(57)【要約】【課題】  粘弾性測定装置の精度を向上させる。【解決手段】  面上に測定対象物を載置する試料支持体と、前記測定対象物の載置面を圧接するエッジ部を有し、このエッジ部の先端を振動支点として自由振動する振り子と、前記振り子を駆動する加振手段と、前記振り子の変位を測定する計測手段とを備える、測定対象物に接触して自由振動する振り子の運動特性から測定対象物の粘弾性を測定する粘弾性測定装置において、前記エッジ部の測定対象物と接触する面を、測定対象物との界面張力を低下させる物質で被覆している。【選択図】      図４
2007017227.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定対象物に接触して自由振動する振り子の運動特性から測定対象物の粘弾性を測定する粘弾性測定装置であって、
面上に測定対象物を載置する試料支持体と、
前記測定対象物の載置面を圧接するエッジ部を有し、このエッジ部の先端を振動支点として自由振動する振り子と、
前記振り子を駆動する加振手段と、
前記振り子の変位を測定する計測手段と
を備え、前記エッジ部の測定対象物と接触する面が、測定対象物との界面張力を低下させる物質で被覆されていることを特徴とする、粘弾性測定装置。
【請求項２】
前記測定対象物がアクリルウレタン系塗料又はアクリルメラミン系塗料であり、前記界面張力を低下させる物質がアクリル樹脂、ウレタン樹脂、又はこれらの混合物である、請求項１記載の粘弾性測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、塗料、接着剤等の測定対象物の粘弾性を測定するための粘弾性測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
塗料、接着剤、熱可塑性もしくは熱硬化性の高分子材料は、基材に塗布し、膜を形成して用いられることが多い。このような膜の形成において、例えば硬化過程における膜の硬化特性を得るため、粘弾性が測定される。この粘弾性測定装置として、鋼体振り子を用いた粘弾性測定装置が知られている（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
図１に特許文献１に記載の粘弾性測定装置を示す。図１に示す粘弾性測定装置は、試料塗料１が塗布される試料支持体２、この金属支持体の下方に配置された試料塗料加熱用ホットプレート３、試料塗料温度測定用温度計（図示せず）、振動支点となる先端を有する角錐型エッジ部５と振り子変位指示部８及び振り子吸引部７を有する脚部６とよりなる角錐型エッジを有する剛体振り子４、振り子の振動振幅変位を検出する非接触式変位計１０、振り子吸引部に対向して設けられた磁石加振器９、ホットプレートの温度を制御する温度指示調節計（図示せず）、及び得られたデータをパソコンを用いて演算し、振動周期、対数減衰率およびプレート温度を作図し出力するデータ処理装置（図示せず）よりなる。
【０００４】
このような粘弾性測定装置において、前記振り子４はそのエッジ部５が塗料塗布面に垂直に接触するように設置され、ホットプレート３の加熱を開始すると同時に振り子吸引部７に前記磁石加振器９のマグネット吸引力によって外力を瞬間的に与えることにより振り子４が自由減衰振動を開始し、振り子４の傾きがエッジの側面で塗布試料に圧縮及び引っ張りのひずみを与えることになり、この結果、試料の持つ粘弾性的物性は振り子の振動周期と振動減衰作用を起こし、この振り子４の自由減衰振動の周期Ｔと対数減衰率Δの測定時間変化から試料の硬化特性を求めることができる。
【０００５】
【特許文献１】実開平６−５６７５７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところが従来の粘弾性測定装置において、前記振り子４のエッジ部５は鉄製であるため、測定対象物である塗料１との間で大きな界面張力が発生し、図２に示すように、塗料１とエッジ部５が接する部分が盛り上がり、塗料１の膜厚ｈに対し、塗料１とエッジ部５が接する部分における膜厚はｈ1となるため膜厚が不均一となり、得られる動的粘弾性データは精度の点で問題があると考えられる。
【０００７】
本発明は、このような問題を解消し、塗料１とエッジ部５の間の界面張力を低下させることにより、塗料１の膜厚を均一とし、精度の高い粘弾性を測定することのできる粘弾性測定装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記問題点を解決するために本発明によれば、
面上に測定対象物を載置する試料支持体と、
前記測定対象物の載置面を圧接するエッジ部を有し、このエッジ部の先端を振動支点として自由振動する振り子と、
前記振り子を駆動する加振手段と、
前記振り子の変位を測定する計測手段と
