2013-10-24

親水性と疎水性=撥水性 ~コーティングの違い~

科学的な用語として一般的なものから整理してみます。
まずは「水」との親和性を表す言葉である「親水性」と「疎水性撥水性」についてみてみましょう。



親水性

親水性とは、水との親和性の高い化学種や置換基が、水との間に水素結合などによる弱い結合を作ることです。つまり、水に溶解しやすいかあるいは水に混ざりやすい性質を言います。
 

親水性を発現する有機化合物の親水基として、具体的にはアルコールなどの水酸基、界面活性剤などのカルボキシル基・アミノ基があげられます。


疎水性

疎水性とは、水との親和性が低い、水に溶けにくいあるいは、水と混ざりにくい性質のことを言います。

疎水性の物質は、いわゆる「水を嫌う・水をはじく」性質を持つのものをであり、分子内に炭化水素基(メチル基・ビニル基やアルキル基など)などの原子団をもつ物質で、
油(脂質)や、パラフィンやベンゼンなどの非極性有機溶媒との親和性を持つものです。

すなわち、疎水性物質は一般的に、油と溶け合ったり混ざり合ったりしやすい「親油性」をであるものが多いのです。

しかし中には、疎水性でありながら、油などとも溶けたり混ざり合ったりしないシリコーンやフルオロアルキル鎖を持つ化合物(身近な例ではフッ素)などもあります。



撥水性と疎水性は同じ意味

疎水性と撥水性の関係は、疎水性とは水との親和性が低いことを表す言葉であり、撥水性とは疎水性である状態が「目に見えるかたちとして水をはじく現象を表す言葉」ですので、同じ意味と言っても良いと考えます。

つまり、撥水性コーティングと疎水性コーティングは全く同じものです。


親水性と疎水性=撥水性の違い

親水性と疎水性=撥水性は、上記のように、水との親和性(溶けたり混ざり合ったりする)に対する性質が反対であることを表す「対義語」であるわけです。

ときどき、コーティング剤やコーティングの性質を表すものとして、親水性と疎水性を、あたかも近しいことあるいは、同義語としているものがありますが、これは全くの誤りであることになります。


つまり、疎水性コーティング(=撥水するコーティング)に対し、親水性コーティング(撥水しないコーティング)は、全く逆のものです。

水をはじくという意味で、疎水性と撥水性は同じ意味ですが、コーティング業界では、撥水性と疎水性を微妙なニュアンスで使い分けていることもあります。くわしくは撥水=撥水性とは疎水の状態を表すをお読みください。

(参考リンク)当ブログの「撥水性」に関する参考記事
(参考リンク)親水性や撥水性との関連で気になるウォータースポット(イオンデポジット)に関するまとめ記事
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撥水、疎水、親水、滑水って何ですか?

巷にあふれるコーティングの状態を表す言葉で、「撥水」「疎水」「親水」「滑水」というものがあります。


ときには、「超」をつけて超撥水、超親水・・・なんて言うものもあります。個人的には、「超:チョー」がついた瞬間に、ちょっと眉をひそめてしまうのですが(笑)。

いろいろな言葉で、商品の性質やコーティング表面の仕上がりの状態を表しているもの考えられますが、私自身も混乱気味ですので、次回記事からそれぞれの定義をおさらいしてみたいと思います。



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2013-10-19

ポリシラザンについて ~ガラスコーティング剤として~

ポリシラザン系ガラスコーティング剤について、ご質問をいただくことがあります。

十数年前、初期の
車ボディ保護用ガラスコーティングとして普及したものが「ポリシラザン」です。ガラスコーティングのルーツとも言えるポリシラザンについて整理してみましょう。



ポリシラザンのルーツ

カーボディコーティング剤におけるポリシラザンは、パーヒドロポリシラザンまたは、ペルヒドロポリシラザン(PHPS:Perhydropolysilazane)などと呼ばれているようです。これは、もともと半導体シリコンウェハを製造する際に、シリコンウェハ表面を疎水性に改質することで、水分除去やフォトレジストの密着を高めるプライマー用途として広まった表面処理剤です。


