クリスタル/クォーツやダイヤモンドの意味

興味深いご質問をいただきました。
以前アップした「ガラスコーティングは結晶なの？」という記事に対して、

【コーティング剤の商品名に「クリスタル」「クォーツ」や「ダイヤモンド」といった言葉が散見されます。名前からすると結晶化したものをイメージしますが、本当に結晶のガラスコーティングはないのですか？】

というご質問です。

結論から言いますと、

現場施工する車や建築のガラスコーティングは、すべて非晶質ガラス（アモルファス－ガラス：amorphous-silica glass）です。

結晶化したガラスコーティングが常温で現場施工できるようになったら、それこそノーベル賞か、少なくともイグノーベル賞ものではないでしょうか。

もしも、現場施工で結晶化（crystallization）するガラスコーティングがありましたら、ご指摘をお願いいたします。

クリスタル/クォーツやダイヤモンドは結晶である

さて、クリスタルやダイヤモンドですがこのふたつは結晶です。

• クリスタル/クォーツ（水晶/石英※）
  シリコン：ケイ素（Si）を由来とする結晶体
  ※クォーツ=石英とは二酸化ケイ素SiO2が結晶化したもの
   
• ダイヤモンド
  カーボン：炭素（C）を由来とする結晶体

英語では「結晶ガラス」のことをずばり「クリスタル：crystal」または、「クォーツ：quartz」と呼びます。文字通りクリスタルは天然水晶のことでもあります。

水晶（別名：石英/クリスタル/クォーツ）と、非晶質ガラス：アモルファス－ガラスの組成は同じ「SiO2」なので、コーティング業界での混乱を招いている一因と考えられます。

別の視点でハッキリと区別できる判りやすい例として、炭素（C）の場合を見てみましょう。身の回りにある非晶質炭素としては「木炭」（モース硬度2程度）や「コークス」（純度の高い石炭）があげられます。結晶化炭素としては、結晶構造の違いにより「ダイヤモンド」や「黒鉛」があります。

ご存知のようにダイヤモンドは、自然界に存在するものの中で地球上最も硬い物質（モース硬度10）であり、非晶質の木炭（モース硬度1程度）やコークスの見た目の違いもさることながら、硬さの違いは歴然としております。このように同じ炭素（C）で構成されるものでも、その成り立ちの違いにより結晶化したり非晶質になったりするわけです。

ちなみに関連するモース硬度は下記のとおりです。

• 結晶化ガラス（水晶）：モース硬度7
• 非晶質ガラス（窓ガラス）：モース硬度5
  現場施工ガラスコーティングは非晶質ガラスです。
   
  
• 結晶化炭素（ダイヤモンド）：モース硬度10
• 非晶質炭素（木炭）：モース硬度1程度

（参考）ガラスコーティング【モース硬度7】の不思議

結晶化した人工ダイヤモンドを合成するには、地球上にありふれた物質である炭素（C）と水素（H）を原料にして、途方もない高い圧力と数千℃におよぶ高い温度を同時にかける方法が一般的です。一方の非晶質である木炭は木材を数百℃で炭化させたものです。

SiO2といってもいろいろある

ケイ素（Si）をもとに結晶化した水晶および人工結晶ガラスおよび、現場施工ができるガラスコーティングは非晶質であることは、以前もこちらで触れておりますのでご覧ください。→「ガラスコーティングは結晶なの？」

このように、ガラスコーティングなどのコーティング剤で「クリスタル/クォーツ（SiO2）」や「ダイヤモンド」はいかにも【結晶】をイメージさせます。

しかし、繰り返しになり恐縮ですが、窓ガラス（SiO2）をはじめ、現場施工できるガラスコーティング（SiO2）で、結晶化（モース硬度7）したものはあり得ません。

もしも、そのようなものがあるのなら、是非とも教えてください。 

（参考） SiO4だから硬い無機ガラスコーティングとは

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ガラスコーティング剤（硬化型コーティング剤）の販売について

一般のお客さまから、ガラスコーティング剤（硬化型コーティング剤）販売のご要望をいただくことがあります。

お問い合わせを頂戴することは大変ありがたいのですが、ガラスコーティング剤は下記のような理由により一般販売はしておりませんのでご理解いただきたく存じます。

下記は、施工対象車の塗装表面状態が良い（塗装のキズや劣化状況が良好で、汚れや古いワックスやコーティングなどが残存していない）ことを前提にしております。

失敗の復旧が困難

ガラスコーティング剤（硬化型コーティング剤）は塗装面との密着性が非常に高く、硬化後のやり直しは研磨による除去が必要となります。

一般のお客さまがポリッシャーなどを使って元の状態を復元することは、設備的・経験技術的に非常に困難です。硬化後に復旧させるということは、結局コーティングショップにお願いすることになるとお考えください。

