平成 29 年 2 月 【ＷＧ報告】 塗装の汚れ評価方法に関する研究 ～ 屋外暴露試験 技術研究部会 材料施工専門部会 １．はじめに 外装材の汚れ評価に関するＷＧ は対象から除外している。 環境問題が注目され、建物の高耐久化が要求 汚れ評価は図１に示すように、「外力側」と されるようになったことで、外装仕上材等の建 表１ WG参加会社（順不同） 図１ 塗装の汚れ評価の考え方 材の耐久性能が向上し、性能評価にかかる時間 がより長くなることが予想される。そこで、比 較的短時間で評価を行うことのできる促進試験 の重要性がより高まってきた。 ここで外装材の「汚れ」に着目してみると、 促進試験方法に関しては、建材試験センター法 １ ） 、 土木研究所法 ２ ） などが提案されている。 前者については、汚れのメカニズムを忠実に再 現しているが、高価な装置を必要とすることか ら、あまり実施されていない。また後者につい ては、方法は簡便であるが、トンネルや透光板 等、土木構造物およびその付帯設備に使用され る材料を対象としているため、建築系の仕上材 料の評価には適していない。その結果、メーカ ー各社は独自の試験方法で自社製品を評価して おり ３ ） 、 ユーザーとして同じ土俵で適切な評 価を行うことができないのが実状である。 そ こ で 、 2012 年 7 月 に 、 （ 一 社 ） 日 本 建 設 業 表２ 屋外暴露試験の暴露地 連合会では、適切な試験方法を提案すべく、 「外装材の汚れ評価に関するＷＧ」（以下、Ｗ Ｇ ） を 立 ち 上 げ 、 表 １ に 示 す 16 社 が 参 加 し て 活 動を行った。 ここでは、ＷＧにおける活動概要、塗装の汚 れ評価の考え方およびそれに基づいて実施した 屋外暴露試験 ４ ） ～ ６ ） について報告する。 ２．汚れ評価の考え方 まず、汚れの実態を把握するために屋外暴露 試験を 2 年間実施して、そこで得られた知見を 基に、促進試験方法を提案することとした。な 図２ お、藻・カビおよびシーリング汚染は、ここで 暴露地の位置 1 一般社団法人 日本建設業連合会 平成 29 年 2 月 して汚れの原因となる物質の、地域に固有の特 徴や気象条件（気温、湿度、雨、日射等）と 「抵抗側」として塗料の種類・種別、塗膜物性、 使用部位とに分けて考えることができる。 暴 露 地 と し て は 、 表 ２ お よ び 図 ２ に 示 す 10 ヵ 所を選定した。 ３．屋外暴露試験 3.1 試験方法 本研究では、塗装試験体と標準試験片の 2 種 類を使用した。前者は各種塗装の汚れ具合を、 図３ 塗装試験体の形状と屋外暴露方法 表３ 塗装の種類 数 字 は 試 験 体 No. また後者は各暴露地の汚れ程度を調べるための ものである。 塗装試験体の形状と屋外暴露方法を図３に示 す 。 120 × 400 × 1mm （ 一 部 、 2mm ） の ア ル ミ ニウム板（アロジン 1000 処 理 ） を 中 央 部 分 （ 端 か ら 200mm ） で 折 り 曲 げ 、 汚 れ 付 着 を 観 察 する傾斜部と雨筋汚れを観察する垂直部とを同 時に試験ができるものとした。 用 い た 塗 装 材 料 は 、 表 ３ に 示 す 32 種 類 で あ る （ 暴 露 地 ⑦ ～ ⑩ は 、 17 種 類 ）。 現 場 塗 装 で 一 般 的に用いられる常温乾燥形塗料について水系、 弱溶剤系、強溶剤系を選定し、それぞれについ て弾性・硬質の塗膜硬さの違い、樹脂系の違い、 ナフロンが有名。静電気による汚れの付着を考 汎用品と低汚染品を比較できるようにした。ま 慮）の２つの耐候性の高い材質を用いた。 た、工場塗装で用いられる加熱硬化形について 測定は、以下の項目について、暴露経過 1 、 も、溶剤系と粉体の中から代表的な樹脂系等を 3 、 6 、 12 、 18 、 24 ヶ 月 に 行 っ た 。 