第1章

塗料・塗装のキーポイント
省資源・省エネルギー・安全性・地球環境に寄与する
塗装効果は世界で注目されており、塗料の開発と塗装技術は産業界で重要な地位を占めているが、社会的な認識度はまだまだ低い。塗料産業は化学工業の中で最終化学製品に分類され、年間の出荷額ではベスト 4 に位置しており、不況に強い頼もしい存在である。それは、塗料は被塗物あっての存在で、受け身の立場での姿勢を継続してきたからである。また、塗装という過程を経て商品価値を発揮するために、多くの経験的なノウハウが注入されてきた。このような貴重な技術を継承することが現在の大きな課題である。同時に、受け身である塗料の立場から、需要を喚起する提案型塗料への道を模索し、魅力ある塗料と塗装へと変身することも必要である。

第１章

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塗料・塗装のキーポイント

1 塗料とはどんな材料か「塗料とはどんな材料か」と問われた時、人によって見方は異なるであろう
が、塗料は建物、橋梁、船舶、自動車、家電製品、家具などわれわれの生活に関わりのあるあらゆる物に使用され、素材を保護し、美観を与えている材料だと言えば、納得してもらえるであろう。
塗料自体は化学工業分野で、最終化学製品に分類されるが、塗装という作業工程を経なければ、目的とする機能を発揮できない。テレビは 4K 時代到来と言って騒がれているが、われわれの分野での 4K は歓迎されない言葉である。
かつて、塗料と言えばわが国では漆、西洋では乾性油を主体にした油性ペイン
トが主たるものであったが、第二次大戦以降の合成樹脂の発展に伴い、塗料に多種多様な樹脂が使用されてきた。被塗物を覆う連続被膜の主成分は合成樹脂ゆえ、塗料の変遷は樹脂の開発とともに歩んでいる。ただし、塗料を知らなければ、樹脂の開発はできないとまで言われることがある。
それでは、塗料というのは特殊性の強い材料なのかと疑いたくなる。一般に特殊な材料だと思われるのは､ 塗料や塗装を専門に取り上げている大学や研究機関がないためであろう。かつては、故井上幸彦先生が長岡工専、東京工業大学にて、塗料を学問体系に育てられ、1958 年 10 月に塗料物性研究会がスタートした。先生の急逝（1963 年 2 月）で、大学での存続は道半ばで終わったが、研究会活動は企業の枠を超えて活発に行われて来た。この間に、研究会の会員達は海外の研究者とも交流を重ね、塗料技術は飛躍的に発展を遂げてきたが、50 周年（2007 年）を迎えた時に、その役目を終えた。先生の急逝後に、愛弟子である故植木憲二先生は、執筆途中であった「塗料及び高分子」の発刊（1963年、誠文堂新光社、現廃刊）に注力された。この書籍には、塗料開発、塗膜性能、並びに欠陥現象の解明に必要なサイエンスが凝縮されており、半世紀を経過した現在においても、塗料技術のバイブルである。後年、塗料物性研究をベースにした ｢塗料物性入門｣ 1）、「塗料の流動と塗膜形成」2）が出版された。前者は絶版、後者は現代版「塗料及び高分子」と言える技術内容を精査している。
ところで、これらの文献で理屈を理解できたとしても、塗料は使う側にとってはややわかりにくい材料であろう。それは塗料が樹脂、硬化剤、顔料、溶剤、添加剤などの多くの組成物から構成される、いわばノウハウの塊のような材料

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塗料を見る目―その 1であり、経験工学的に割り出された配合技術が伝承されているからである。
もう1つ、塗料は常に受身の存在であり、塗料に合わせてくれる需要家はいない。
結果的に見ると、ユーザーさんの要求されるように塗料設計がなされることになり、この過程で蓄積された技術内容は、秘密のベールに包まれた魅力的なものである。

