化予測方法である。

【0013】

請求項３の発明は、塗膜Ｐについても屋外暴露試験を行い、請求項１の検量線による予測精度を向上させるものである。塗膜の化学組成を反映するＦＴ−ＩＲ（フーリエ変換赤外分光法）の測定結果に基づいて、（１）式に入力するための劣化外力積算量に補正を加える。具体的には請求項１の発明と比べ、プロセスａ、ｂ、ｃを行う点で共通するが、その他に、以下のプロセスを行う。
すなわち、プロセスｂの種々の試験経過時間のサンプルについてＦＴ−ＩＲによる赤外吸収スペクトルを測定し、それら各サンプルの赤外吸収スペクトルにおける特定のｎ箇所（ｎは２以上の整数）のピーク位置の吸光度Ａ１〜Ａｎを説明変数、前記塗膜劣化の進行度Ｙを目的変数とする下記（３）式の回帰式を作成するプロセス（プロセスｂ２）、
Ｙ＝ｆ２（Ａ１〜Ａｎ） …（３）
塗膜Ｐをプロセスｃの実環境空間で劣化外力積算量Ｘ１に相当する期間の暴露試験に供し、その試験後のサンプルについてＦＴ−ＩＲによる赤外吸収スペクトルを測定し、赤外吸収スペクトルにおける前記ｎ箇所の吸光度の値を（３）式に代入して塗膜劣化の進行度計算値Ｙ₍₃₎（Ｘ１）を算出するプロセス（プロセスｃ３）、
（１）式の検量線を用いて、塗膜劣化の進行度計算値Ｙが前記Ｙ₍₃₎（Ｘ１）となるときの劣化外力積算量Ｘを逆算し、そのＸとＸ１とのずれ量が小さくなるように、（１）式に入力するための劣化外力積算量Ｘを劣化外力積算量補正値Ｘ_Rに変換する下記（４）式の関数ｇを作成するプロセス（プロセスｃ４）、
Ｘ_R＝ｇ（Ｘ） …（４）
プロセスｃで求めた単位期間当たりの劣化外力の強さにこの実環境空間での暴露経過期間ｔ_Aを乗じることによって、この実環境空間での暴露経過期間ｔ_Aを劣化外力積算量Ｘｔ_Aに換算し、これを（４）式に代入して劣化外力積算量補正値Ｘ_Rｔ_Aに変換するプロセス（プロセスｄ３）、
Ｘ_Rｔ_Aを（１）式の検量線に代入し、この実環境での暴露経過時間ｔ_Aにおける塗膜Ｐの劣化進行度予測値Ｙを求めるプロセス（プロセスｅ２）、
を有する塗膜劣化予測方法である。

【0014】

請求項４の発明は、請求項３の発明と同様に塗膜Ｐについて屋外暴露試験を行い、ＦＴ−ＩＲ測定を行うが、ここでは検量線自体を校正し、校正した検量線によって塗膜劣化を予測する。すなわち、請求項３におけるプロセスｃ４、ｄ３、ｅ２に代えて、
（１）式の検量線を用いて、塗膜劣化の進行度計算値Ｙが前記Ｙ₍₃₎（Ｘ１）となるときの劣化外力積算量Ｘを逆算し、そのＸとＸ１とのずれ量が小さくなるように（１）式の検量線を校正して、下記（５）式の校正検量線を作成するプロセス（プロセスｃ５）、
Ｙ＝ｆ_R（Ｘ） …（５）
プロセスｃで求めた単位期間当たりの劣化外力の強さにこの実環境空間での暴露経過期間ｔ_Aを乗じることによって、この実環境空間での暴露経過期間ｔ_Aを劣化外力積算量Ｘｔ_Aに換算するプロセス（プロセスｄ）、
Ｘｔ_Aを（５）式の校正検量線に代入して、この実環境での暴露経過時間ｔ_Aにおける塗膜Ｐの劣化進行度予測値Ｙを求めるプロセス（プロセスｅ３）、
を有する塗膜劣化予測方法である。