選定した。 3.2 また、それぞれの地域の塗装試験体は、南向 評価方法 （１）色差（⊿ E*ab ）、 明度差（⊿ L* ） き の 専 用 の 暴 露 架 台 に 、 塗 装 面 が 傾 斜 角 45 ° と 45 ° 傾 斜 面 と 垂 直 面 の そ れ ぞ れ の 塗 装 面 に つ 垂直面が表向きとなるように設置した。塗膜の い て 、 色 彩 測 色 計 （ コ ニ カ ミ ノ ル タ 製 、 CR-400 ） 汚 れ 評 価 は 、 南 向 き の 暴 露 で 45 ° 面 傾 斜 部 と を用い、それぞれ上部・中央部・下部の計５カ 90 ° 面 垂 直 部 に つ い て 評 価 を 行 っ た 。 所を測定した。垂直面について雨筋が認められ 一方、標準試験片としては、磨りガラスおよ た場合、雨筋部分は３ヵ所、雨筋がない部分は び PTFE （ フ ッ 化 エ チ レ ン 樹 脂 ま た は ポ リ テ ト ラ フルオロエチレン。商品名としては、テフロン、 ５ヵ所測定し、初期値との差を取り塗装試験体 の ⊿ E*ab と ⊿ L* を 求 め た 。 2 一般社団法人 日本建設業連合会 平成 29 年 2 月 （２）光沢保持率 45 ° 傾 斜 面 と 垂 直 面 の そ れ ぞ れ に つ い て 、 光 沢 計 （ 村 上 色 彩 技 術 研 究 所 製 、 GMX-101 ） を 用 い、試験面の中央で上部・中央部・下部の計３ ヵ 所 に つ い て 、 60 度 鏡 面 光 沢 を 測 定 し 、 光 沢 保持率を求めた。 ４．結 4.1 果 色差と明度差との関係 図４ 45 °面の Δ E ＊ ab 図４に、 1 ヶ月時において、塗装材料ごとに 求 め た 45 ° 面 の ⊿ E*ab の 最 大 ・ 最 小 ・ 平 均 を 示 す 。 ⊿ E*ab の 平 均 値 は 水 系 塗 料 が 弱 溶 剤 系 、 強 溶剤系、加熱硬化形よりも大きかった。 図 ５ に 暴 露 1 ヶ 月 時 の ⊿ L* と ⊿ E*ab と の 関 係 を 示 す 。 ⊿ L* と ⊿ E*ab は ほ ぼ 対 応 す る 関 係 に あ るが、弱溶剤系と強溶剤系の無機有機ハイブリ ッ ド は ⊿ L* の 低 い 値 で 材 料 の 黄 変 と 思 わ れ る ⊿ E*ab の 大 き な 値 が 認 め ら れ た 。 4.2 図５ 明度差 ( Δ L*) と色差 ( Δ E*ab) との関係 塗装種類による違い （１）明度差 図６に、 6 ヶ月時において塗装材料ごとに求 め た 45 ° 面 の ⊿ L* の 最 大 ・ 最 小 ・ 平 均 を 示 す 。 水 系 塗 料 の 低 汚 染 品 に つ い て は 、 ⊿ L* が 小 さ い材料は１品種のみであり、これ以外は汎用品 よ り も ⊿ L* が 大 き く 、 防 汚 性 に 劣 っ て い た 。 弱 溶剤系、強溶剤系、加熱硬化形の低汚染品およ 図６ 45°面の明度差 Δ L* 図７ 垂直面の明度差 Δ L* び 加 熱 硬 化 形 の 汎 用 品 は ⊿ L* が 小 さ い 傾 向 に あ った。 図７に、 6 ヶ月時において塗装材料ごとに求 め た 垂 直 面 の ⊿ L* の 最 大 ・ 最 小 ・ 平 均 を 示 す 。 塗 装 材 料 間 の ⊿ L* の 大 小 関 係 は 45 ° 面 の 結 果 と 同 じ 傾 向 を 示 し た 。 特 に 、 ⊿ L* の 最 大 と 最 小 の 較 差 に つ い て は 、 汎 用 品 の ⊿ L* の 最 大 と 最 小 の 差は大きいのに対し、低汚染品は 2 以内と小さ かった。 