塗装技術の門

　2液塗装・低温架橋反応系・2コート1ベークなどの採用による省エネルギー塗装システムの開発は古くから行われています。最近ではこれをさらに進めて工程そのものを省略する塗装システムが開発されています。

《下塗り・上塗りのワンコートシステム》

　防食性のよいエポキシ樹脂と耐候性のよいアクリル樹脂を混合した塗料を塗装し、焼き付け時にその表面張力の違いによりエポキシ樹脂は金属面側に、アクリル樹脂は塗膜表面に配勾させることで、下塗りと上塗りの両機能を持つ塗膜を1回の塗装で形成することができます。
　比較的焼き付け温度の高いカチオン電着と粉体塗装で行われています。粉体塗装の例では、両樹脂の溶解性パラメーターの差が2以上になると2層に分離し始めます。この方法で塗装した塗膜の耐候性・耐食性は両性能とも良好です。このように配勾した組成をもった塗膜は今後増えるものと思われます。

《表面処理・塗膜の同時形成システム》

　金属表面に直接塗料を塗装すると耐食性に劣ります。耐食性を上げるためには、リン酸塩などによる表面処理あるいはクロメート処理などを行った上に塗料を塗装します。塗料に特別なリン化合物を加えておくことで、In-Situに表面処理膜を形成する研究が発表されています。メラミン硬化型水性塗料の例を見ると、表面処理した金属板の上に普通の塗料を塗装した場合よりも、塗料の中にリン化合物を混合した塗料を未処理金属板に塗装した場合の方が圧倒的によい結果になっています。

《プレス油塗布を省略する塗料》

　ウレタン樹脂ディスパーション、コロイダルシリカ、ポリエチレンワックスを混合して100～150℃で乾燥した塗膜は150℃の高温領域でも優れた潤滑機能を示すために、この塗料を塗装した鋼板は、プレス油の塗布なしに加工することができます。プレス油の洗浄にはクロル系の溶剤が必要であり、この省略は環境に大きく貢献します。

《イソシアネート架橋水性塗料》

　イソシアネート架橋2液工業用塗料は、日本ではあまり歓迎されてきませんでしたが、最近の省エネルギー指向と耐酸性雨性の必要からようやく本格的に始まろうとしています。一挙に水性2液塗料にまで進むことができれば環境に対する貢献は大きいです。
　イソシアネート架橋水性塗料についての報告は多く、最近の研究は、被塗材の影響あるいは添加材効果など実用化に必要な項目、実際の使用に沿った試験、新しい重合方法を使った経済的な合成方法に及んでいます。また、水との接触によるイソシアネートの劣化を防ぐために、そう転換直前の溶液に硬化剤を加えよく混合したのち少量の水を加え撹拌し、エマルション化する方法が報告されています。この場合には、硬化剤の親水化処理は必要なく、耐水性の改善も期待できます。しかし、可使時間を明確にする手段は見つかっていません。

《エポキシ架橋水性塗料》

　2液エポキシ樹脂塗料は防錆下塗りを中心に広く使用されています。防錆塗料に必要な酸素透過阻止能に優れるエポキシ樹脂は、水性防錆塗料用としても必須の樹脂であります。しかし、エポキシ樹脂は、樹脂が親油性であること、エポキシ基とカルボキシル基は反応するために親水基として使えずノニオン界面活性剤のみで分散しなければならないために微粒子にすることが難しいのです。粒子径が大きいと架橋剤を均一に塗膜中に分布させることが困難になります。水溶性で樹脂との相溶性に欠ける架橋剤よりも分散タイプで樹脂との相溶性に優れる方が均一に混ざりやすく、塗膜性能に良い結果を与えます。また、分散タイプの架橋剤は系全体のゲル化を起こすためにポットライフも明瞭になり興味深いところです。

