水性絵具の乾きの速さの主な原因は樹脂！

速乾性は、水性塗料に対する顧客の要求として最もよく耳にするものです。その分子構造の特異性、つまり分子間の強い水素結合により、その特性はほとんどの有機溶媒とは明らかに異なります。この特徴は、水系塗料の分野では、水の蒸発熱が大きいため、一般的な塗料溶剤に比べて水の蒸発速度が10倍から数十倍遅いことに集中しています。また、空気中の水蒸気量は季節によって大きく変化するため、水分の蒸発速度もそれに応じて変化します。最悪の場合、空気の相対湿度が 100% になると水の蒸発が止まり、非水溶媒はこの影響を受けなくなります。

水性塗料は上記の技術的課題に直面していますが、その環境保護特性により、塗料分野の重要なメンバーになることは避けられません。過去10年間の水性塗料労働者の絶え間ない努力により、水性塗料技術はますます成熟しています。水性コーティング剤の乾燥速度に影響を与える主な要因と、配合時に対応できる対策について以下に説明します。

1. 樹脂の選択:
すべてのコーティングと同様に、水性コーティングの性能は、配合に選択した樹脂によって大きく左右されます。水性皮膜形成樹脂の大部分はエマルション系であり、この系の皮膜形成機構は溶剤系塗料とは異なります。溶剤系樹脂と溶剤は単相系を形成する。溶媒の蒸発に伴い、系の粘度が上昇して固体になります。システムの機械的特性に関しては、連続プロセスです。水性エマルジョンは二相系です。水の蒸発に伴い、システムの粘度は最初はあまり変化しませんが、エマルション粒子の体積がシステムの総体積の臨界値を占めるようになると、システムはビジネス状態から固体状態に急激に変化します。 .不連続プロセスであるこの重要なポイントは、水性塗料のタックフリーの開始であるため、水性塗料のタックフリー時間は、一部の溶剤系塗料のタックフリー時間よりも短くなります。表面の乾燥から塗膜の性能までの全体的な性能は、システム内の残留水の蒸発速度、エマルジョン粒子内の高分子の相互浸透、およびシステム内の他の小さな有機分子の蒸発速度に依存します。システムを最適化するために、水性塗料の調合を行う場合、樹脂は次の側面から選択する必要があります。
a.固形分：一般的にエマルジョンの固形分が多いほど、表面乾燥限界値に近づき、乾燥速度が速くなります。ただし、固形分が多すぎると、一連の好ましくない要因ももたらされます。表面の乾燥が速すぎると、ブラッシング間隔が短くなり、施工に不都合が生じます。固形分が多いエマルジョンは、通常、樹脂粒子間の間隔が狭いためレオロジー特性が低く、増粘剤の影響を受けにくいため、コーティングのスプレーまたはスタッコ性能の調整がより困難になります。
b.エマルション粒子サイズ：エマルション粒子が小さいほど、同じ固形分の下で粒子間の距離が小さくなり、表面乾燥の臨界値が低くなり、乾燥速度が速くなります。エマルジョンの小さな粒子は、良好なフィルム形成や高光沢などの他の利点ももたらします。
c.樹脂のガラス転移温度（Tg）：一般的に、樹脂のTgが高いほど、最終的なフィルム形成性能が高くなります。しかし、乾燥時間については、基本的にその逆です。高い Tg を持つ樹脂の場合、通常、エマルション粒子間の高分子の相互浸透を促進し、フィルム形成品質を向上させるために、より多くのフィルム形成助剤を配合に追加する必要があります。そして、これらの合体剤はシステムから蒸発するのに十分な時間を必要とし、実際には表面が乾いてから完全に乾くまでの時間が長くなります.したがって、このＴｇファクターに関しては、乾燥時間とフィルム形成特性は相反することが多い。
d.エマルション粒子の相構造: エマルションの調製プロセスに応じて、同じモノマー組成でも異なる粒子相構造を形成する場合があります。よく知られているコアシェル構造はその一例です。エマルションのすべての粒子をコアシェル構造にすることは不可能ですが、このイメージのメタファーは、エマルションのフィルム形成特性を一般に理解できるようにすることです。粒子のシェル Tg が低く、コア Tg が高い場合、システムに必要なフィルム形成助剤が少なくなり、乾燥が速くなります。ただし、皮膜形成後の連続相は低Tg樹脂であるため、塗膜の硬度にはある程度の影響があります。逆に粒子のシェルTgが高いと、皮膜形成にある程度の助剤が必要となり、皮膜の乾燥速度は遅くなりますが、乾燥後の硬度は高くなります。前者より。
e.界面活性剤の種類と量：一般的な乳液の製造工程では一定量の界面活性剤が使用されています。界面活性剤は、エマルション粒子を隔離して保護する効果があり、特に初期段階、つまり表面が乾燥しているときに、粒子融合のフィルム形成プロセスに大きな影響を与えます。さらに、これらのユニークな化学物質は、水相と油相に一定の溶解性を持ち、樹脂に溶解した部分が実際に合体助剤として機能します。異なる界面活性剤は、樹脂への溶解度が異なるため、皮膜形成剤としての効果も異なります。

2.樹脂の硬化メカニズム：
水性樹脂のフィルム形成と硬化には、一般にいくつかのメカニズムがあります。まず、エマルジョン粒子の凝集と融合は、すべてのエマルジョン表面の乾燥が経験しなければならないメカニズムです。その後、水などの造膜助剤が揮発することで、熱可塑性樹脂そのものの基本特性が十分に発揮されるようになり、硬化の第2段階となります。最後に、一部のエマルションは、製造中に架橋メカニズムを導入するか、コーティングを使用するときに架橋剤を導入し、フィルムの硬度が熱可塑性樹脂に基づいてさらに改善されます。この最後のステップの架橋メカニズムは、フィルムの最終的な硬化速度と程度に大きな影響を与えます。一般的な架橋メカニズムには、酸化架橋 (アルキド樹脂の架橋など)、マイケル付加架橋 (一部の自己架橋エマルジョン システムなど)、および求核置換架橋 (エポキシ、ポリウレタンなど) が含まれます。これらの架橋反応は、温度や pH などの要因の影響を受けます。配合時には、システムの硬化要件と他の特性との関係をバランスさせる必要があります。

3.フィルム形成助剤の投与量と種類：
理論的には、どの樹脂溶媒も合体剤です。実際には、安全性、コスト、速度などの要因を考慮すると、主に高沸点アルコール、エーテル、エステルなど、一般的なフィルム形成添加剤は 10 種類しかありません。これらの合体剤は、さまざまな水性コーティング技術者に対して独自の好みがあります。一般に、経験豊富なエンジニアは、一般的に使用される 2 種類または 3 種類の合体剤しか持っていません。主な考慮事項は、水と樹脂の間、および樹脂粒子内の試薬の分布です。特に水系樹脂が多相樹脂の場合、造膜助剤の選択とマッチングが特に重要となる。

4.建設環境：
この記事の冒頭で、水の問題について説明しました。建設環境において、主に建設中の温度と湿度を可能な限り制御するために、水性塗料が油性塗料よりも高い要件を持っているのは、まさに水の特性のためです。一般式の構築は、高湿度環境を避けるように努める必要があります。やむを得ず高湿度下で塗布する場合は、配合を調整するか、皮膜形成の早い樹脂を選択するか、部位を隔離する必要があります。




水性エポキシ樹脂