ポリシラザンとは

ポリシラザンは、シランの一種で、ケイ素=シリコン(Si)・窒素(N)・活性水素基と化学結合する反応基を持つ化合物です。

ポリシラザンは、空気中の水分と反応してシリル基が導入され、塩基性のアンモニアを発生させながら、縮合してSiO2のガラス状被膜(非晶質=結晶ではない)を形成するものです。

ポリシラザンは、比較的高分子量ポリマーであるため、ガラスコーティング剤として使用する場合、大量の有機溶剤に溶かし込んで使用する必要があります。

ポリシラザンには大きく分けて、
「パーヒドロ-ポリシラザン」と「オルガノ-ポリシラザン」があります。

パーヒドロポリシラザンは無機被膜を形成します。この無機被膜タイプは古くから商品化されていますが、さらに被膜性能を高め、高機能化させた無機有機ハイブリッド被膜を形成するオルガノポリシラザンも考えられます。

しかし、ポリシラザンの縮合反応が急激であり取扱がしにくいため、オルガノポリシラザンは実用商品化がなされていません。


※.アルキルシラン類は、アルキル基と無機材料あるいは有機材料などの活性水素基と化学結合を持つ、クロロシラン、シラザン、アルコキシシランの化合物です。



ポリシラザンを原料とするガラスコーティング剤として

ガラスコーティング剤としてポリシラザンを原料とする場合は、ほとんどが溶剤であり、ガラス化するケイ素(Si)の含有量が非常に少なくなります。仮に溶剤で薄めないと、ペンキなどの塗料と同様にベタベタで、きれいに塗布することができません。

ポリシラザンは反応性が急激であり制御が困難であるため、手塗りではきれいに仕上げることがほぼ不可能です。必然的にスプレーガンで噴霧・塗布する必要があり、塗布作業が煩雑かつ熟練を要することと、気化した引火性の有害な有機溶剤排気など設備コストや作業コストへの影響が大きくなります。


ポリシラザンは、水酸基(ヒドロキシ基:-OH)と反応して硬化するためアルコールや水などの安全性の高い溶剤を使用することができず、キシレンやトルエン、ミネラルターベンなどいわゆるシンナー類を溶剤とする必要があります。

キシレンやトルエンなどは有機溶剤であり、人体や地球環境に対して有害であるばかりではなく、塗装にもダメージを与える可能性があります。現在は地球環境負荷を低減させるため、自動車塗装でも低VOC(低揮発性有機化合物)化が進められております。


ポリシラザンは被膜の硬度(硬さ)が高いために非常にもろく、膜厚を極限までに薄くする必要があります。実際には1μm以下の非常に薄い膜でないとクラックが発生し、コーティング被膜自体の細かいひび割れのため、被膜自体が濁ってしまいます。

ガラスコーティングの硬度については下記をご覧ください。


    膜厚が1μm以下では、犠牲被膜として細かなキズにも耐えきれるのか疑問が残るところもあります。

    以上のように、クリーンルームなど環境の整った半導体工場の中での一時的なコーティング剤としてはポリシラザンは優れたものでした。

    ポリシラザンを応用した十数年~二十年前、当時の自動車ボディ用途のガラスコーティング剤は、ポリシラザン以外には選択肢もなく、パイオニア的な原料としてポリシラザンが応用され、当時としては画期的なガラス状被膜を形成するものとして普及したものです。


    パーヒドロポリシラザン:PHPSは、無機ガラス被膜を形成し、表面は親水性の水酸基に覆われるため、車用コーティングとしては、無機物汚れ(ウォータースポット・イオンデポジット)が固着しやすく、親水性表面を一時的に発現しますが、すぐに撥水化してしまう欠点があります。



    ポリシラザンに代わるガラスコーティング

    現在では、ポリシラザンでは実用商品化できなかった、高機能化:無機有機ハイブリッド化が実現できるアルキルシラン系の高機能・高性能ガラスコーティング剤が多種類開発されております。

    毒性の少ないアルコール系溶剤を使用できるようにした「オルガノポリシロキサン」や、さらに低分子化してサラサラの液体とし、反応性を制御することで取扱いがしやすく、クラックが発生しないように硬度を調整できるもの「低分子シラン」があります。