3 一般社団法人 日本建設業連合会 平成 29 年 2 月 図 ８ お よ び 図 ９ に 、 18 ヶ 月 時 に お け る 塗 装 材 （２）光沢保持率 料 ご と の ⊿ L* の 最 大 ・ 最 小 ・ 平 均 を 、 45 ° 面 と 図 10 お よ び 図 11 に 、 6 ヶ 月 時 に お い て 塗 装 材 料 ご と に 求 め た 45 ° 面 と 垂 直 面 の 光 沢 保 持 率 の 垂直面とについてそれぞれ示す。 45 ° 面 に お い て は 、 6 ヶ 月 時 に 比 べ て 全 体 的 最 大 ・ 最 小 ・ 平 均 を 示 す 。 ま た 、 図 12 お よ び 図 に値が小さくなっているのに対して、垂直面に 13 に は 、 18 ヶ 月 に お け る 45 ° 面 と 垂 直 面 の 光 沢 おいては、値が大きくなっている。これは、 保持率の最大・最小・平均を示す。 45 ° 面 に 付 着 し た 汚 れ 物 質 が そ の 後 、 降 雨 に よ 45 ° 面 で は 、 経 時 に と も な っ て 全 体 的 に や や って流れ落ちて垂直面に移るために、垂直面は 低 下 す る 傾 向 が あ っ た 。 特 に 、 水 系 の No. １ ～ 45 ° 面 よ り も 汚 れ が 遅 れ て 現 れ た と 推 察 さ れ る 。 ４ 、 強 溶 剤 系 の No.18 ～ 20 で 顕 著 で あ っ た 。 垂直面では、水系塗料の最大と最小の較差が 図８ 45°面の明度差（18ヶ月） 図９ 垂直面の明度差（18ヶ月） 図10 45°面の光沢保持率（６ヶ月） 図11 垂直面の光沢保持率（６ヶ月） 図12 45°面の光沢保持率（18ヶ月） 図13 垂直面の光沢保持率（18ヶ月） 4 一般社団法人 日本建設業連合会 平成 29 年 2 月 やや大きいが、平均値の差は小さかった。 さ ら に 、 低 汚 染 品 に つ い て は 、 45 ° 面 の 水 系でやや低下が大きかった。垂直面では低汚 染品と汎用品とで大きな差は見られなかった。 4.3 暴露地による違い （１）明度差 図 14 お よ び 図 15 に 各 暴 露 地 に お け る 1 ヶ 月 、 3 ヶ 月 、 6 ヶ 月 お よ び 12 ヶ 月 時 の 45 ° 面 お よ び 垂 直 面 の ⊿ L* の 最 大 ・ 最 小 ・ 平 均 を 示 す 。 図 14 暴 露 地 別 の 45 ° 面 の Δ L* 図 15 暴 露 地 別 の 垂 直 面 の Δ L* 45 ° 面 の ⊿ L* で は 、 す べ て の 暴 露 地 で 暴 露 月数の経過とともに最大と最小の較差は広が った。その差は暴露地ごとで違う傾向を示し、 暴 露 地 ② 、 ③ 、 ⑤ の ⊿ L* の 較 差 は 大 き く 、 暴 露 地 ① 、 ⑦ お よ び ⑧ の ⊿ L* の 較 差 は 小 さ か っ た。また、各暴露地で 3 ヶ月または 6 ヶ月を ピ ー ク と し て ⊿ L* の 平 均 値 は 回 復 す る 傾 向 に あった。 垂 直 面 の ⊿ L* の 平 均 値 は 45 ° 面 よ り 小 さ く 、 暴露月数の経過とともに最大と最小の較差は 広がり、⊿Ｌ * の平均値は３ヶ月以降の変化 が小さかった。 これら各暴露地間の違いは、暴露地ごとの 汚れの付着量に差があることによると考えら れる。 （２）光沢保持率 図 16 お よ び 図 17 に 、 暴 露 地 ご と の 45 ° 面 お 図 16 暴 露 地 別 の 45 ° 面 の 光 沢 保 持 率 図 17 暴露地別の垂直面の光沢保持率 よび垂直面の光沢保持率の最大・最小・平均 を示す。 45 ° 面 は 垂 直 面 よ り も 光 沢 保 持 率 の 低 下 が 大きかった。 