【0015】

上記請求項３、４の発明は、有機系塗膜Ｐについて屋外暴露試験を行って、その塗膜Ｐについての塗膜劣化の予測精度を向上させるものである。これに対し、請求項５の発明は、塗膜Ｐを用いて得られた予測精度向上のためのデータを、別の有機系塗膜Ｑの測定精度向上に有効活用するものである。この場合、有機系塗膜Ｑの屋外暴露を必要とせずに予測精度の向上が図れる。すなわち、屋外暴露試験と促進耐候性試験の間の相関性を修正するために必要な屋外暴露は、基本的に塗膜Ｐについて一度行えば済む。

【0016】

請求項５の発明は、請求項３におけるプロセスｅ２に代えて、
有機系塗膜Ｑを前記促進耐候性試験に供し、種々の試験経過時間のサンプルについて塗膜の劣化度合いを反映した指標を測定し、各試験経過時間での前記指標を表す「塗膜劣化の進行度Ｙ」と、プロセスａで得られたこの促進耐候性試験条件の単位時間当たりの劣化外力の強さに試験経過時間を乗じることによって求まる各試験経過時間での「劣化外力積算量Ｘ」とから得られる、各試験経過時間での（Ｘ，Ｙ）のプロットに基づき、「塗膜劣化の進行度Ｙ」と「劣化外力積算量Ｘ」の関係を表す下記（６）式の検量線を作成するプロセス（プロセスｆ）、
Ｙ_Q＝ｆ_Q（Ｘ） …（６）
プロセスｄ３で求めたＸ_Rｔ_Aを（６）式の検量線に代入して、この実環境での暴露経過時間ｔ_Aにおける塗膜Ｑの劣化進行度予測値Ｙを求めるプロセス（プロセスｇ）、
を有する塗膜劣化予測方法である。

【0017】

以上において、前記ポリオレフィン系標準試料としては、ポリエチレンリファレンス試験片を使用することができる。劣化外力の強さの指標としては、例えばＦＴ−ＩＲ（フーリエ変換赤外分光法）により測定されるカルボニルインデックス値を適用することができる。塗膜劣化特性としては、例えば６０°鏡面光沢度（６０°グロス値）による光沢保持率（％）を用いることができる。６０°鏡面光沢度はＪＩＳ Ｋ５６００−４−７に従って求められる。耐候性試験に供する前の原塗膜の６０°グロス値をＧ₀、測定対象塗膜の６０°グロス値をＧ₁とすると、当該測定対象塗膜の光沢保持率ＧＲ（％）は下記（７）式により定まる。
ＧＲ（％）＝Ｇ₁／Ｇ₀×１００ …（７）

【発明の効果】

【0018】

本発明によれば、塗膜が設置される場所に近い地理的環境の塗膜劣化外力の強さを標準試料によって一度把握しておけば、個々の塗膜について、促進耐候性試験に供するだけで簡便に前記塗膜設置場所での塗膜劣化の進行パターンを予測することができる。また、その予測精度を上げるためには、ある有機系塗膜Ｐを代表に選んで、その屋外暴露試験データを他の有機系塗膜についても活用できるので、最初に一度屋外暴露試験を行っておくだけで、あとは基本的に促進耐候性試験によって種々の有機系塗膜について当該屋外暴露環境での塗膜劣化を精度良く予測できる。その最初に行う屋外暴露試験についても、汚れ付着などの外乱を排除したデータ採取が可能である。本発明に従えば、任意の地理的環境に置かれる屋外構造物について、塗膜の選定および更新計画の策定を合理的に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】ある促進耐候性試験に供したポリエチレンリファレンス試験片のＦＴ−ＩＲ赤外吸収スペクトル。

【図2】劣化外力積算量と光沢保持率の関係を表す検量線を例示した図。

【図3】実環境試験での劣化外力積算量と光沢保持率測定値の関係を例示した図。

【図4】促進耐候性試験を行った有機系塗膜サンプルの赤外吸収スペクトルを例示した図。

【図5】宮古島で２４ヶ月の暴露試験を行った有機系塗膜サンプルの赤外吸収スペクトルを例示した図。

【図6】銚子で２４ヶ月の暴露試験を行った有機系塗膜サンプルの赤外吸収スペクトルを例示した図。

【発明を実施するための形態】

【0020】

《基本的なプロセス》
請求項１の発明に対応する基本的なプロセスを説明する。
〔プロセスａ〕
本発明では、所定条件での促進耐候性試験を利用して、実環境における塗膜の耐候性を評価する。そのために、まず標準試料により、この促進耐候性試験条件の単位時間当たりの劣化外力の強さを求めておく。この操作は、上記所定の条件に設定した促進耐候性試験機を用いて一度行えばよい。

