まとめ：
1. 湿潤分散剤
2. 消泡剤
3. 増粘剤
4. 皮膜形成添加剤
5. 防錆剤、防カビ剤、防藻剤
6. その他の添加物
1. 湿潤分散剤：
水性塗料は、溶媒または分散媒として水を使用し、水は誘電率が大きいため、電気二重層が重なり合う際の静電反発力によって主に安定化されます。さらに、水性塗料系には、顔料充填剤の表面に吸着して立体障害を形成し、分散を安定化させるポリマーや非イオン界面活性剤が含まれていることがよくあります。したがって、水性塗料やエマルジョンは、静電反発力と立体障害の相乗効果によって安定した結果を得ます。欠点は、特に高価な電解質に対する耐性が低いことです。
1.1 湿潤剤
水性塗料用の湿潤剤は、陰イオン系と非イオン系に分類される。
湿潤剤と分散剤を組み合わせることで理想的な結果が得られます。湿潤剤の添加量は一般的に1000分の数程度です。その欠点は、発泡や塗膜の耐水性低下です。
湿潤剤の開発動向の一つとして、ポリオキシエチレンアルキル（ベンゼン）フェノールエーテル（APEOまたはAPE）湿潤剤を徐々に置き換えていくことが挙げられます。これは、APEOまたはAPE湿潤剤がラットの男性ホルモンを減少させ、内分泌系に干渉するためです。ポリオキシエチレンアルキル（ベンゼン）フェノールエーテルは、乳化重合における乳化剤として広く使用されています。
ツイン界面活性剤もまた、新しい開発分野です。これは、スペーサーで連結された2つの両親媒性分子から構成されています。ツインセル界面活性剤の最も注目すべき特徴は、臨界ミセル濃度（CMC）が「シングルセル」界面活性剤のCMCよりも1桁以上低く、高い効率性を示すことです。例えば、TEGO Twin 4000はツインセルシロキサン界面活性剤であり、不安定な泡立ちと消泡特性を有しています。
エア・プロダクツ社はジェミニ界面活性剤を開発しました。従来の界面活性剤は疎水性尾部と親水性頭部を持っていますが、この新しい界面活性剤は2つの親水性基と2つまたは3つの疎水性基を持つ多機能界面活性剤であり、アセチレングリコールとして知られ、EnviroGem AD01などの製品に使用されています。
1.2 分散剤
ラテックス塗料用分散剤は、リン酸系分散剤、ポリ酸ホモポリマー系分散剤、ポリ酸コポリマー系分散剤、その他の分散剤の4つのカテゴリーに分類されます。
最も広く使用されているリン酸系分散剤は、ヘキサメタリン酸ナトリウム、ポリリン酸ナトリウム（ドイツのBK Giulini Chemical Companyの製品であるCalgon N）、トリポリリン酸カリウム（KTPP）、ピロリン酸四カリウム（TKPP）などのポリリン酸です。その作用機序は、水素結合と化学吸着による静電反発を安定化することです。利点は、使用量が約0.1%と少なく、無機顔料や充填剤に対して優れた分散効果を発揮することです。しかし、欠点もあります。1つは、pH値と温度の上昇に伴いポリリン酸が容易に加水分解され、長期保存安定性が低下することです。もう1つは、媒体への溶解が不完全な場合、光沢のあるラテックス塗料の光沢に影響を与えることです。
リン酸エステル系分散剤は、モノエステル、ジエステル、残留アルコール、およびリン酸の混合物である。
リン酸エステル系分散剤は、酸化亜鉛などの反応性顔料を含む顔料分散液を安定化させます。光沢塗料の配合においては、光沢と洗浄性を向上させます。他の湿潤分散剤とは異なり、リン酸エステル系分散剤を添加しても、塗料のKU値およびICI粘度には影響しません。
ポリ酸ホモポリマー分散剤には、Tamol 1254やTamol 850などがあり、Tamol 850はメタクリル酸のホモポリマーです。ポリ酸コポリマー分散剤には、ジイソブチレンとマレイン酸のコポリマーであるOrotan 731Aなどがあります。これら2種類の分散剤の特徴は、顔料や充填剤の表面に強い吸着または固定力を持ち、立体障害を形成する長い分子鎖を持ち、鎖末端に水溶性があり、さらに静電反発によって安定性が得られることです。分散剤の分散性を向上させるには、分子量を厳密に制御する必要があります。分子量が小さすぎると立体障害が不十分になり、分子量が大きすぎると凝集が発生します。ポリアクリレート分散剤の場合、重合度が12～18であれば最適な分散効果が得られます。
AMP-95などの他のタイプの分散剤は、2-アミノ-2-メチル-1-プロパノールという化学名を持つ。アミノ基は無機粒子の表面に吸着し、ヒドロキシル基は水に向かって伸びており、立体障害によって安定化の役割を果たす。ただし、サイズが小さいため、立体障害は限定的である。AMP-95は主にpH調整剤として用いられる。
