2015-06-23

シリコーンレジンコーティングと化学合成油 (その3)

前回記事に続いて、自動車レシプロエンジンの潤滑油(エンジンオイル)と、車ボディコーティングの役割と特質を対比してみたいと思います。

なぜエンジンの潤滑油とワックスを含むコーティングを対比させるのか?

エンジンの高性能化や高効率化にともなって、エンジンオイルも進化しており、オイルの技術的な変化の様子と、ボディコーティングの技術的な変化が似ていると感じたからです。


化学合成油エンジンオイルとシリコーンレジンコーティングを対比


化学合成油エンジンオイルとシリコーンレジンコーティングは、エンジンオイルやボディコーティングとして要求される性能や機能性を実現させるために、化学的に設計し合成されたものを原料としています。

下記のような点で似たような傾向があります。

・新技術を駆使した高度な生産技術が要求される。
・使いやすさと性能・機能性を両立させることができる。
・品質にバラツキが小さい。
・低温度~高温度でも安定しており、酸化・劣化しにくい。
・保護性能が他の方式と比較して高い。

上記のように、前回記事では「鉱物油エンジンオイルとカルナバロウワックス」が示した傾向とは反対のように見えます。結果としてはそのようになるのは当然なんです。従来からあるものの課題を改善するために、新技術が開発され製品化している訳ですから。


化学合成油エンジンオイル

化学合成油は、用途や目的に応じて最適になるように、化学的に設計され製造されたものです。

一部のエンジンオイルメーカーでは、原油から高度に精製された鉱物油を化学合成油と呼ぶ場合があります。

しかし、ここで言う化学合成油は、分子構造に柔軟性があり結晶化(固体化)しにくい、低分子量のエチレン系炭化水素を主成分としたものとして考えます。

低温~高温において、安定した粘度や流動性を維持できる分子構造にコントロールされており、オイル自身も酸化や劣化がしにくいように設計製造されています。

高性能エンジンに要求される高温時の流動性や高い粘度の維持だけではなく、低温でも潤滑油としての性能や機能性を発揮することができ、特に高温度となる負荷が高いことから、厳しい条件下で使用されるエンジンや、高回転・高出力エンジンに適しています。

前回記事でもご紹介しましたように、世界的にみても飛び切りの高性能車であるとともに、一般ドライバーでも普通に運転できる守備範囲の広いクルマとして、日産GT-Rがあります。GT-Rに搭載されている高性能エンジンに使用されるオイルは、低温度~高温度まで充分な流動性を持つことができ、品質が安定している100%化学合成エンジンオイルの使用がメーカー指定されています。

万が一、シリンダーライナーを持たないGT-Rのエンジンに、指定外の鉱物油エンジンオイルを入れて、デリケートなアルミシリンダーボアの鉄コーティングが損傷したら、高額の修理費用が必要になることでしょう。


シリコーンレジンコーティング

シリコーンは、珪石を精製した金属ケイ素を出発原料とした金属シリコンから合成される、シロキサン結合(-Si-O-Si-、無機物)分子基本骨格(主鎖)を中心に、ケイ素に直接結合した有機官能基(側鎖)を持つ化合物です。

シリコーンは人の手によって、用途に応じたさまざまな設計製造が可能です。

その顕著な例としては、液状からゴム状そしてガラス状まで、さまざまな形態の物質を作り込んだり、密着するものからくっつきにくいものなどの機能性までも作り込むことができます。

中でもシリコーンレジンをコーティング剤に応用したものは、従来からあるコーティング剤原料として使用されていたシリコーンオイルと比較して、シロキサン結合密度が高いため、強いとされている従来のシリコーンオイルよりも、熱や紫外線、酸やアルカリに対してさらに強くなっており、保護性能が長期間持続するものとなっております。

シリコーンレジンコーティング剤の塗り込みにおける、滑りにくいような独特の拭き上げ感は、液体でありながら、液体的性質である粘性と、固体的性質である弾性を合わせもつ「粘弾性」によるものであり、非硬化型(硬化しない)コーティング剤として、これまでにない強さの証しでもあります。

現場で施工する液体の非硬化型コーティング剤としては、分解されにくく過酷な条件である環境にも最も耐えうるものとなっております。


今回は、最新技術を応用した人工的な化学合成した100%化学合成油やシリコーンレジンを主原料としたエンジンオイルとワックスを対比させました。

次回は、古くからある天然由来の鉱物油やカルナバロウと、新しい化学合成油やシリコーン材料を混合することで、性能や機能性と価格(コスト)をバランスさせた部分合成油とシリコーン系(一般にガラス繊維系やガラス系と呼ばれる)コーティング剤を対比させたいと思います。
 

(参考)


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2015-06-21

カルナバワックスと鉱物油 (その2)

前回記事に続いて、自動車レシプロエンジンの潤滑油(エンジンオイル)と、車ボディコーティングの役割と特質を対比してみたいと思います。

なぜエンジンの潤滑油とワックスを含むコーティングを対比させるのでしょうか?