【0021】

促進耐候性試験はキセノンアーク灯式またはカーボンアーク灯式の促進耐候性試験機で行うことが好ましい。標準試料としては、ポリエチレン、ポリプロピレン等の単純な構造の炭化水素系有機高分子であるポリオレフィン系のものを使用する。例えば、市販されている標準試料として一般財団法人日本ウエザリングテストセンターの規格ＪＷＴＣＳ４００１に従う「ポリエチレンリファレンス試験片」を挙げることができる。促進耐候性試験条件は、従来一般的に行われている有機系塗膜の試験条件を採用すればよい。ポリエチレンリファレンス試験片の場合、促進試験サイクルを合計時間５０〜１００ｈ程度まで実施した段階で取りだし、劣化の進行程度を測定し、この促進耐候性試験の単位時間当たりの劣化外力の強さを求めることができる。有機高分子は紫外線や熱の作用によってポリマー鎖に生成したラジカルに酸素が反応する自動酸化反応で劣化が進行する。この酸化劣化ではＣ−Ｃ結合のラジカルに酸素が付加してできるＣ＝Ｏ結合（カルボニル基）の増大を定量的に調べることで、その環境での紫外線や熱の強さ、すなわち劣化外力の大きさを知ることができる。例えば、このＣ＝Ｏ結合の量をＦＴ−ＩＲで測定する方法や、酸素原子の増加した量を蛍光Ｘ線分析により測定する方法が挙げられる。

【0022】

ここでは、劣化外力の強さとして、カルボニルインデックス値を使用する場合を例示する。カルボニルインデックス値はＦＴ−ＩＲによる赤外吸収スペクトルにおける波数１７１５ｃｍ^-1付近の吸光度Ａ₁₇₁₅と、波数２０２０ｃｍ^-1付近の吸光度Ａ₂₀₂₀の比、Ａ₁₇₁₅／Ａ₂₀₂₀によって表される。Ａ₁₇₁₅はＣ＝Ｏ結合の吸収ピーク、Ａ₂₀₂₀はＣＨ₂の吸収ピークにそれぞれ相当するピークのピーク高さである。図１に、ある促進耐候性試験に供したポリエチレンリファレンス試験片のＦＴ−ＩＲによる赤外吸収スペクトルを例示する。Ｃ＝Ｏ吸収ピークとＣＨ₂吸収ピークのピーク高さは、それぞれ図１に示したようにベースラインからの高さによって定める。この例のカルボニルインデックス値はＡ₁₇₁₅／Ａ₂₀₂₀＝０.０８３２８／０.１２３８４≒０.６７２と求まる。これを促進耐候性試験時間で除することにより、この試験条件についての単位時間（例えば１００ｈ）当たりの劣化外力をカルボニルインデックス値を用いて表すことができる。任意の促進試験時間での劣化外力積算量は、単位時間当たりの劣化外力に試験時間を乗じることによって求まる。

【0023】

〔プロセスｂ〕
促進耐候性試験により塗膜劣化の進行度を予測するために検量線を作成するプロセスである。有機系塗膜Ｐを前記促進耐候性試験に供し、種々の試験経過時間のサンプルについて塗膜劣化特性を測定する。塗膜劣化特性としては、塗膜の劣化度合いを反映した指標を採用する。例えば、光沢度、色差、強度、伸び、硬さ、付着力などが考えられる。ここでは非破壊で比較的測定の容易な指標として、光沢度の測定により求まる光沢保持率を例に挙げて説明する。促進耐候性試験では汚れ付着などによる外乱の影響はほとんど無視することができる。光沢保持率は、例えば６０°鏡面光沢度（グロス値）のデータを基に、上述の（７）式によって求めることができる。

【0024】

促進耐候性試験に供した種々の試験時間の塗膜Ｐについて光沢保持率を測定し、（劣化外力積算量Ｘ，光沢保持率Ｙ）のプロットを近似する下記（１）式の関係式を求め、これを検量線とする。
Ｙ＝ｆ（Ｘ） …（１）

