塗装技術の門

　塗料における溶剤の役割は、被塗物や顔料を「ぬらす」ことと、樹脂や硬化剤などを「溶かす」ことであり、それぞれ表面張力と溶解性パラメータが重要な支配因子となります。単一種類の溶剤で被塗物に対する濡れ、バインダー樹脂、硬化剤の溶解性、塗装～塗着～乾燥・硬化までの粘度（流動性）調整など、複雑な制御を行うのは不可能です。このため複数種類の溶剤が併用されますが、このときには蒸発速度と沸点を考慮する必要があります。
　沸点が高いほど、蒸発が遅いのが一般通則でありますが、たとえば、シクロヘキシルアルコールとメチルイソブチルケトンは沸点が同じにもかかわらず、蒸発速度は圧倒的にメチルイソブチルケトンの方が速いです。アルコールとケトンのように化学構造が異なれば、必ずしも沸点と蒸発速度は相関しない場合がありますので、注意が必要です。
　塗料の製造から塗装現場まで、各種法規制にしたがって諸々作業が実施されることが重要です。溶剤に関係する主な法規として、消防法、大気汚染防止法、労働安全衛生法、毒物劇物取締法、化学物質管理促進法などがあります。個々の内容につきましては、インターネット当で閲覧可能でありますので、使用者が各自で確認することが必須となります。
　それぞれの法律に該当する溶剤は、指定された使用方法に従い、使用量・貯蔵量の届け出、製品への使用の事実と含有量の表示、有害情報と使用上の注意事項の表示をしなければなりません。

　塗料の基本機能である被塗物の保護と美観の付与を実現するために、多種多様な顔料が使用されています。
　塗料が単一種類の顔料だけで構成されることはまれで、一般的には2～5種類程度の顔料が用いられます。顔料の混合により、単にその中間色を得るのみならず、それぞれの顔料の特徴を複合化することで、繊細で複雑な意匠の発現や、美しくてさびも出ないという多様な性能発現が可能となります。

1．着色顔料

　光の吸収や散乱により、塗膜に色彩や隠ぺい性を付与するために用いられ、有期と無機のものがあります。
　一般的に、有機着色顔料は色彩が鮮やかでありますが、耐光性や耐熱性などの耐久性が無機着色顔料に比べて劣ります。ペリレン、ジケトピロロピロール、キナクリドン、イソインドリノン、イドインドリン、アンスラキノンは縮合多環式顔料と呼ばれ、フタロシアニン系顔料と共に比較的耐光性は良好です。無機着色顔料は耐久性能には優れますが、色彩の鮮やかさでは有機顔料に劣ります。ただし、白色の酸化チタンや黒色のカーボンブラックは無彩色ではあるものの、それぞれ白さや黒さは優れています。

2．体質顔料

　無機顔料の一種でありますが、無彩色で屈折率が低いので、塗膜中は透明あるいは半透明になります。このため、塗料を増量するコストダウンが配合の主目的になりますが、塗膜への硬度付与や衝撃緩和、塗料の粘度や比重の調整、原色塗料の着色力調整などのためにも用いられます。沈降性硫酸バリウムのように人工的に合成されるものもありますが、天然に産出される粘土鉱物や石灰岩を、粉砕・分級しただけのもの、さらに、必要に応じて精製や表面処理したものなどが用いられます。

3．光輝顔料

　顔料粒子が鱗片状の形をしており、被塗物表面と平行に配向すると、塗膜の明度や色調が塗膜を見る角度によって大幅に変化し、メタリック感やパール感などの意匠性を付与します。

4．防錆顔料

　さびを抑制するリン酸イオンやモリブデン酸イオンなどのインヒビターイオンを放出したり、塗膜下を塩基性雰囲気にすることで、被塗物（金属）の腐食を防止します。
　以前は鉛やクロムが主に使用されていましたが、その毒性のために現在では大幅に制限され、重金属を含まない顔料の開発が行われています。

