2015-02-14

コーティング剤スペックの見方

このブログでも、「シリコーンレジン」「低分子シラン」「無機有機ハイブリッド」など様々なキーワードに関して、コーティングとしての特徴や、機能をご紹介しております。

先日、「アルコキシシラン」を原料として使用している他社のコーティング剤と、THエンゼルさんの「低分子シラン」ガラスコーティングの仕上がりを比較すると、光沢の透明性やギラツキが異なる。というようなご感想を頂戴しました。

このような話の中で、コーティングの種類やスペックを表すようなキーワードが同じでも、実はコーティング剤としての光沢・透明性などの美感や、耐久性・汚れにくさは同じではないのです。

同じような原材料を使っているようでも、なぜ、そのような違いが出てしまうのでしょうか。



原料物質の呼び方
アルコキシシランとは、ケイ素原子が酸素原子を介して、メチルなどのアルコキシ基を含む原子団が結合したシラン化合物の総称です。

また、低分子シランとは、アルコキシシランなどを含む、シラン化合物の中で比較的低分子量のものを指し、併せ持つ官能基の種類や官能性によって、様々な呼び名(種類)が存在します。

このように、同様の組成を表すようなキーワードの原料であっても、実はその特性や機能には非常に多くの種類があるのです。



コーティング剤つくりは卵焼きに似ている

コーティング剤つくりは料理とよく似ている、と思うことがあります。特にそんな時は、シンプルだけど奥の深い「卵焼き」が思い浮かびます。

ベーシックな卵焼きの作り方はとてもシンプルです。

材料は、卵と調味料と油くらいでしょう。作り方は、予め卵と調味料を混ぜ合わせておき、フライパンに油をひき、加熱したのちに調味料を混ぜ合わせた卵をフライパンに流し込み、お好みの焼き加減にするといった具合でしょうか。

書き出すと、とても単純な卵焼きですが、材料の選び方とその配合の仕方、何よりも作る人の技量によって、出来栄え・美味しさがまったく別の物になってしまいます。

シンプルな卵焼きだからこそ、その焼き加減や卵選びや卵の鮮度、調味料には何を使いその分量はどのくらいにするのか。

卵の溶き方や、油のひき方からフライパン温度の管理、溶き卵の流し込み方から返し方やフライパンの使い方など様々な要因によってその味わいが変化します。

コーティング剤をつくる場合を、卵焼きに例えてみましょう。
まずは材料選びからです。例えばガラスコーティングの材料です。卵の種類にあたるものと考えられます。



主原料=食材

卵は、ニワトリの卵が一般的ですが、ウズラやダチョウの卵なんてのもあります。

ニワトリに限った場合、チャボ、レグホン、鳥骨鶏、地鶏、と言った鶏の種類があります。放し飼いしてるから卵が元気とか、海藻を餌として与えることでヨードを豊富に含んだものなど、主原料となる卵ひとつをとっても様々な種類があり、新鮮さも加えてそれぞれに味覚・嗅覚・視覚・舌触りなどが違ってきます。

ガラスコーティング剤にもポリシラザンとかオルガノポリシロキサンやオルガノシランなどの種類があり、その中でも分子量の違いや、結合密度、官能基の種類などにより大変多くの原料があります。

弊社が使用している原料「低分子シラン」だけをみても、原料メーカー数社から数多くの低分子シラン原料が供給されています。言葉としての分類が同じである、「低分子シラン」であっても、その特性や機能などが異なります。

どの主原料を選び、あるいは複数種類の主原料をブレンドするのかや、下記の調味料(添加剤)との組み合わせにより、コーティング剤としてどのような特徴を持たせるのかを設計していきます。



添加剤=調味料

主な原料となる材料が決まりましたら、つぎに卵焼きならば、加える調味料を使って味付けをすることになります。味付けですから、甘くしたいときは砂糖、塩味が好きな人や、醤油・酒・味醂に加えて、出汁をきかせた出汁巻きだってあります。

もちろん、調味料それぞれの種類からはじまり、塩ひとつをとっても、国産の海水を天日干ししたのが良いという人もいれば、ヨーロッパやアメリカ産の岩塩が良いという人もいます。