【0025】

〔プロセスｃ〕
塗膜が設置される地理的環境で、プロセスａと同種のポリオレフィン系標準試料を実環境空間での暴露試験に供する。特殊な場合を除き外装塗膜は屋外に設置されるので、通常、屋外暴露試験を実施することになる。暴露試験期間は気候変動を考慮して１２ヶ月またはその倍数の期間とすることが望ましい。試験後の標準試料について、プロセスａと同様の方法で劣化の進行程度を測定し、この実環境空間における単位期間（例えば１ヶ月）当たりの劣化外力の強さを定める。

【0026】

〔プロセスｄ〕
プロセスｃで求めた実環境空間の単位期間当たりの劣化外力の強さ（例えば単位期間当たりのカルボニルインデックス値の平均増加量）に、この実環境空間での暴露経過期間ｔ_Aを乗じることにより、期間ｔ_Aを、劣化外力積算量Ｘｔ_Aに換算する。

【0027】

〔プロセスｅ〕
Ｘｔ_Aを（１）式の検量線に代入することによって、この実環境での暴露経過時間ｔ_Aにおける塗膜Ｐの劣化進行度予測値（例えば期間ｔ_Aにおける光沢保持率）Ｙを求める。

【0028】

《実環境の温度や分光分布を考慮して劣化外力積算量を補正するプロセス》
請求項２の発明に対応するプロセスを説明する。
〔プロセスａ〕、〔プロセスｂ〕、〔プロセスｃ〕
上記と同様の方法でこれらのプロセスを実施する。

【0029】

〔プロセスｃ２〕
有機系塗膜の劣化には温度や分光分布も影響する。促進耐候性試験は劣化を促進させるために実環境より高い温度条件で行うのが通常である。実環境の地位的条件が比較的寒冷であるような場合には、（１）式の検量線による予測値が実際より悪い評価（劣化の進行が大きいという予測値）に振れる場合がある。また、促進耐候性試験の人工光源の分光放射照度が、実環境と大きく異なる場合にも評価精度が低下する場合がある。そのような場合には、促進耐候性試験と実環境空間での暴露試験における、平均温度（℃）および分光分布の少なくとも一方の因子の差に基づく補正係数ｋを設定し、任意の劣化外力積算量（例えばカルボニルインデックス値）Ｘを劣化外力積算量補正値Ｘ_Rに変換する下記（２）式の補正式を作成することが有効である。
Ｘ_R＝ｋ×Ｘ …（２）

【0030】

〔プロセスｄ２〕
プロセスｃで求めた実環境空間の単位期間当たりの劣化外力の強さ（例えば単位期間当たりのカルボニルインデックス値の平均増加量）に、この実環境空間での暴露経過期間ｔ_Aを乗じることにより、期間ｔ_Aにおける劣化外力積算量Ｘｔ_Aを計算する。これを前記（２）式に代入して劣化外力積算量補正値Ｘ_Rｔ_Aに変換する。

【0031】

〔プロセスｅ２〕
Ｘ_Rｔ_Aを（１）式の検量線に代入して、この実環境での暴露経過時間ｔ_Aにおける塗膜Ｐの劣化進行度予測値（例えば期間ｔ_Aにおける光沢保持率）Ｙを求める。

【0032】

《塗膜のＦＴ−ＩＲ測定値に基づいて劣化外力積算量を補正するプロセス》
請求項３の発明に対応するプロセスを説明する。
〔プロセスａ〕、〔プロセスｂ〕
上記と同様の方法でこれらのプロセスを実施する。

【0033】

〔プロセスｂ２〕
検量線の測定精度を高めるために、ここでは前記プロセスｂの種々の試験経過時間の塗膜Ｐサンプル（光沢保持率の測定を行ったもの）についてＦＴ−ＩＲによる赤外吸収スペクトルを測定する。それら各サンプルの赤外吸収スペクトルにおける特定のｎ箇所（ｎは２以上の整数）のピーク位置の吸光度Ａ１〜Ａｎを測定する。例えば、波数９５０〜２５００ｃｍ^-1の範囲に現れる、有機系塗膜の化学組成変化が反映される吸収ピークをいくつか測定対象として選定することができる。これらの吸光度Ａ１〜Ａｎを説明変数、前記塗膜劣化の進行度（例えば光沢保持率）Ｙを目的変数とする下記（３）式の回帰式を作成する。
Ｙ＝ｆ２（Ａ１〜Ａｎ） …（３）
ｆ２（Ａ１〜Ａｎ）は、Ａ１〜Ａｎを変数とする多変量の関数を意味する。