エンジンの高性能化や高効率化にともなって、エンジンオイルも進化しており、オイルの技術的な変化の様子と、ボディコーティングの技術的な変化が似ていると感じたからです。

 

鉱物油エンジンオイルとカルナバワックスを対比

鉱物油エンジンオイルとカルナバロウワックスは天然物由来であり、下記のような点で似たような傾向があります。
・古くからあり製造しやすい。
・手軽に使いやすい。
・品質にバラツキが大きい。
・熱や紫外線に弱く、酸化・劣化しやすい。
・保護性能は新しい化学合成方式と比べて低い。
裏話的になりますが、天然由来原料であるため、希少価値のある原料を使っているので価格が高いのであるとか、希少原料を高濃度配合しているので、他のものより高性能かつ高機能で優れた商品であるかのように宣伝している商品があるようですね。

面白いことに、鉱物油エンジンオイルや、カルナバロウワックスのどちらにもそのような希少価値を全面に出した商品があるようです。

確かに希少価値はあるかもしれませんが、基本的な性質はなんら変わりがないことに注意が必要だと思います。

そのようなことを含めて、鉱物油エンジンオイルとカルナバロウワックスの基本的な特質を下記のようにまとめてみました。

 

鉱物油エンジンオイル

鉱物油オイルは最も古くからあり、埋蔵原油から比較的簡単な方法で精製される油が原料となっています。原油は地下に溜まっている昔の動物(恐竜?)の死骸が基になっているとか、地球深部から染み出してくる炭化水素物質が基になっているとか諸説あるようです。

鉱物油をベースとしたオイルの分子サイズはバラツキがあるため流動性が低くく、原子間および分子間結合力も比較的弱いため酸化や劣化しやすく、高温度になるほど粘度変化が大きくなりやすいため、高負荷の高出力エンジンへの使用には向きません。

不純物が多く残存しており、潤滑性能の品質にばらつきが大きい傾向があります。

 

カルナバロウワックス

ワックスの原料は、植物由来のロウや、蜜蜂が住む巣から採れるミツロウを原料としています。カーワックスはカルナバ(カルナウバ)と呼ばれるヤシの葉っぱから採取されるロウ(カルナバロウまたはカルナウバロウ)をベースにしたものが多いようです。

比較的高級とされるカルナバロウワックスといっても、カルナバロウは高分子なので純度が高い場合は樹脂状に固まってしまって、そのまま純度が高い状態では塗り込み作業などに使うことができません。

このため、常温での塗り込み作業ができるように、カルナバロウに石油系溶剤・植物油やシリコーンオイルを加えることで、製品によって半固形~液体といったさまざな性状に調整してあります。

天然由来のロウ原料は産地や製造方法によって、品質のバラツキが大きく価格が異なります。

いずれにしても、ロウは原子間および分子間結合力も比較的弱いため、お湯に触れただけでも溶けたりするように、熱によって分解されやすく、紫外線や酸性雨への耐力はもちろんですが、空気中の酸素と反応して簡単に酸化劣化してしまいます。

カルナバロウやミツロウなどの古来からある原料を基にして、簡単に作れるワックスであるため、ロウ独特の艶だし剤としては現在でも残っていますが、保護剤としては酸化や劣化が早いためあまり効果が望めない傾向があります。



今回は、古くからある天然由来の鉱物油やカルナバロウを主原料とした、エンジンオイルとワックスを対比させました。

次回は、エンジンとともに最新技術を応用し今も進化を続けている、化学合成油やシリコーンレジンを主原料としたオイルとコーティングを対比させたいと思います。



(参考)


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2015-06-14

コーティングとエンジンオイル (その1)

このところ、シリコーンレジンコーティングに関するお問い合わせが多くなっております。

その中で、これまでのブログ記事の書き方が解りにくいのかもしれませんが、ベースコート(ガラスコーティング)に対するトップコートとして、あるいは単体で直接塗装面に塗布してご利用いただけるシリコーンレジンコーティングが、硬化型であると思われていることがあるようなのです。

ブログの内容や商品のご説明がわかりにくくて申し訳ありません。

結論から申し上げますと、弊社のシリコーンレジンコーティングは、硬化型ではありません。

そこで、意外と似ているかも?!と日頃から思っている「自動車レシプロエンジンの潤滑」と対比しながら、塗装表面と、ベースコートおよびトップコートの役割と特質や、シリコーンレジンコーティングがどのようなものなのか?について、別の視点からみていきたいと思います。

 

エンジンの潤滑って何だっけ?


