塗料に使う樹脂ってどんなもの

おさらいだよ。塗料は樹脂、溶媒、顔料、添加剤で出来ているんだったね。そのうち樹脂は塗膜になる成分だよ。塗料の性能は樹脂によって決まるほど重要な成分なんだ。

塗料の用語その１　

耐候性　建物の外壁や自動車に塗られた塗膜はいつも太陽の光や風雨に晒されます。塗膜は長い間紫外線や水に晒されると劣化して、白くなったり色がなくなります。塗膜にヒビがはいり酷い時には塗膜が剥がれてしまいます。紫外線はお肌に悪いように塗膜にも良くないのです。

耐候性は、塗膜が紫外線などの自然の力にどのくらいの間、対抗できるかを示す性能です。その性能は塗料のカタログにあります。耐候性キセノンランプ２５００時間光沢保持率８０％のように書かれています。キセノンランプやサンシャインウェザオメーターは耐候性を試験する機械のことです。

試験は実際に自然環境で行えば良いのですが、１０年間の試験をしたら結果がでるまで１０年かかってしまいます。それでは時間がかかりすぎて改良や開発が進みません。そこで、自然環境の紫外線や風雨、温度変化など人工的に再現して、さらに時間を短縮する機械が開発されました。それがキセノンランプやサンシャインウェザオメーターです。その試験法はJISで規定されています。

キセノンランプ促進耐候性２５００時間光沢保持率８０％は、キセノンランプを２５００時間の間、塗膜に照射した後でも塗膜の光沢（艶）が８０％残っていることを示します。試験時間が長くて光沢保持率が大きいほど耐候性が良い塗料になります。

塗料メーカーは耐候性の良い樹脂や紫外線吸収剤を使って塗膜が長持ちするように工夫しています。性能が良い樹脂は価格が高いのでコスパを考えて塗料を作っています。

耐食性　防食性とも言われます。被塗物（塗料を塗った物）を錆から守る性能をいいます。塗料を塗ったフェンスや自転車が錆るまでの時間を試験します。カタログは塩水噴霧試験７２０時間錆発生なしとのように記載されます。

耐候性と同じように試験期間を短縮するための機械があります。一般的には塩水噴霧試験機が使われます。試験機は、塩水を塗料を塗ったテストピースにスプレーします。錆びやすくします。試験期間が長くて錆の発生が少ないほど耐食性が優れた塗料です。

塗料の樹脂ってどんなもの

樹脂は高分子化合物と化学物質なんだ。昔は、松脂や漆のように樹木から採ったり、地面から湧き出したコールタールを採っていた。天然ゴムもそうだね。それを防食や着色に使ってたんだね。動物性の天然樹脂ものもある。ゼラチンや膠、牛乳に含まれるカゼインも樹脂の仲間なんだね。膠は昔から接着剤として使われた。食べ物に樹脂の仲間があるって不思議だね。

現代になると化学が発達して石油から合成樹脂が作れるようになった。合成樹脂は用途に応じた樹脂を好きなように作れるから便利なんだ。買い物用のビニール袋向けから塗料向けまでたくさんの種類が作られている。

そんな樹脂には熱可塑性樹脂と熱硬化性樹脂がある。熱可塑性樹脂は、熱をかけると柔らかくなり冷えると固まる樹脂のことだ。熱硬化性樹脂は熱をかけると固まって元に戻らない樹脂なんだ。熱がかかると樹脂のなかに架橋構造ができる。架橋が完成するともう元に戻らない。熱でなく化学反応で架橋させるものもあるんだ。塗料や接着剤は熱硬化性樹脂や化学硬化性樹脂が使われているよ。

塗料に使われる樹脂

樹脂はとてもたくさんの種類がある。塗料に使われる樹脂も色んな種類があるんだ。それはカタログに書いてある。アクリル樹脂やウレタン樹脂、エポキシ樹脂が多い。色々あるのは、塗料の用途に合う樹脂を選んでいるからなんだ。樹脂は種類によって特徴があるんだ。ポリウレタン樹脂やアクリル樹脂は耐候性が良い。エポキシ樹脂は耐候性が悪いけれど耐食性は抜群なんだ。

