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塗装技術の門

塗装・塗料をはじめとした内容を掲載したブログです。工業に携わる皆さまの調べものにお役に立ちたいと思っています。

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JISハンドブック 30 塗料 (30;2020)


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塗料の極性基と分子量および溶剤の影響



塗料では付着性を向上させるため、水酸基、カルボキシル基、カルボニル基、アミド結合、二重結合などの極性基を導入することが多いです。
 また、一般に高分子は異なる分子量の混合体であり、低分子量成分によるぬれの効果と高分子量成分による凝集力効果のバランスで付着強さを確保しています。分子量が小さすぎると凝集破壊が生じやすく、大きすぎると、被塗物に濡れ難くなります。さらに応力緩和が困難になり、付着強さは低下してしまいます。
 塗膜に可塑剤を添加すると、内部応力が緩和しやすくなること、高分子の極性基が被塗物表面に配向しやすくなることなどにより、付着性は向上する傾向を示します。
 常温乾燥型の塗料では、溶解力の乏しいシンナーが使用された場合、付着性は悪くなってしまいます。これは希釈塗料中の高分子のコンフォメーションによるものと思われます。また、溶剤の蒸発速度が大きいと乾燥過程での内部応力が大きくなり、付着性は劣ってきます。多層系塗膜の場合、上塗りの溶剤の溶解力が強く、下塗り塗膜を膨潤させるような場合、下塗り塗膜の付着性低下を引き起こしやすいことがわかっています。

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WBL理論



二層の界面で純粋に起きる接着破壊は存在しません。接着破壊に見えても、接着界面に弱い層(Weak boundary layer)が存在するため、この弱い境界層の凝集破壊を評価しているに過ぎないという見方であり、この弱い層を除去するかあるいは強化すれば接着は強くなるという考え方です。

Weak boundary layerとは、例えば、次のようなものがあります。
①不十分なぬれの結果、界面にトラップされた空気層
②被塗物表面に残存する防錆油、吸着物、汚染物
③ブリードアウトしてくる低分子物質
④界面の劣化により生成する酸化物層、水和物層など

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塗膜付着力阻害要因としてのWBL



塗膜の付着力を測定したことのある方であれば、誰しも経験することではありますが、付着破壊が塗膜と塗装素材界面のみで起こることはまれであって、塗膜内での凝集破壊が混在するのが普通です。塗膜と素材の界面に薄い皮膜層を想定し、この皮膜層が脆弱であるとすると、引張り試験によって破壊されるのはこの皮膜であって、塗装塗膜の付着破壊力はこの脆弱皮膜の強度によって決まります。この機構による付着破壊を脆弱境界層(Weak boundary layer、WBL)説と称し、Bickermannが提唱しています。塗料ではこの説に従う場合が多く、塗装前処理としての水研ぎ、除錆には、WBLの除去と考えられる場合が非常に多いです。
 ここで、WBLの例を挙げますと、亜鉛めっき鋼板にアニオン電着塗装を施した際の、塗膜とめっきの界面にWBLが形成される事例があります。このWBLはIR分析により、結晶性のカルボン酸塩であることがわかり、事実、電着浴中の遊離脂肪酸量を減少させることにより塗膜の付着力を改善することが出来ました。

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