塗装技術の門

1.VPC（Vapor Permeation Curing）プロセスによる架橋

　液状ポリオールと液状イソシアネートの混合物を対象物に塗装した後、架橋触媒である第3級アミンの蒸気にさらすことにより架橋を促進する塗装方法になります。ポットライフの長い塗料を低温で速く硬化することができます。

2.浸透性架橋剤による塗膜の架橋

　この架橋方法はまったく新しい架橋方法になります。塗装工程ではカルボニル基を有する樹脂をバインダーとする塗料を様々な方法で塗装し、乾燥工程では次の浸漬工程に使用する架橋剤水溶液に溶解しない程度になるまで乾燥します。一般的には溶剤・水などの揮発分の大半を揮発した状態であり、電着・粉体塗装であれば融合した状態になります。この未硬化塗板を架橋剤溶液に浸漬します。架橋剤は塗膜に浸透して直ちに架橋し、初めの塗膜の形状を保ったまま架橋塗膜となります。架橋は表面から内部に進行するので、内部の非架橋部分を溶剤で取り除いた後の架橋膜の厚さを測定することで架橋剤の浸透状況がわかります。架橋剤水溶液から取り出した塗膜は水洗工程へと移行します。最後に乾燥工程で水切りをすれば直ちにハンドリング可能な完全硬化塗膜となっています。
　架橋剤にはジヒドラジド化合物を使用します。樹脂のカルボニル基とは脱水反応で架橋します。
　この塗装系が成立するための必要条件は次の三つになります。
　１）浸漬工程で未架橋塗膜が解けないこと。
　２）架橋剤が速やかに浸透できること。
　３）浸透した架橋剤は直ちにその場で架橋反応を完結し、未反応のまま塗膜内に残らないこと。
　最初の条件を満たすためには、塗膜を浸漬する液は水溶液である必要があります。第二の条件を満たすためには、塗膜を膨潤して架橋剤の浸透を容易にするような補助溶剤の添加が必要になります。同じ条件で種々の架橋剤を比較すると、最も分子量の小さなカルボヒドラジドの浸透速度が最も早く硬度も高くなります。しかし、その他低分子化合物の効果は分子量の順ではなく、樹脂との相溶性など他の要因も作用していると思われます。分子量の大きい樹脂では浸透性はなく表面硬化のみが認められます。三番目に、浸透した架橋剤の反応を速めるために、塗膜内部を酸性雰囲気にする必要があります。アニオン系の樹脂の場合は内部にカルボキシル基などが存在するので、浸漬に使用する架橋剤水溶液に特に三成分を加える必要はありませんが、カチオン系樹脂あるいは中性の樹脂を硬化する場合には架橋剤水溶液に酸成分を添加し、架橋剤とともに塗膜に浸透させる必要があります。アニオン系の場合にも、この酸の添加は硬化性をさらに速めるためにも有効です。
　架橋剤が塗膜内に過剰に浸透して未反応で残り、その量がコントロールできない状態になることを避けるために、架橋剤は塗膜に対して浸入と脱出を素早く繰り返し、反応したもののみが塗膜内に蓄積し、塗膜内の未反応架橋剤の量は極力少ない状態に常に保たれていることが望ましいです。そのために、架橋剤は親水性で樹脂との相溶性に欠ける必要があります。樹脂にヒドラジド基を導入し、ポリカルボニル化合物で架橋する逆の系では、架橋剤の浸透量をコントロールすることが困難になります。
　浸透速度とそれに伴う硬化塗膜の厚さは、１）樹脂組成、２）架橋剤の種類と組成、３）架橋剤水溶液中の塗膜を膨潤できる溶剤の量、４）浸漬温度の四つの因子によって決まります。実際の塗装においては、塗膜性能に関係しない３）と４）の二つの因子を変えることによって、浸漬時間と硬化膜厚の関係をコントロールします。一例として、40℃で6分の浸漬で20μmの厚さの塗膜が硬化できます。
　塗膜を膨潤している溶剤と水はそのまま塗板とともに持ち出されると考えられます。この量は最小にしてかつ浸透速度を速めるためには、架橋剤水溶液中の溶剤量を減らして塗膜の膨潤率を最小にし、浸漬温度を高め塗膜内での架橋剤の移動速度を最大にする必要があります。溶剤量を5％以下にし、60℃で浸漬した場合、膨潤率は15％程度になります。
　この方法で得られた塗膜の特徴は、表面は高度に架橋し素材面に近い部分はあまり架橋していません。そのため優れた付着性と高硬度を両立させることができます。また、この構造は表面での高いバリヤー性と優れた付着性を持つために防食性にも良い影響を与えます。
　この方法はいろいろな塗装方法と組み合わせることが可能です。カチオン電着・アニオン電着と組み合わせれば常乾電着が可能であり、プラスチック部品を組み込んだ最終製品で金属部分のみを塗装することもできます。また、オーバースプレーした塗料をリサイクルするタイプの水性スプレー塗装方法は常乾タイプの塗料には使えませんが、この方法で硬化すれば使用できます。

