高機能性塗料コラム

 

 第１６回、熱硬化塗料からUV硬化塗料へ

投稿日：2019/6/17

こんにちは。「こんな塗料できないの？」に私たちが答えます。

高機能性塗料設計技術ソリューションパートナーの横溝（よこみぞ）です。

 

季節の変わり目となり、じめじめした日々が始まり、

梅雨の季節となってきました。梅雨といっても悪いことばかりではありません。

きれいな紫陽花を見ることができます。

少し視点を変えると、いいことも沢山ありますよ。

 

さて、今回は、3ヵ月連続の2回目で、

当社の主力製品でもあるUV硬化型塗料について解説いたします。

 

今回のキーワードは、「熱硬化塗料からUV硬化塗料へ」です。

「UV硬化塗料って、光で固める塗料でしょ？」

と思われている方が多いと思います。

 

・・・その通りなのですが、一般的な光とは少し違う光を使います。

図１.　UV塗料の硬化前後（液体⇒固体）

 

ＵＶ硬化塗料は、その名の通り、紫外線であるＵＶ(Ultra Violet)のエネルギーを利用して、

短時間で硬化する塗料であり、図1に硬化イメージ図を示します。

紫外線やUVって、日常生活で聞くことも多く、身近なイメージがあるかもしれません。

これからの季節、太陽光に含まれる紫外線が増えて日焼けを起こしたり、

お布団を天日に干して殺菌したりするのも紫外線の効果ですよね。

さらに、歯医者さんで歯の治療のため削った部分を修復する詰め物には、

口の中でUV光を照射して硬化させるものもあります。

 

さて、本題ですが、

いくつかのセクションに分けて話を進めたいと思います。

 

◇UV（紫外線）ってどんな光？

紫外線は太陽光にも含まれており、図2に示すとおり、

波長によってUV-A（400～320nm）、UV-B（320～280nm）、UV-C（280nm未満）

に分けられています。このうち日焼けを起こすのは、

比較的波長が長いためオゾン層を通過して地表に到達する

UV-AとUV-Bの領域の紫外線になります。

（なお、UVの分け方には、UV-Aを400～315nm、UV-Bを315～280nmとする定義もある）

 

 

図２.　光（電磁波）の種類と波長

 

一方、今回紹介するＵＶ硬化塗料を太陽に曝しても、

直ちに塗膜が硬化するということはありません。

（長時間の暴露で固化するものもありますが、最高のパフォーマンスはでません。）

ＵＶ硬化塗料の硬化には、地表に届く太陽光にはほとんど含まれていない、

UVA~Cの波長領域が必要となります。

 

◇UV硬化塗料の原材料

ここでUV硬化塗料の原材料について、触れていきます。

主な原材料は、以下のとおりです。

(ここでは、一般的なラジカル硬化タイプについて説明します。)

 

①Ｃ＝Ｃ結合を持つＵＶ官能樹脂（多官能アクリレートモノマー、オリゴマー等）

②光重合開始剤（自己開裂型、水素引抜き型、アミン系増感剤等）

③希釈剤（単官能アクリレートモノマー、有機溶剤等）

④高分子ポリマー（アクリル樹脂、アルキッド樹脂、等）

⑤着色塗料の場合、顔料などの色材

 

　なお、③の希釈剤にアクリレートモノマーなどの反応性希釈剤を用い、

有機溶剤を含有しない無溶剤型のＵＶ硬化塗料は、

VOC(Volatile Organic Compounds：揮発性有機化合物)

を発生させない環境配慮塗料として近年注目されています。

 

図３.　UV硬化システムの原理

 

◇UV硬化塗料のメリットは？　デメリットは？

　ＵＶ硬化塗料のメリットとデメリットについて、纏めてみました。

 

まず、メリットとしては･･･

　○UV硬化装置がコンパクトで、秒単位の短時間で硬化するので、省スペース・省

エネルギーであり、乾燥･硬化工程から発生するCO2削減にも有用な環境配慮塗料と言える。

　(熱硬化塗料は、一般的に数10秒～数10分の硬化時間が必要)

　○熱によって変質･劣化するプラスチックや紙などの感熱基材への適用が可能。

　○VOC対策の環境配慮塗料として、有機溶剤の配合量が少ない～

　　さらには無溶剤の液状塗料の設計が可能。

(なお､熱硬化塗料でも､粉体塗料と言う無溶剤塗料があります。)

 

一方、デメリットとしては･･･

　○基材の形状による制限があり、三次元形状物では､UVがあたりにくい部位の塗膜は

　　硬化度が低くなり､影となる部位は当然ながら硬化しない。

　○厚膜、また着色(特に濃色･高顔料濃度)塗膜では､内部までUVが入りにくく、

　　硬化度が低くなる。

 

　さらに、硬化塗膜としての特長について、もう少し詳しく説明いたします。

UV硬化塗料は、モノマー（単量体）や

オリゴマー（一般的には10~100個のモノマーが結合した重合体）

と呼ばれる反応性の低分子成分をベースとして、光重合開始剤を用いることでＵＶによる

光重合反応によって高分子化が進み、架橋密度が高い緻密な硬化膜が形成されます。

そのため、熱硬化塗料に比べて、硬度や耐薬品性などに優れる塗膜が得られます。

　それに対し熱硬化塗料は、ポリマー（モノマーの重合数が100以上）

と呼ばれる高分子成分をベースとして、

硬化剤（メラミン樹脂など）と呼ばれる多官能の架橋成分を用いて、焼付による架橋反応で、

ポリマー間を繋いで、高分子の塗膜を形成します。したがって硬化膜の架橋密度は比較的低く、

一般的に硬度や耐薬品性ではＵＶ硬化塗膜に比べて劣りますが、

反面で塗膜の可とう性や伸び率などでは有利です。

 

そして、塗装現場の観点ではどうでしょうか？

UV硬化塗料では、短時間で塗膜を形成させることができるため、

生産効率を上げることが可能になります。また塗装→硬化までの工程がコンパクトなため、

環境要因によるゴミブツ対策にも有利です。

 

　このようにＵＶ硬化塗料には、メリットとデメリットがありますが、

近年では、低ＶＯＣ、省エネルギーなどの環境配慮塗料として、

また省工程・コンパクトライン化や高速生産ライン化などの

高効率次世代生産システム向けの塗料として注目されています。

今後、熱硬化塗料との“棲み分け”の中でUV硬化塗料の活躍の場が広がっていくものと思います。

 

　まだまだ、続けたい気持ちはあるのですが、さらに詳しいことは･･･

7月１７日～１９日の３日間、ポートメッセなごや(名古屋市国際展示場)で開催される展示会

「人とくるまのテクノロジー展２０１９名古屋」に、各種の当社UV硬化塗料を出展いたします。

ご興味があれば、是非当社ブースへお越しください。

 

次回は、「塗装から貼るへ」というテーマでのコラムを紹介させていただきます。