施工管理が難しい

ガラスコーティング剤（硬化型コーティング剤）塗布後、規定時間以内に拭き上げなど仕上げをしないとムラやクスミの原因となります。

拭き上げ漏れがないようにどんなに注意深く作業をしていても、コーティング作業中に急な仕事の対応が必要になったり、お子様の怪我や急な発熱などで病院に行かなくてはいけない。というような状況を想定しますと、、、大切な車のことを思うとちょっと怖いですよね。

施工環境が整わない

屋根付きカーポートの下で、雨降りの心配がない天気が良い日を選んで施工作業をしたとしても、風が強くなったりしますと砂埃や花粉などが飛んでくることは避けられません。

屋根つきのカーポートでの施工の場合でも、施工直後の夜間や、湿度が高く霧が発生し、結露しますと硬化ムラの原因となります。

規定時間内に充分な硬化をさせる（被膜を安定化させる）ための温度管理も非常に大事です。

せっかくのガラスコーティングに、このようなことを考えるとハイリスクです。

それでもご自分でガラスコーティングをする場合

上記のようなリスクを踏まえたうえで、ご自分で作業し愛車をメイクアップしたい！というお気持ちもよくわかります。
その場合は下記のような方法でガラスコーティング剤の購入をお勧めいたします。

【重要】実店舗でガラスコーティングをおこなっているショップさんが販売・サポートしているガラスコーティング剤を選びましょう！※

この場合はプロショップさんですから、作業方法の説明や指導が適切ですし、リスクの十分な説明と、万が一失敗したときの復元回復も相談できます。

このような方法は、ショップさんとのコミュニケーションや作業自体も楽しめますし、うまくいけば低コストで美しいボディコーティングができて、一粒で二度おいしいグリコ（古い）みたいですね。

失敗したら「コーティングショップに車を持ち込むこともアリ※」という、心と懐の余裕もお忘れなく。

※．商慣習・商流上の理由により、弊社ガラスコーティング剤をご使用いただいております施工事業者さまのご紹介はできません。ご理解いただきたくよろしくお願い申し上げます。

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オルガノポリシロキサンを原料とするガラスコーティング剤

お客さまより下記のようなご質問をいただきました。


「オルガノポリシロキサン: polyorganosiloxane によるガラスコーティング剤でも無溶剤のものがある。このブログ記事によると、オルガノポリシロキサンを原料としたガラスコーティング剤は、有機溶剤など石油系溶剤に溶かし込む必要があると書かれているが、どういうことなのか？」

このご質問にお答えいたします。
オルガノポリシロキサンや弊社の低分子シランとは、厳密に定義されているわけではありませんので無溶剤化したものとは、以下のようなふたつの可能性が考えられます。

１．（高分子）オルガノポリシロキサンにパウダー微粒子を添加

（高分子）オルガノポリシロキサンは、塗料のように粘度が高く、そのままでは濡れ性やレベリング性が悪いため、ガラスコーティング剤としての塗り込み作業がしにくくなります。このためトルエン・キシレンなどの有機溶剤（石油系溶剤）に溶解して使用することが一般的です。

しかし、車の塗装へのダメージや人体・地球環境への悪影響を避けるために有機溶剤の使用を避け、上記のような濡れ性やレベリング性の問題を改善して、少しでも塗り込みやすくし作業の失敗を避ける目的で、セラミックなどのパウダー微粒子を湿潤分散剤として添加する方法が考えられます。

このように、セラミックなどのパウダー（微粒子）を湿潤分散剤として添加しますと、本来オルガノポリシロキサンが持つガラス化する分子間ネットワークの結合強度が低下することが考えられ、ガラス硬化被膜の密着性や各種強度や耐力（紫外線、熱、酸やアルカリ、硬度・粘りなど）に悪影響を及ぼす可能性が高まります。

２．（低分子）オルガノポリシロキサン

弊社で採用している「低分子シラン」同様方式を、「（低分子）オルガノポリシロキサン」と呼んでいるものがあると考えられます。

「ガラスコーティング比較　～低分子シランの特性と機能～」←こちらの記事では、時系列的に古くからある高分子タイプのペルヒドロポリシラザンと、オルガノポリシロキサンに対して→低分子シランの比較について述べています。
（参考）ガラスコーティング剤の密着について