【0034】

〔プロセスｃ〕
上記と同様の方法で実施する。

【0035】

〔プロセスｃ３〕
塗膜Ｐをプロセスｃの実環境空間で劣化外力積算量Ｘ１に相当する期間の暴露試験に供する。その試験後のサンプルについてＦＴ−ＩＲによる赤外吸収スペクトルを測定し、赤外吸収スペクトルにおける前記ｎ箇所の吸光度の値を（３）式に代入して塗膜劣化の進行度（例えば光沢保持率）の計算値Ｙ₍₃₎（Ｘ１）を算出する。

【0036】

〔プロセスｃ４〕
（１）式の検量線を用いて、塗膜劣化の進行度計算値Ｙが前記Ｙ₍₃₎（Ｘ１）となるときの劣化外力積算量Ｘを逆算し、そのＸとＸ１とのずれ量が小さくなるように、（１）式に入力するための劣化外力積算量Ｘを劣化外力積算量補正値Ｘ_Rに変換する下記（４）式の関数ｇを作成する。
Ｘ_R＝ｇ（Ｘ） …（４）

【0037】

〔プロセスｄ３〕
プロセスｃで求めた単位期間当たりの劣化外力の強さから、この実環境空間での暴露経過期間ｔ_Aを劣化外力積算量Ｘｔ_Aに換算し、これを（４）式に代入して劣化外力積算量補正値Ｘ_Rｔ_Aに変換する。

【0038】

〔プロセスｅ２〕
Ｘ_Rｔ_Aを（１）式の検量線に代入し、この実環境での暴露経過時間ｔ_Aにおける塗膜Ｐの劣化進行度予測値Ｙを求める。

【0039】

《塗膜のＦＴ−ＩＲ測定値に基づいて検量線を校正するプロセス》
請求項４の発明に対応するプロセスを説明する。
〔プロセスａ〕、〔プロセスｂ〕、〔プロセスｂ２〕、〔プロセスｃ〕、〔プロセスｃ３〕、〔プロセスｃ４〕
上記と同様の方法でこれらのプロセスを実施する。

【0040】

〔プロセスｃ５〕
（１）式の検量線を用いて、塗膜劣化の進行度計算値Ｙが前記Ｙ₍₃₎（Ｘ１）となるときの劣化外力積算量Ｘを逆算し、そのＸとＸ１とのずれ量が小さくなるように（１）式の検量線を校正して、下記（５）式の校正検量線を作成する。
Ｙ＝ｆ_R（Ｘ） …（５）

【0041】

〔プロセスｄ〕
プロセスｃで求めた単位期間当たりの劣化外力の強さから、この実環境空間での暴露経過期間ｔ_Aを劣化外力積算量Ｘｔ_Aに換算する。

【0042】

〔プロセスｅ３〕
Ｘｔ_Aを（５）式の校正検量線に代入して、この実環境での暴露経過時間ｔ_Aにおける塗膜Ｐの劣化進行度予測値（例えば期間ｔ_Aにおける光沢保持率）Ｙを求める。

【0043】

《劣化外力積算量の補正を別の有機系塗膜の劣化予測に活用するプロセス》
請求項５の発明に対応するプロセスを説明する。この態様において、塗膜Ｐは単に前記（４）式の補正式を求めるために利用する塗膜である。劣化予測の対象となる塗膜は、塗膜Ｐとは別の任意の有機系塗膜である。その対象塗膜を塗膜Ｑと表記している。
〔プロセスａ〕、〔プロセスｂ〕、〔プロセスｂ２〕、〔プロセスｃ〕、〔プロセスｃ３〕、〔プロセスｃ４〕、〔プロセスｄ３〕
上記と同様の方法でこれらのプロセスを実施する。

【0044】

〔プロセスｆ〕
対象塗膜である有機系塗膜Ｑについて促進耐候性試験に供し、プロセスｂと同様の手法で「塗膜劣化の進行度（例えば光沢保持率）Ｙ」と「劣化外力積算量（例えばカルボニルインデックス値）Ｘ」の関係を表す下記（６）式の検量線を作成する。
Ｙ_Q＝ｆ_Q（Ｘ） …（６）

