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塗料が付着
する仕組み



塗膜の形成・そのプロセス

 どうして塗料は対象物に付着するのか?

塗料の中身

  塗料とは、一般的に液状化された流動状態の固液混合体であり、その成分構成は塗膜化成分と塗膜形成助要素に大別されます。塗膜化成分としては、塗膜形成主要素である油脂類や漆などの天然樹脂や石油からの合成樹脂などの固形分と、これに塗膜性能を改善するために塗膜形成副要素として微量添加するレベリング剤や硬化剤などを含んだものをビヒクルすなわち透明塗料で、クリヤーあるいはワニスといいます。これに各種顔料を加えたものが有色塗料で、着色力と隠ぺい力などの耐性などを有するエナメルと呼称しています。そして、塗膜形成助要素である溶媒によってこれらを溶解分散されているのが、生塗料です

 さらに塗装時には、塗装しやすいように溶媒である溶剤や水などで稀釈調整して、塗料の粘度を塗装適正化しますが、塗膜が硬化する段階ではこれらの溶媒が揮発あるいは蒸発などで消滅することから、揮発・蒸発分と呼称しています。この塗料の定義や構成が塗装目的の基本条件となるため、これらを理解することによって材料の選定や塗装設計を確実なものに高めることができます。

塗膜の形成;膜のできる様子

   薄膜ながら万能選手である塗膜を作りだす塗装は、ソル(流動体・生塗料、塗液)からゲル(固体・塗膜)への移行プロセスであり、乾燥・硬化の過程を経て達成されます。この「塗って乾かす」という流れの基本は変わりませんか、この塗膜が生まれるメカニズムは複雑な形態であり、ここに総合科学の集積が生きています。
   塗膜の性質を左右する因子としては、原材料の種類・配合比・塗装の方法・硬化条件などが挙げられますか、塗膜の構成成分としての働きを把握することが基本といえます。塗膜の状態は、鎖状結合と架橋結合(網目)に分類され、この塗膜形成機構は、塗料技術の重要な課題に属し、実用塗料でしばしば問題になる塗料の乾燥性・可使時間・貯蔵安定性、あるいは一般金膜の諸性質と密接な関係にあります。 一般的に、ゲルとは流動性を失った分散系溶液分散質同士の分子間で構造を形成するために分散系全体か異常な粘性を示し流動性を失います。分散質間の結合は弱く、かつ一時的なものなので温度変化や応力などにより、容易にゾル状態に変わり流動性を復元します。分散媒が水のものをヒドロゲル、分散媒が有機溶媒のものをオルガノゲル、特に水分を失って空隙を多く含むものをキセロゲルと呼びます。 塗膜の形成機構の分類として、ソル状態からゲル状態に移行過程における塗膜形成を経て ていろいろな状態で相違しています。
 