　モノマー・開始剤の高価格・毒性、酸素による表面硬化阻害、高隠蔽塗料の内部硬化不足など多くの問題を抱えているにもかかわらず、今UV（紫外線）硬化塗料が脚光を浴びているのは、低温硬化・省エネルギー・速乾性・乾燥装置の小ささなど現代社内の要請に合致しているためであります。この特徴を生かしながら毒性と危険性を和らげようとする水性UV硬化塗料、無溶剤・廃塗料なしの粉体塗料の特徴とUV塗料の特性をともに生かすためのUV硬化粉体塗料などが検討されています。
　水性UV硬化塗料は木材用を主として使用されています。アクリル基を持ったエポキシ・ウレタン・ポリエステルなどのオリゴマー樹脂を界面活性剤で分散して使用します。親水基を導入し自己乳化するという報告もあります。普通のUV硬化塗料と比較して、放出物が少ない、多様な素材によく付着する、つや消し塗装がより簡単である、より分子量の高いポリマーの使用も可能であり高硬度・高物性にできるなどの特徴があり、また水の酸素溶存量が少ないために水の蒸気層がバリヤーとなって硬化速度が速いとの実験結果も示されています。一方、浸透性のない素材に塗った場合や厚塗りの場合には水の揮発にエネルギーと時間がかかるともいわれています。
　UV硬化粉体塗料による塗装は電気部品を中心に広がりつつあります。オランダDSM社の樹脂は、マレイン酸またはフマル酸を組み込んだ不飽和ポリエステル樹脂とビニルエーテルの不飽和基を持つウレタン樹脂との混合物であります。マレイン酸基またはフマル酸基とビニルエーテル基は1対1のドナーアクセプター錯体を作りラジカルによってすみやかに重合します。この重合は酸素の阻害作用をあまり受けません。
　塗装は、被塗物上の粉体塗料はまずIR（赤外線）によって加熱して融合し、次にUV照射によって架橋硬化します。通常のUV硬化塗料と比較して有機化合物の揮発物はなく毒性は極めて低く、塗料のリサイクルも可能であり、基本的に廃棄物は出ません。また、熱硬化タイプのものと比較すると、硬化温度は低く加熱時間は短くなります。加熱はIRにより表面から短時間で熱せられるので被塗物の温度はさらに低くなります。加熱による粒子の溶融と架橋硬化は別に行われるので、低温にもかかわらず粒子の融合は進み滑らかな塗面となります。UV硬化塗料で問題となる耐候性及び顔料を加えた系での硬化性に関するデータも報告されています。
　アモルファスのプレポリマーと結晶性のモノマーを組み合わせた低温硬化型のUV硬化粉体塗料についても報告されています。100から120℃で熱溶解した後UV照射して硬化します。この場合にも溶融と硬化のプロセスが単純化された結果、酸素による禁止効果が弱まりプロセスを正確にコントロールできるようになります。