【0045】

〔プロセスｇ〕
プロセスｄ３で求めた前記Ｘ_Rｔ_Aを（６）式の検量線に代入して、この実環境での暴露経過時間ｔ_Aにおける塗膜Ｑの劣化進行度予測値（例えば期間ｔ_Aにおける光沢保持率）Ｙを求める。

【実施例】

【0046】

ポリオレフィン系標準試料として、一般財団法人日本ウエザリングテストセンターの規格ＪＷＴＣＳ４００１に従う「ポリエチレンリファレンス試験片」を用意した。
有機系塗膜として、ポリエステル樹脂系粉体塗料（関西ペイント株式会社製、エバクラッドハーベスト）を塗装して１６０℃で２０ｍｉｎ加熱処理した塗膜を用いた。塗装基材には厚さ２ｍｍのアルミニウム合金（Ａ６０６３Ｓ−Ｔ５）の表面をクロム酸塩系処理剤（日本パーカライジング株式会社製、アルクロム７１３）で化成処理したものを用いた。有機系塗膜を形成した試験片サイズは７０×１５０×ｔ２（ｍｍ）である。以下、この塗膜を「塗膜Ｐ」と呼ぶ。

【0047】

促進耐候性試験は、スガ試験機株式会社製７.５ｋＷキセノンウェザーメーターＳＸ７５を用いて、ブラックパネル温度６３±３℃、散水１２ｍｉｎ、照射１０８ｍｉｎのサイクル条件で行った。実環境暴露試験は、一般財団法人日本ウエザリングテストセンターの宮古島暴露試験場と銚子暴露試験場で行った。ＦＴ−ＩＲ（フーリエ変換赤外分光法）による赤外吸収スペクトルの測定は、サーモフィッシャーサイエンティフィック株式会社製、Ｎｉｃｏｌｅｔ ｉＳ１０を用いて行った。光沢保持率の測定は、コニカミノルタ株式会社製、光沢計ＧＭ−２６８を用いて耐候性試験前後の塗膜の６０°グロス値を測定することによって行った。

【0048】

《実施例１》
ポリエチレンリファレンス試験片を１００ｈの促進耐候性試験に供した後、ＦＴ−ＩＲによりカルボニルインデックス値を測定した。その結果、この促進耐候性試験条件でのカルボニルインデックス値による劣化外力の強さは、単位時間（１００ｈ）当たり１.３８であった。この値に促進耐候性試験時間を乗じることにより、その時点の劣化外力積算量が求まる。

【0049】

塗膜Ｐを最大３５００ｈまでの促進耐候性試験に供した。試験時間５００ｈ毎のサンプルについて光沢保持率を測定した。表１に、各試験時間の劣化外力積算量（カルボニルインデックス値によるもの）、６０°鏡面光沢度（グロス値）、光沢保持率を示す。また、このデータに基づき、劣化外力積算量と光沢保持率の関係を表す検量線を作成した。図２に、その検量線を示す。

【0050】

【表1】

【0051】

銚子および宮古島の屋外暴露試験場でポリエチレンリファレンス試験片を最大３０ヶ月までの実環境暴露試験に供し、各暴露期間経過後のサンプルについてＦＴ−ＩＲによりカルボニルインデックス値を測定した。暴露期間２４ヶ月の試験片のカルボニルインデックス値を月数２４で除することによって求めた単位期間（１ヶ月）当たりの劣化外力の強さは、宮古島：２４.７／２４≒１.０３、銚子：１８.５／２４≒０.７７であった。

【0052】

促進耐候性試験によるそれぞれの実環境での塗膜劣化の進行予測結果とのずれを確認するために、塗膜Ｐを上記ポリエチレンリファレンス試験片とともに実環境暴露試験に供した。各暴露期間経過後のサンプルについて、表面の汚れを水洗した後、光沢保持率を測定した。表２、表３に、それぞれ宮古島および銚子における各暴露期間の劣化外力（カルボニルインデックス値によるもの）、６０°鏡面光沢度（グロス値）、光沢保持率を示す。また、図３に、実環境試験での劣化外力積算量（各暴露期間でのカルボニルインデックス測定値）と光沢保持率測定値の関係を示す。