12 塗料を見る目 ｜ その 1

1.2.1

塗料の構成成分 3）

塗料は被塗物あっての存在で、どんな形状の被塗物をも被覆しなければならない。そのためには次の 2 点が必要条件となる。
①

塗れること（流動すること｜液体）②

いつまでもドロドロしないで固まること（塗膜になること｜固体）

このように、塗料は流動、固化するように設計されており、顔料を含有するかどうかで、エナメルと透明塗料（ワニス、クリヤ）に大別され、基本組成は
図 1-1 のように示される。
添加剤

ビヒクル
（Vehicle）

塗膜主成分・副成分（ビヒクルソリッド）
溶剤

顔料

クリヤ
エナメル

添加剤
図 1-1

クリヤとエナメルの構成部分

ビヒクルとは、溶液型塗料では顔料以外の塗膜になる主成分と副成分を溶剤に溶かした溶液を、分散型塗料（エマルションや非水ディスパージョン）では塗膜になる主成分と副成分粒子の分散液を指す。
塗膜主成分とは塗料用樹脂を、副成分とは主成分である塗料用樹脂の物性を改良する可塑剤のような混合成分を指す。

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第１章

塗料・塗装のキーポイント

クリヤとは顔料を含まない透明塗料で、ビヒクルにレベリング剤、消泡剤、紫外線吸収剤や酸化防止剤などの添加剤を混合し、塗料にする。
エナメルとはビヒクル中に顔料を分散させた塗料を意味する。エナメル用添加剤には、顔料（色彩を付与する固体粒子）を一次粒子の状態で分散させ、さらに、分散した顔料を安定に保つために分散剤や色わかれ防止剤が使用されている。また、クリヤ、エナメルを問わず、たれやはじきのない良好な塗装面に仕上げるために、流動抵抗調節剤（レオロジーコントロール剤）が適切に使用されている。

1.2.2

塗料の形態３）

溶液型、分散型、粉体という分類は塗料状態における塗膜主成分（樹脂あるいはポリマー）の形態による分類法である。溶液型、分散型塗料はともに液体状態を保っているが、図 1-2（a）（b）
、（c）のように樹脂分子鎖が溶媒中に溶、けているか、図 1-2（d）（e）のように粒子として存在しているかが両者の違、いである。それでは、各塗料について順に説明する。

