基礎技術解説コーティング

塗膜の乾燥による硬化メカニズムを明確にする

塗膜の乾燥プロセスは、塗工液から塗膜形成に至るダイナミックな形態変化といえる。塗工液中の溶剤は、均一でスムーズなコーティングにおいて重要な役割をする。乾燥プロセスは、塗膜内の溶剤の拡散現象が本質であり、乾燥装置の設計指針に大きく関与する。また、乾燥後の塗膜の凝集力発現には、溶剤の液体メニスカスによるラプラス力が寄与している。そして、熱処理により塗膜の凝集性はさらに向上する。ここでは、塗膜の乾燥プロセスに注目し、溶剤の拡散モデル、乾燥中のエネルギー収支、ラプラス力および熱処理による凝集力制御について述べる。

塗膜形成と乾燥
塗膜形成と乾燥
(a)乾燥方法 (b)乾燥による塗膜の物性変化 (c)塗布膜の品質
(a)乾燥方法 (b)乾燥による塗膜の物性変化 (c)塗布膜の品質

まず、塗膜の形成過程について概説する。上図のように、塗工液は、樹脂や高分子集合体からなる固形分と、溶剤および界面活性剤からなる液体との混合体である。よって、塗工液はコーティング性が高く、様々な表面形状の基材に塗布できる。また、溶剤量により粘度を決定し、界面活性剤によって濡れ性を繊細に制御できる。一方、塗膜形成によって、基板との界面が新たに生じる。この界面形成により、塗膜は強固な膜として安定化する。塗膜の形成過程には、様々な物理要因が関与する。右図(a)は塗膜の乾燥方法をまとめている。塗膜の乾燥要因は、溶剤の膜内拡散、固形分に働くラプラス力、膜内の応力発生などがある。乾燥方法は加熱方式と蒸気圧方式とに分かれる。加熱方式には、熱、赤外線、ランプ方式などがあり、蒸気圧方式には、真空、凍結乾燥、超臨界などがある。これらの乾燥プロセスにより、乾燥速度や乾燥限界が決められ、塗膜に様々な物性変化が生じる。乾燥後の塗膜のトラブル要因には、右図(b)のように、表面エネルギー、表面硬化層、膜収縮、界面ボイドなどの表面・界面的要因や、密度変化、応力発生、浸透膨潤などのバルク的要因がある。これらの要因が絡み合って塗膜の品質が決定される。塗膜の品質には、右図(c)表面光沢、塗布むらなどの視覚的な評価や、膜剥離、クラックなどの膜破壊に関するものがある。塗膜と基板との界面不安定に起因するトラブルも多い。

ゼータ電位
ゼータ電位

塗工液は、溶剤と固形分や添加剤の混合物であるが、上図のように、固形分はゼータ電位と呼ばれる特性電位を有する。多くの固体材料は液中で負に帯電している。よって、塗工液内の固形分には斥力が働くため凝集性が低くなる。下表は液中の無機・有機材料のゼータ電位を示している。

この続きは、お問い合わせください。

以下のような図や解説が続きます。

  • [図] 各材料のゼータ電位
  • [図] 溶解理論(相互作用力低下)

お問い合わせフォーム

ページのトップへ戻る