塗料技術の課題

環境対応と高機能化がこれからの塗装技術のキーワードになるでしょう。そこで塗料樹脂の開発という観点から塗料技術の歴史を振り返ってみたいと思います。

塗料技術のパラダイム(ある時代に共通枠組み、方法論、ものの見方等)がどのようにシフトしたかと考えると、まず、隆盛となった第1のパラダイム「各種ポリマーの展開」があります。次いで第2のパラダイム「ポリマー技術の高度化」があります。これは樹脂の分子設計・樹脂微粒子設計を含む樹脂設計を高度化させることで高性能を実現してきた時代です。そして現在第3のパラダイム「高機能化と環境負荷低減」の時代に入っていると思われます。高機能化では樹脂設計の面のみならず、機能性顔料・機能性添加剤(薬剤)等の開発によって塗料の領域を押し広げているようです。この分野はニッチ(隙間)な分野であるにも関わらず、機能性塗料は知識集約型、高付加価値型の塗料と言えます。また環境問題への取り組みの大切さは前に述べた通りです。

さて、塗料は典型的な複合材料ですが、複合材料であるがために発展してきた固有の技術があります。塗料の要素技術には樹脂設計技術・架橋技術・分散技術・薄膜形成技術・材料評価技術・機能化技術があげられます。が、こうした技術は周辺分野の材料開発との関連も深くお互い刺激しあっています。技術もマーケットもグローバル化している今だからこそこうした技術を活かした独自性のある製品開発が望まれているように思われます。

塗装前の大切な素地調整

塗料は塗る物の表面にしっかりとくっつくことが必要です。そのためには人間の瞳が瞬きをするたびに瞳の表面に水が補給され、その上を素早く油が濡れ広がるのと同じように、塗料はまず塗る物の表面に濡れ広がる事が大事になります。塗る物の表面に汚れが残っていると、例えば金属・プラスチックなら油や離型剤が残っていたり、木材なら毛羽が残っていたりすると、濡れが悪くなって付着不足や美観をそこねる可能性が出てきます。そのため、塗る物の表面を塗装できる状態、塗料が均等に濡れ広がるように調整することが、塗装の第1歩になります。屋根・外壁塗装や金属・木材塗装など、すべての塗装における第1歩の作業を素地調整と呼んでいます。金属の素地調整方法は、塗る物の隅まで鋼玉を高速で叩きつけ(ショットブラストと呼びます)さびを除去します。このさびとり作業をケレンと呼びます。クリーンがなまってケレンになったそうです。車やプレコートメタル(PCM)の素地調整にはリン酸亜鉛化成処理と呼ばれる表面処理が行われます。表面処理液中に鋼板を浸漬すると、鉄の一部は処理液中に溶けて、酸化・還元反応で化成被膜が形成・熟成されて、鉄表面は細かくち密な結晶(化成被膜と呼びます。)で被覆されます。この処理で塗料の付着性と防錆性(ぼうせいせい)が向上します。木材の素地調整では毛羽を除去するために水引き研磨を行います。温水で表面を湿らせ、乾燥後に毛羽立った所を逆目から研磨して取り去ります。この他、加工時の刃物による鉄汚染の除去や漂白(ともに薬品処理で修正)、打痕の修復(アイロン当て)など、他の素材にはない素地調整作業があります。

外壁塗装の成分はどんなものなのか

外壁塗装は樹帽、硬化剤、顔料、添加剤、溶剤等が混合している素材です。この中で、溶剤は塗装時に蒸発して放散し、塗膜成分にはなりません。色をつける目的の着色顔料を含むものをエナメル塗料、これを含まないものをクリヤ(透明)塗料と言います。また、樹脂、硬化剤、溶剤は系の媒体という意味でビヒクル(展色料)と呼ばれています。

樹脂と硬化剤の選択は塗料の性能を左右する最も大きな要因と考えて良いでしょう。樹脂は用途に応じてさまざまな種類が選択されます。例えば、金属の下塗り用には付着力のあるエポキシ樹脂が用いられ、太陽光の照射に強く透明感のある上塗りにはアクリル樹脂が用いられる事が多いはずです。また、塩化ゴム塗料のように溶剤に樹指を溶解させて、溶剤の蒸発のみによって塗膜になる外壁塗装や、油変性アルキド樹脂塗料のように空気中の酸素で硬化する外壁塗装、アルキド・メラミン樹脂塗料のように主剤と硬化剤が焼付けにより硬化する外壁塗装など、乾燥・硬化の形態もさまざまです。

顔料には色をつける目的の着色顔料、錆の発生を抑制する錆止め顔料、充填剤として用いる体質顔料などがあります。顔料の選択は色昧や色の耐久性のほか、塗膜の硬さや伸びといった性能に大きく影響するため大変重要です。

溶剤は塗料が均一で滑らかな塗膜になるよう流動性を良くし、泡を失くす手助けをし、乾燥速度を調整する働きをします。溶剤は樹脂や硬化剤を溶解して均一な溶液にすると共に、顔料表面を濡らし顔料の分散を助ける働きもあります。