を備える、測定対象物に接触して自由振動する振り子の運動特性から測定対象物の粘弾性を測定する粘弾性測定装置において、前記エッジ部の測定対象物と接触する面を、測定対象物との界面張力を低下させる物質で被覆している。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、エッジ部の測定対象物と接触する面を、測定対象物との界面張力を低下させる物質で被覆することにより、測定対象物との界面張力が低下し、測定対象物との接触面での膜厚の変化を可能な限り小さくし、特に硬化初期における粘弾性測定の精度を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。本発明の粘弾性測定装置の構成は、基本的には図１に示された従来の装置と同じである。すなわち、面上に測定対象物１を載置する試料支持体２と、前記測定対象物１の載置面を圧接するエッジ部５を有し、このエッジ部５を振動支点として自由振動する振り子４と、前記振り子４を駆動する加振手段９と、前記振り子４の変位を測定する計測手段１０とを備えている。
【００１１】
ここで加振手段９は、一定時間の間だけ、振り子４の自由振動周期に一致した周期の駆動力を与えて加振する。また加振手段は、例えば電磁石と、この電磁石を駆動する可変電圧可変周波数電源と、電磁石に対向して振り子４に配置された磁性体（振り子吸引部）７から構成される。
【００１２】
振り子４は、図３に示すように、試料支持体２上に設置する枠部１１と、その下方に延設した棹状の脚部６とからなる。枠部１１の上辺にはエッジ部５が設けられており、このエッジ部５は、図４に示すように、試料支持体２の水平な載置面１２上に載置した測定対象物１に接触する先端部（振動支点）１３を有しており、振り子４はこの振動支点１３を中心として単振動する。エッジ部の先端の角度αは、４０°〜１１０°であることが好ましい。図３に示す脚部６は、振り子４の振動の慣性モーメントを一定以上確保するための部材である。そして脚部６には、その下端近くに加振片７を、また中央付近に変位指示部８を有している。
【００１３】
測定対象物１としては、塗料等の液状組成物、特に熱的もしくは時間的に粘弾性変化を生ずる塗料を用いることができる。
【００１４】
本発明の粘弾性測定装置においては、図４に示すように、エッジ部５の測定対象物１と接触する面を、測定対象物との界面張力を低下させる物質４で被覆していることを特徴とする。上記のように、従来の粘弾性測定装置では、測定対象物とエッジ部との間で大きな界面張力が発生し、測定対象物とエッジ部が接する部分が盛り上がり、測定対象物の膜厚が不均一となり、精度の高いデータが得られなかった。エッジ部の測定対象物と接触する面を、測定対象物との界面張力を低下させる物質で被覆することにより、上記のような界面張力により測定対象物の膜厚が不均一になることを防ぐことができ、より精度の高いデータを得ることができる。
【００１５】
エッジ部を被覆する、測定対象物との界面張力を低下させる物質は、測定対象物によってきまり、一般に測定対象物の溶解パラメータ（ｓｐ値）と近いｓｐ値を有するものを用いることが好ましい。例えば、測定対象物としてアクリルウレタン系塗料（ｓｐ値：９〜１１）又はアクリルメラミン系塗料（ｓｐ値：９〜１１）を用いる場合、ｓｐ値が９．１〜９．７であるアクリル樹脂、ｓｐ値が９．５〜１０であるウレタン樹脂、又はこれらの混合物を用いることが好ましい。この界面張力を低下させる物質は、一般的な方法、例えば、この物質を含む溶液をエッジ部に塗布した後、焼き付け、サンディングすることによりエッジ部に被覆させることができる。この被覆の厚さは、１０μｍ以下とすることが好ましい。
【００１６】
本発明の粘弾性測定装置を用いて粘弾性を測定するにあたっては、まず試料支持体２上に測定対象物１を載置し、この測定対象物１上にエッジ部の先端部を接触させる。必要に応じてホットプレート３により加熱して測定対象物１を溶融させ、振り子４の自由振動周期を測定する。なお，振り子４の自由振動周期は，測定対象物１の粘弾性が測定中に変化することによって変化し，常に一定ではないので，粘弾性測定のために振り子４を加振するたびにその時点における自由振動周期を測定する必要がある。
【００１７】
振り子４の自由振動周期を測定するには，振り子４が振動している場合には，本装置本来の振動計測機能を利用する。また，振り子４が静止しているか，振動していても振幅が上記振動計測機能を利用できるより小さい場合には，測定可能な振動周期の下限より短い時間に渡って１回限り、加振手段９を用いることによって，振動計測機能を利用できる振動状態を得ることができる。
【００１８】
そして、始めに一定時間の間だけ振り子４の自由振動周期に一致した周期で加振手段９を始動させる。その結果、徐々に振動周期の振動が励起されてくる。そして、上記一定期間の後に励振を停止し、振り子４を開放し自由振動させる。これにより、振り子４は，測定対象物に接触した状態で、エッジ部５の先端の振動支点１３を支点として振動する。
【００１９】
そして、この振動を、変位指示部８の近傍に配置した変位計１０により測定する。そして、変位計１０の入力信号は、制御装置に変位データとして入力される。そして、制御装置は上記振り子４の減衰振動の特性を解析し、測定対象物の粘弾性を算出する。
【００２０】
上記のように、振り子４は、測定対象物と接触する面が、測定対称物との界面張力を定価させる物質１４で被覆されているため、測定対象物の膜厚が一定となり、特に測定対象物の硬化初期において高精度で粘弾性値を測定することができる。