《シラノール架橋水性塗料》

　溶剤型塗料ではアルコキシシリル基と湿気の反応で発生したシラノール基の縮合あるいは逆に発生した水酸基とイソシアネートの反応を利用した常乾1液塗料があります。この架橋系の特徴は結合が単純で着色・毒性の危険がなく、耐候性などのデータが豊富なことであります。
　水性塗料では加水分解することなくアルコキシシリル基を樹脂に導入することが困難で現在はあまり利用されていませんが、様々なアルコキシシリル基をもった化合物が市販されるようになり、ラテックスへの後添加による導入技術も開発されていることから今後多く使われるようになるものと考えられます。
　最近では、反応性の高いメチル基より反応性の劣る分子量の高いアルキル基のアルコキシシリル基を樹脂に導入し、使用時に触媒を加えて活性化する2液タイプが検討されています。導入の方法も単にアルコキシシリル基を持つモノマーの共重合ではなく、エマルション及びラテックス合成後にエポキシ基とアルコキシシリル基を持った架橋剤を添加する方法も報告されています。メチル基以外のアルキル基を持ったアルコキシシリル基の反応は遅くエマルション及びラテックスの粒子融合が十分に行われた後、空気中の湿気とゆっくり反応して架橋するので高性能が期待できます。

《カルボジミド架橋水性塗料》

　カルボジミド基はカルボキシル基と反応するので、カルボキシル基含有ラテックスを架橋するのに適しています。常温架橋から140℃加熱架橋まで反応性の異なる架橋剤が市販されています。架橋の進行はラテックスの融合を阻止するので、融合が十分に起こった後に架橋する方が塗膜性能はよくなると考えられています。種々の反応速度を持ったジミド架橋剤で架橋したカルボキシル基含有ラテックスの塗膜性能を調べ、反応速度の遅い架橋剤で架橋した塗膜の性能がよいことを確認しています。

　常乾アルキド樹脂塗料は汎用塗料として多く使用されている塗料です。原料面での経済性あるいはリサイクル原料の使用も考えると、今後とも重要な塗料であり、欧米では硬化メカニズムあるいは水性化する方法、さらには利用のための基礎研究など広範囲の研究活動が活発な状況です。
　エマルションを安定化するためには、微細に分散する必要があることはよく知られているところですが、それ以外に水中で劣化しないドライヤーの開発とドライヤーの非鉛化という二つの問題があります。最近多くの基礎的な研究結果が発表され、その作用機構が徐々に明らかになりつつあります。
　アルキド樹脂の酸化重合による乾燥は、硬化時間の長いことが一つの欠点といわれていますが、水性化した場合はその時間はさらに約1.5倍になるといわれています。この原因は、水の酸素溶解量が少ないことと、水中では励起状態が長く続かないこと、ドライヤーが水と反応して劣化しやすいことが原因といわれています。
　水性塗料におけるドライヤーの存在場所とｐＨの関係は高ｐＨで樹脂に配位しています。ｐＨと効果速度の関係を見ると、ｐＨの高い場合に早く硬化しています。効果速度の継時劣化は、それほど大きな変化ではありませんが、顔料を入れると著しく加速されます。この劣化の原因は樹脂の加水分解もありますが、コバルト金属が顔料表面に化学吸着し、その触媒作用により水酸化コバルトとなって沈殿するのが主たる原因と考えられます。この防止のためには以前はドライヤとコンプレックスをつくって安定化する1，10’-フェナントロリンを添加していました。着色することから、最近では2,2’-ビピリジルの添加が奨励されています。
　二次ドライヤーの鉛の代わりになる金属の探索は非常に広範囲に行われ、様々な試作配合が示されています。レアー金属にも効果が認められていますが、最終的には経済性からカルシウムやジルコニウムが選ばれるものと思われます。しかし、鉛の場合には多くの樹脂に共通した配合が見いだされるのに対して、鉛以外の金属を二次ドライヤーにした場合には共通の最適配合量は見いだせず、樹脂ごとに逐一設定する必要があります。