近年、分散剤の研究は高分子量による凝集の問題を克服し、高分子量化は一つのトレンドとなっている。例えば、乳化重合によって製造される高分子量分散剤EFKA-4580は、水性工業用塗料向けに特別に開発され、有機顔料および無機顔料の分散に適しており、優れた耐水性を有する。
アミノ基は、酸塩基結合または水素結合を介して多くの顔料と良好な親和性を示す。アミノアクリル酸をアンカー基とするブロック共重合体分散剤は注目されている。
ジメチルアミノエチルメタクリレートをアンカー基とする分散剤
Tego Dispers 655湿潤分散剤は、水性自動車用塗料において、顔料の配向性を高めるだけでなく、アルミニウム粉末が水と反応するのを防ぐ目的でも使用されます。
環境問題への懸念から、生分解性の湿潤分散剤が開発されており、例えば、低発泡性の二気泡湿潤分散剤であるEnviroGem AEシリーズの二気泡湿潤分散剤などが挙げられる。
2. 消泡剤：
従来型の水性塗料用消泡剤には多くの種類があり、一般的に鉱物油系消泡剤、ポリシロキサン系消泡剤、その他の消泡剤の3つのカテゴリーに分けられます。
鉱物油系の消泡剤は一般的に使用されており、主に艶消しおよび半光沢のラテックス塗料に用いられている。
ポリシロキサン系消泡剤は、表面張力が低く、強力な消泡・消泡能力を持ち、光沢に影響を与えませんが、不適切に使用すると、塗膜の収縮や再塗装性の低下などの欠陥を引き起こします。
従来の水性塗料用消泡剤は、消泡の目的を達成するために水相と相溶性がないため、塗膜に表面欠陥が生じやすい。
近年、分子レベルの消泡剤が開発されている。
この消泡剤は、担体物質に消泡活性物質を直接グラフト重合させたポリマーです。ポリマーの分子鎖には濡れ性ヒドロキシル基があり、消泡活性物質は分子の周囲に分布しているため、活性物質が凝集しにくく、塗料系との相溶性に優れています。このような分子レベルの消泡剤には、鉱物油系（FoamStar A10シリーズ）、ケイ素含有系（FoamStar A30シリーズ）、およびケイ素・油分を含まないポリマー系（FoamStar MFシリーズ）などがあります。
また、この分子レベルの消泡剤は、超グラフトスターポリマーを不適合界面活性剤として使用しており、水性塗料用途で良好な結果を達成していると報告されている。Stoutらが報告したAir Productsの分子グレード消泡剤は、Surfynol MD 20やSurfynol DF 37などのように、湿潤特性と消泡特性の両方を備えたアセチレングリコールベースの泡制御剤である。
さらに、VOCゼロ塗料の製造ニーズを満たすために、Agitan 315、Agitan E 255などのVOCフリーの消泡剤も存在します。
3種類の増粘剤：
増粘剤には多くの種類があり、現在一般的に使用されているのは、セルロースエーテルとその誘導体増粘剤、会合性アルカリ膨潤性増粘剤（HASE）、ポリウレタン増粘剤（HEUR）などである。
3.1. セルロースエーテルおよびその誘導体
ヒドロキシエチルセルロース（HEC）は、1932年にユニオンカーバイド社によって初めて工業的に生産され、70年以上の歴史があります。現在、セルロースエーテルとその誘導体の増粘剤としては、主にヒドロキシエチルセルロース（HEC）、メチルヒドロキシエチルセルロース（MHEC）、エチルヒドロキシエチルセルロース（EHEC）、メチルヒドロキシプロピルベースセルロース（MHPC）、メチルセルロース（MC）、キサンタンガムなどが挙げられます。これらは非イオン性増粘剤であり、非会合性水相増粘剤に分類されます。中でも、HECはラテックス塗料に最も一般的に使用されています。
疎水性修飾セルロース（HMHEC）は、セルロースの親水性骨格に少量の長鎖疎水性アルキル基を導入することで、Natrosol Plus Grade 330、331、Cellosize SG-100、Bermocoll EHM-100などの会合型増粘剤となります。その増粘効果は、分子量がはるかに大きいセルロースエーテル系増粘剤に匹敵します。HMHECは、ICIの粘度とレベリング性を向上させ、表面張力を低下させます。例えば、HECの表面張力は約67mN/mですが、HMHECの表面張力は55～65mN/mです。
3.2 アルカリ膨潤性増粘剤
アルカリ膨潤性増粘剤は、非会合型アルカリ膨潤性増粘剤（ASE）と会合型アルカリ膨潤性増粘剤（HASE）の2種類に分類されます。会合型アルカリ膨潤性増粘剤はアニオン性増粘剤です。非会合型ASEはポリアクリレート系アルカリ膨潤エマルジョンです。会合型HASEは疎水性修飾ポリアクリレート系アルカリ膨潤エマルジョンです。
