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水性コーティング材料の設計と応用

(2004年『水性コーティング材料の開発と応用』普及版)

商品コード: B0909

  • 監修: 三代澤良明
  • 発行日: 2010年2月
  • 価格(税込): 6,048 円
  • 体裁: A5判、406ページ
  • ISBNコード: 978-4-7813-0173-0
こちらの書籍については、お問い合わせください。

刊行にあたって

 コーティング(塗装)とは、素材(金属、コンクリート、プラスチック、木材)に数100μm以下の薄膜を形成させることによって、素材表面の性質を改質できる最も簡便で効率的、経済的な方法であり、我々の生活環境に快適性と癒し性を与えてくれる。そのコーティング材料(塗料)の組成は、皮膜形成材の有機樹脂、加色材の顔料(有機、無機)、材料に流動性を与える有機溶剤、塗料・塗膜を調整する添加剤より組み立てられている。これらの組成物は目的に適合する塗膜とするために、各種の樹脂とその流動化に適合する各種の有機溶剤によって設計されている。合成樹脂塗料が開発されて、およそ80年の歴史のなかで、塗料設計、塗装技術、塗装設備は、各実用分野ごとに最も適切な方法が確立している。
 他方、近年、この有機溶剤が地球環境破壊(光化学スモック)や人体の健康阻害(シックハウス症候群)の原因物質であることが指摘され、いわゆる揮発性有機化合物(VOC)の排出規制が全世界的規模で急速に展開され、各国で法制化が進んでいる。国内でも、2001年のPRTR法、2002年の改正建築基準法、2004年の改正大気汚染防止法の成立により、脱有機溶剤系塗料への転換が緊急課題となっている。各種の塗料系の候補のなかで水性塗料が、従来の主流技術の延長線上にあるため有利であり、開発が進められている。しかし、溶媒が特殊な性質を有する水の単品であって、従来の有機溶剤とは水と油の関係にある。したがって、既存の有機溶剤系塗料の成分を水に置き換えても、塗膜性能、塗装性、塗料安定・貯蔵性の良い塗料は出来ない。水系への転換は塗料製造技術の革新的課題を抱えているのが現状といえる。
 このような社会情勢のなかで、水性化にかかわる材料については、多くの関連する技術的・学術的論文や書物が散見されるが、塗料のようなファインケミカル、ナノテクノロジー、ハイブリッドに属する技術では、多角度的検討が必要であり、むしろ実践的な研究が重要である。
 本書は1998年に刊行された前書「水性コーティングの最新技術と市場」を全面的に見直し、実務的経験の豊かな各分野の第一線の技術者、研究者によって、最新情報を網羅した内容で執筆して頂いた。第1編はハイブリッド樹脂を含めた樹脂製品、第2編はこれら樹脂の水性塗料化の技術、第3編は応用として各分野の実施例、第4編に工業塗装ライン工程、第5編に排水処理技術の5編より構成されている。本書が水性コーティング材料の開発に携わる諸氏の参考となれば幸いである。なお、本書を編纂するにあたり、業務多忙の中ご協力頂いた執筆者の方々に、厚くお礼申し上げます。また、本書の企画、編集にご努力頂いたシーエムシー出版編集部の松井健将氏に敬意を表します。
(「はじめに」より)

2004年8月 三代澤良明

<普及版の刊行にあたって>
 本書は2004年に『水性コーティング材料の開発と応用』として刊行されました。普及版の刊行にあたり、内容は当時のままであり加筆・訂正などの手は加えておりませんので、ご了承ください。