《溶剤類の洗浄特性》

　洗浄に用いる溶剤は、溶解特性、物理的特性、経済性、安全性、安定性、毒性、自然環境への影響などが評価項目となって選ばれます。
　親油性溶剤と親水性溶剤に大別され、前者は水に不溶性で石油エーテルに溶解するもので、後者は水によく溶解するものになります。この中間的なものは酢酸エステルなどがあります。

（1）親油性溶剤

　脱脂用溶剤として広く使用されているもので、脱脂力の指標としてはKB値が一般に用いられます。
　フッ素系合成溶剤；
　この系のフロン113はKB値は低く、脱脂力は弱いですが、不燃性、低毒性、安定性その他の特性が買われて、精密洗浄の分野で広く使用されてきましたが、地球規模の環境破壊物質として近い将来、全般的に使用が禁止されることになったのは、よく知られているとおりです。同じ系統の代替溶剤の開発にも大きな期待は持てないところです。
　塩素系合成溶剤：
　この系のメチレンクロライド、トリクロロエチレン、、パークロロエチレン、トリクロロエタンなどは、いずれも不燃性で、KB値が高く、また適当な沸点を持つことなどから、精密洗浄における脱脂用溶剤として広く用いられてきました。しかし毒性が強く、環境汚染物質として規制が強化され、使用するとしても完全クローズドシステムが要求されることになるでしょう。
　炭化水素系溶剤：
　この系のものは、合成溶剤以前から使用されてきたもので、KB値が高く脱脂用として適するものには、トルエン、キシレン類、テレピン類などがあります。引火など安全性に欠けること、沸点がやや高いことなどが問題になります。

（2）親水性溶剤

　メタノール、エタノール、イソプロパノールなどのアルコール類やアセトンなどが主なものでありますが、油性汚れの溶解力に乏しく、また安全性にも欠けます。
　エタノールは毒性も低く、生分解性もよく、洗浄への積極的な活用が期待されています。60％濃度以下のアルコール類は危険物の対象から除外されていますので、すすぎ用、乾燥用媒液としての利用の道が広がるものと思われます。

《溶剤を主な媒液とする洗浄システム》

　光学機器、精密機器、電子機器の部品などの精密洗浄の場では、合成溶剤を媒液とするシステムがこれまで主流でした。それは不燃性のため安全管理を必要としませんし、洗浄装置がコンパクトに組み立てられ、工程管理が比較的容易であるなどの利点をもっていたためであります。洗浄廃棄物の処理もこれまでは安易に行われていました。
　しかし、フロンのようなフッ素系溶剤は既に使用禁止の段階に入っています。塩素系溶剤はその毒性が強いために、現在暫定排水濃度目標が定められていますが、将来さらに厳しい規制が求められる状況にあります。原則的にはクローズドシステムが採用されなければなりませんが、低沸点で、多少とも水に溶解する合成溶剤を作業区域内に完全に閉じ込めることは至難でありますし、できたとしても多大の経費を要するでしょう。
　前記の炭化水素系溶剤類は、塩素系溶剤類より毒性が低く、生分解性も勝っているので、溶剤使用の際の選択肢の一つであります。しかし、引火性であるので十分な安全対策を備える必要があります。またいずれも100℃以上の沸点をもつので、乾燥媒液としての適性に欠けます。
　以上のような理由から、溶剤を媒液とするシステムはこれまで以上に経費が増すことは避けられません。

《三協化学（株）のつぶやきと代替溶剤製品のご紹介》

▽電子部品洗浄剤Ｆ-1

【製品紹介】電子部品用洗浄剤F-1：試薬エタノール、特定アルコール、無水エタノールの代替品として。変性アルコールの為、加算額を含まず、安価でご利用頂けます。特定用途非課税品。IPAの代替品としても。