45 ° 面 で は 、 暴 露 地 ⑦ が 際 立 っ て 小 さ か っ た （ 60 ％ 前 後 ） の を 除 く と 、 暴 露 地 に よ る 平 均 の 差 は 小 さ く 、 ① ～ ⑥ が 80 ％ 程 度 を 、 ⑨ と ⑩ は 85 ％ 程 度 を 示 し た 。 垂 直 面 で は 、 ⑦ が 80 ％ 程 度 を 示 し た 他 は 、 5 一般社団法人 日本建設業連合会 平成 29 年 2 月 90 ～ 100 ％ と 差 は ほ と ん ど な か っ た 。 （３）暴露地ごとの汚れ方の傾向 各 暴 露 地 の 45 ° 面 の 光 沢 保 持 率 と ⊿ L* と の 関 係 に つ い て 、 図 18 に 示 す 。 (A) は ⊿ L* の 較 差 が 大 き い タ イ プ 〔 暴 露 地 ⑤ 〕 を 、 (B) は 光 沢 保 持率の低下が著 し い タ イ プ 〔 暴露地⑦ 〕 を 、 (C) は ⊿ L* が 小 さ い タ イ プ 〔 暴 露 地 ⑧ 〕 で あ る 。 暴露月数の経過 と と も に 、 光沢保持率 と (A) Δ L* の較差が大きいタイプ ⊿ L* と の 関 係 は 一 様 に 広 が る 傾 向 に あ る 。 し か し 、 各暴露地の広が り 方は同 じ ではな く 、 (A) 〔 ⑤ 〕 の 近 似 線 の 傾 き は 大 き く (0.311) 、 (B) 〔 ⑦ 〕 は 近 似 線 の 傾 き が 小 さ い (0.128) 傾 向 を 示 し た 。 (C) 〔 ⑧ 〕 は ⊿ L* の 値 は 小 さ い が 近 似 線 の 傾 き は 暴 (A) と (B) の 中 間 (0.230) を 示 し た 。 図 19 に 各 暴 露 地 の 45 ° 面 光 沢 保 持 率 と ⊿ L* と の 関 係 の 近 似 線 の 傾 き お よ び R2 値 を 示 す 。 (B) 光沢保持率の低下が著しいタイプ 近似線の傾 き か ら 、 暴露地⑦ を 除 く と 暴露地 ④ 、 ⑥ は 0.20 ～ 0.22 、 暴 露 地 ① 、 ⑧ 、 ⑨ は 0.23 ～ 0.24 、 暴 露 地 ② 、 ③ 、 ⑤ は 0.28 ～ 0.32 と な り 、 暴露地に よ っ て類似の傾向 を 示す と 考え ら れ る 。 こ の こ と は 、 汚れ物質の成分 ま た は粒度等が共通 し て い る も の と 考 え ら れ る 。 ま た 、 光沢保持率の低下の著 し い暴露地⑦の 近 似 式 の R2 値 (0.8966) は 高 い 傾 向 を 示 し 、 光 沢 (C) Δ L*の較差が小さいタイプ 保 持 率 の 低 下 と ⊿ L* と の 間 に 高 い 相 関 が み ら 図18 れ た 。 45 ° 面 の ⊿ L* と 垂 直 面 の ⊿ L* と の 関 係 光沢保持率とΔ L* との関係 につい ては暴露地間の違いは認め ら れず 、 汚 れ物質の種類 、 汚れ物質の付着状態が影響 し てい る も の と 考え る 。 ５．標準試験片選定のための屋外暴露試験 5.1 試験方法 標 準 試 験 片 は 70 × 150mm で 、 厚 さ は 磨 り ガ ラ ス 板 が 3mm 、 PTFE 板 が 2mm で あ る 。 磨 り ガ 図19 ラ ス 板は表面で汚れを 定着 さ せ る た め 、 凹凸 面 を 暴 露 面 と し た 。 PTFE 板 は 静 電 気 に よ る 汚 光沢保持率と Δ L* との関係の近似線 の傾きと R2 値 6 一般社団法人 日本建設業連合会 平成 29 年 2 月 れの付着 を 考慮 し た 。 