    これらの新しいタイプのガラスコーティング剤:低分子シランは、高度な生産技術により、溶剤を全く使用しない「無溶剤化」した、つまりガラス化成分ケイ素(Si)の濃度を極限まで高め、さらに分子構造を最適化することで、膜厚を厚膜化したり無機物汚れとなるウォータースポット(イオンデポジット)の固着を低減する分子配向を制御(官能基で分子末端を封鎖)したものが、開発・商品化されております。
     

     弊社が採用している新世代・低分子シランによる
    をご覧ください。



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    2013-10-13

    汚いスマートフォンを抗菌コーティングでリフレッシュ

    大腸菌で汚れたスマホや携帯、タブレットを安心安全なグレーブフルーツ由来の抗菌コーティング剤で、リフレッシュしてみてはいかがでしょうか。

    (参考)汚いスマホのはなしはコチラから。

    キラサクは人体はもちろん、スマートフォンなどの電子機器にも優しい抗菌剤を用い、シリコーンコーティングはしっかりとスマホ画面などに定着させて、清潔な状態を保ち続けます。

    抗菌コーティング剤として、天然抗菌成分(グレープフルーツ種子抽出エキス)を採用する理由を、下記参考のように方式比較としてまとめております。

    (参考)抗菌コーティング方式比較について


    抗菌コーティング剤「ブルーラベル」のスペシャルサイトはコチラです。
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    スマホは病原菌の温床!~抗菌コーティングで対策しましょう~

    スマートフォンや携帯電話、タブレットなどは大腸菌で汚れているそうです。 ショッキングな内容ですね!

    以下は2012年10月末ウォール・ストリート・ジャーナル(全米で発行部数第1位の日刊紙)のウェブ版に掲載された記事の抜粋です。

    スマホは病原菌の温床、

    異常な数のふん便性大腸菌群が付着

    題の指摘
    ●米家庭医学会AAFP ジェフリー・ケイン会長
    携帯電話に付着したバクテリアはインフルエンザや流行性結膜炎、下痢などの原因になる。 

    ●サウスカロライナ医科大学 マイケル・シュミット教授(微生物学・免疫学)
    「われわれはこの小さな生き物にエサを与えている」とし、「(タッチ画面の)あぶらっこい汚れは誰もが見ている。あぶらがあるところには、微生物がいる」

    ●ウォール・ストリート・ジャーナルのシカゴ支局で8台の携帯電話を調べてみた
    すべての携帯電話から異常な数のふん便性大腸菌群が見つかった。検査はインディアナ州マンシーのHML研究室で行われたが、8台の携帯電話には約2700~4200ユニットの大腸菌群が付着していた。飲用水で上限とされる大腸菌群は100ミリリットル当たり1ユニット未満だ。
    対策
    ●アルコールが最も効果的
    その後HML研究室は水、アルコール、市販のガラス用洗剤と電子機器用拭きとり布の4種類のクリーニング方法を試みた。最も効果があったのはアルコールだった。ほぼ100%の細菌類を撃退した。この4つのなかでは、ただの水が最も効果がなかった。
    だがしかし
    ●アルコールや洗剤の使用は避けるべき
    携帯電話メーカーは、大半の家庭用洗剤について、使用を控えるよう注意を与えている。アップルの広報担当者は記者に取扱説明書を見せた。そこにははっきりと「ガラス用洗剤、家財用洗剤、エアゾールスプレー、シンナー、アルコール、アンモニア、研磨剤」の使用を禁ずると書いてある。「ブラックベリー」のアドバイスも似たようなものだ。

    出典:ウォール・ストリート・ジャーナル

    汚いスマートフォンは、抗菌コーティングでリフレッシュしませんか!→抗菌コーティングの比較はコチラ
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    2013-10-10

    虫の死骸と鳥の糞 洗車・コーティング

    夏の夜、クルマのヘッドライトに吸い寄せられる虫。出合い頭にぶつかって、虫には気の毒な気もしますが、死骸がべったり付着し、その後はカペカペに乾燥して見た目も汚い。
    洗車して気持ちの良いピカピカの愛車に、にっくき鳥の糞害バクダン...

