Chemistry Labs

工業化学・応用化学

塗料・コーティング・接着剤

顔料、バインダー、界面が組み合わさり、保護塗膜や信頼性の高い接着を生む仕組み。

直観塗料は配合材料である

一般的な塗料はバインダー、顔料または体質顔料、液体媒体、少量の添加剤からなる。塗布後、溶媒の蒸発、粒子の充填、化学反応を経て最終塗膜が形成される。

学校バインダーが塗膜をつくる

定義: バインダー

顔料粒子を結び付け、塗膜を基材に固定する皮膜形成成分。その化学構造は接着性、柔軟性、耐水性、耐久性に大きく影響する。

顔料は色、隠ぺい性、機能を与え、体質顔料は体積、質感、コストを調整する。顔料体積濃度は、連続した強固な膜をつくるだけのバインダーが残るかを左右する。

大学湿潤塗膜から固体膜へ

水性ラテックス塗料は、水の離脱後にポリマー粒子が接近・変形・融着して膜をつくる。造膜助剤がこれを助け、温度や湿度が速度を変える。別の塗料は主に化学架橋で硬化する。

polymer chains+cross-linker⟶network\text{polymer chains} + \text{cross-linker} \longrightarrow \text{network}

架橋は耐溶剤性や耐熱性を高めうるが、架橋密度が高すぎると膜が脆くなる。処方では硬さと靭性・柔軟性の釣り合いを取る。

上級接着は界面から始まる

接着剤は接合面間で荷重を伝える。濡れによって接着剤が表面に密着し、分子間相互作用、機械的かみ合い、化学結合が寄与する。清浄度、表面エネルギー、粗さ、水分が結果を変える。

上級性能は仮定せず測定する

塗膜試験では接着性、光沢、摩耗、耐食性、耐候性などを評価する。接着試験では引張、せん断、剥離荷重を区別する。試料調製、調湿、形状、試験法で結果が変わるため、報告には適用規格を明記する。

例: 塗膜が剥がれる理由

強いバインダーを使っていても、ほこりと湿気のある基材から塗膜が剥がれる。まず系のどこを調べるべきか。

解答

まず界面と前処理を確認する。汚染や水分は濡れを妨げ、接着を弱める。バインダーを変更する前に洗浄、乾燥、基材との適合性を調べ、規定の接着試験で破壊様式を特定する。

研究研究の最前線

参考文献

  • Organic Coatings: Science and Technology · Z. W. Wicks Jr., F. N. Jones, S. P. Pappas, D. A. Wicks, 2007
  • Handbook of Adhesion Technology · L. F. M. da Silva, A. Öchsner, R. D. Adams, editors, 2011