1. 増粘剤の定義と機能
水性塗料の粘度を大幅に高めることができる添加剤は増粘剤と呼ばれます。
増粘剤はコーティングの製造、保管、施工において重要な役割を果たします。
増粘剤の主な機能は、コーティングの粘度を高め、使用段階の要件を満たすことです。しかし、コーティングに必要な粘度は、使用段階によって異なります。例：
保管プロセス中は、顔料が沈殿するのを防ぐために粘度を高く保つことが望ましいです。
施工工程では、塗料が過度に染み込むことなく良好な刷毛塗り性を保つために、適度な粘度を保つことが望ましいです。
施工後は、たわみを防止するために、短時間で粘度が高粘度に戻ること（レベリング処理）が期待されます。
水性コーティングの流動性は非ニュートン性です。
せん断力の増加に伴って塗料の粘度が減少する場合、それは擬塑性流体と呼ばれ、塗料の大部分は擬塑性流体である。
擬塑性流体の流動挙動がその履歴に関連している場合、つまり時間に依存する場合、その流体はチキソトロピー流体と呼ばれます。
コーティング剤を製造する際には、添加剤を加えるなどして、コーティング剤にチキソトロピー性を意識的に持たせることがよくあります。
コーティングのチキソトロピー性が適切であれば、コーティングの各段階の矛盾を解決でき、保管、施工平坦化、乾燥の各段階におけるコーティングの異なる粘度の技術的ニーズを満たすことができます。
一部の増粘剤は塗料に高いチキソトロピー性を付与し、静止時または低せん断速度時（保管・輸送時など）に高い粘度を維持することで、塗料中の顔料の沈降を防ぎます。一方、高せん断速度時（塗装工程など）には粘度を低く抑えることで、塗膜の流動性とレベリング性を確保します。
チキソトロピー性はチキソトロピー指数 TI で表され、ブルックフィールド粘度計で測定されます。
TI = 粘度（6r/分で測定）/粘度（60r/分で測定）
2. 増粘剤の種類とコーティング特性への影響
（１）種類 化学組成の観点から、増粘剤は有機系と無機系の２つに分類されます。
無機タイプとしてはベントナイト、アタパルジャイト、アルミニウムマグネシウムケイ酸塩、リチウムマグネシウムケイ酸塩などがあり、有機タイプとしてはメチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、ポリアクリレート、ポリメタクリレート、アクリル酸またはメチルアクリルのホモポリマーまたはコポリマー、ポリウレタンなどがあります。
増粘剤は、塗料のレオロジー特性への影響という観点から、チキソトロピー性増粘剤と会合性増粘剤に分けられます。性能要件としては、増粘剤の使用量が少なく、増粘効果が良好であること、酵素による侵食を受けにくいこと、系の温度やpH値が変化しても塗料の粘度が大きく低下しないこと、顔料やフィラーが凝集しないことなどが挙げられます。また、貯蔵安定性が良好で、保水性も良好で、明らかな発泡現象がなく、塗料の性能に悪影響を与えないことが挙げられます。
①セルロース増粘剤
コーティングに使用されるセルロース増粘剤は主にメチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシプロピルメチルセルロースであり、後者の 2 つが最も一般的に使用されています。
ヒドロキシエチルセルロースは、天然セルロースのグルコース基の水酸基をヒドロキシエチル基に置換した製品です。製品の仕様とモデルは、主に置換度と粘度によって区別されます。
ヒドロキシエチルセルロースの種類は、通常溶解型、速分散型、生体安定型に分けられます。使用方法に関しては、ヒドロキシエチルセルロースはコーティング製造プロセスのさまざまな段階で添加できます。速分散型は、乾燥粉末の形で直接添加できます。ただし、添加前のシステムのpH値は7未満である必要があります。これは主に、ヒドロキシエチルセルロースが低いpH値ではゆっくりと溶解するため、水が粒子内部に浸透するのに十分な時間があり、その後pH値を上げることで急速に溶解するためです。対応する手順を使用して、一定濃度の接着剤溶液を調製し、コーティングシステムに添加することもできます。
ヒドロキシプロピルメチルセルロース天然セルロースのグルコース単位の水酸基をメトキシ基に、他の部分をヒドロキシプロピル基に置換した製品です。増粘効果は基本的にヒドロキシエチルセルロースと同じです。また、酵素分解に対して耐性がありますが、水溶性はヒドロキシエチルセルロースほど良くなく、加熱するとゲル化するという欠点があります。表面処理されたヒドロキシプロピルメチルセルロースは、使用時に水に直接添加することができます。攪拌分散後、アンモニア水などのアルカリ性物質を添加してpH値を8〜9に調整し、完全に溶解するまで攪拌します。表面処理されていないヒドロキシプロピルメチルセルロースは、使用前に85℃以上の熱湯に浸して膨潤させ、室温まで冷却した後、冷水または氷水で攪拌して完全に溶解させることができます。