調味料の観点で、ガラスコーティング剤づくりをみてみましょう。
ガラスコーティング剤は上記のようなガラス化する低分子シランだけでは、コーティング剤どころか、充分な硬化さえも得られないこともあります。

硬化後の被膜の状態や、コーティング施工時の作業性などを考慮して、様々な特性や機能に相当する「味付け」を盛り込む必要があるのです。

その味付けのひとつに、硬化後被膜の「硬さ」があります。ガラスコーティングは単純に硬ければよいという訳ではありません。ガラスコーティングによる被膜の場合、硬すぎる場合は、車ボディの温度変化による伸び縮みや、振動などによるクラック(小さなひび割れ)が発生し易くなり、コーティング施工後しばらくして、剥がれやクスミの原因になります。

ですから、硬度や粘度といった物性を調整するために、適度な柔軟性(硬さ)にしてあげる適切な添加剤を加えることで、美しさと強靭さが持続する被膜を形成することができるのです。

ガラスコーティング剤の添加剤の役割は、硬さの調整だけではありません。施工性を高めるために、塗りと拭き上げのタイミングを調整するなどのために、硬化する速さを調整する触媒選択や配合量を調整します。

この他にも、施工性をよくするためには、できるだけ手間をかけずに、平滑で美しい光沢表面に仕上げるために、レベリング性や濡れ性を向上させる添加剤や溶剤を加えたりします。



調合・調整=混ぜ方・焼き方

ここまでは、産地やメーカーや品目名が記載された詳しいレシピがあれば、誰でも同じように、主原料や調味料を取り揃えることができます。

さて、いよいよ卵焼きの混ぜ方~焼き方です。
料理する人の腕が試されるといいましょうか、卵焼きの味や出来栄えがここで決まると言っても過言ではありません。

調味料を入れる量やタイミングを見計らいながら卵をかき混ぜ、フライパンへ油をひき、コンロの火力を調整しながら、溶き卵を流し込みます。火力を微妙に調整し、火の当て方などにも細心の注意を払い、焼き具合を見ながら巻いていきます。

余熱を考慮しながら、フライパンをコンロから離し、絶妙のタイミングで皿に盛り付ければ出来上がりです。

卵焼きを書き出すとこんな感じになると思います。

上手な人の作り方を、動画や詳細な写真を添付した説明をすることで、詳しく伝えることもできるのかもしれませんが、寿司職人の腕前をみるために、最初に卵焼きを注文する人もいるくらいですから、そう簡単に真似することはできないのではないでしょうか。

卵焼きは単純なようですが、作り手の腕前によって、見た目、美味しさはかなり違ったものになります。

コーティング剤の調合や調整の場合も、卵焼きとよく似たことがあると思います。
キラサク GPコーティングや、業務用のトリートメント剤・メンテナンス剤に使用している「シリコーンレジン」を原料とした水性乳化コーティング剤は、弊社で独自に開発製造しています。

シリコーンレジンを主原料にしながら、水性(溶剤は水です)で無臭であるコーティング剤の製造のポイントは、本来なら水には溶けないシリコーンレジンと、水を混ぜ合わせるために「乳化:emulsification」をおこない、使いやすく安定した品質の製品に仕上げることです。

乳化を、卵焼きの調理のようにさらっと説明したいのですが、少し高校化学(せっけん作り)を思い出す必要があります。そんな時に便利なのがネットです。弊社とは取引・資本などの関係が一切ない会社のウェブサイトに、乳化についてわかりやすい説明がありますので引用させていただきます。

【文系でもわかる乳化】
以下ウェブサイト出典:プライミクス株式会社さま
その1 乳化ってなに?
http://www.primix.jp/mixer_lecture/vol1/01.html

その2 身の回りにある乳化物http://www.primix.jp/mixer_lecture/vol1/02.html
その3 乳化粒子の大きさって?http://www.primix.jp/mixer_lecture/vol1/03.html

いかがですか。乳化ひとつをとっても、なかなか奥が深いと思われませんか?