— きょーか【公式】三協化学㈱溶剤ブレンズ (@sankyochem) July 6, 2019

●電子部品洗浄剤Ｆ-1


　・電子部品洗浄剤Ｆ-1は商品名は「電子部品洗浄剤」となっておりますが、エタノール濃度
　　99.5％の無水エタノールです。
　・変性アルコールのため、酒税が非課税で、通常の無水エタノールより安価です。
　　※通常の無水エタノールには飲料可能なため、酒税が掛かっており高価になります。
　・酒税の掛かっている無水エタノールを使用するあらゆる用途の代わりとして利用できます。
　・工業用として、フラックスの洗浄や無水エタノール代替に。家庭用としてキッチン周り、
　　ガラスや鏡、生活用具、照明などあらゆる掃除に使用できます。
　・【容量】1000ｍＬ　【エタノール濃度】99.5vol%

▽NTXシリーズ

【製品紹介】NTXシリーズ：各種塗料の稀釈剤・洗浄剤。エコシンナー、ラッカーシンナー、ウレタンシンナー、エポキシシンナー、メラミンシンナー、洗浄用シンナー、接着剤洗浄剤・希釈液があります。ＰＲＴＲ法 指定物質、改正建築基準法に伴う厚生労働省指針値指定揮発性有機化合物含みません

— きょーか【公式】三協化学㈱溶剤ブレンズ (@sankyochem) July 3, 2019

●NTXエコシンナー


　・NTXエコシンナーは塗料・インキ等の希釈・洗浄剤です。ラッカーシンナーや洗浄用
　　シンナー等の各種シンナー代替品として使用可能です。
　・塗料・インク・接着剤の希釈、塗装ジグの洗浄、樹脂成型金型の洗浄に使用できます。
　・特化則、有機則、PRTR法に非該当の為、作業環境の改善に役立ちます。
　・希釈用シンナーの代替品として塗料の希釈にも使用できます。 （使用できるかどうかは相性
　　次第です。希釈粘度、塗装の仕上がり状態から判断してください。）
　・消防法区分：消防法第一石油類非水溶性

▽エタコール７

【製品紹介】エタコール7：各種金属部品・プラスチック部品の脱脂洗浄に最適。特定アルコールに比べ、非常に安価で、工業用として自由に使用可能！太陽光発電パネルの洗浄・メンテナンスにも使えますよ～　詳しくは⇒https://t.co/Qy0H0YUbSz

— きょーか【公式】三協化学㈱溶剤ブレンズ (@sankyochem) July 3, 2019

●エタコール7


　・アルコール濃度99％以上の高純度アルコール品です。（うち、エタノール濃度は85％以上）
　・IPA(ｲｿﾌﾟﾛﾋﾟﾙｱﾙｺｰﾙ)、メタノール、無水エタノール（特定アルコール）などのアルコール類
　　の代替品として利用できます。
　・無水エタノールと比べ酒税が掛からないため、安価でコストダウンになります。
　・軽い油分の洗浄、フラックス洗浄、帯電除去剤、ガラスや樹脂成型品の最終仕上げ（ほこり
　　や皮脂の除去）に最適です。
　・特定化学物質障害予防規則、有機溶剤中毒予防規則非該当、ＰＲＴＲ法に非該当の為、作業
　　環境の改善に役立ちます。 消防法区分：消防法アルコール類

▽高純度イソヘキサン

【製品紹介】高純度イソヘキサン：ノルマルヘキサンの代替品として◍˘‿˘◍医薬品原料、接着剤・クリーナー溶剤、重合溶媒、塗料・インキ溶剤等にご利用可能。SDSはHPからDL可能です⇒https://t.co/kveuooqa42

— きょーか【公式】三協化学㈱溶剤ブレンズ (@sankyochem) July 6, 2019

●高純度イソヘキサン


　・使用用途：医薬品原料、接着剤・クリーナー溶剤、重合溶媒、塗料・インキ溶剤 ノルマル
　　ヘキサン代替品
　・沸点（℃）62.0、比重0.66
　・CAS No.107-83-5
　・消防法：第1石油類非水溶性
　・ノルマルヘキサンの含有量1％未満のため、PRTR法に非該当な高純度品です。