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I. 水性ポリウレタン塗膜の光沢の理論的基礎

塗膜の表面外観は、光の反射、屈折、吸収、塗膜内の顔料の散乱、塗膜下の基材の反射などに左右される。

光沢という用語は、コーティング業界では一般的に鏡の光沢を指すのに使われ、通常は反射率Rで評価される。

上式中、R-コーティングの反射率、i-入射角、n-コーティング材料の屈折率。

塗膜の屈折率が高いほど、塗膜の反射率は高くなり、鏡の光沢も高くなる。

従来のポリウレタン材料のnは通常1.5程度であり、iが45°の場合、コーティングの表面が完全に平らであれば、反射率は4.85%と計算される。 ポリウレタンの屈折率を1.6にすると、反射率は6.29%になる。

1.分子構造が光沢に及ぼす影響

分子構造は材料の屈折率を決定し、屈折率は反射率に影響する。

高屈折率にはモル屈折率の高い基を選ぶ。

2.表面構造が光沢に与える影響

水系ポリウレタンは水系媒体中に分散した粒子状のポリウレタンであり、その塗膜は粒子集積膜である。 成膜過程で粒子は変形・融着するが、表面には粒子の痕跡が常に存在する。 この痕跡が表面にくぼみを作り、入射光の乱反射を引き起こすため、水系ポリウレタン・フィルムの表面は溶剤系ポリウレタン・フィルムよりも光沢が劣る。

水系ポリウレタンは溶剤系ポリウレタンよりもフィルム粗さが大きい。

水系ポリウレタンは粒子径が大きく、フィルム粗さが大きい。

3.表面粗さを調整する方法

1. エマルジョンの粒子径をコントロールする - 小粒子径、小粗度、高光沢 2.

2.粒子のせん断弾性率をコントロールする - 粒子が柔らかく、変形しやすく、粗さが小さく、光沢が高い。

3.フィルム形成助剤の添加-本質は粒子のせん断弾性率を下げることである。

4. 硬化後の架橋

--分散粒子のせん断弾性率は、相対分子量が設計されているほど高くはない。

膨潤度と浸透性

塗膜の膨満感は、厚み感覚とともに、消費者にとって常にホットな審美的関心ポイントであるが、膨満感とは何か、それをどのように評価するかの基準はない。

コクの核心は厚みであるべきだ。 より正確に言えば、見た目の厚みである。 というのも、同じ塗膜の厚さを測定する機器でも、コクの度合いが大きく異なることがあるからだ。 厚いコーティングの中には、薄くて乾いているように見えるものもある。

光学原理では、知覚される厚さhvと実際の厚さhの関係は次式で与えられる。

ここで、n - 被膜の屈折率

透明な塗膜の屈折率が高いほど、塗膜は薄く見える。

塗膜の屈折率を下げると、塗膜の厚みが増す。

1.膜の透過性

水性ポリウレタン塗膜の透過性は、主に分子構造に関連しており、相分離や結晶化の形成は塗膜の光透過性を低下させる。 相分離と結晶化は多相構造を形成し、相と相の間に界面が形成され、相ゾーンの屈折率は異なる。 相ゾーンの界面は光を散乱させ、光透過率に影響を与える。

3.水性ポリウレタンマットとセルフマット樹脂

マットの核心-コーティング表面の拡散反射

反射の原理に従い、良好なマット効果を得るためには、コーティング層の起伏が以下の式で示される要件を満たしていなければならない。

h - コーティング表面の粗さ λ - 光の波長 α - 光の入射角

波長λが380～780nmの自然光の場合、αは一般に60°に選ばれる。 良好な結果を得るためには、コーティングの粗さは1.0μm以上であるべきである。

1.マットパウダーのマット化

マットパウダーのマット化メカニズム。

塗膜が乾燥する過程で、厚いウェット塗膜から薄いドライ塗膜に変化するにつれて塗膜の厚みが減少し、塗膜が薄くなる過程でマットパウダーの粒子の一部が塗膜表面に保持され、粗面を形成する。

マットパウダーとは、シリカマットパウダーのように、非常に密度が低く、多数の空洞を持つふわふわした物質である。 シリカマットパウダーは中空の球体ではなく、本来は綿球のような物質である。

溶剤型と水型でのマットパウダーの性能の違い：

2.マットパウダーの問題点

水性システムでマットパウダーを使用する場合、2つの難しい問題がある：

一つは、塗膜が外部との摩擦で光り、表面に明るい傷ができることである。

--未充填のマットパウダーのため機械的強度が低い。 ふわふわしたマット粒子が外圧で崩れ、塗膜表面の粗さが失われる。

第二に、マットコーティング層が灰色であり、黒さが減少する。

--空気の屈折率は1であり、樹脂の屈折率よりはるかに低く、屈折率が悪い。

3、自己消火性水性ポリウレタン

自己消火性水性ポリウレタンの主な開発方向は、粒子径の大きい水性樹脂を使用して、フィルム形成後に粗面を作ることである。

以下の2つの条件を満たす必要がある：

1.粒子径が1μm以上であること 2.

2.粒子の変形が小さいこと。 粒子変形が強いと、成膜時に粒子変形の崩れが生じ、粗さが低下する。

4.自己消火性水性ポリウレタンの痛いところ

自己消火性水性ポリウレタン塗膜の表面は、粒子が凹凸の固体構造になっており、摩擦光輝化現象は効果的に改善されるが、造膜性は犠牲になる。

分散液の粒子径が大きく、せん断弾性率が高いため、完全な皮膜を形成することができない。 塗膜表面の粒子を融着させることなく粗面を得るためには、塗膜内部の粒子を融着させることが難しい。

塗膜は緻密な膜構造ではなく、粒子の集積である。

4.展望 - ポリウレタンマイクロスフェアマット

1、小径高物理樹脂＋大径微粒子

塗膜表面に大粒径の粒子が集積し、粗面を形成する。

小径造膜性樹脂が緻密な塗膜体を形成

この構造は完璧な艶消しコーティング構造である：コーティング表面はある程度の粗さを持ち、コーティング層は高い透過性を維持し、コーティング層の物理的、化学的特性は影響を受けない。