塗料中におけるポリマーの形態

溶液型

分散型

粉（b）無溶剤（a）溶剤可溶
オリゴ
ポリマー
マー
溶剤
または（d）エマルション

（g）粉末

プレポ
リマー

溶剤

2種のポリマー（c）水溶性アニオン
OH
COO－COO－OH
カチオン

NH3＋R1O
H

界面活性剤（e）NAD（非水分散）
ポリマー粒子アルキル鎖（f）

最密充てん

NH＋R2

図 1-210

ポリマー粒子

反応性モノマー＊加熱により流動性を保つホットメルト形もある

体

塗料の形態による分類

融着

加熱
溶解12

塗料を見る目―その 1（ 1 ） 溶液型塗料
塗膜主成分が溶媒中に溶解している塗料を総称して溶液型と呼ぶ。図1-2（a）で示される有機溶剤可溶タイプと、（c）のように水系溶媒中でポリマーがイオンとなって溶けている水溶性タイプ、さらに（b）のようにポリマーに比べて分子量の小さいプレポリマーやオリゴマーがモノマー（単量体）に溶けており、すべての成分が化学反応して橋かけ塗膜を形成する無溶剤タイプに分類することができる。橋かけ塗膜を形成する無溶剤塗料には不飽和ポリエステル樹脂や紫外線（UV）、電子線（EB）硬化塗料が当てはまる。
一方、加熱により流動性を保っている、ホットメルト型の無溶剤塗料がある。
道路中央の白、黄線あるいは歩道を表す路面表示用塗料（トラフィックペイント）やダンボールの接着剤に代表される。
（ 2 ） 分散型塗料
エマルション重合でポリマーとなる図 1-2（d）のエマルションタイプと、脂肪族炭化水素系溶剤中にポリマー粒子が分散している（e）の NAD タイプに大別できる。いずれもポリマーが粒子として溶媒中に分散しているから、ポリマーの分子量がどんなに大きくても低粘度で、塗装時の固形分を高めることができる。通常は塗装しやすいように増粘剤が添加されている。
エマルション塗料は一般に、水に溶けないポリマー粒子が界面活性剤で覆われている水中油滴形（O/W、Oil in Water）になっており、牛乳・マヨネーズも O/W 形である。一方、漆はウルシオールの中に水可溶性物質であるゴム質が粒子として分散している油中水滴形（W/O）エマルションであり、バター・マーガリンも同じタイプである。
NAD 塗料（Non-aqueous dispersion coating）は大気汚染を防ぐ見地から、芳香族炭化水素系溶剤の排出を抑えるために開発された塗料で、非水分散型塗料と呼ばれる。ポリマー粒子特有の流動性や物性を利用する目的で、溶液型塗料に混合して用いることも多い。図 1-2（e）に示すように、ポリマー粒子の外側にあるヒゲの部分のみが溶媒である脂肪族炭化水素に溶解して、分散粒子を安定に保っている。
分散型塗料の塗膜形成は、粒子同士の融着による。小さい粒子が接近するとすき間ができ、毛細管の作用で溶媒が抜けやすくなり、図 1-2（ｆ）に示すよ
うに 2 個の粒子が 1 個の粒子になるようにして、次々に融合を繰り返しながらハチの巣のように造膜していく。塗料状態では、ポリマー粒子の大きさが可視

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第１章

塗料・塗装のキーポイント

光の波長に比べて大きいから白く見えるが、塗膜になるとポリマーは分子オーダーになり、もはや光を散乱することなく透明になる。
（ 3 ） 粉体塗料
粉体塗料は図 1-2（g）に示すように、有機溶剤や水を使用しない固形分100 ％の粉末状塗料である。静電吹付け、または流動浸せき法により被塗物に塗装し、それを焼き付けることにより流動状態を経て連続塗膜を形成する。粉体塗料の約 70 ％は熱硬化性のエポキシ樹脂系である。エポキシ樹脂の硬化剤である酸無水物は顔料と同様に、あらかじめエポキシ樹脂中に練入されており、粉体が溶融流動してから反応するように設計されている。

１.2.3

塗料から塗膜へ｜チョコとクッキーの 2 種類のみ｜ 3）

塗料にはいくつかの固化方式があるが、すべての塗料は図 1-3 に示すように、チョコかクッキータイプの塗膜になる。ラッカーはチョコタイプの塗膜になる塗料の代表例であり、図 1-3（a）に示すように、溶剤蒸発による乾燥のみで塗膜（固体）になる。塗料の主成分である樹脂の分子量は乾燥前後で変化しない。
一方、クッキータイプの塗膜になる塗料は、主として 2 液型塗料か焼付け型塗料で、図 1-3（b）に示すように塗装後に塗膜主成分の樹脂同士が化学反応し、樹脂の分子量が増大する。
水の蒸発

分散型塗料 粒子の接近

溶剤の蒸発
チョコ
被塗物

被塗物

水の蒸発

(a) チョコタイプの塗膜を形成する塗料（a）チョコタイプの塗膜を形成する塗料（熱可塑性樹脂塗膜）（熱可塑性樹脂塗膜）

主剤 溶剤

溶剤の蒸発樹脂

重合 クッキー

配合

粒子の癒着

一体化
最低造膜温度(MFT)：連続被膜が形成される最低温度
最低造膜温度（MFT）：連続皮膜が形成(c) 水性エマルション塗料される最低温度

チョコとクッキータイプの塗膜形成可能（c）水性エマルション塗料
チョコとクッキータイプの塗膜形成可能（b）クッキータイプの塗膜を形成する塗料（熱硬化性樹脂塗膜）（熱硬化性樹脂塗膜）(b) クッキータイプの塗膜を形成する塗料

図 1-3128）
塗料の固化様式（塗料から塗膜への変化）