2010年2月  シーエムシー出版 編集部

著者一覧

石倉慎一   (元)日本ペイント(株) R&D本部 参与 
大西 清   大日本インキ化学工業(株) 総合研究所 R&D本部 材料開発センター センター長
和田秀一   (現)第一工業製薬(株) 研究開発本部 執行役員 研究開発本部長
萩原昭人   ジャパンエポキシレジン(株) 営業第3部 次長
         (現)ペトロケミカルス(株) 東京営業所 部長
高柳敬志   (現)旭硝子(株) AGC化学品カンパニー東京支店 コーティンググループ 主幹
山崎達朗   (現)AGCコーテック(株) 研究・開発センター 執行役員 研究・開発センター長
横田善行   (現)(株)日本触媒 機能性化学品研究所 グループリーダー
工藤伸一   (現)DIC(株) R&D本部 新機能材料研究所 主任研究員
三代澤良明   (元)関西ペイント(株);(社)日本塗料工業会
西田廣泰   (現)日揮触媒化成(株) ファイン研究所 所長付技監
名倉 修   日本油脂BASFコーティングス(株) 研究開発本部 研究開発本部長
         (現)(株)日本ダクロシャムロック 代表取締役 社長
桑島輝昭   日本ペイント(株) R&D本部 樹脂センター 部長
小林敏勝   (現)日本ペイント(株) 開発研究所色彩センター 所長
上原孝夫   楠本化成(株) 添加剤事業部 技術本部 基礎研究部 部長
長沼 桂   楠本化成(株) 技術本部 応用技術部 部長代理
住友靖夫   デュポン神東・オートモーティブ・システムズ(株) 取締役 技術開発本部長
中塩雅昭   (現)デュポン神東・オートモーティブ・システムズ(株) 電着開発部 部長
丸岡宏彰   (現)デュポン神東・オートモーティブ・システムズ(株) 上塗技術部 次長
中須賀剛   イサム塗料(株) 滋賀工場 テクニカルグループ
辻本耕嗣   神東塗料(株) 研究開発本部 研究開発部 課長
金井 洋   新日本製鐵(株) 鉄鋼研究所 表面処理研究部 主幹研究員
         (現)日鉄住金鋼板(株) 鋼板開発技術部 部長
小島瞬治   東洋製罐(株) 経営企画本部 経営企画部 部長
本橋健司   (現)芝浦工業大学 工学部 建築工学科 教授
福澤成晴   (現)パナソニック電工(株) 材料技術開発部 課長
水谷 篤   (現)エスケー化研(株) 東京支店営業技術T 課長代理
芳澤 伸   日本ペイント(株) 汎用鉄構塗料部 係長
         (現)日本ペイント(株) 岡山工場 品質管理課 チームリーダー
荒川 孝   (現)日産自動車(株) 車両生産技術本部 車両技術開発試作部 シニアエンジニア
平野克己   (元)日本ペイント(株) 販売本部 担当部長

執筆者の所属表記は、注記以外は2004年当時のものを使用しております。

目次

【 序総論 】
総論(
1. はじめに
2. 水性塗料の歴史
3. 水性塗料の特徴
3.1 水の性質
3.2 水性樹脂
3.3 水性樹脂の安定化と架橋反応
4. 水性塗料の現状と今後
4.1 外装用塗料
4.2 電着塗料
4.3 自動車中上塗り塗料
4.4 缶用塗料

【 第1編 樹脂設計 】
第1章 アクリル樹脂
1. 特徴
2. 水性化法
2.1 水溶性樹脂及びコロイダルディスパージョン
2.2 エマルジョン
2.3 水溶性アクリルオリゴマー
3. 水性アクリル樹脂の精密重合
4. 応用分野と樹脂設計の事例
4.1 缶外面塗装用水性樹脂:水性アクリル樹脂/水性アミノ樹脂硬化系
4.2 自動車用水性塗料樹脂
4.3 環境対応型低VOC塗料用エマルジョン樹脂
4.4 二液反応型水性シリコン-アクリル樹脂
5. 課題・問題点

