塗装の剥離の原因の切り分け——はがれた面・結露・塗り重ね間隔から探す

はがれた「面」を最初に確かめる

JIS K 5500（塗料用語）は、はがれを「付着性が失われてある広さの膜が自然に素地から分離する現象」とし、一般に割れや膨れのあとに付着性が失われ、塗装系の 1 層以上が下層の塗膜から、または塗装系全体が素地からはがれると説明している^[1]。つまり「はがれた」という同じ言葉の中に、素地からのはがれと、層の間のはがれが含まれている。対策を打つ前に、どちらなのかを決める。

見分け方は、はがれた塗膜の裏側と、残った面を見ることである。塗膜の裏に素地の金属色や化成皮膜が見え、残った面が地肌なら素地からのはがれ。塗膜の裏が別の色の塗膜で、残った面にも塗膜が残っていれば層間のはがれ。両方の面に同じ塗膜が付いていれば、塗膜自体が内部で割れた（凝集破壊）と見られる。JIS K 5600-5-6 は、多層の塗膜について「はがれが生じる境界面を報告する」こと、結果に違いがあれば「各塗膜間，又は塗膜と基板との間」の部位を報告することを定めている^[3]。社内で調べるときも、この書き方で記録を残すと、あとで外の会社に渡すときにそのまま使える。

はがれの程度を等級で残す

「少しはがれた」「かなりはがれた」では、対策の前後を比べられない。JIS K 5600-8-5 は、塗膜のはがれの程度を図版を基準に等級で表す方法を定めている^[2]。はがれの量は、面積の割合で 0〜5 の等級を付ける。

同じ規格は、はがれの深さを「上塗りと下塗りとの間のはがれ（a）」「素地からの全塗膜層のはがれ（b）」の二つに分け、報告の例として「はがれ 3 (S2) a」のように量の等級・大きさの等級・深さを並べる書き方を示している^[2]。等級 1〜4 は 0.1〜3 % の小さな面積を細かく刻んでいるので、出始めの小さなはがれも段階を付けて記録できる。発生の報告書や仕入先への連絡に、この書き方をそのまま使うとよい。

原因の候補を四つの系統に分けて潰す

金属表面技術誌で塗膜の付着を解説した植木の論文は、塗膜の付着を左右する因子として、被塗面の性状（材質・表面あらさ・清浄の良否など）、塗膜を作るポリマーの分子量と極性基、塗膜ができる過程と塗膜内部の残留応力、環境（特に湿度）を挙げている^[5]。ポリマーの性質は塗料の設計の話なので、使う側が現場で見直せるのは主に残りの三つと、多層塗装に特有の層間の問題である。

1. 素地と前処理——汚れ・粗さ・化成処理

素地からのはがれでいちばん多く疑われるのは前処理である。JIS K 5500 は素地調整を「塗装に備えて表面を処理するすべての方法」とし、金属面では加工時のうねり・ひずみ・溶接跡の処理、付着した油脂類・研削材・金属くず・さびの除去を挙げている^[1]。同じ項目の備考は、JIS Z 0310 での素地調整を、鋼材表面のミルスケールやさびなど付着の支障になる物質を除去し、表面に適切な粗さを与える処理と説明している^[1]。

植木の論文は、被塗物の表面の付着に働く部分が油脂などを吸着すると、塗料のポリマーを吸着できず付着に寄与しないと説明し、実用的には塗料の付着を上げる工夫より「付着障害因子の除去に努める方が賢明」としている^[5]。脱脂の槽の汚れ、手で触った指紋、切削油の拭き残し、離型剤の付いた治具との接触は、どれも同じ系統の原因になる。

ブラストで素地調整をする部品では、JIS Z 0313 がブラスト処理面の試験として、表面に付いた塩類、表面の湿分、粉じん、表面粗さの評価方法を定めている^[4]。塩類は小さなゴム製のパッチに水を入れて溶かし出す方法と、50 cm 四方を水で湿らせた布で拭き取る方法がある^[4]。はがれが特定の部品・特定の時期に集中するなら、ブラストのあとから塗るまでの間に、これらのどれが変わったかを見る。

2. 塗る前の結露——気温と湿度の記録で確かめる

素地の表面が結露していないかは、塗装してよいかを判断する条件の一つである。JIS Z 0313 の附属書 1 は、現場の条件が塗装に適しているかの判断に使う指針として、相対湿度に応じて結露に必要な気温の低下を次のように示している^[4]。