【0053】

【表2】

【0054】

【表3】

【0055】

図２の検量線を用いて実環境暴露期間２４ヶ月における塗膜劣化を予測すると、以下のようになる。実環境２４ヶ月での劣化外力積算量は、宮古島：２４.７、銚子：１８.５である。これらの値を図２に当てはめると、宮古島の場合、２４ヶ月の光沢保持率の予測値約４０％となり、光沢度を劣化指標とする塗膜劣化は２４ヶ月でかなり進行すると予測される。銚子の場合、２４ヶ月の光沢保持率の予測値は約８０％であり、塗膜劣化はまだあまり進行していない状態であると予測される。実際に実環境で２４ヶ月暴露した塗膜の光沢保持率は宮古島：３２.４％、銚子：６７.４％であり、いずれも予測値より低い。その要因の一つとして屋外暴露に伴う汚れ付着が考えられる。

【0056】

図２に例示したような促進耐候性試験だけで求めた検量線は、劣化外力の強さが判っている任意の実環境での有機塗膜劣化の進行予測に利用できる。塗膜劣化の測定値（例えば光沢保持率の測定値）自体には、実環境の測定値と多少のずれが生じるが、劣化外力積算量で整理した図２のような塗膜劣化パターン（検量線）の作成は、各地域での塗膜の適用可能性や、更新計画の策定を迅速かつ簡便に行う手段として有用である。

【0057】

《実施例２》
実施例１の促進耐候性試験に供した試験時間５００ｈ毎の塗膜Ｐサンプルについて、ＦＴ−ＩＲの１回反射ＡＴＲ法（ＡＴＲ結晶：ダイヤモンド）により波数４０００〜７００ｃｍ^-1の範囲の赤外吸収スペクトルを測定した。そのスペクトルから劣化による化学組成変化を比較的よく反映すると考えられる５つのピーク（波数１７１８、１３７３、１３００、１２２３、および９８４ｃｍ^-1付近のもの）を選び、吸光度の値を調べた。そして、これらの吸光度Ａ１〜Ａ５を説明変数、実施例１で測定した光沢保持率を目的変数とする回帰式（前述（３）式に相当するもの）を作成した。図４に、促進耐候性試験の各試験時間のサンプルについて測定した赤外吸収スペクトルを並べて例示する。

【0058】

宮古島、銚子で２４ヶ月の実環境暴露試験を行ったそれぞれの塗膜Ｐサンプルについても、上記と同様の方法で赤外吸収スペクトルを測定した。それらの赤外吸収スペクトルについて、図５に宮古島、図６に銚子のものを例示する。上記５つのピークの吸光度の値を調べた。これら各吸光度の値を上記の回帰式に代入した。その回帰式から算出される暴露期間２４ヶ月時点の光沢保持率は、宮古島：３４.９％、銚子：７７.２％であった。そのときの劣化外力積算量は宮古島：２４.７（表２）、銚子：１８.５（表３）である。一方、実施例１の検量線（図２）において光沢保持率が３４.９％および７７.２％となる劣化外力積算量はそれぞれ２５.５および２０.５である。従って、図２の検量線をそのまま適用する場合には、両暴露地とも、予測したい劣化外力積算量の値を少し大きい値に補正した上で図２を適用すると、より精度良く塗膜劣化の進行状態を予測することができる。具体的には、劣化外力積算量の補正係数として、宮古島：２５.５／２４.７＝１.０３２、銚子：２０.５／１８.５＝１.１０８をそれぞれ乗じたうえで、図２の検量線を適用する予測精度向上方法が例示できる。
このようにして塗膜Ｐの実環境暴露試験によって求めた劣化外力積算量の補正係数は、他の有機系塗膜Ｑについての検量線を適用する場合の予測精度向上方法においても、そのまま適用することができる。

【0059】

また、図２の検量線自体を校正する方法も有効である。例えば、劣化外力積算量（横軸）の拡大率として、宮古島：２４.７／２５.５＝０.９６９、銚子：１８.５／２０.５＝０.９０２の値を適用して、それぞれ新たな校正検量線を作成する予測精度向上方法が例示できる。

【0060】

なお、化学組成を反映した上記回帰式による光沢保持率の計算値（宮古島：３４.９％、銚子：７７.２％）が、図２の検量線による光沢保持率の予測値（宮古島：約４０％、銚子：約８０％）よりも、暴露サンプルの実測値（宮古島：３２.４％、銚子：６７.４％）に近づいたのは、屋外暴露に伴う汚れ付着等の外乱以外の「ずれ要因」が是正されたことによるものと考えられる。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】