第2章 アルキド・ポリエステル系樹脂
1. 特徴
2. 水性化法
3. 水性アルキド樹脂・ポリエステル樹脂の構成要素
3.1 中和剤
3.2 親水性溶剤
4. 水性アルキド樹脂・ポリエステル樹脂の加水分解安定性
4.1 立体効果:Steric Effect
4.2 隣接基効果:Anchimeric Effect
4.3 最近開発された酸・グリコールの加水分解性
4.4 加水分解に対する実際上の対処事例
5. 応用分野と樹脂設計の事例
5.1 水性さび止め塗料
5.2 自動車用水性中塗り塗料
5.3 グラビアインキ用ポリエステル樹脂
5.4 水性常温乾燥用アルキドディスパージョン
5.5 自動車部品用熱硬化型水性アルキドディスパージョン
6. 課題と問題点

第3章 ポリウレタン樹脂
1. はじめに
2. 水系ウレタン樹脂の用途と市場動向
3. 水系ウレタン樹脂の技術
3.1 ウレタン樹脂の化学と原料
3.2 水系ウレタン樹脂の製造
3.3 水系ウレタン樹脂の特性
4. 水系ウレタン樹脂の高機能化
4.1 架橋技術
4.2 複合樹脂エマルジョン
4.3 水分散性ポリヒドロキシウレタン
5. 用途紹介
5.1 インキ受理層への適用例
5.2 異種ポリマーの改質や複合化
5.3 フィルム
5.4 バインダー
6. おわりに

第4章 エポキシ樹脂
1. はじめに
2. 溶剤系エポキシ樹脂塗料
3. 水系エポキシ樹脂塗料
4. 新世代水系エポキシ樹脂塗料「New Gen(TM)」
5. 水系エポキシ樹脂の塗料配合
5.1 融着溶剤
5.2 増粘剤
5.3 湿潤剤
5.4 消泡剤
5.5 微生物のコントロール
5.6 防錆剤
5.7 接着促進剤
5.8 顔料
5.9 錆び止め顔料
6. おわりに

第5章 水性フッ素樹脂塗料と応用―環境対応型高耐久性フッ素樹脂および塗料―
1. フッ素樹脂の種類
1.1 フッ素樹脂
1.2 塗料用フッ素樹脂
1.3 水性塗料用フッ素樹脂
2. 社会的要請
3. 応用
3.1 低汚染技術
3.2 サイディング材
3.3 透明クリヤー塗装(打ち放しコンクリートの耐久性向上技術)
3.4 一般建築塗装および建築研究所の品質基準(案)で策定した各試験
3.5 その他の技術動向
4. おわりに

第6章 硬化方法(常温硬化・加熱硬化)
1. はじめに
2. 水系架橋系の種類
3. 常温硬化型の架橋
3.1 イソシアネート基の反応
3.2 活性カルボニル基の反応
3.3 エポキシ基の反応
3.4 シラノール基の反応
3.5 含窒素(エチレンイミン誘導体、アミノ、アジリジニル)基の反応
3.6 キレート反応等による金属架橋
4. 加熱硬化型の架橋系
4.1 アミノ樹脂との反応
4.2 ブロックイソシアネートの反応
4.3 オキサゾリン基の反応
5. その他の架橋

第7章 ハイブリッド樹脂
1. アクリルシリコーン樹脂
1.1 特徴
1.2 水性化法
1.2.1 水性媒体中のアルコキシシリル基の安定性
1.2.2 架橋タイプAの水性化法
1.2.3 架橋タイプBの水性化法
1.2.4 ポリシロキサン-アクリルハイブリッド型樹脂の水性化法
1.3 性能
1.3.1 水性アクリルシリコーン樹脂の性能
1.3.2 ポリシロキサン-アクリルハイブリッド型水性樹脂の性能
1.4 応用範囲
1.5 課題・問題点