クルマのエンジンは、いまでは電気モーターを利用したハイブリッドや、電気自動車から燃料電池車などの新しい方式のエンジンが注目されています。しかし何といっても圧倒的多数は、ガソリンや軽油を燃料とした内燃機関エンジンですね。

クルマの場合は、一部にロータリー方式もありますが、レシプロ方式と言われる筒状のシリンダーの中を、ピストンが往復運動するものがほとんどです。

レシプロエンジンのシリンダーの中で往復運動するピストンは、できるだけ抵抗が少なく、滑らかに動きにする必要があることは想像するに難くないですよね。

抵抗が少なくなるようにして、滑らかに動くようにする工夫として、ピストンとシリンダーが接触する表面には以下のような工夫が施されているようです。

 

1.シリンダーボアの表面加工 ~クロスハッチ~

特別な高性能車でない限り、一般的なクルマのシリンダー内側(シリンダーボア)の表面には、クロスハッチと言われる細かな溝(肉眼で認識できる)が一様に加工されています。
 

クロスハッチは、潤滑油(エンジンオイル)が細かな溝の中に溜まるようにして、油による膜を保持しやすくなるようにしたものです。
 

クロスハッチは、潤滑油の油膜が切れることなく、ピストンの往復運動に支障が起きないようにする工夫ではあるのですが、溝のないツルツルの鏡面と比較すると抵抗が大きくなり、エンジンの出力や燃費が低下する原因ともなります。

 

2.シリンダーボアの表面加工 ~鏡面コーティング~

日本を代表する高性能車である日産GT-Rのエンジン:VR38DETTには、上記のようなクロスハッチ加工を施していないそうです。

その代わりに、GT-Rエンジンのシリンダーボアには、溶かした特殊な鉄を吹き付ける「溶射」という技術を用い、硬く滑らかな鉄による鏡面コーティングを施しています。

この鏡面コーティングは、アルミニウム素材のシリンダーボアに、ダイレクトに鉄をコーティングをする鏡面化をおこなうことで、高回転・高出力を実現するとともに、以下のような鉄製のシリンダーライナーを無くすことができ、エンジンの軽量化や燃焼効率の向上ができたそうです。


この鏡面コーティング表面には、肉眼では認識できない非常に微細な穴がびっしりとあり、そこに潤滑油(エンジンオイル)が溜まるようになっています。非常に小さな穴なので、人の目には鏡面に見えるわけです。

(参考)鉄のシリンダーライナー
一般的なアルミニウム素材エンジンの場合、筒状のシリンダーの内側には、シリンダーライナー(別名:シリンダースリーブ)という、もう一つの筒があります。

近年のレシプロエンジン本体は、軽量化のためにアルミニウムで作られていることが多いのですが、アルミ素材のシリンダー中を直接的にピストンが往復運動しますと、摩擦に弱いアルミの摩耗が激しく、実用的な耐久性が得られないために、摩耗しにくい鉄で作られたシリンダーライナーを挿入しています。


3.エンジンオイル

滑らかにピストンが往復できるようにするため、シリンダーボアには一般的なクロスハッチ加工や、高性能車向けの鏡面コーティング加工など、様々な工夫がこらされていますが、これらに加えて絶対に欠かせないものに「潤滑油:エンジンオイル」があります。

エンジンオイルは、シリンダーボアとピストンの間に油の膜をつくり、金属同士が直接擦れあうことを防ぐことで、摩擦や摩耗をできるだけ小さくするわけです。

このエンジンオイルにも、主原料ごとの特徴や粘度といった特性があり、クルマの用途やエンジンの特質に応じたものを選ぶ必要があります。

まずは主原料(ベースオイル)ごとの特質を書き出してみます。

 

3-1 鉱物油

埋蔵原油から比較的簡単な方法で精製されたオイルです。

オイルの分子サイズにバラツキがあるため流動性が低くく、原子間および分子間結合力も比較的弱いため、酸化や劣化しやすく、高温になるほど粘度変化が大きくなりやすいため、高負荷高出力エンジンには向きません。

不純物が多く残存しているおり、潤滑性能の品質にばらつきが大きい傾向があります。
精製・製造しやすいため価格が安く、一般的な用途の車両に向いています。

 