添加剤は塗料に少量加えられることによって、外壁塗装の表面張力や粘度を変えたり、いろいろな特定の機能を発揮する材料です。顔料分散剤、表面調整剤、たれ防止剤、消泡剤、はじき防止剤、紫外線吸収剤、防かび剤などさまざまな添加剤が選択されて用いられています。

下地処理とは

一口に「塗り」といっても、外壁塗装に、家具や車など対象は多岐にわたるので、その方法やコツは異なります。しかし、どれもに共通する最も大切なことは「下地処理」です。これはどのようなばあいでも必ず必要で、「塗面の状態を、塗装に必要な状態に整える」ことです。「塗装に最適な状態」とは、ひとつは、表面がしっかりと固まり、余分な付着物がないことで、触っただけでボロボロと崩れたり、表面がはがれていたり、錆びやカビがあると、塗装はできても塗膜はすぐにはがれてしまいます。それを防ぐために、表面の汚れ、カビ、さび、はがれなどは取り除き、崩れなどはシーラーで(下地剤)で表面を固めます。もう一つは、余計な凸凹がなく、適度なひっかかりがあることが必要で、ヒビやへこみがある場合はパテや充てん材で埋めますが、表面がつるつるだと、塗膜が密着できず、はがれの原因になるため、そういった場合はサンドペーパーで表面を荒らす必要があります。

塗装素地としての木材

塗装の素地として,日本古来から,建築の基本であった木部があるが,最近は各種建材の開発から,木材の工場加工費が上がり,工場での建材としての加工合板がその主流となり,建築現場において建築塗装として施工するケースが減少する傾向を強めている。しかし,木部の質感は日本人のみならず,人に暖かみを感じさせ,
要所要所には使用されその効果は生かされている。 また,戸建住宅を中心に防火の処置さえ十分であれば,省エネルギーに対しでも木材のもっすぐれた吸収性が効果を上げるなどの点から見直されてきつつある。塗装素地としての木材は,それ自体が輸入外材の参入によって非常に多くの種類があり,それに加え,各種の木質加工建材が開発されますます多様化している。

木質ボード

木質ボードを下地材とした内装は、 いずれも 木質ボード の吸放湿能に応じた調湿能を持っている。
板張りの場合も全く同じに取り扱うことができる。 すでに透湿係数は各種ボード について得られている。木材に
ついても 同様である。したがってどの程度の厚みがあれば,ビニル壁紙に匹敵する透湿抵抗を持たせることができ
るかが問題である。

透湿抵抗は定常状態で測定された 値であって,非定常状態吸湿性ビニール壁紙 , ビニール壁紙にそのまま当てはめてよいかどうか不明である。すなわち,室内の水蒸気圧は時間とともに変化し ている。したがって壁の内側との水蒸気圧差も時々刻々変化しているから,水蒸気圧差一定で得られた値とは異なるかもしれない。

合成樹脂類

塗料に用いられる合成樹脂類は大きく分類すると熱を加えると軟化する性質のある熱可塑性樹脂と,熱を加えると硬化していく熱硬化性樹脂に分けることができる。熱可塑性樹脂の代表としては,塩化ビニル樹脂のごとくビニル樹脂で代表されるように,一般に塗料中の溶剤が蒸発することで、乾燥するものであり,熱硬化性樹脂の代表はエポキシ樹脂で示されるごとく反応硬化とか焼付け硬化などの化学反応を伴い乾燥硬化をする塗料である。

無機質系素地塗装

無機質系素地は、セメントを主な成分とするコンクリート、モルタル、スレート等を中心とします。特に外壁における補修塗装に使われます。コンクリートやモルタルの外壁に対する塗装は、見栄えではなくてコンクリートやモルタルの保護や外壁の遮断機能のためなどの補修の場合があります。たとえば、コンクリート素地に発生したひび割れや欠陥に対して処理を行い既存塗膜の補修を行っていきます。

金属系塗料

外壁塗装に使われる金属系塗料には、非常にたくさんの種類があります。

これを分類していくと、大きく次の三つに分かれます。

一つ目は、油変性アルキド樹脂塗料。この油変性アルキド樹脂塗料には、合成樹脂調合ペイント、フタル酸樹脂エナメル、アルキド樹脂変性塗料の3種類があります。合成樹脂調合ペイントは13種、アルキド樹脂変性塗料にはフェノール樹脂変性、エポキシ樹脂変性、塩化ゴム変性というものがあります。

二つ目は、熱可塑性樹脂系塗料です。塩化ゴム系塗料やビニル系塗料、ラッカーエナメルといった塗料が含まれます。

そして、三つ目は熱硬化性樹脂系塗料で、金属系塗料の中でも豊富な種類があります。具体的にはエポキシ樹脂系塗料、ウレタン系塗料、シリコン変性塗料、加熱硬化(焼付)塗料といったものが有名。エポキシ樹脂系塗料には、2液型エポキシ樹脂塗料や厚膜型エポキシ樹脂塗料、タールエポキシ樹脂エナメルの3種類があります。

金属系基材には、概ね、表に示す塗料等の仕上材が使われている。ウレタン系塗料として代表的なものは、アクリルウレタン塗料や常温乾燥形フッ素塗料など。加熱硬化塗料には、熱硬化性アクリル樹脂塗料、アミノアルキド樹脂塗料、耐熱・耐火塗料などがあります。