乳化する粒子の大きさを考慮したり、界面活性剤の使い方や、主原料との混ぜ合わせ方・温度管理などを正しくおこなうことにより、高品質の乳化製品ができるのです。

一見すると、きれいにシリコーンレジンと水が混ざり合ったように見えても、時間経過とともに分離したのでは何の意味もありません。

弊社では、長年にわたり高品質で安定した乳化を研鑽してきた技術者が、卵焼きと同じように職人技ともいえる「乳化技術」を駆使して、コーティング剤に求められる、強さ・美しさ・使いやすさ・安定した品質・適正な価格を追求した、調合や調整をしています。

 

卵焼きの味は食べてみないと

いささか強引に、シンプルだけど奥が深い料理である、「卵焼きとコーティング剤の製造」をなぞらえてみました。

「卵焼き」と同じく、コーティングのPRやウェブサイトに書かれたスペックや宣伝文だけでは、コーティングの「味わい・質」といったことは表現しきれません。

同じような名称・キーワードであっても、材料選びからその配合量や製造方法によって、出来上がった製品の品質・仕上がり・使い心地・価格も全く異なったものになるのです。


(参考)レアアースコーティングについてhttp://coating.th-angel.com/2016/10/blog-post_13.html





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2014-12-12

撥水コーティングについて

撥水コーティングにおける撥水性の意味・仕組みや、特徴・機能性などについてまとめてみました。

●撥水性とは

  • 撥水とは、文字通り水をはじくことを意味します。
  • 撥水と疎水は、水をはじくという意味では同じことです。
  • 撥水は水をはじく現象や様子を表し、疎水は水となじみにくい性質を表します。
  • つまり、水になじみ難い表面は疎水性を持った表面であり、疎水性表面は同時に水をはじく撥水性の表面でもあります。
  • 車のコーティングの場合は、撥水と疎水を若干異なったニュアンスであることがあります。例としては、水がコロコロと球状になり非常に良くはじく場合は「撥水性」と呼び、水が球状ではなく少し広がったようにはじく場合は「疎水性」や「滑水性」と呼ぶようです。


●撥水の定義

  • 撥水状態であることの定義としては、水の接触角により、車のコーティング業界では概ね下記のように言われているようです。


【水の接触角】
  • 180~120°程度:超撥水
  • 120~90°程度 :高撥水
  • 90~40°程度  :低撥水、疎水、滑水など
  • 40~1°程度   :親水


●撥水の仕組み

  • 撥水の仕組みを大別するとふたつに分類されます。ひとつ目は水よりも表面の表面張力(表面自由エネルギー)のが小さいほどよく撥水します。
  • フッ素は地球上の物質で最も電気陰性度が高いため、その化合物であるフッ素樹脂は表面張力が小さくなり、水はもちろんのこと、油をもはじくものもあります。
  • 水の接触角150°以上の超撥水性や、120°を超える撥水性表面 は、植物のハスやイモの葉の表面にように、規則的に配列された細かな凹凸表面でないと実現できません。
  • 水の接触角120°を超える撥水表面は、細かな凹凸が必要であるため、透明性の高い光沢のある表面では実現できていません。また、布などで凹凸表面を拭きますと、細かな凹凸が壊れて撥水性が落ちてしまいます。


表面張力(表面自由エネルギー)単位 [mN/m]
--------------------------------------
水:73
油:25~30程度(石油・鉱油)
--------------------------------------
S1.シリコーン樹脂:16~30程度

F1.フッ素樹脂1:18程度(PTFE、フライパンなど)
F2.フッ素樹脂2:10~25程度(フッ素樹脂+シリコーンコーティング)
F3.フッ素樹脂3:6(CF3、実験室レベルでの最小値)
--------------------------------------
(参考)水の接触角はおよそ下記のようになります。
S1.シリコーン樹脂:110~90°
F1.フッ素樹脂1(PTFE):114°程度
F2.フッ素樹脂2(フッ素樹脂+シリコーンコーティング):>115°~100°
F3.フッ素樹脂3(CF3):120°