2. シリカ・アクリル複合樹脂
2.1 はじめに
2.2 水性有機塗料の現状
2.3 無機塗料および有機・無機複合塗料の概要
2.3.1 特徴
2.3.2 無機ポリマーを形成する原料
2.3.3 無機ポリマーの合成方法とその要因
2.4 無機塗料、および有機・無機複合塗料の工業的製品の設計条件
2.5 水性シリカ・有機複合ポリマーの合成
2.5.1 コロイダルシリカの特徴と合成反応の留意点
2.6 常温硬化型水性シリカ・アクリルポリマー
2.6.1 特徴
2.6.2 コロイダルシリカ・γ-メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン・不飽和基含有ビニルモノマーによる合成
2.6.3 コロイダルシリカ・反応性ノニオン界面活性剤・不飽和基含有ビニルモノマーによる合成
2.6.4 アルコキシシリル基含有アクリルシリコーンポリマーの合成とコロイダルシリカの混合
2.7 加熱硬化型水性シリカ・有機複合ポリマー
2.7.1 特徴
2.8 シリカ・有機複合ポリマーのキャラクタリゼーション
2.8.1 アクリル複合ポリマーの合成と塗料安定性
2.8.2 複合ポリマー塗膜の物理的性質
2.8.3 塗膜の気体透過性
2.9 6価クロムフリー形、金属表面処理剤としての適用
2.9.1 表面処理の概要
2.9.2 表面処理皮膜剤の設計の考え方
2.9.3 複合ポリマー塗膜の防食的特徴と機構
2.10 おわりに

3. 塗料用シリコーン材料
3.1 はじめに
3.2 シリコーンの特徴
3.2.1 塗膜の特性と化学構造
3.2.2 反応性シリコーンと有機ポリマーとの複合化の要因(加水分解-重縮合反応)
3.2.3 反応性シリコーンと有機ポリマーとの相溶性と塗膜の層分離
3.3 シリコーン材料の分類
3.4 シリコーンポリマー
3.4.1 純シリコーンポリマー
3.4.2 有機ポリマー変性シリコーンポリマー
3.5 シランカップリング剤
3.5.1 カップリング剤の種類と作用機構
3.5.2 シランカップリング剤の種類と特徴
3.5.3 適用方法
3.6 アルキルアルコキシシラン
3.7 ポリアルキルアルコキシシラン(反応性シリコーンオイル)
3.8 おわりに

4. コロイダルシリカとその機能及び応用
4.1 はじめに
4.2 無機超微粒子の調製法
4.3 無機超微粒子の特性と応用
4.3.1 ナノ粒子内発的機能
4.3.2 表面修飾ナノ粒子機能
4.3.3 ナノ粒子配列機能
4.3.4 ナノ粒子修飾機能
4.4 おわりに

【 第2編 塗料設計 】
第1章 塗料設計の基礎
1. はじめに
2. 水性塗料の設計上の課題
3. 水性塗料の設計
3.1 水性塗料用基体樹脂の設計
3.2 硬化剤
3.3 顔料と顔料分散
3.4 共溶剤
3.5 中和剤
3.6 レオロジーコントロール設計
4. 自動車塗装用の水性塗料技術
4.1 自動車用水性塗料技術

第2章 塗料の流動性
1. 塗料品質と塗料の流動性の関係
2. 水性塗料の粘性設計
2.1 水性樹脂による粘性設計
2.2 粘性付与剤による粘性設計
3. 水性塗料の塗布方法と適正粘性
3.1 刷毛、ローラー塗装と粘性設計
3.2 霧化塗装と粘性設計
3.3 ロールコーター塗装と粘性設計
4. 最近注目の水性塗料とその粘性設計手法
4.1 建築用上塗り厚膜1コート仕上げ水性塗料の粘性設計
4.2 自動車用水性ベースコートの塗装作業性とその粘性設計
5. おわりに

第3章 顔料分散
1. はじめに
2. 顔料分散過程
3. ぬれ
4. 機械的解砕
5. 分散安定化
5.1 静電斥力による分散安定化
5.2 高分子吸着による分散安定化
5.2.1 静電引力
5.2.2 疎水性相互作用
5.2.3 共存有機溶剤の効果