主な塗料用樹脂とその特徴

アクリル樹脂

二重結合を持ったモノマーがラジカル重合で繋がった樹脂。モノマーの種類が多く、モノマーの選択により様々な性質を持たせることが可能です。基本的には無色透明で、光沢、耐候性、耐薬品性に優れます。高Tg・高分子量のものはラッカータイプ、水酸基やカルボキシル基を持つものはメラミン樹脂やポリイソシアネートなどの硬化剤と組み合わせ1液・2液の熱硬化性塗料に用いられます。

ポリエステル樹脂

カルボン酸を持つモノマーと水酸基を持つモノマーが脱水縮合し、エステル結合で繋がった樹脂。アルキド樹脂と区別する意味でオイルフリーポリエステルとも呼ばれます。耐候性・耐薬品性・硬度と可とう性のバランスに優れます。高分子量直鎖型はプレコートメタル用などに使用され、低分子量分岐型ポリエステル樹脂は一般工業用塗料に用いられます。どちらもメラミン樹脂と組み合わせて1液焼き付け塗料とされます。

アルキド樹脂

アマニ油やヤシ油などの天然油で変性されたポリエステル樹脂を指します。油の量により、多い順に長油・中油・短油と区別されます。長・中油アルキド樹脂は不飽和脂肪酸を多く含む油で変性され、不飽和二重結合の酸化重合により常温硬化します。短油アルキド樹脂は飽和脂肪酸が主体の油で変性され、メラミン樹脂等と組み合わせた1液焼き付け塗料に使用されます。

ポリウレタン樹脂

イソシアネート基を持つモノマーと水酸基を持つモノマーが、ウレタン結合で繋がった樹脂。弾力性に富み、強じんで、耐摩耗性、密着性、耐薬品性、耐溶剤性に優れた塗膜を形成します。水酸基を持つアクリル樹脂やポリエステル樹脂（主剤）とポリイソシアネート（硬化剤）から成り、硬化塗膜がポリウレタンとなる2液型と、油変性型や湿気硬化型の1液型があります。

ポリイソシアネート

広義にはイソシアネート基を複数持つ加工物のことになりますが、TDI（トリレンジイソシアネート）、HDI（ヘキサメチレンジイソシアネート）などの単量体は低分子量で蒸気圧が高く毒性が高いので、2液ウレタン塗料の硬化剤としてはしようか困難です。このため、アダクト体・ビュレット体・イソシアヌレート体などの高分子化されたものが硬化剤として使用されます。

エマルション樹脂

樹脂は溶剤に溶解した樹脂ワニスの形で提供されることが多いですが、溶解せずに溶剤中で粒子状に分散したものを指します。分散している樹脂はアクリル、ポリエステル、ウレタンなどさまざまな化学構造です。同じ化学構造・分子量であれば、ワニス状態（溶解）よりもエマルション（分散）の方が一般的に粘度が低くなります。狭義には溶媒（分散媒）が水であるものを指すものが多いです。

エポキシ樹脂

エポキシ基を分子中に二個以上持つ樹脂をエポキシ樹脂と呼びます。塗料にはビスフェノールA型が主に用いられます。耐食性、耐薬品性、被塗物への密着性に優れる反面、紫外線に弱く、耐候性・耐光性は不良で、下塗りやさび止め塗料に用いられます。

メラミン樹脂

メラミンにホルムアルデヒドを付加させ、さらにメタノールやブタノールなどのアルコールを付加縮合させて製造されます。これらの反応の進行程度やアルコールの種類、自己縮合の程度によりさまざまな品種があります。水酸基を持つアクリル樹脂やポリエステル樹脂と組み合わせて1液型焼き付け塗料に使用されます。比較的安価でほかの樹脂との相溶性に優れます。

UV硬化樹脂

紫外光を照射して固める樹脂を指します。二重結合を持つ重合性モノマーと光重合開始剤と、これだけではもろく密着性に乏しい塗膜しか得られないことから、二重結合を持つオリゴマー（プレポリマー）を加えます。オリゴマーにはポリエステル、エポキシ、ウレタンなどのアクリレートが用いられ、上記のそれぞれの化学構造に特徴的な性質が発現します。