●撥水性コーティングの特徴と機能性

  • 水に含まれた水溶性の汚れ物質は、撥水性をもつ表面でははじかれます。さらに、撥油性まで持つ表面は、油性の汚れ物質もはじく能力をもっています。
  • 撥水性コーティングは、汚れにくく汚れが固着しにくい表面となります。
  • 撥水性と撥油性を両立しているコーティングの表面は、更に汚れ難くいです。
  • 撥水表面はコーティングの持続を確認することが容易です。

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2014-12-05

新しい無機有機ハイブリッドコーティング

ガラスコーティングの基本的な成り立ちとして、大きく分類しますと下記の2種類があります。
 

  1. 無機コーティング
    代表例として、高分子タイプのポリシラザン:Perhydropolysilazaneを原料としたものがある。
  2. 無機有機ハイブリッドコーティング
    代表例として、オルガノポリシロキサン/ポリオルガノシロキサン:Polyorganosiloxanを原料としたものがある。
    古くは高分子タイプがあったが、現在は溶剤を必要としない低分子タイプの2種類がある。


 お客さまとさまざまな会話をする中で、無機や有機の構造的な話のほかに、特徴や機能性や用途の違いはどのようになっているのか?ということを問われることがあります。

以前、構造的なことについてまとめましたので、下記記事を合わせてご覧ください。

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


無機ガラスコーティングとは

<無機ガラスは、単純な二酸化ケイ素(SiO2)化合物を意味することが多い>
  • 高分子化合物である
    クロロシランを出発原料とし、脱アンモニア架橋により非晶質(アモルファス=結晶構造を持たない)ガラス被膜を形成する高分子化合物である。

    無機ガラス被膜を形成するガラスコーティングの例としてポリシラザン:Perhydropolysilazane)を原料としたものがある。

    無機ポリシラザンを改良した無機・有機ハイブリッド化は、技術的には可能であるが、反応性が急激であるなどの理由から、実用的な意味で無機・有機ハイブリッド化を目指すものは事実上見当たらない。

    (無機有機ポリシラザン/オルガノポリシラザン:Organopolysilazanes)
  • 有機物(塗装など)への密着性が劣る
    単純な無機ガラス被膜を形成するこのタイプは、元来おもに半導体製造においてシリコンウェハ(無機物)への一時的な表面改質剤として使用されているものを、車塗装用コーティング剤として二十年以上前に流用したものである。

    無機ガラス被膜は本来の用途である無機物への密着性は高いが、塗装などの有機物への密着性が不十分であることから耐久性(密着性)に劣る欠点がある。
  • 有害な有機溶剤が不可欠である
    高分子化合物であるため、ガラスコーティング剤として使用するには、大量のキシレン・トルエン・ターベンなどの芳香族有機溶剤(通称シンナー)に溶かし込んで使用する必要がある。

    このためガラス化成分量がごくわずかであり膜厚が極端に薄くなる。

    使用する芳香族有機溶剤:シンナーは、塗装を溶解し塗装に悪影響を及ぼす恐れや、人体および地球環境に対しても毒性・有害性がある。
  • 施工性や機能性に劣る
    → 品質の維持・コストダウンが困難である。
  1. 硬化時の脱アンモニア反応が急激に進行し、硬化反応を制御できないため施工性が悪い。
  2. 被膜硬度や柔軟性を制御できないため、膜厚が極端に薄くなり耐久性・耐傷性が劣る。
  3. 被膜が単純な分子構造であるため、撥水や防汚など機能性を付与することができない。
  4. 単純な無機物被膜であるため、シリカスケール(無機物汚れ)などのウォータースポットが固着しやすく除去が困難になりやすい。
  5. 塗装など有機物への密着性を高めるためには、下地処理としてシリコーンカップリング剤によってコーティングを行う必要がある。
  6. 撥水性を付与したり、無機汚れ(ウォータースポット)固着を抑制する機能を付与するためには、無機・有機ハイブリッドによるトップコートを行う必要がある。
  7. 上記のように反応が急激で作業難易度が高いこと、下地処理→無機ガラスコーティング→トップコートと、多層化による作業が複雑であることから、作業失敗リスクが高く、高品質を維持することが難しく、作業コストアップにつながる。
(参考)
無機ガラスコーティングは温度変化に弱い
http://coating.th-angel.com/2015/02/blog-post_22.html