②無機増粘剤
この種の増粘剤は主にベントナイト、マグネシウムアルミニウムケイ酸塩粘土などの活性粘土製品です。増粘効果に加え、優れた懸濁効果があり、沈下を防ぎ、塗膜の耐水性に影響を与えないことが特徴です。塗膜が乾燥して塗膜を形成した後は、塗膜内の充填材として機能します。デメリットは、塗膜のレベリング性に大きく影響することです。
③合成高分子増粘剤
合成ポリマー系増粘剤は、主にアクリル系およびポリウレタン系（会合型増粘剤）に使用されます。アクリル系増粘剤は、主にカルボキシル基を含むアクリルポリマーです。pH値が8～10の水中ではカルボキシル基が解離して膨潤しますが、pH値が10を超えると水に溶解して増粘効果が失われるため、増粘効果はpH値に非常に敏感です。
アクリレート増粘剤の増粘メカニズムは、その粒子が塗料中のラテックス粒子の表面に吸着され、アルカリ膨潤後にコーティング層を形成し、ラテックス粒子の体積が増加し、粒子のブラウン運動が妨げられ、塗料システムの粘度が上昇することです。 ; 2番目に、増粘剤の膨潤により、水相の粘度が上昇します。
（2）増粘剤のコーティング特性への影響
増粘剤の種類がコーティングのレオロジー特性に与える影響は次のとおりです。
増粘剤の量が増加すると、塗料の静的粘度が大幅に増加し、外部せん断力を受けたときの粘度変化の傾向は基本的に一定になります。
増粘剤の効果により、塗料はせん断力を受けると粘度が急激に低下し、擬似塑性を示します。
疎水化改質セルロース増粘剤（EBS451FQ など）を使用すると、せん断速度が高い場合、量が多いと粘度は依然として高くなります。
会合性ポリウレタン増粘剤（WT105A など）を使用すると、せん断速度が高く、量が多い場合でも粘度は高くなります。
アクリル系増粘剤（ASE60など）を使用すると、使用量が多いと静的粘度は急激に上昇しますが、せん断速度が速くなると粘度は急激に低下します。
3. 会合性増粘剤
（１）増粘機構
セルロースエーテルやアルカリ膨潤性アクリル増粘剤は水相を増粘することしかできず、水性塗料の他の成分に対して増粘効果がなく、塗料中の顔料とエマルジョン粒子との間に有意な相互作用を引き起こすこともできないため、塗料のレオロジーを調整することはできません。
会合型増粘剤は、水和による増粘に加え、それ自体、分散粒子、および系内の他の成分との会合によっても増粘するという特徴があります。この会合は高せん断速度では解離し、低せん断速度では再会合するため、コーティングのレオロジーを調整することができます。
会合型増粘剤の増粘機構は、分子が直鎖状の親水性鎖であり、両末端に親油基を有する高分子化合物であるため、構造中に親水性基と疎水性基の両方を有するため、界面活性剤分子の特性を有するという性質を持つ。このような増粘剤分子は、水和して膨潤し、水相を増粘するだけでなく、水溶液の濃度が一定値を超えるとミセルを形成する。ミセルは、エマルジョンのポリマー粒子や分散剤を吸着した顔料粒子と会合して三次元ネットワーク構造を形成し、相互に連結して絡み合うことで系の粘度を高める。
さらに重要なのは、これらの会合体が動的バランス状態にあり、会合したミセルは外力を受けて位置を調整できるため、コーティングはレベリング性を発揮するということです。さらに、分子が複数のミセルを持つため、この構造は水分子の移動傾向を低下させ、水相の粘度を高めます。
（２）コーティングにおける役割
会合型増粘剤のほとんどはポリウレタンであり、その相対分子量は10の3乗～10の4乗桁で、相対分子量が10の5乗～10の一般的なポリアクリル酸系増粘剤やセルロース系増粘剤よりも2桁低い。分子量が低いため、水和後の有効体積増加が少なく、非会合型増粘剤よりも粘度曲線が平坦になる。
会合型増粘剤は分子量が低いため、水相中における分子間の絡み合いが限定的であり、水相に対する増粘効果は顕著ではありません。低せん断速度域では、分子間の会合変換が分子間の会合破壊を上回り、系全体が固有の懸濁分散状態を維持し、粘度は分散媒（水）の粘度に近くなります。そのため、会合型増粘剤は、低せん断速度域において水性塗料系の見かけ粘度を低下させます。
会合性増粘剤は、分散相中の粒子間の会合により、分子間のポテンシャルエネルギーを増加させます。そのため、高せん断速度では分子間の会合を切断するのにより多くのエネルギーが必要となり、同じせん断ひずみを達成するために必要なせん断力も大きくなります。そのため、システムは高せん断速度でより高いせん断速度を示します。見かけ粘度。高い高せん断粘度と低い低せん断粘度は、塗料のレオロジー特性における一般的な増粘剤の不足を補うことができます。つまり、2つの増粘剤を組み合わせて使用することで、ラテックス塗料の流動性を調整できます。可変性能により、厚膜コーティングと塗膜流動の包括的な要件を満たすことができます。
投稿日時: 2024年4月28日