    どちらも、見た目を損なうこと満点なイヤーな汚れですね。

    それもそのはず、実は「虫の死骸」や「鳥の糞」は、生体由来のタンパク質接着性物質と汚れ物質が合体した頑固にこびりつくかなりの厄介者なのです。

     

    虫の死骸の汚れ成分

    虫は生き物ですので生物細胞の集合体です。
    その細胞はアミノ酸=タンパク質やリン酸などから構成
    されています。

    生物は多種類のアミノ酸から構成されています。アミノ酸はその種類によって、アルカリ性のもの、中性のもの、酸性のものがあります。このアミノ酸由来の物質の、塗装や窓ガラスに対しての作用は、それほど強いものではないと思われます。

    しかし、リン酸は太陽熱で加熱されることで脱水濃縮化され、強い酸となって塗装を腐食することも考えられます。リン酸は腐食性を持つ酸で、濃度が高まるにつれ強い腐食性を持ちます。



    鳥の糞の汚れ成分

    鳥の糞は、文字通り鳥が排泄する分泌物なわけですが、なにしろ生体から発するもので様々な化学物質から構成されています。特に注目すべきは尿酸です。尿酸は、タンパク質代謝における最終産物である窒素化合物で、排泄物として体外に出されます。

    尿酸は非水溶性であるため白く結晶化します。鳥類の糞の白い部分は、糞ではなく尿であり、尿酸が結晶化したものです。
    尿酸の結晶は、水には溶けにくいもので、アルコールやエーテルにも溶けません。水の場合は温度が高い方がよく溶けます。



    虫の死骸と鳥の糞がこびりつくワケ

    虫の死骸、鳥の糞と生体由来であるため、どちらにも共通していえることですが、タンパク質が豊富に含まれています。

    タンパク質はアミノ酸がペプチド結合でつながる高分子であるため、水素結合などの2次結合力が働きやすく、にかわのような接着(粘着)性を持ちます。

    このように、虫の死骸と鳥の糞自体が接着性を持つために、クルマの塗装にベッタリとこびりついて落とし難くなるものと考えられます。



    虫の死骸と鳥の糞の落とし方(洗車)

    虫の死骸と鳥の糞とも固着してしまった場合は、上記のようにタンパク質が「にかわ状」の接着剤となっています。このため、このにかわ状接着剤を溶かす必要がありますので、ゆっくりと焦らずに水分を含ませることで溶解する必要があります。

    暑い日は水をかけてもすぐに乾燥してしまいますので、濡れタオルで汚れ部分を覆うようにして、ふやかすように柔らかくしてから、水をかけながら優しく洗い流す必要があります。

    特に鳥の糞は、焦ってこすったりしないでください。
    尿酸が白い結晶になっています。この結晶は水にも溶けにくいので、尿酸結晶と塗装をくっつけるバインダとなっている接着性タンパク質をふやかしてから、優しく洗い流すようにしてください。
    強くこすると硬い結晶がクルマの塗装とこすれて傷つきの原因となることがあります。



    汚れの固着・酸化や傷つきの予防対策、コーティング

    汚れの固着予防には、表面自由エネルギーが小さいため、他の物質と接する表面積がミクロな分子レベルで小さくなるシリコーンコーティングやフッ素コーティングを施してください。
    (参考)「表面自由エネルギー」関連記事

    また、硬い被膜を形成するガラスコーティングは細かい傷つきからガードします。

    (参考)「硬い被膜」関連記事

    虫の死骸に含まれるリン酸による酸化からは、シリコーンコーティングやガラスコーティングで効果的にバリアしてください。

    (参考) 「シリコーンコーティング」「ガラスコーティング」関連記事

    車の汚れの中でも最も厄介な「ウォータースポット(イオンデポジット)」に関する原因と除去方法や、コーティングによるウォータースポット(イオンデポジット)予防とバリアについてくわしく説明しています。
    (参考)ウォータースポット(イオンデポジット)とは 

