コーニッシュ・ノーマルシリーズ二酸化ケイ素の塗料における機能と役割

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1. レオロジー添加剤
レオロジー特性は塗料の重要な性能であり、塗料の外観や施工性、保存安定性などに直接影響します。また、塗料の種類によってもレオロジー添加剤に対する要求が異なります。油性系においては、ほとんどのレオロジー添加剤は水素結合を形成することで作用します。表面処理されていないシリカの集合体には多数の粒子があり、そのうち一つは単独で存在し他の粒子とは結合していませんが、他の粒子とは水素結合で結びついています。この水素結合により、油性系では三次元の網目構造が容易に形成されます。この構造は機械的な力が加わると破壊され、粘度が低下して塗料は再び良好な流動性を取り戻します。剪断力がなくなると、三次元構造は自然に復元し、粘度も上昇します。完全に非極性な液体中では、粘度が元に戻るまでの時間はわずか数分の一秒ですが、極性液体中では回復時間が長くなり、これはシリカの濃度や分散度合いによって決まります。この特性により、油性塗料は非常に優れた保存性および施工性を持つようになります。特に厚塗り用塗料においては、一定の施工時の剪断力下でも良好な流動性を保ちつつ、一度の塗布で所定の厚みを確保できます。通常、施工時には塗膜の端部から溶剤が速く蒸発するため表面張力が不均一になり、塗料が端部へ移動しやすくなりますが、シリカの網目構造が塗料の移動を効果的に防ぎ、厚い縁取りの形成を抑えます。また、塗料の硬化過程での流れ落ち現象も防止し、塗膜を均一にします。さらに、シリカは水素結合を形成することで系内の中・低剪断速度域における粘度を高め、増粘作用をもたらします。したがって、シリカは油性系において広範囲に利用されています。

2. 沈降防止剤
気相法シリカは理想的な沈降防止剤であり、塗料系内での顔料の沈殿を防ぐのに非常に有効です。特にカラーペースト系においては、適切な添加量によりカラーペーストの安定性が向上し、湿潤分散剤の使用量を減らすことも可能となり、カラーペーストの適用性が高まるとともに塗料系への悪影響も抑制されます。シリカによる沈降防止効果は塗料の保管にも大いに役立ち、特に金属粉やフレーク状顔料などは沈殿しやすく完全に懸濁させることが難しいものですが、シリカを用いることで分散状態を維持し沈殿を防ぐことができます。配合全体に対してシリカの添加量は0.4％～0.8％の範囲が一般的ですが、亜鉛リッチ塗料などの特殊な場合には2％まで増量する必要があります。

3. 分散補助剤
粉体塗料系においては、シリカは粒径が小さく表面エネルギーが高いため、塗料粉体の表面に吸着し、その表面に薄い層を形成することで粉体の分散性を向上させます。そのため分散剤としても利用可能です。同一の塗料系内で気相法シリカを使用すると、分散時間が大幅に短縮され生産効率が向上します。ただし、あらかじめシリカを十分に分散させておく方がより効果的であり、添加量は多くても1％程度に留めるべきです。添加量が多すぎると系のチキソトロピー性が強くなり、分散時に端部での剪断力が不足して凍状態になり、分散効率が低下する恐れがあります。亜鉛リッチ塗料などで2％の添加が必要な特殊なケースでは、他のレオロジー調整用添加剤と併用し、アルコール系溶剤を用いてシリカのレオロジー特性を調整することも可能です。

4. マット化剤
シリカの屈折率は1.46～1.52で、成膜樹脂の屈折率に近く、塗膜の色調に影響を与えません。成膜過程で塗膜表面へ移動し、所望の粗さを付与することで表面の光沢を著しく低下させるため、優れたマット化剤として機能します。気相法シリカを使用する際には、塗膜の厚みとの適合性に注意する必要があります。厚膜塗料では粒径が非常に細かいシリカを用いても、塗膜表面に適切な粗さが生じません。逆に薄膜塗料で粒径の大きいシリカを用いると、マット化効果は高いものの、その粗さは大多数のユーザーに受け入れられない可能性があります。一般的に、粒径が約3～7μのシリカが乾燥後の膜厚15～40μの塗料系に適しています。二酸化ケイ素を塗料に配合する場合、ペースト状にして塗料に加えて分散させる方法の他に、直接塗料に混ぜ込む方法もある。通常、容器内で線速度20m/s（約1000r/min）の撹拌羽根により10～15分間分散させれば、十分な分散が得られる。 5. 耐摩耗剤：二酸化ケイ素をメタクリルシランで表面処理した後、ポリウレタン塗料に添加することで、耐摩擦性を発揮する。気相二酸化ケイ素を5％～15％添加することで、耐摩耗性は10％～35％向上し、同時に塗料の流動特性や乾燥膜の光学特性に悪影響は及びません。 6、その他の機能　二酸化ケイ素は、塗料の耐候性や耐スクラッチ性を向上させるほか、塗膜と基材との接着強度も高めます。また、二酸化ケイ素には非常に強い紫外線吸収作用と赤外線反射特性があり、塗料に添加することでその耐老化性能を向上させることができます。