3-2 化学合成油

エンジンオイルに要求される性能や機能性を実現させるために、化学的に設計し合成されたオイルです。

低温~高温において、安定した粘度や流動性を維持できる分子構造にコントロールされており、酸化や劣化がしにくいように設計されています。

高性能エンジンに要求される高温時の流動性や粘度の維持だけではなく、低温でも潤滑油としての性能や機能性を発揮することができ、負荷が特に高く厳しい条件下で使用されるエンジンや、高回転・高出力エンジンに適しています。

100%化学合成油は、製造方法が複雑でありコストがかかるため、価格が高くなります。



(参考)日産GT-Rは、化学合成油ベースのオイルがメーカー指定されている
先にご紹介した高性能な日産GT-Rエンジンの場合、特にオイルの耐久性や安定性が非常に重要です。

万が一、潤滑不良を起こしますと、GT-Rのエンジンは、鉄製シリンダーライナーを持たずに、アルミニウムのシリンダーボアに直接鉄を鏡面コーティングしているため、鉄の薄いコーティングが破壊されて、エンジン本体に深刻な損傷を与えてしまうからです。

「NISSAN GT-R メンテナンス」
から引用:http://www.nissan.co.jp/GT-R/treat_maintenance.html
エンジン各部の保護および性能を十分に発揮させるため、エンジンオイルはサーキットなどでのハードスポーツ走行を含め、膜圧保持性、極圧性の高いMobil 1(0W-40)(100%化学合成オイル)を必ず使用してください。添加剤や研磨剤は絶対使用しないでください。


 

3-3 部分合成油

化学合成油の高性能と、鉱物油の価格メリットのバランスを実現するため、鉱物油を主体とし化学合成油を配合したオイルです。

比較的負荷が高い場合や、スポーツ走行などをおこなうクルマに適しています。





いかがでしょうか、
エンジンのシリンダーボアやオイルに置ける潤滑ついて整理してみますと、クルマのボディコーティングとどこか似ているような気がしませんか?


次回は、いよいよエンジンの潤滑に対する、コーティングの役割と特質を対比してみたいと思います。



 (参考)



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2015-06-06

ハイブリッドコーティング ~トップコートとして~


前回のブログ記事では「ハイブリッドコーティング」をキーワードとして、ベースコートにおけるハイブリッドコートについて考えてみました。
(前回記事)ハイブリッドコーティング ~ベースコートとして~
http://coating.th-angel.com/2015/05/blog-post_12.html

前回生地の中では、無機ガラスコーティングに関する課題を提示させていただきました。


旧来からの無機ガラスコーティングは、「ウォータースポット(水シミ、イオンデポジット)」が固着しやすいという弱点を持っている。


ウォータースポットは、水道水や雨に含まれる無機物(シリカやカルシウム・塩素など)が、無機コーティングの表面と結合しやすいことにより、被膜であるガラスと、汚れであるガラスが強く結びつくわけです。

 

トップコートの現状と役割


このような「無機ガラスコーティングが持つ無機汚れの着きやすさ」を対策するために、有機物によって構成されるコーティング剤をトップコートとして上塗りし、そのことを「ハイブリッドコーティング」と呼ぶものがあるようです。

さて、無機ガラスコーティングをされているユーザーさまには、もう少しスマートな解決方法として、ベースコートである無機有機ガラスコーティングと同じ技術を採用したトップコートをご提案いたします。

ベースコートとして、次回は無機有機ガラスコーティングをおこなうとしても、次のベースコートをおこなうまでの間、トップコートを無機有機ハイブリッド化をおこなうことで対策をされてみてはいかがでしょうか。

なーんだ、無機コーティングのベースコートの上に、トップコートとして有機コーティングを施すのであれば、これまでと同じじゃないの!何が違うの?

そうですね「トップコートとして単なる有機物コーティング
をおこなう」ということであれば、違いがわかりにくいかもしれません。

.有機物コーティングの例として、古くからあるカルナバロウを原料としたワックスがあります。カルナバロウワックスは、ウォータースポットなどの、無機系の汚れには強いのですが、カルナバロウ自体が酸化・劣化しやすく、紫外線や熱による分解されやすい欠点がありますので、有機物汚れに弱い特徴があります。

もうひとつ、有機物コーティングの例として、シリコーンなどを含有した合成オイルを主成分としたものがあります。これらは「ガラス系」「ガラス繊維系」などと言い換えられているようです。カルナバロウなどに比べると酸化しにくく、紫外線や熱にも分解されにくくなっています。