  塗膜は一方の表面を被微物に、一方の表面を空気などの自然状態と異質な雰囲気に存在するため、特殊な表面を生み出しています。 たかだか20~100μmの薄層である塗膜に要求される性質や機能は、極めて厳しいものといえます。 私たちの生活を見渡すと、金属・樹脂・木材・ガラス・紙・繊維・皮革などこれら高分子量の世界に囲まれており、塗膜も長い問その性能を安定させて保つうえで高分子として活躍しています。一方、低分子である水が氷となっても、溶けて元の水に戻るように、塗膜主要素の分子量が変わらない溶液型の熱可塑性塗料は、塗液と塗膜の移行が可逆的な形態をとっていて、ラッカー・ビニル樹脂塗料・エマルジョン塗料などが対象です。
  そして、要求される特性や機能を満足させるために両型混在の塗料も多く取り入られています。溶液型塗料は、強溶剤溶液で塗膜主要素が高分子ポリマーで構成されており、含有溶剤の迅速な揮発のみによって塗膜化され、塗液溶剤によって溶解するタイプです。
一般的に低分子量のほうが、塗装作業性や塗面状態が得やすいですが、代表的なニトロセルロース・ラッカー成分の分子量は、塗膜主要素20000以上、樹脂8000以下、可塑剤1000以下であり、塗膜主要素を溶解するものは樹脂や可塑剤も溶解します。この高分子ポリマーの平均分子量は10000~20000が基本とされており、この分子量を高くすると強溶解力の溶剤により塗液粘度が上昇することから、塗装しやすくするためにさらに多くの溶剤が必要となり、ポリマー濃度が低くなって必要な塗膜厚が得られません。 また環境への大気拡散削減からも好ましくありません。
   塗袋作業性にとって、溶液粘度を下げることが塗料配合の決め手で、それには塗膜主要素の溶解が基本であるため、塗膜主要素/樹脂の比率を小べくする方法があり、ハイソリッドは、これにより不揮発残分高くしたラッカーです。溶液型塗料において、溶解力と揮発速度を考慮した混合溶剤の配合比が重要で、塗膜主要素を溶かす真溶剤としては、酢酸エチルや酢酸ブチルのエステル類やMEKやMIBKのケトン類があり、トルオールなどの炭化水素類は塗膜主要素の溶解力がなく、希釈剤として粘度低下に使われ、ブタノールやIPAのアルコール類は助溶剤で単体では塗膜主要素を溶解せず、真溶剤に加わると溶剤として作用します。-方、橋かけ型塗料の塗膜主要素は、プレポリマー(初期重合物)と呼ばれる比較的小さな分子量で数千程度です。このプレポリマーが、酸素や触媒の作用あるいは加熱などにより、お互いに橋かけ化学反応を起こして重合し、高分子量の連続塗膜を形成します。形成された塗膜はプレポリマーではないため、塗液の溶剤による溶解はありません。プレポリマーが重合して、高分子量のポリマーになる塗膜形成反応は、塗料の拝類によって異なります。油性塗料の自然乾燥は、脂肪酸二重結合部の酸化重合反応であり、この二重結合が多くなりプレポリマーの分子量が人きくなるほど、一回の重合反応でできる塗膜形成要素の分子量が大きくなって、乾燥性や塗膜耐性がよくなります。しかし、プレポリマーの分子量が大き過ぎると、塗液粘度が上昇し、平滑な塗面が得られないため、塗料の性質と分子量のバランスが重要で、その限度が塗膜形成のメカニズムと塗料設計のポイントになります。

付着の仕組み

  鼓塗物と塗膜との付着を決定づける要因はいろいろ考えられており、まずは機械的なサンドブラストやペーヨパー研磨によって表面を粗くすることで得られる投錨効果、原子や分子の領域におけるファンデルワールスの分子間引力の吸着説、静電気力の電気説、あるいは分子の拡散に基づいて働く力などの拡散説があり、その中で分子問引力がヤモリの足とガラス面の密着に擬似している現象であるように、ファンデルワールスの分子間引力が付着を決定付ける主因と考えられます。 このファンデルワールスの分子間引力が分子問距離の6乗に反比例して分子間が接近することで、被塗物と塗膜との間にほかの物質が付着せず十分に被塗物分子と塗膜分子が接近したときに、十分な付着効果をあげることが決定要因とされますその反面、塗膜の付着現象は、多ぐの付着支配因子が複雑に絡んでいるため、解明すべき課題も残っています。付着支配因子には、材質・表白粗さ・洗浄の良否など被塗物面の性状、塗膜形成主要素の分子量や極性基、塗膜形成過程と残留応力、そして温湿度などの環境条件が挙げられます、吸着説では、分子と分子がいろいろな引っ張り強さの結合をしており
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普段、塗装の時、塗料が壁に付着するのは当たり前と思っていましたが、きちんと理由があります。
塗膜のできる訳と塗料がきちんと接着する理由がわかります。塗装の専門家も知らないことお知らせです
塗装、外壁のメンテをするときに役立ててください。
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