外装材の種類 #2金属系外装材
2021/11/12
#2金属系外装材
外装材の種類
金属系外装材には、カラー鋼板、亜鉛メッキ鋼板、塩ビ鋼板等の鉄系素材やアルミ、ステンレス板等がある。
軽量で施工性がよいので各種外装材に使われており、屋外階段やフェンス、物干し等の鉄部やベランダの手摺や笠木、サッシ等の建具等や、他の材料、例えば、石膏ボードやウレタン発泡体と複合した外壁サイディングや屋根材として使われている。
これらの部材の塗り替えについては、材質、既存の塗膜の種類を事前に把握し適切な下地処理と塗装仕様の選択をしなくてはならない。
特に、鋼材の場合は適切な防錆処理、その他の金属材料についても、材質に適したプライマーを塗ることが重要である。
基材の種類
- 鋼材
鋼材を成分で分類すれば炭素鋼と合金鋼、用途により分類すれば、一般的な普通鋼と特殊な成分を加えて強度を高めた特殊鋼がある。
建築用途に使われる普通鋼は、形状により、鋼板、鋼管、条鋼（型鋼・軌条・線材等）に分類され、鋼板には、種類がある。 これらの鋼材は、加工性が優れているので、外壁サイディング、階段、雨戸、パラペット、水切り等の住宅部材に幅広く使われているが、長期的に住居の品質を保つという観点から見れば、錆対策が非常に重要である。
これらの錆には、黒錆と呼ばれる四三酸化鉄（Fe₃O₄）と赤錆（Fe₂O₃）がある。
前者は、高温下で形成されるものでスケールと呼ばれており、強い磁性を持っているが安定した酸化物のため、時間の経過につれて増大することはないものの、いずれは剥がれてくるので、塗装を行う前に完全に除去しておく必要がある。
一方、後者の赤錆（Fe₂O₃）は、時間の経過と共に発生し増大するのでこの処理と対策を充分に考えなくてはならない。
理論的に、酸素（O₂）と水（H₂O）が存在すれば、電気化学的反応により錆が発生する。
この原理は、しばしば、乾電池の働きにより説明されるように、電解液中の亜鉛と炭素棒の組み合わせにより電流が発生し、亜鉛が腐食する現象である。
また、ステンレス鋼B（+極）と普通鋼A（-極）のような異種の物質が接している場合にも、電解液の役割をする水分があれば、水の中に酸素が溶けこんでいるので、電流が発生しAの腐食が進むことになる。
水の中にある鋼材の腐食が進む現象は、鋼材が単独であっても、鋼材自体が単独の結晶ではなく、異種の結晶も含まれているために、電解液（溶存酸素のある水分）があれば、これらの結晶体の間で電気化学的反応が発生することにより、腐食が進むと言われている。 常温の空気と水分があれば、錆を生成し、おおよその割合で腐食が進行する。
これらの腐食は、赤錆（Fe₂O₃）と呼ばれ、塗膜に対して、色々な現象を示す。 比較的軽微な錆の場合、塗膜の下から、点状になって浮き出てくる場合があり、「点錆」と呼ばれる。
エポキシ系錆止め塗料の場合は、塗膜が下地に密着しているので、塗膜下に糸状に広がる「糸錆」が発生する。 錆によって、体積が膨張して塗膜が膨れるような場合は、「膨れ錆」、あるいは、塗膜がやぶれてしまう場合は、「割れ錆」になる。
あたかも、花びらが開いたような現象を示すので「花咲き錆」とも言われ、さらに、錆がはがれてしまう「浮き錆」に進む。いずれにしても、金属に塗装する場合には、錆を完全に除去して清浄化し、塗膜が素地に完全に密着することにより空気や水が入り込まない表面状態を作る必要があり、下記のような処理を行うことがポイントになる。
鋼材を成分で分類すれば炭素鋼と合金鋼、用途により分類すれば、一般的な普通鋼と特殊な成分を加えて強度を高めた特殊鋼がある。建築用途に使われる普通鋼は、形状により、鋼板、鋼管、条鋼（型鋼・軌条・線材等）に分類され、鋼板には、種類がある。
これらの鋼材は、加工性が優れているので、外壁サイディング、階段、雨戸、パラペット、水切り等の住宅部材に幅広く使われているが、長期的に住居の品質を保つという観点から見れば、錆対策が非常に重要である。
これらの錆には、黒錆と呼ばれる四三酸化鉄（Fe₃O₄）と赤錆（Fe₂O₃）がある。
前者は、高温下で形成されるものでスケールと呼ばれており、強い磁性を持っているが安定した酸化物のため、時間の経過につれて増大することはないものの、いずれは剥がれてくるので、塗装を行う前に完全に除去しておく必要がある。
一方、後者の赤錆（Fe₂O₃）は、時間の経過と共に発生し増大するのでこの処理と対策を充分に考えなくてはならない。