この表は気温 0〜35 ℃の間の平均値で、正確には露点の表で計算するよう同じ附属書が書いている^[4]。そのうえで、鋼材表面の温度も測って露点を計算した場合、溶剤型塗料の場合は、特別な取決めがなければ素地（鋼材）の表面温度と露点の差が 3 ℃以上あることを確かめてから塗る、と定めている（表面の水分と親和性のある塗料はこの限りでない）^[4]。さらに、結露は露点と表面温度だけで決まらず、構造物の熱容量、日射、周囲の空気の流れ、吸湿性の物質による汚染も関係すると注意している^[4]。冷えた倉庫から出した部品をすぐ塗る、朝一番の塗装だけがはがれる、といった偏りは、この条件の記録で説明が付くことがある。

3. 塗膜の内部応力——溶剤の揮発と焼付けの冷却

植木の論文は、塗膜の付着を妨げるものとして内部応力を挙げ、溶剤の揮発に伴う体積の収縮で生じる収縮応力と、焼付け塗膜で塗膜のガラス転移温度から室温まで冷える間に生じる熱応力が、どちらも塗膜をはがす方向に働き、内部応力が大きいほど付着強さの低下が著しいと説明している^[5]。焼付け条件を変えた、塗料を硬い系に変えた、膜厚が厚くなった、といった変更の直後にはがれが出たなら、この系統を疑う。

4. 層間のはがれ——塗り間隔・挟まった物質・組合せ

上塗りだけがはがれる層間はく離について、同じ論文は原因を三つにまとめている^[5]。

一つ目は下塗りの硬化が進みすぎた場合。橋かけ形の下塗りでは、硬化が進むと上塗りとの付着に効く部分が減り、層間はく離を起こしやすい。論文の実験では、酸硬化尿素樹脂ワニスで塗り間隔が 3〜5 日になると層間の付着強さが急に下がっている（間隔の値は塗料・硬化剤・温度で変わると断っている）^[5]。対策としては、未硬化のうちに上塗りするか、下塗りを軽く研磨して投錨効果を得ることが挙げられている^[5]。塗料の仕様書に書かれている「塗り重ね間隔」の上限を守っていたかを、工程の記録で確かめる。

二つ目は層の間に付着を妨げる物質がある場合。論文は、上塗りの前に潮風で下塗りの表面に塩分が析出し、多湿の条件で上塗りを通った水分により潮解して層間はく離を起こす例を挙げている^[5]。亜鉛めっきやジンクリッチペイントの上に長油性アルキド樹脂塗料や油性塗料を直接塗ると、亜鉛の石けんが界面にできて弱い境界層になり、暴露で付着強さが大きく下がることも、赤外分光による界面の分析とあわせて紹介されている^[5]。亜鉛系の素地に塗る場合は、塗料の選び方そのものが原因になりうる。

三つ目は下塗りと上塗りの相容性が悪い場合^[5]。JIS K 5500 も、2 種類以上の塗料をはがれや膨れのような悪影響を生じさせずに一つの塗装系に組み合わせられる能力を「適合性」として定義している^[1]。補修で別メーカーの塗料を重ねた、上塗りのラッカーの溶剤を変えた、といった変更は、この系統として確かめる。論文は、上塗りの溶剤が下塗りを膨潤させるほど下塗りの付着が下がる例も挙げている^[5]。

社内でできる対策

原因の系統が見えたら、社内でできる対策を一つずつ試す。複数を同時に変えると、どれが効いたか分からなくなるので、変えた条件と日付を記録しておく。

前処理は、脱脂の槽の管理（液の交換時期、温度）、塗装前の部品の扱い（素手で触らない、保管中のほこり）、化成処理の条件を見直す。塗装時の環境は、気温・湿度・素地の表面温度を塗る前に測って記録し、露点との差を確かめる手順を作る。塗り重ねは、塗料メーカーの資料にある塗り重ね間隔を工程の指示書に書き、間隔を超えたら研磨してから上塗りする決まりにする。素地と塗料の組合せは、亜鉛系の素地、樹脂の素地など、塗料メーカーが推奨しない組合せになっていないかを確かめる。

付着の確認は、JIS K 5600-5-6 のクロスカット法で、はがれの境界面まで含めて記録する^[3]。同じ規格は、試験板の最低 3 か所で試験し、結果が 1 分類を超えて違う場合はさらに繰り返すとしている^[3]。試験の指定の仕方はクロスカット試験の指定で、膜厚の測り方はめっき・塗膜の膜厚測定の指定で扱っている。仕入先に塗装を任せている場合の仕様の書き方は塗装の仕様の決め方を参照してほしい。