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    2013-10-08

    コーティングとワックスの違い

    新車の輝きを長く保つためには、ワックスやコーティング剤によるお手入れが必要であることは言うまでもありません。 

    それでは、コーティングとワックスにはどのような違いがあるのでしょうか。 


    コーティングやワックスの役割

    クルマには土、泥、チリ、ホコリ、砂、海水の飛沫、排気ガス、工場の排煙・排気、さまざまな金属や化学物質の飛散物などが付着します。

    きれいに洗車しても、水道水のミネラルや雨水に含まれる酸性物質(酸性雨)や、空気のきれいなところでも、強烈な紫外線を含む日光や太陽熱などにさらされます。

    これらは車のボディの見た目が汚いだけではなく、ウォータースポット(イオンデポジット)を発生させる原因ともなり、洗車をしてもどことなく艶がなくなり、美観を損なう原因となります。

    汚れを除去しやすく し、塗装面の劣化を防ぐためにあらかじめ保護膜を作るのがワックスやコーティング剤です。

    ワックスやコーティングは汚れを一旦引き受け、塗装に汚れが付着することを防ぎ、透明な薄い被膜が細かな塗装面の凹凸に入り込み平滑化するため、光の乱反射を減少させ輝きのあるムラのないツヤが出すことができます。


    コーティングとワックスの違い

    ここまでは、ワックスやコーティングの一般的な役割のおはなしでしたが、具体的にワックスとコーティングにはどのような違いがあるのでしょうか?

    カーワックスの主成分は炭化水素やカルボン酸といった有機物の油であり、カルナバワックス(カルナバロウ)のような天然物やパラフィンを合成したものです。

    このカーワックスは、酸化や紫外線劣化しやすい有機物の油であるため、ワックス自体が酸化や劣化することにより、黒ずんだ水垢のようになって、保護被膜そのものが汚れてしまうものなのです。

    このワックス(油分)が塗装面に残存している間が、ワックスの有効期間です。ワックスは、塗装面の温度上昇により加速度的な分解劣化が発生しやすいものでもあります。

    ですからカーワックスは、古く酸化した被膜を除去することと洗車とワックスがけをこまめにおこなう必要があるのです。
    ワックスは、このような作業をこまめに継続的にできる場合には、天然カルナバロウ独特のツヤや光沢を維持することができる特徴があります。

    一方、現在のコーティングはシリコーンを原料としたものが多く、シリコーン独特の構造に由来する、下記のような機能性を向上させたものが「シリコーンコーティング」です。

    【コーティングによる機能性の向上】 

    防汚:汚れがつきにくい、汚れを落としやすい
    保護:酸やアルカリ・油などをバリアする
    耐久:被膜の寿命が長い、被膜の酸化劣化が少ない
    美観:表面を平滑化し、光の乱反射を防ぐ
    施工:誰でも簡単に施工ができ失敗がない
    安全:人体はもちろん、塗装やクルマ、環境への影響が小さく安全性が高い

    弊社のコーティング剤は、シリコーンレジンを主原料としております。シリコーンコーティングについてくわしくは下記の記事をあわせてご覧ください。
    シリコーンをコーティングに
    シリコーンレジンって何ですか?

    (参考) 
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    2013-10-03

    シリコーンの耐久性 30年前からの観音様を照らす太陽電池

    奈良県高市郡高取町にある、眼病封じのお寺「壷阪寺」。
    こちらの天竺渡来大観音石像の夜間照明には、1983年にシャープ製の太陽電池設置され、現在も現役で観音様を照らしているそうです。

    つまり、30年前のソーラーパネルと言うわけです。
    稼働中の太陽電池としては、世界的に見てもそうとう古い部類にはいるそうです。

    2011年には壷阪寺さんのソーラーパネル40枚を、精密に検査をされました。
    そのときのデータでは、28年間の発電電力の低下が6.4%(40枚の平均値)だとか、つまり年間での劣化率は0.23%ですね。

    このソーラーパネルは、透明度の高い硬化型液状シリコーンで封止されて、シリコーンが太陽電池セルをガッチリを保護する構造です。

    設置から30年間太陽光や風雨にさらされ、夏の暑さや冬の寒さにも耐え続けた太陽電池。このパネルを守り続けたシリコーンの保護性能は、世界でも珍しい長期に渡る屋外暴露環境で確認された実績として注目されているそうです。

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