（参考） 低分子シラン無溶剤ガラスコーティング剤の特徴である引火性と臭う理由と、従来のガラスコーティング剤が使用する有機溶剤との違いについてはこちらをご覧ください。→無溶剤ガラスコーティング剤だから

オルガノポリシロキサン・ガラスコーティングとは

オルガノポリシロキサンは、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）ガラス被膜を形成するポリマー（高分子シラン）です。

オルガノポリシロキサン：Polyorganosiloxaneの名前は、ケイ素：siliconの"sil"と、酸素：oxygenの"ox"と、炭化水素alkaneの"ane"の３次元基本骨格と有機官能基：organoを形成する高分子（ポリ：poly）であることに由来します。

オルガノポリシロキサンは、脱アルコールの反応がポリシラザンの脱アンモニア反応よりもマイルドであることから、比較的取扱がしやすく、無機ガラス主骨格と伴に有機官能基を配向する無機有機ハイブリッド化が容易であるため、機能性を付与しやすいことなどから、ポリシラザンで実現が難しかった課題のいくつかが解決できるようになりました。

 

オルガノポリシロキサン・ガラスコーティングの特質

無機骨格と伴に有機表面が表出する。

• 無機汚れ（ウォータースポット、別名イオンデポジット）が固着しにくくなった。
• 撥水性＝疎水性を高めたり低くしたりすることができるため、高撥水化や親水傾向（低撥水化）にするなど目的に応じたコーティング表面が形成できる。反応性（硬化）がマイルドで硬化特性の制御が可能である。
• 硬度を高めつつも柔軟性を付与することができ、目的に応じた膜厚を形成できる。
• 手塗が可能であり、特別な設備を必要とせずに塗布作業ができる。高分子であるため有害な有機溶剤（キシレンやトルエンなど）に溶解する必要がある。
• ガラス化成分含有量が少なく膜厚が薄くなる傾向にある。
• 塗装だけでなく人体・地球環境に有害である。
• 有機溶剤を排気する設備が必要であるため設備コストに影響する。

オルガノポリシロキサンはポリシラザンの課題を克服できたのか？
高分子シランのなかでもオルガノポリシロキサンは、有機無機ハイブリッド化により、ポリシラザン（ペルヒドロポリシラザン）の下記の課題に対して改善ができていることと、できていないことがあります。

課題改善点

ポリシラザンは親水性表面しかできず親水性維持ができない。

• 無機有機ハイブリッド被膜により被膜性状を変化（低撥水～高撥水）させることができるようになった。
• 硬化特性が制御できないため施工が難しく高コストである。
• 硬化速度を制御でき、スプレーガンだけではなく手塗が可能となった。
• 硬度を制御できないため、膜厚を極端に薄くする必要があり擦過傷の保護性能が劣る。
• 被膜の硬度と柔軟性をバランス制御できるため厚膜化が可能となった。
• 硬化過程において有害なアンモニアガスを発し安全性環境性保全のためのコストがかかる。
• 硬化架橋において発生するガスはアルコールであるため副生物の安全性が高まった。

課題として残った点
オルガノポリシロキサンもポリシラザンと同じく高分子であるため、ガラスコーティング剤として製品化するには有害な有機溶剤に溶解して使用する必要があり、溶剤添加によりガラス化成分含有量が少なくなることのほか、塗装への悪影響や安全性・環境性を保全する設備コストがかかる影響が残っております。

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

新しいガラスコーティング剤：低分子シラン・ガラスコーティングとは

低分子シランはクロロシランを出発原料とし、ひとつの分子内に複数の有機官能基と加水分解性のアルコキシ基を同時に含有し、脱水架橋により非晶質（アモルファス）ガラス被膜を形成するものです。

従来のシラノール基を有する高分子オルガノポリシロキサンとの違いは下記のとおりです。 

• 塗装面や樹脂などの多種類の有機物と強力に化学結合する多官能基と、ガラスや金属など無機物と強力に化学結合する加水分解性アルコキシ基を併せ持つ。
• 100％機能部化による低分子量液体が構成可能である（高濃度ガラス化成分含有、無溶剤化が可能）。
• 揮発性のシラノール基を含有しないため保存性・安定性が高い。

（参考）ハイブリッドコーティング　～新しい無機有機タイプ～

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