そんなわけで樹脂は単独でなく複数の種類を組み合わせて使われることになる。耐候性が重要だからアクリル樹脂を増やそう、耐食性もいるからエポキシ樹脂を少し入れようという風に設計するんだ。その配合はカタログに書かれているよ。

そのときコストも考慮しないと行けないんだ。目的の性能、コストのバランスが重要になるよ。それに加えて使い勝手も考えないといけないんだ。フッ素樹脂は耐候性が抜群だけど、それだけを使ったら、価格がとても高くて塗りにくい塗料になってしまう。だから、作業性の良い樹脂や少し安い樹脂を混ぜて使いやすい塗料にするんだね。塗料はみんな同じ用に見えるドロドロの液体だけど塗膜になったときのことを色々考えてあるんだよ。

メーカーの腕の見せ所は、性能、塗りやすさ、保存性、価格などのバランスを考えてメリットを提供できる塗料を作ることなんだね。料理やウィスキーのブレンデッドと同じなんだ。

樹脂の特徴を説明しよう

アクリル樹脂は、アクリル酸やメタクリル酸誘導体、スチレンなどのモノマーを数種類共重合させた樹脂だよ。分子量が選択しやすいので色んな種類が作れるんだ。無色透明、光沢があり、耐候性、耐水性、耐薬品性に優れているんだ。

フッ素樹脂は、フッ素原子を含む重合体のことだよ。原子間の結合力が強いから耐候性が優れている。耐薬品性、耐溶剤性、耐熱性、撥水性も優れている。滑り性や非粘着性といった独自の性質も有る。塗料以外にも航空機や半導体といった精密機器から、フライパンや炊飯器といった身近な家庭用品まで広範囲に使われているんだ。欠点として値段が高いことがある。

シリコーン樹脂は、シロキサン結合（Si-O-SI）と各種有機基の結び付きを骨格とした樹脂だ。シロキサン結合は強くて酸化しにくい、耐候性や耐水性、撥水性、耐薬品性、電気絶縁性も優れている。いちばん優れているのは耐熱性なんだ。耐熱塗料に使われるんだ。

ウレタン樹脂は、複数の水酸基を持つ樹脂（ポリオール）の主剤とポリイソシアネートを硬化剤として硬化させる樹脂のことだ。ポリオールとポリイソシアネートの組み合わせによっていろんな特徴が出せるんだ。耐候性が良いので上塗り塗料として使われる。二液型が普通だけど一液湿気硬化型や低温硬化型塗料にもできる。

エポキシ樹脂は、分子中に複数個のエポキシ基がある樹脂のことだよ。塗料はビスフェノールＡとエピクロルヒドリンから合成されるエポキシ樹脂が使われる。耐水性、耐薬品性、付着性に優れている。耐候性が弱いので下塗り塗料に使われることが多いんだ。

無機系樹脂は、無機成分を主体とする合成樹脂だよ。ふっ素樹脂を上回る耐候性があるので最近注目されているんだ。石や岩などの無機質に近いから燃え難にくくて対候性もいちばん良いんだ。有機物を石や岩などの無機物に近づけるから値段が高くなる。それが欠点だね。

塗料に使われる代表的な樹脂はこのような特徴を持ってる。ただ科学者や専門家のように深く理解する必要がないので、こんな樹脂にはこんな特徴があるくらいを覚えていたら良いよ。そうすれば塗料を選ぶときの参考になる。最近流行りのラジカル制御については別の機会に説明するよ。

塗料は樹脂や顔料や添加剤でできてるけど、樹脂は塗料の性能は殆ど樹脂で決まるんだ。樹脂は自分が欲しい性能の塗料を探すとき参考になるんだ。