【実施例】
【００２１】
実施例１
図４に示すように、エッジ部５の測定対象物１と接触する面に、測定対象物との界面張力を低下させる物質４としてｓｐ値が９．１であるメチルメタクリレート重合物溶液（メチルメタクリレート８５部と２−ヒドロキシエチルメタクリレート１５部の重合物（Ｍｗ＝１００００）の２０％トルエン溶液と官能基当量で３０％過剰のポリヘキサメチレンジイソシアネート酢酸エチル溶液（７０％、有効ＮＣＯ濃度＝１５％／樹脂分））を塗布し、１４０℃にて２０分焼き付け、被膜厚さが５〜７μｍとなるようにサンディングした。
【００２２】
このエッジ部を、試料支持体上の下記の組成のアクリルウレタン系塗料上に載せ、１５分間で室温から１４０℃に昇温させ、１４０℃で２０分保持し、初期振幅３００μｍで、３秒間振り子をこの初期振幅の状態で固定し、次いで４秒間測定を行った。
【表１】
2007017227.tif 000003
【００２３】
実施例２
測定対象物との界面張力を低下させる物質４として上記メチルメタクリレート重合物溶液とｓｐ値が１０である２−ヒドロキシメチルメタクリレート−メチルメタクリレート共重合物硬化物（硬化剤：ヘキサメチレンジイソシアネート（水酸基／イソシアネート＝１／１（当量)))の１：１質量比の混合物を用いることを除き、実施例１を繰り返し、測定を行った。
【００２４】
実施例３
測定対象物との界面張力を低下させる物質４として上記２−ヒドロキシメチルメタクリレート−メチルメタクリレート共重合物硬化物を用いることを除き、実施例１を繰り返し、測定を行った。
【００２５】
実施例４
測定対象物として、アクリルウレタン系塗料に代えて下記の組成のアクリルメラミン系塗料を用いることを除き、実施例１を繰り返し、測定を行った。
【００２６】
実施例５
測定対象物として、アクリルウレタン系塗料に代えて下記の組成のアクリルメラミン系塗料を用いることを除き、実施例２を繰り返し、測定を行った。
【表２】
2007017227.tif 000004
【００２７】
実施例６
測定対象物として、アクリルウレタン系塗料に代えて下記の組成のアクリルメラミン系塗料を用いることを除き、実施例３を繰り返し、測定を行った。
【００２８】
比較例１
エッジ部５の測定対象物１と接触する面にメチルメタクリレート重合物溶液を塗布しないで実施例１を繰り返し、測定を行った。
【００２９】
比較例２
エッジ部５の測定対象物１と接触する面にメチルメタクリレート重合物溶液を塗布しないで実施例４を繰り返し、測定を行った。
【００３０】
以上の結果を図５〜図１０に示す。動的粘弾性としては下式で表されるＥ’が一般に用いられている。
Ｅ’＝−［（α2−ω2）Ｉ＋Ｍｇｌ］／Ｋ
（上式中、α：減衰率、ω：角速度、Ｉ：振り子慣性モーメント、Ｍ：振り子質量、ｌ：軸から振り子重心までの距離、Ｋ：膜厚の２乗に比例する定数）
しかしながら、この動的粘弾性は膜厚依存性があり、測定中の溶剤揮発、架橋等により膜厚が変化するために正確にＥ’を求めることができない。そこで膜厚変化の影響を排除したＥｒ’を下記のとおりに規定し、これを相対的な粘弾性特性値として用いた。
Ｅｒ’＝ω2−α2−ω02
ω0＝（Ｍｇｌ／Ｉ）1/2
【００３１】
図５〜図１０の結果より明らかなように、エッジ表面処理を行うことによりＥｒ’曲線のフィッティング区間が広くなり、フィッティング精度が向上し、より正確な反応速度定数を求めることが可能になった。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明及び従来の粘弾性測定装置の略図である。
【図２】従来の粘弾性測定装置のエッジ部と測定対象物の関係を示す略図である。
【図３】粘弾性測定装置の振り子の構成を示す略図である。
【図４】本発明の粘弾性測定装置のエッジ部と測定対象物の関係を示す略図である。
【図５】粘弾性測定結果を示すグラフである。
【図６】粘弾性測定結果を示すグラフである。
【図７】粘弾性測定結果を示すグラフである。
【図８】粘弾性測定結果を示すグラフである。
【図９】粘弾性測定結果を示すグラフである。
【図１０】粘弾性測定結果を示すグラフである。
【符号の説明】
【００３３】
１    測定対象物
２    試料支持体
３    ホットプレート
４    振り子
５    エッジ部
６    脚部
７    振り子吸引部
８    振り子変位指示部
９    加振手段
１０    変位計
１１    枠
１４    被覆物質
【図１】
2007017227.tif 000005
【図２】
2007017227.tif 000006
【図３】
2007017227.tif 000007
【図４】
2007017227.tif 000008
【図５】
2007017227.tif 000009
【図６】
2007017227.tif 000010
【図７】
2007017227.tif 000011
【図８】
2007017227.tif 000012
【図９】
2007017227.tif 000013
【図１０】
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