塗料が硬化するのは化学的・物理的反応を利用している

塗装は液状のものを薄い膜にして、短時間で固まらせる必要があります。
様々な科学的、物理的な反応が応用されています。

 

硬化する温度によって分類すると、高温で硬化する塗料と常温で硬化する塗料があります。

 

高温で硬化させる塗料には、

  • 熱硬化型アクリル樹脂塗料
  • シリコン樹脂塗料
  • フッ素樹脂塗料

などがあります。
用途は、工場で量産される自動車や家電製品の比率が高くて、建築系では金属サイディング材等の仕上げに使われています。

 

外壁塗装での塗料で使われる硬化剤

 

外壁の現場塗り替え用の塗料には、常温で硬化する塗料が使われます。
主に

  • アクリル樹脂塗料
  • アクリルウレタン樹脂塗料
  • アクリルシリコン樹脂塗料

が使われます。

 

現場では、大きく、2液型と1駅型があります。

 

2液型塗料は、塗装の直前に主剤と硬化剤を混ぜ合わせて塗布して、2種類の液を反応させて硬化させます。

 

1液型塗料は、基本的に溶媒が揮発することで、日日くるが硬化するもので、現場では混ぜ合わせをしないで簡単に使うことができるメリットがあります。

 

こういった、硬化の過程を化学的原理、物理的原理によって分けることができます。

区分 塗膜形成過程 塗料の例
揮発 希釈材が蒸発して塗膜が硬化 ラッカー、塩化ビニール塗料、アクリル樹脂塗料
酸化 空気中の酸素を吸収して重合硬化 ウレタン樹脂塗料、エポキシ樹脂塗料
揮発重合 溶媒が蒸発して分散していたポリマーが反応硬化 水系アクリルウレタン塗料
揮発酸化重合 希釈材が蒸発後、酸素を吸収して重合硬化 フタル酸樹脂塗料、錆止めペイント
分散粒子融合 溶媒が蒸発して分散していた樹脂が融着 アクリルエマルジョン塗料、NAD塗料

 

硬化方法のうちでも、最近の外壁塗装に使われる塗料の各種の化学反応には重合が最も大事な役割をしています。

 

「重合(じゅうごう)」とは

 

重合とは簡単な構造の低分子(モノマー(の分子と分子をつないで結合させて、分子量の大きな高分子(合成樹脂)を作る化学反応のことを言います。
合成される化合物がポリマーと言われます。

 

重合させる場合に、加熱することで分子が結合して、高温硬化させるものは、焼き付け塗料と呼ばれています。

 

通常の温度条件下で、塗装する外壁塗替え塗料の場合は、一般的なアクリルウレタン塗料のように、主剤(A液)、と硬化剤(B液)を混ぜ合わせると反応し、重合させる2液反応硬化塗料があります。

 

この塗料の取材と硬化剤は、反応前は、低年度の低分子量の高分子(プレポリマー)のため、素地に浸透して、その後で硬化するので、弱い機材を補強して、吸水性を抑える働きがあります。

 

 

このタイプの塗料は、2液を混ぜ合わせると反応が始まり、硬化が進んでいくので、一定の時間内に塗り終わる必要があります。

 

このゆとり時間は塗料ごとにその時間が指定されています。

 

最近では、例えば、同じアクリルウレタン塗料でありながら1液反応硬化型塗料が販売されていて、使いやすくて、性能的にも2液性に近い性能を発揮するので、溶剤を使わない塗料として、需要が伸びています。

 

これは、溶媒としてつクァれている水分が蒸発すると反応硬化するのもので、水中に、主剤と架橋材が分散していて、水分が蒸発すると反応するように設計されています。

 

化学的、物理的反応を安定して行うために、原料が微粒子上になって均一に混じりあっていなければなりません。

 

この化学現象が分散で、本来ならば水に解けない乾性油や樹脂上物質、あるいは、顔料を界面活性剤のような乳化剤の作用によって水の中に分散させるものです。

 

これは、樹脂や顔料等が液状になっているのですが、溶融しているのではなく、牛乳みたいに2つの液体が解け合わないで、どちらかが小粒状に分散している現象です。

 

この現象を応用したエマルジョン型塗料は、溶媒の中に固形分が分散していて、塗装すると水分が蒸発し、樹脂分が融着して膜を作ります。

 

外壁に使われるエマルジョン塗料

 

こういった「分散粒子融着」によって、硬化するエマルジョン塗料は、現在では、モノマー、乳化剤、水、重合触媒を混合して加熱して乳化重合させたポリマーと可塑剤を混合したものに、別に、潤滑剤、分散剤等の添加剤を加えて前塗りした顔料ペーストを加えて作られます。

 

この塗料は、水を溶媒としているので、環境に優しく、塗装工具類の掃除が簡単なので、家庭用塗料にも幅広くつかわれています。

 

 

JISK5663には、1種外部用、2種内部用、3種天井用として品質規格が定められていて、耐候性や色持ちが優れているので「分散」技術を応用した代表的な外装用塗料なのですが、一般的に対抗性が低いので外部に使われることが少なくなっています。

 

外部に使われるものには、硬質モノマーを使った有光沢合成樹脂エマルジョンペイントがあり、塗膜が硬質なので、一般の合成樹脂エマルジョンペイントに比べても、汚れが少なく、耐水、耐アルカリ性に優れていつので、十楽の溶剤毛アクリル樹脂塗料に変わって、外壁塗装の仕上げ材として使われていて、この塗料の品質は、ISK5660つや有合成樹脂エマルジョンペイントとして規格化されています。

 

このエマルジョン技術は、塗料の生産に幅広くおいう用されていて、「弱溶剤」「NAD」と呼ばれる塗料も開発されています。

 

NADとは

 

NADとはNon Aqueous Dispersion(非水ディスパージョン)の略称で、この塗料は、溶剤の中に重合体(ポリマー)が分散液状になっていて、溶剤が揮発して硬化します。

 

溶剤分が少ないので、匂いが少なく、たれることも少ないので作業性がいいことや、塗り替えるときに、既存の塗膜を痛めない(耐リフティング性)という特性があります。

 

リフティング現象は、塗料を塗り重ねした時に、上の塗料に含まれる溶剤によって、下の塗膜が膨潤して、その膨潤力が付着力よりつ曲なって塗膜が浮き上がり、チジミを起こす現象のことです。

 

溶剤は、塗装に欠かせない化学品ですが、強い溶剤は、下地を傷めるだけではなく、引火、爆発、中毒の危険性も高まることになるので、この技術を応用したエマルジョン塗料や弱溶剤塗料は、作業環境の改善に寄与して、地球環境の保護にもいいといわれています。

 

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