理論的に、酸素（O₂）と水（H₂O）が存在すれば、電気化学的反応により錆が発生する。この原理は、しばしば、乾電池の働きにより説明されるように、電解液中の亜鉛と炭素棒の組み合わせにより電流が発生し、亜鉛が腐食する現象である。
また、ステンレス鋼B（+極）と普通鋼A（-極）のような異種の物質が接している場合にも、電解液の役割をする水分があれば、水の中に酸素が溶けこんでいるので、電流が発生しAの腐食が進むことになる。
水の中にある鋼材の腐食が進む現象は、鋼材が単独であっても、鋼材自体が単独の結晶ではなく、異種の結晶も含まれているために、電解液（溶存酸素のある水分）があれば、これらの結晶体の間で電気化学的反応が発生することにより、腐食が進むと言われている。
常温の空気と水分があれば、錆を生成し、おおよその割合で腐食が進行する。これらの腐食は、赤錆（Fe₂O₃）と呼ばれ、塗膜に対して、色々な現象を示す。
比較的軽微な錆の場合、塗膜の下から、点状になって浮き出てくる場合があり、「点錆」と呼ばれる。
エポキシ系錆止め塗料の場合は、塗膜が下地に密着しているので、塗膜下に糸状に広がる「糸錆」が発生する。錆によって、体積が膨張して塗膜が膨れるような場合は、「膨れ錆」、あるいは、塗膜がやぶれてしまう場合は、「割れ錆」になる。あたかも、花びらが開いたような現象を示すので「花咲き錆」とも言われ、さらに、錆がはがれてしまう「浮き錆」に進む。
いずれにしても、金属に塗装する場合には、錆を完全に除去して清浄化し、塗膜が素地に完全に密着することにより空気や水が入り込まない表面状態を作る必要があり、下記のような処理を行うことがポイントになる。
皮スキやサンドペーパーにより、錆やゴミを除去し、水分を拭い、脱脂洗浄により表面を清浄にしてなじみをよくする- 皮スキやサンドペーパーにより、錆やゴミを除去し、水分を拭い、脱脂洗浄により表面を清浄にしてなじみをよくする。
- 平滑な表面の場合は適度に粗面化してアンカー(錨)パターンをつけ、塗膜が付着する足掛かりを作る。
- 金属の地肌は活性状態になっている場合は錆びやすいので、リン酸塩により化成被膜処理により不活性化する。これらの防錆処理は、単独、もしくは、複数の原理を組み合わせて行われるものであり、表に示すように、錆の進行度を一定の期間は遅らせる効果がある。そして、最初の処理内容と錆の進行状況を見ながら、防錆効果の残存期限内に塗り替えをしなければならない。
- 鉄部を塗装する場合、錆から保護するという観点から考えれば、塗り残しがなく出来るだけ厚膜塗装をしなければならない。従って、塗りにくい箇所、雨水が滞留しやすい箇所、日にふれにくい裏側や下側、コンクリート等に埋め込まれている箇所から塗り始めると良い。
- 亜鉛メッキ鋼
板亜鉛メッキされた鋼板は、自動車や家電製品だけでなく、屋根材や水切り等の外装材として住宅関係にも多用されている。
亜鉛メッキ鋼は、亜鉛自体が腐食されつつ鋼材の腐食を防ぐ役割をしつつ、鋼材に電気防食作用を与える働きがある。
例えば、通称「トタン」と呼ばれるメッキ鋼板には、亜鉛が付着しており、亜鉛メッキの表面が空気と接触すると亜鉛分が徐々に腐食され、生地(鋼板)の錆の発生を遅らせるようになっている。
なお、一般に、亜鉛の錆は白いので「白錆」といわれる。亜鉛の年間腐食量は、一般地の場合、屋外曝露時およそ10g/㎡、海岸の場合、およそ15g/㎡と言われているので、理論的には、10年以上の耐食性は期待出来る。
電気防食作用としては、薄い亜鉛メッキ鋼板の切断面が、メッキされないで露出していても錆が出ないことで説明される。
なお、鋼板の厚さが厚い場合は、電流密度が小さくなるので防食作用は少なく、錆が発生することになる。
この亜鉛メッキ鋼板は、外観がシルバー系の色に限定されているので美観を良くし、より長期の耐久性を求めて、塗装されて使われることが多いが、亜鉛メッキ面は、本質的に塗膜が付着しにくいので、下地処理を確実に行わなくてはならない。
雨戸や屋根材、サイディングに使われる着色亜鉛鉄板は、工場でコイルの状態でメッキ面をリン酸亜鉛等で化学処理を行い、アクリル樹脂やポリエステル樹脂が焼き付けされている。
焼付け塗装を2回行ったものが「2コート2ベーク」、3回行って耐久性を高めたものは「3コート3ベーク」と呼ばれている。近年は、このような着色品が使われることが多いので、新しい製品を現場塗装することは少ないものと思われるが、あえて、塗装する場合には、サンドペーパー、研磨布で表面を粗し、適切なプライマーを塗布して塗装する。