第4章 添加剤
1. 消泡剤
1.1 はじめに
1.2 泡の性質
1.3 消泡剤の組成
1.4 消泡剤の作用機構
1.4.1 抑泡剤
1.4.2 破泡剤
1.4.3 溶泡剤
1.5 おわりに

2. 抗菌・防カビ剤
2.1 はじめに
2.2 抗菌・防カビ剤の定義
2.3 水性塗料の腐敗
2.4 抗菌・防カビ剤の種類
2.5 おわりに

3. チクソトロピック剤(増粘剤)
3.1 はじめに
3.2 水性塗料の課題
3.3 チクソトロピック剤の種類
3.4 ポリアマイド系チクソトロピック剤の効果
3.4.1 ポリアマイド系添加剤の性質
3.4.2 ポリアマイド系添加剤の効果
3.4.3 今後の動向
3.5 おわりに

【 第3編 応用 】
第1章 自動車用塗料(電着・中塗・上塗)
1. 概要
2. 電着
2.1 電着塗装の概要
2.2 電着塗料の概念
2.3 電着塗料の特徴と種類
2.4 電着塗料用樹脂による塗膜設計
2.5 電着塗膜の品質
2.6 電着塗装設備モデル
2.7 電着塗料の動向
3. 中塗
3.1 特徴
3.2 性能
3.3 製法や塗料の設計など
3.4 実用例、応用例など
3.4.1 ディスパージョン樹脂の使用
3.4.2 顔料による構造粘性の付与
3.4.3 RCA(粘性改質剤)による構造粘性の付与
3.5 課題、問題点、今後の動向
4. 上塗
4.1 特徴
4.2 性能
4.3 製法や塗料の設計など
4.4 実用例、応用例など
4.5 課題、問題点、今後の動向

第2章 自動車補修用塗料
1. はじめに
2. 補修業界における水性化の目的
3. 補修工程における水性化
3.1 脱脂剤
3.2 プライマーサーフェーサー(プラサフ)
3.3 ベースコート
3.3.1 乾燥性
3.3.2 ボカシ性
3.3.3 塗膜性能
3.3.4 再補修性
3.3.5 臭気
3.4 ポリッシング(仕上げ磨き)
4. おわりに

第3章 建材用塗料(アルミ建材用電着塗料)
1. アルミ建材について
2. 電着塗装について
3. アルミ建材用電着塗料
3.1 電着塗料の組成、特性値
3.2 電着塗装の工程
4. 塗料の設計と製法
4.1 艶有りクリヤー
4.1.1 アクリル樹脂
4.1.2 メラミン樹脂
4.1.3 塗料の製法
4.2 艶消しクリヤー
5. 塗膜品質
6. 塗装ラインにおける浴液の管理
7. まとめ

第4章 家電用塗料
1. 機能鋼板(プレコート)
1.1 プレコート鋼板の種類と特徴
1.2 カラー鋼板
1.2.1 需要動向
1.2.2 PCMの技術動向
1.3 薄膜有機複合鋼板
1.3.1 耐指紋性鋼板
1.3.2 潤滑鋼板
1.3.3 製品中の環境負荷物質の低減

2. エアコンディショナー熱交換器の親水化コーティング剤
2.1 はじめに
2.2 熱交換器の構成、原理
2.2.1 熱交換器の構成
2.2.2 熱交換器の原理
2.3 熱交換器の問題点
2.3.1 フィン材の腐食
2.3.2 フィン間の結露架橋
2.4 腐食防止の方法
2.5 結露防止の方法と理論
2.5.1 結露防止の方法
2.5.2 親水化皮膜設計の理論
2.6 親水化コーティング剤の種類、必要条件、塗膜の必要機能
2.6.1 アルミフィン材の皮膜構成、コーティング剤の種類
2.6.2 コーティング剤の必要条件
2.6.3 フィン皮膜の必要機能
2.7 現用の親水化コーティング剤の性能
2.8 熱交換器コアの製造工程
2.8.1 ルームエアコン
2.8.2 カーエアコン
2.9 親水化コーティング剤の材料
2.9.1 無機質系材料
2.9.2 有機質系材料
2.10 おわりに