合成オイルを主成分としているタイプの中には、若干のシリコーンレジンを添加しているものがありますが、シリコーンレジン原料は高価なため配合量は限られているようです。

弊社のシリコーンレジンコーティングであるキラサクGPコーティングは、シリコーンオイルなどの合成オイルは一切含まれておりません。GPコーティングがリーズナブルな価格でご提供できる理由は、源流に近いシリコーンレジン原料を基にして、弊社工場内で独自にコーティング剤として一貫製造していることによります。


トップコートにおけるハイブリッドコーティングとは


しかし、弊社がご提案するトップコートは、無機有機ハイブリッドによるトップコートです。この有機無機ハイブリッドによるトップコートとはどのようなものでしょうか?

実は、有機無機ハイブリッドによるトップコートと、前回記事でご紹介したベースコートである無機有機ハイブリッドガラスコーティングとは基本的な組成が似たものとなっております。

ハイブリッドコーティングの基本的な組成は、Si-Oによる無機骨格構造の周囲に有機官能基が配置(配向)されています。組成は同じですが無機骨格の密度が異なります。

単純化して申し上げますと、同じ組成でも無機骨格の密度が高い場合は硬いガラスになり、密度が低くなるとゴム状になったり、もっと密度が低くなると液体になるわけです。

特に弊社のトップコートの主成分は、液体のなかでも粘弾性の高いシリコーンレジンを高純度かつ高濃度に配合しています。概念的には液体~ゴム状の中間的なものとイメージされるものです。

弊社のシリコーンレジンによるトップコートにおける「ハイブリッドコーティング」は、以下のふたつの意味を持っています。

 

ふたつのハイブリッドコーティング


1.無機と有機のハイブリッドコーティング


●無機的な性質:
Si-O無機骨格がメッシュ状(網状)に構成されているため、紫外線や熱に分解されにくく、酸化しにくい。化学物質(有機化合物)にも侵されにくい。

●有機的な性質:
強靭な無機骨格を中心とし、首位に機能性をもつ有機官能基が配向されているため、塗装やベースコートとの密着性が高く、有機汚れをはじく撥水性・撥油性や、ウォータースポットといった無機汚れの固着を遅らせることができる。




2.液体と固体のハイブリッドコーティング


液体的な粘性と、固体的な弾性の両方を合わせもつ「粘弾性」により、液体でありながらしなやかに密着し続け、従来の液体コーティングでは実現できなかった持続性を高めることができます。
(参考)シリコーンレジンコーティングの粘弾性と滑り止め
http://coating.th-angel.com/2014/02/blog-post_23.html

液体~ゴム状の中間的な粘弾性を持たせることにより、液体のまま表面に留まる力が強くなります。

しかし、あくまでも液体ですから、硬化型コーティングのように、固着することはありませんので、仮に拭きムラがあってそのままになっていても、一週間後でも一か月後であっても、洗車して汚れを落としてから、拭き上げていただければキレイにムラを修正可能です。

つまり、液体であるが故の取扱のしやすさと、固体的性質を持つが故の耐久性・持続性・保護性の高さを両立することを、ハイブリッドにバランスさせることができるのです。





違いのわかる最高のトップコート


このような「ふたつのハイブリッド」を実現し無機物汚れと有機物汚れの両方に強く、高耐久で持続性のあるハイブリッドコーティングを手軽におこなうことができるのです。

ベースコートであるガラスコーティングの特徴を損なうことがないため、トップコートとして最適なわけです。
「ふたつのハイブリッド」による違いを一番に感じていただけるものに、キラサクGPコーティング Kirasaku GrandPrix coating http://shop-th-angel.com/shopdetail/002000000002/ があります。

一度お試しいただければ、これまでのモノとの違いを実感していただけるものとなっております。



事業者さま専用の業務用タイプもご用意しておりますので、お気軽にお問い合わせくださいませ。



(参考)
コーティング剤の選び方 ~トップコートとして~
http://coating.th-angel.com/2015/03/blog-post_31.html

ハイブリッドコーティング ~トップコートとして~http://coating.th-angel.com/2015/06/blog-post.html

ハイブリッドコーティング ~ベースコートとして~
http://coating.th-angel.com/2015/05/blog-post_12.html

新しい無機有機ハイブリッドコーティング
http://coating.th-angel.com/2014/12/blog-post.html

新しいガラスコーティング剤について
http://coating.th-angel.com/2014/05/blog-post.html

ガラスコーティングの比較
http://coating.th-angel.com/2014/03/blog-post_12.html


 

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