このプライマーは、エッチングプライマーと呼ばれ、ブチラール樹脂、ジンククロメート、りん酸、アルコール等からなる金属表面処理用塗料である。
主として、りん酸が金属と反応して表面を「粗」にし、また、ブチラール樹脂と反応して塗料の付着性の高い被膜を生成するように考えられており、このプライマーを使わない場合、金属の表面に、塗料の成分と亜鉛が反応して亜鉛石鹸の被膜を作るので、塗膜の付着性が非常に悪くなることがある。
この着色亜鉛鉄板は、紫外線や大気中の亜硫酸ガス、塩風等により、光沢の低下、チョーキング、変退色等の典型的な塗膜劣化現象を示しつつ、亜鉛メッキ面には白錆、鉄面には赤錆が発生する。
従って、このような劣化が下地のメッキ層に届く前に塗り替える必要があるが、一律に劣化するのではなく使われている環境や部位、形状に左右されるので、定期的に進行度を見る必要がある。 - アルミニウム
アルミニウムは、ボーキサイト等の原鉱石から取り出したアルミナ(AL₂O₃)を電気精錬して作られており、Mn、Mg、Si等を加えて改質された合金もある。
鋼材に比べて1/3の比重のため軽量で加工性が良く、表面に安定した酸化物の被膜を作るので耐食性に優れている。
絶対的な強度がないものの様々な断面形状の押出成型が可能で軽量のわりには強度があるので、家庭の車庫の構造材、大型建物のカーテンウォール工法の壁材や、開口部サッシや出窓、バルコニーの手すり、水切り等の付帯部材として使われており、近年では、戸建住宅のサイディング材としてリフォームにも使われている。
このような製品は硫酸浴の中で陽極をアルミニウムにして酸化被膜形成させたものであり、一般的には、「アルマイト」という商品名で呼ばれている。以前は、アルミニウム本来のシルバー色が多かったが最近は、ブロンズ、アンバー、ブラック等に着色塗装し耐侯性を高めている。
従って、基本的には耐食性に優れているので塗り替え塗装をする機会は少ないが、アルカリには弱く、薄い塩酸、硫酸等には侵されるため塩害地域や二酸化硫黄濃度の高い工業地域、あるいは、異種金属、コンクリートとの接触により著しい孔食が発生する場合がある。
また、表面強度がそれ程強くないので、傷つけられた箇所が腐食されるので注意しなくてはならない。
このような腐食や退色している場合、アクリル系塗料を使って塗り替えを行うが、塗料の付着性がよくないので、サンドブラスト→サンドペーパー研磨→シンナー類で脱脂により目粗して塗装する。
現場塗装の場合は、適切なプライマーを使えば脱脂だけでも塗装可能だが、サンドペーパーで目あらしを行い、付着性を高めると良い。 - 現場塗装の機会は少ないが、その他に建築用に使われている金属には、下記のものがある。
- ステンレス鋼（SteelspecialUseStainless）
ニッケル、クロムやモリブテン等の添加物の違いにより色々な成分のものがあり、代表的なものに下記の3種類がある。
オーステナイト（18–8）系…SUS304 SUS316
フェライト（18クロム）系…SUS430
マルテンサイト（13クロム）系…SUS410
これらの最大の特徴は耐食性に優れていることであり、キッチンのシンクやドアーノブ等だけでなく、屋根材や外壁サイディングも開発され、美しさや耐久性をさらに高めるため塗装されたものもある。
基本的に錆の心配がないので塗り替える必要はないわけだが、塩分やその他有害なものが飛来する環境や雨水とゴミ・ホコリ等が堆積する箇所では錆が発生する。
従って、海岸や工業地帯、あるいは、屋根上温水器架台周囲等は定期的なチェックを行い清掃すると共に、傷みがある場合は速やかに塗装することが必要である。 - 銅
熱や電気の伝導性が高く加工性に優れた材料であり、建築用としては屋根材や雨樋にも使われている。
空気中の炭酸ガスにより保護膜を形成するもののアルカリ成分や海水に弱い。改質された銅の合金には、亜鉛を加えた黄銅（真鋳）、すずを加えた青銅（ブロンズ）があり、各種建築金物や装飾品に使われている。 - チタン
耐食性、加工性に優れ、銅と同じ程度の強度だが半分程度の重量のため、屋根材に使われるようになった。高価ではあるが、銅のように酸性雨の影響も受けず、腐食等の問題は発生しないので、塗装を必要としない。
- ステンレス鋼（SteelspecialUseStainless）