第5章 缶用塗料
1. はじめに
2. 金属缶の製造方法と塗料に対する要求性能
2.1 金属缶の製造方法と塗装
2.2 缶用塗料の要求性能
3. 缶用塗料の技術
3.1 缶用塗料開発の歴史
3.2 缶内面塗料の水性化技術
3.2.1 エポキシ樹脂の変性技術
3.2.2 エポキシ樹脂の機械的分散技術
3.3 缶外面塗料の水性化技術
4. 現状と課題
4.1 現状
4.2 低温・短時間硬化性
4.3 塗装適性
4.4 環境ホルモン問題

第6章 建築用塗料
1. 耐候性
1.1 溶剤形塗料を許容してきた建築塗装の事情
1.2 環境を考慮した塗料の開発動向
1.3 水性高耐久性樹脂塗料を利用したエナメル塗りの促進耐候性試験による耐久性評価
1.3.1 目的
1.3.2 実験
1.3.3 結果および考察
1.3.4 まとめ

2. 水性光触媒コーティング材
2.1 はじめに
2.2 水性光触媒コーティング材の現状
2.3 水性無機樹脂の設計
2.4 水性光触媒コーティング材の設計
2.5 水性無機コーティング材の設計
2.6 水性光触媒コーティング材の塗装工程
2.7 塗装作業性
2.8 水性光触媒コーティング材の防汚性能
2.9 耐久性
2.10 応用例、実用事例
2.11 現在の課題と今後の方針

3. 耐汚染性
3.1 はじめに
3.2 低汚染メカニズム
3.2.1 塗膜表面の親水化
3.2.2 塗膜表面の高硬度化
3.2.3 塗膜表面の低帯電性
3.3 低汚染性試験
3.4 おわりに

第7章 環境にやさしい水性塗装システムの構築
1. はじめに
2. 環境にやさしい水性塗装システムの開発
3. 水性さび止め塗料の開発経緯について
3.1 水性樹脂の種類選択
3.2 水性樹脂とVOC
3.3 水性樹脂の新規開発
4. 水性さび止め塗料の各種性能確認
4.1 防食性評価について
4.1.1 耐複合サイクル防食性試験結果
4.1.2 耐中性塩水噴霧性試験
4.2 乾燥性評価について
4.3 付着性(クロスカット法)評価について
5. 考察
6. まとめ

【 第4編 塗装 】
第1章 自動車
1. はじめに
2. 自動車塗装
3. 水性塗料の特徴
3.1 水溶性型
3.2 エマルジョン型
3.3 ディスパージョン型
3.4 スラリー型
4. 自動車塗装での水性塗料の採用例
4.1 前処理
4.2 電着塗装
4.3 中塗り塗装
4.4 上塗り塗装
5. おわりに

【 第5編 排水処理技術 】
第1章 塗装ラインの排水処理
1. はじめに
2. 塗装ラインの排水処理の実情
2.1 塗装方法の分類と廃水
2.2 スプレー塗装ブースの分類
2.3 水洗ブースでの塗料の行方
2.4 金属塗装ラインでの排水処理の一般例
3. 水性塗料の排水負荷
3.1 COD対策
3.2 窒素
3.3 発泡
3.4 SS
4. 水性塗料の適用時の排水処理
4.1 既存の塗装ラインへの適用時
4.1.1 小型水洗ブース
4.1.2 中、大型塗装ブース
4.2 新たに水性塗装ラインを新設する場合
4.2.1 規制値の確認
4.2.2 スラッジ除去方式の選定(装置と薬剤)
4.3 水性塗料の排水処理の課題
4.3.1 塗料メーカー
4.3.2 塗装装置メーカー
4.3.3 排水処理装置、ブース処理剤メーカー
4.3.4 共同開発の技術テーマ
5. おわりに
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