いずれの標準試験片 も 、 暴露前に中性洗剤で洗浄 し 、 よ く すすぎ 、 乾 燥 さ せて表面の状態 を 調整 し た 。 標準試験片 は塗装試験体の近 く に 、 水平上向 き に暴露 し た 。 暴露状況の例 を 写真１に示す 。 写真１ 5.2 標準試験片の暴露状況 評価方法 暴露 1 、 3 、 6 ヶ 月時に色彩測色計 を 用い 、 標準試験片の特定 さ れた箇所 を 5 ヵ 所測定 し た 。 なお 、 各々の測定では暴露地 ご と に毎回 同 じ 色 彩 測 色 計 を 用 い た 。 汚 れ 具 合 は ⊿ L* で 整理 し 、 複数箇所の平均値 を 測定値 と し た 。 測色に あ た っ て 、 いずれの標準試験片 も 光 を 透過す る た めに 、 裏面 を 湿 っ た ウ エ ス 等で清 掃 し た上で 、 磨 り ガ ラ ス 板では測定器の白色 校 正 板 を 、 PTFE 板 で は 白 紙 を 2 枚 重 ね に し て 標準試験片の下に敷 き 下地の状態 を 揃 え て 測 (1) 磨りガラス板 色 し た 。 測定後の標準試験片は 、 表面が汚れ た ま ま 暴露架台に戻 し 暴露 を 継続 し た 。 5.3 結果と考察 磨 り ガ ラ ス 板 と Ｐ Ｔ Ｆ Ｅ 板 の ⊿ L* の 変 化 を 図 20 に 示 す 。 全 般 的 に PTFE 板 の ⊿ L* の 低 下 が 大 き く 、 汚れの付着状況が識別 し やすい 。 磨 り ガ ラ ス 板 は 90 日 以 降 で は ⊿ L* の 低 下 割 合が非常に小 さ い も のが多 く 、 暴露地に よ っ て は横ばい に な る 状態が見 ら れ 、 汚れ物質が 飽和 し て い る よ う に見受け ら れ る 。 磨 り ガ ラ ス 板の凹凸面で物理的に定着 さ れ る 汚れの特 (2) PTFE 板 性が表われてい る も の と 思われ る 。 図20 磨りガラス板とPTFE板の Δ L* の変化 PTFE 板 は 暴 露 期 間 が 長 く な る に つ れ て ⊿ L* の低下の割合が小 さ く な る 傾向 を 示す も の も い る 。 暴露地 ご と に汚れ物質の種類や構成が あ る が 、 磨 り ガ ラ ス 板ほ ど 明確では な い 。 異な っ て い る こ と が考え ら れ 、 それ ら の付着 ・ 定着機構の違いか ら 両者の不整合が生 じ て い 図 20 の (1) と (2) と を 比 べ る と 、 比 較 的 汚 れ が る と 推察 さ れ る 。 少な めの⑨⑩ 、 中程度の④⑧ 、 多めの①③⑥ 、 さ ら に多め の②⑤⑦ と 暴露地 を 大 ま か に組分 各 暴 露 地 の 磨 り ガ ラ ス 板 と PTFE 板 の ⊿ L* と け で き る が 、 それぞれの順序が入れ替わ っ て の相関 を 、 測定時 ご と の原点 を 通 る 回帰直線 7 一般社団法人 日本建設業連合会 平成 29 年 2 月 と 併 せ て 、 図 21 に 示 す 。 図 20 で 見 ら れ た 磨 り ガ ラ ス 板の汚れ経過の特性が表れてお り 、 比 較 的 汚 れ の 少 な い 暴 露 1 ヶ 月 時 （ 25 ～ 40 日 ） の デ ー タ で は 磨 り ガ ラ ス 板 は PTFE 板 に 比 べ て ⊿ L* が か な り 小 さ く 、 デ ー タ の ば ら つ き が 大 き め で あ る 。 3 ヶ 月 時 （ 90 ～ 100 日 ） の デ ー タ で は 両 試 験 片 の ⊿ L* に は 良 い 相 関 が 見 ら れ 、 磨 り ガ ラ ス 板 は PTFE 板 の 半 分 程 度 の ⊿ L* で あ る 。 