社内で手に負えないとき、外に何を頼むか

はがれた面が判然としない、前処理も環境も記録の上では問題がないのに再発する、という段階になったら、専門の会社に原因調べを頼むほうが早い。頼む中身は大きく三つに分かれる。

断面の観察——層の構成と境界面

はがれの周辺を樹脂に埋めて切り、断面を顕微鏡で見ると、層の数と厚さ、はがれが走っている境界面、素地の粗さ、層の間の異物が分かる。社内のルーペで見ただけでは決めきれない「どの面か」を確定させるのが目的である。頼み方は断面観察の依頼で決めることで扱っている。

界面の分析——何が挟まっていたか

境界面に油分、離型剤、塩分、亜鉛の石けんのような物質がないかを調べる。植木の論文で紹介された亜鉛と油性塗料の例でも、界面の生成物は全反射赤外吸収スペクトルで分析されている^[5]。赤外分光の頼み方はFTIR で異物分析を依頼するときで、成分分析全般は成分分析を外に頼むときでまとめている。

付着の強さと、条件を変えた再現

対策の効果を数で比べたいときは、プルオフ法（JIS K 5600-5-7）のように付着の強さを数値で出す試験を頼む。クロスカット法は付着性の測定手段とみなしてはならないと JIS K 5600-5-6 自身が書いているためである^[3]。原因の候補が二つに絞れているなら、条件を変えた試験板（前処理を変える、塗り間隔を変える）を作って並べて試してもらうと、どちらが効いているかを確かめられる。

頼むときに渡すもの

よくある質問

クロスカット試験に合格した部品が、使用中にはがれました

クロスカット法は合否を見る簡便な試験で、付着の強さを測るものではない^[3]。使用中の水分・温度変化・塩分で付着が下がる場合は、試験の時点では見えない。はがれた面と使用環境を確かめ、必要なら水や湿気にさらしたあとの付着を試験してもらう。

上塗りだけがはがれます。上塗り塗料を替えれば直りますか

層間のはがれは、上塗り塗料の問題とは限らない。下塗りの硬化が進みすぎていた、層の間に塩分や汚れが挟まった、組合せが合わない、のどれかを先に確かめる^[5]。塗り重ねの間隔の記録と、下塗りの表面の状態を見るのが先である。

亜鉛めっきの上の塗装だけがはがれます

亜鉛の上に油性系の塗料を直接塗ると、界面に亜鉛の石けんができて付着が下がることが報告されている^[5]。亜鉛系の素地に適した前処理と塗料を、塗料メーカーの資料で確かめる。

まとめ

塗装のはがれは、はがれた面を見ることから始める。素地からなら前処理と結露、層間なら塗り間隔・挟まった物質・組合せ、塗膜の中なら硬化と膜厚を疑う。程度は JIS K 5600-8-5 の等級と深さで記録し、対策の前後を比べる。社内で面や原因物質が決められないときは、はがれた塗膜と素地の両方を残して、断面と界面の分析を専門の会社に頼む。

同じく不具合の原因と対策を扱う記事として、金属の腐食の型の見分け方と対策、めっき不良の原因の切り分け、樹脂成形品の割れの原因も参照してほしい。

出典・参考資料

1. JIS K 5500:2000 塗料用語（日本産業標準調査会 JIS 検索で閲覧／2000 年 11 月 20 日改正・2026 年 10 月 20 日確認）
2. JIS K 5600-8-5:1999 塗料一般試験方法－第 8 部：塗膜劣化の評価－第 5 節：はがれの等級（日本産業標準調査会 JIS 検索で閲覧／ISO 4628-5:1982 に対応）
3. JIS K 5600-5-6:1999 塗料一般試験方法－第 5 部：塗膜の機械的性質－第 6 節：付着性（クロスカット法）（日本産業標準調査会 JIS 検索で閲覧／ISO 2409:1992 に対応）
4. JIS Z 0313:2004 素地調整用ブラスト処理面の試験及び評価方法（日本産業標準調査会 JIS 検索で閲覧／2004 年 3 月 20 日改正・2023 年 10 月 20 日確認）
5. 塗膜の付着と防食性（植木憲二／金属表面技術 32 巻 5 号・表面技術協会／1981 年）

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