 

無機有機ハイブリッドコーティングとは

<無機有機ハイブリッドガラスは、二酸化ケイ素(SiO2)と有機官能基を結合(クロスカップリング)した化合物の総称>
  • 高分子タイプと低分子タイプがある
    クロロシランを出発原料とし、脱アルコール架橋により非晶質(アモルファス=結晶構造を持たない)ガラス被膜を形成する高分子化合物がある。

    最近になって保存性や安定性を高め、多官能性(多機能性)を付与することができる低分子タイプ(低分子シラン)が実用化されている。低分子タイプはガラスコーティング剤として、溶剤を一切添加しない高濃度ガラス化成分を含有する無溶剤化ができる。

    特に低分子シラン原料は、日本独自※の研究開発などにより、日本の世界的なシェアが高い。

    ※.低分子シランの基本技術であるクロスカップリング分野では、根岸英一(米パデュー大 特別教授)、鈴木章 (北海道大学 名誉教授)による2010年ノーベル化学賞のように、日本が伝統的に強い分野となっている。
  • 有機物(塗装)への密着性が高い
    無機ガラス(SiO2)基本骨格と、有機官能基による無機・有機ハイブリッド構造であるため、一液のみで塗装への密着性を高め、結合密度の高いガラス被膜を形成できる。
  • 機能性・耐久性・作業性を高めることができる
    無機・有機ハイブリッド構造であり、有機官能基の配向を制御することができるため、上記のような有機物(塗装)への密着性を高めたり、ガラスコーティング表面の撥水性や防汚性などを付与することができる。

    同時に反応性・硬度や柔軟性を制御することができるため、硬化時間・作業時間の最適化、膜厚や被膜硬度や柔軟性の最適化ができるため、作業性や被膜耐久性を向上させることができる。
  • 溶剤を一切使用しない無溶剤化ができる
    旧来からある高分子タイプの無機有機ハイブリッドガラスコーティングは、ガラスコーティング剤として芳香族の有機溶剤に溶解して使用する必要があった。

    これに対して新しい低分子タイプは、溶剤を一切使用せずに高品質のガラスコーティング剤を提供することができる。

    無溶剤化によって、リッチ(厚膜化・高光沢・高耐久)なガラスコーティングができるだけでなく、塗装や人体・地球環境に対して安全でかつ、容易な作業にて行うことができるようになり、施工コストダウンと機能や性能向上ができるようになる。

    低分子タイプは、無溶剤だけでなく、アルコール系溶剤を使用することができるため、安全性や環境性を保ったままで液剤コストダウンやレベリング性向上が可能である。
  • 施工性や機能性が高まる
    → 高品質・低コスト化ができる。
  1. 脱アルコール・脱水反応による硬化であるため、硬化速度がマイルドであり添加剤によって硬化時間を制御できるため施工性が高い。
  2. ・被膜の硬度や柔軟性を制御でき、膜厚が最適化できるため耐傷性を向上することができる。このため硬いだけではなく、粘り気も兼ね備えた強靭な被膜を形成できる。
  3. 表面に有機官能基を配向することにより、シリカスケール(無機物汚れ)などのウォータースポットが固着を遅らせることができ、早めの除去により無機汚れの定着を防ぐことができる。
  4. 塗装など有機物との密着を高める有機官能基と、強くて劣化しにくい無機ガラス骨格によって、撥水性や防汚性を高める有機官能基のハイブリッド構造であるため、一液で万能性の高い高品質な被膜が簡単にできる。
  5. 液剤価格の適正化や施工性を高めることにより、総合的なコストダウンと作業の高品質化が両立可能となる。

 

弊社では、無機有機ハイブリッドコーティングの中でも、新しい低分子タイプを中心に開発製造をおこなっております。カーディテイリング事業者さまや、コーティング剤の卸売・小売事業者さまはお気軽にご相談ください。

ガラスコーティング剤は、下記の理由により一般のお客さまには販売しておりません。大変申し訳ありませんがご理解いただきたく、よろしくお願い申し上げます。

ガラスコーティング剤の一般販売についてhttp://coating.th-angel.com/2014/03/blog-post_27.html


(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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