図 20 の 経 時 変 化 の 傾 き が 小 さ く な る 6 ヶ 月 時 （ 180 日 ） に は 両 者 の関係が再びば ら つ く よ う に な り 、 磨 り ガ ラ ス 板 の ⊿ L* の 変 化 も 相 対 的 に や や 小 さ く な っ 図 21 磨りガラス板と PTFE 板との Δ L* の相関 た 。 表４ 各暴露地の塗装試験板の平均的 な 汚れ具合 塗装試験体の Δ L* の平均値 を 表 す 値 と し て 、 全 塗 装 試 験 板 の ⊿ L* の デ ー タ を 45° 面 と 垂 直 面 の 区 別 無 く 平 均 し た 値 を 表 4 に 示 す 。 図 21 で 磨 り ガ ラ ス 板 と PTFE 板 で 良い相関性が見 ら れた暴露 3 ヶ 月時につい て 、 暴 露 地 ご と の 塗 装 試 験 板 の 平 均 ⊿ L* と 標 準 試 験 片 の ⊿ L* と の 関 係 を 図 22 に 示 す 。 い ず れ の 標 準 試 験 片 の ⊿ L* も 塗 装 試 験 板 の ⊿ L* 平 均 値 と 相関が見 ら れ 、 塗装試験板に対 し て磨 り ガ ラ ス 板 は や や 汚 れ に く く 、 PTFE 板 は 汚 れ や す い と い う 特性が得 ら れた 。 今後 、 塗装の種類 や暴露地 、 汚れ物質等 を 変動因子 と し て詳細 に分析す る こ と で 、 標準試験片の適性が明確 にな る と 考え る 。 図22 塗装試験体と標準試験片の Δ L* の関係 8 一般社団法人 日本建設業連合会 平成 29 年 2 月 ６．まとめ 学 術 講 演 梗 概 集 （ 材 料 施 工 ）、 pp.845 ～ 852 、 2014.9 32 種 類 の 塗 料 を 施 工 し た 塗 装 試 験 体 を 用 5) い て 、 国 内 10 ヵ 所 に て 屋 外 暴 露 試 験 を 行 っ 小座野ほか：塗装の汚れ評価方法に関 する研究その５～８、日本建築学会学 た 。 術 講 演 梗 概 集 （ 材 料 施 工 ）、 その結果 、 以下の知見が得 ら れた 。 pp.875 ～ 887 、 2015.9 ・ 塗料の種類におけ る 性能差が確認 さ れた 。 6) ・ いずれの塗料 と も 、 汚れは ６ ヶ 月経過 ま 板谷ほか：塗装の汚れ評価方法に関す で増大 し 、 その後 、 減 る こ と が確認 さ れ る研究その 1 ～ 2 、 た 。 会 研究発表論文集、 日本建築仕上学 pp.87 ～ 94 、 2014.10. ・ 暴露地別では 、 一部 を 除い て類似 し た 傾 向が見 ら れた 。 ・ 暴露地に よ る 汚れの程度 を 調べ る た め に 標準試験片 を 採用 し 、 塗装試験体の汚れ と の相関が得 ら れた 。 【謝辞】 本研究において、塗装試験体の作製にあ たっては、日本建築仕上材工業会 技術委 員会のご協力を、また、屋外暴露試験の実 施および測定にあたっては、日本大学生産 工学部建築工学科 永井香織准教授ならび に研究室の学生諸氏にご協力いただきまし た。ここに、謝意を表します。 【参考文献】 1) 建 材 試 験 セ ン タ ー 規 格 (JSTM)J 7602:2003 「建築用外壁材料の汚染促進試験方法」 2) 国立研究開発法人 土木研究所：土木 試 験 方 法 （ PWTM － 3 － 2000 pr ） 3) ( 社 ) 建築業協会：「ユーザーから見 た 建 築 材 料 の 機 能 ・ 性 能 比 較 」、 2006.12 、 月刊建築仕上技術 4) 板谷ほか：塗装の汚れ評価方法に関す る研究 その 1 ～ 4 、 日本建築学会 9 一般社団法人 日本建設業連合会
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