3.3. ポリウレタン増粘剤および疎水性変性非ポリウレタン増粘剤
ポリウレタン増粘剤（HEURとも呼ばれる）は、疎水性基で修飾されたエトキシ化ポリウレタン水溶性ポリマーであり、非イオン性会合型増粘剤に分類されます。HEURは、疎水性基、親水性鎖、ポリウレタン基の3つの部分から構成されています。疎水性基は会合の役割を果たしており、増粘の決定的な要因であり、通常はオレイル基、オクタデシル基、ドデシルフェニル基、ノニルフェノール基などです。親水性鎖は化学的安定性と粘度安定性を提供し、一般的に使用されるのはポリオキシエチレンとその誘導体などのポリエーテルです。HEURの分子鎖は、IPDI、TDI、HMDIなどのポリウレタン基によって延長されています。会合型増粘剤の構造的特徴は、末端が疎水性基で終わっていることです。しかし、市販されている一部のHEURでは、両端の疎水性基の置換度が0.9未満であり、最良の場合でも1.7に過ぎません。分子量分布が狭く、性能が安定したポリウレタン増粘剤を得るためには、反応条件を厳密に制御する必要がある。ほとんどのHEURは段階重合によって合成されるため、市販のHEURは一般的に幅広い分子量の混合物である。
Richey らは、蛍光トレーサーピレン会合増粘剤 (PAT、数平均分子量 30000、重量平均分子量 60000) を使用して、濃度 0.02% (重量) で、Acrysol RM-825 と PAT のミセル凝集度が約 6 であることを発見した。増粘剤とラテックス粒子の表面との間の会合エネルギーは約 25 KJ/mol であり、ラテックス粒子の表面上の各 PAT 増粘剤分子が占める面積は約 13 nm2 であり、これは Triton X-405 湿潤剤が占める面積 0.9 nm2 の約 14 倍である。RM-2020NPR、DSX 1550 などの会合性ポリウレタン増粘剤。
環境に優しい会合型ポリウレタン増粘剤の開発は広く注目を集めている。例えば、BYK-425はVOCおよびAPEOを含まない尿素変性ポリウレタン増粘剤である。Rheolate 210、Borchi Gel 0434、Tego ViscoPlus 3010、3030、3060はVOCおよびAPEOを含まない会合型ポリウレタン増粘剤である。
上述の線状会合型ポリウレタン増粘剤の他に、櫛状会合型ポリウレタン増粘剤も存在する。いわゆる櫛状会合型ポリウレタン増粘剤とは、各増粘剤分子の中央に側鎖疎水性基を有する増粘剤のことである。SCT-200やSCT-275などがその例である。
疎水性修飾アミノプラスト増粘剤（疎水性修飾エトキシ化アミノプラスト増粘剤—HEAT）は、特殊アミノ樹脂を4つのキャップされた疎水性基に変化させますが、これら4つの反応部位の反応性は異なります。通常の疎水性基の添加では、ブロックされた疎水性基は2つしかないため、合成疎水性修飾アミノ増粘剤はOptiflo H 500などのHEURとそれほど違いはありません。疎水性基を最大8%まで追加すると、反応条件を調整して、複数のブロックされた疎水性基を持つアミノ増粘剤を製造できます。もちろん、これも櫛型増粘剤です。この疎水性修飾アミノ増粘剤は、色合わせの際に大量の界面活性剤やグリコール溶剤を添加しても塗料の粘度が低下するのを防ぐことができます。その理由は、強い疎水性基が脱着を防ぎ、複数の疎水性基が強く結合するからです。Optiflo TVSなどの増粘剤がこれに該当します。
疎水性変性ポリエーテル増粘剤（HMPE） 疎水性変性ポリエーテル増粘剤の性能はHEURと同様であり、製品にはHercules社のAquaflow NLS200、NLS210、NHS300などがあります。
その増粘メカニズムは、水素結合と末端基の会合の両方の効果によるものです。一般的な増粘剤と比較して、沈降防止性および垂れ防止性に優れています。末端基の極性の違いにより、変性ポリ尿素増粘剤は、低極性ポリ尿素増粘剤、中極性ポリ尿素増粘剤、高極性ポリ尿素増粘剤の3種類に分類できます。最初の2種類は溶剤系塗料の増粘に使用され、高極性ポリ尿素増粘剤は高極性溶剤系塗料と水性塗料の両方に使用できます。低極性、中極性、高極性ポリ尿素増粘剤の市販品は、それぞれBYK-411、BYK-410、BYK-420です。
改質ポリアミドワックススラリーは、アミドワックスの分子鎖にPEGなどの親水性基を導入して合成されるレオロジー添加剤です。現在、いくつかのブランドが輸入されており、主にシステムのチキソトロピーを調整し、抗チキソトロピー性および抗垂れ性を向上させるために使用されます。
投稿日時：2022年11月22日