塗料の種類と硬化メカニズム

塗装は私たちの日常生活や職場環境に欠かせないものとなっている。家庭の無垢材の家具からオフィスの電子機器の部品まで、スプレー塗装された部品はどこにでもある。塗装の役割は製品によって異なる。

木製の塗装は、主に装飾と防腐を目的としている。しかし、現代の技術は単なる美観や耐食性以上のものを要求している。そのため、科学者たちは塗料にカモフラージュ、耐熱性、導電性、高温断熱性、防汚性、放射線防護、さらには光学的フィルターといった機能を付与してきた。

コーティングは、カバーする基材の種類によって分類することができる：

• 金属焼き付け塗装： 金属表面に使用。
• コンクリートまたは石材用スプレーペイント： コンクリートや石材に適用される。
• プラスチック・スプレー・ペイント： プラスチック基材用に設計されている。
• ウッド・スプレー・ペイント： 木材用に特別に調合されている。
• クォーツガラス・スプレーペイント： 石英ガラス基板に使用。

コーティングはまた、皮膜形成のメカニズムに基づいて分類することもできる：

• 揮発性コーティング： 溶媒の蒸発によって形成される。
• 酸化性ポリマーコーティング： 酸化によって重合し、皮膜を形成する。
• 熱硬化性コーティング： 溶媒が蒸発し流動性が失われるため、100℃以上の温度が必要。コーティング分子内の官能基の架橋と硬化はこの温度で起こり、完全なポリマー層を形成する。例えば、アミノレジン焼付塗料、アスファルトワニス、有機ケイ素磁性塗料などがある。

アミノ樹脂は、塗料業界ではアルコール酸樹脂の硬化剤として使用されている。加熱条件下で、アミノ樹脂のエーテル結合がアルコール酸樹脂の水酸基と架橋し、硬化して皮膜を形成する。この硬化プロセスは特定の温度範囲内で起こる必要がある。

各樹脂塗料には、その製造工程で重要な指定焼付け温度がある。この温度範囲を逸脱すると、ポリマー鎖の切断や顔料の劣化につながり、変色を引き起こす可能性がある。例えば、アミノ樹脂焼付塗料は120℃から140℃の乾燥温度を必要とします。150℃を超える温度に長時間さらされると、変色やもろさが生じ、耐久性が低下するため、塗膜の装飾性や保護機能が損なわれる。逆に、120℃を下回ると皮膜の形成が妨げられるため、製造時の精密な温度管理が必要となる。

乾燥の原理と温度は、基材と塗料の組成によって異なる。塗料は大きく油性と水性に分類され、それぞれ複雑な組成を持っています。赤外線吸収原理を塗料の赤外線特性に合わせることで、以下のような場合に乾燥効率を最適化できます。 カーボンファイバーヒーターエレメント赤外線エネルギーの利用を高める。

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