シドンの最先端 | 水性塗料における流動性の応用

シドン応用実験室
2023-08-11

シートン新素材社は設立以来、技術の研究開発と応用に注力してきました。月に一度の技術交流会は揺るぎなく、長年にわたって休むことはありません。 8月上旬に開催された技術交流会のPPTをサイドン編集者が記事としてまとめ、読者向けに掲載しました。同僚とのコミュニケーションや修正を歓迎します。


1つ

レオロジーの定義と流体のクラス


01
レオロジーの定義

レオロジーは、物質の変形と流れを研究する科学であり、流れと変形はどちらも物質内の粒子の動きの結果です。


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02
せん断応力とせん断速度

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せん断応力は応力の一種であり、単位面積あたりのせん断力として定義され、力の方向は力がかかる面の法線方向に対して垂直になります。せん断ひずみとは、物体が力によって変形したとき、一般に物体の各点での変形の程度が異なり、ある点での変形の程度を表す力学量がその点でのひずみであることを意味します。簡単に言うと、応力変形後の互いに直交する 2 つの面間の角度の変化量をラジアンで表したもので、この変化量に単位時間を加えたものがせん断ひずみ速度となります。歪みの原因はストレスであり、ストレスの影響は歪みです。


03
せん断速度の実際の計算

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04
粘度の定義

粘度の概念はもともとニュートンの単純流体の研究から来ており、後に定義になりました。つまり、特定のせん断速度におけるせん断応力とせん断速度の比がせん断として定義されます。その速度での見かけのせん断粘度は次のようになります。粘度といいます。


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一般的な粘度試験装置:回転粘度計、カップ粘度計、超音波粘度計、毛細管粘度計、落球粘度計。


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レオメーター


05
チキソトロピー性

チキソトロピーとは、流体にせん断作用(撹拌などの機械的作用)を与えると粘稠度が小さくなり、せん断作用を止めると再び粘度が高くなる性質を指します。


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当社のコーティングのほとんどはチキソトロピー性流体です。チキソトロピー流体中の粒子は構造を形成し、流れると構造が破壊され、流れが止まると構造が復元されますが、構造の破壊と復元はすぐには完了せず、ある程度の時間がかかるため、流れはシステムの特性には明らかな時間依存性があります。



コーティングのレオロジーとその影響要因

コーティングレオロジーは、レオロジー原理をコーティングの研究に応用することです。ご存知のとおり、溶剤系塗料であっても水性塗料であっても、樹脂の製造、塗料の配合、施工の際には液体の状態で存在します。したがって、流体の特性、特にレオロジーの研究は、コーティングの配合の指針、コーティングの品質の向上、施工性能の調整、コーティング膜のレベリングの確保、たるみの軽減、塗膜のデメリットを軽減します。


01
コーティングのレオロジー特性の基本要件

理想的なコーティングは、一定のチキソトロピー性を備えた擬似塑性流体であり、生産、保管、輸送、開缶、施工、レベリング、たわみなどのさまざまな性能を満たし、最終的にはバランスの取れた結果となる必要があります。そうしないと、次の問題が発生します。


①全せん断速度域での粘度が低いと、保管・開き・垂れなどの問題が発生します ②低せん断速度域での粘度が高いと、レベリングやポンピングなどの問題が発生します ③高せん断速度域で内部の粘度が高いと、次のような問題が発生しますスプレーの微粒化が不十分で、ローラーコーティングのレベリングが不良です。


02
水性コーティングのレオロジーに影響を与える要因

高せん断速度領域では、塗料の流動挙動は主に基材、溶剤、顔料の影響を受けますが、低せん断速度領域では、塗料の流動挙動は主にレオロジー剤、塗料の凝集特性によって決まります。顔料と基材のコロイド特性。


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コーティング配合におけるさまざまな材料がレオロジーに及ぼす影響


03
典型的な一般的なプロセスの対応するせん断速度

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04
コーティングのさまざまな段階での粘度の要件

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05
一般的なレオロジー添加剤の利点と限界

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06
さまざまな種類のレオロジー剤のレオロジー曲線

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つまり、塗料のレオロジーに関する研究の主な内容は、塗料の粘度に対するさまざまな要因の影響、および施工性能、塗料の硬化、塗膜特性に対する塗料の粘度の影響を研究することです。



三つ

水性塗料におけるレオロジーの実用化


01
事例紹介

基材:PVC基材。

施工方法:ローラー塗装、スプレー塗装。

塗料の種類: シルバー粉体塗装;

要求性能:硬度、耐傷性、密着性、耐水性、表面効果など。


02
ローラーコーティング銀粉のポイント

ローラー塗装の難しさは、①転がり性が良く、飛び散りがなく、塗料量が均一であること、②ローラー跡、③レベリングとダレのバランス、④メタリック感などです。


重要なポイント: 塗料が垂れずに良好な流動性を持つように、せん断された塗料をニュートン流体に近づけるようにしてください。

03
ソリューション

①ローラー塗装は塗料を高速でせん断する工程であるため、高せん断粘度が不足すると飛散やローラーへの塗料量のばらつき、ローラー塗装ムラが発生します。 ②高せん断粘度が高すぎるとロールマークがつきやすく、レベリングができなくなります。 ③ 粘度の回復が早すぎるとレベリングが悪くなり、粘度の回復が遅すぎると溝に油が溜まります。 ④銀粉とマッチする金属質感の強い樹脂を選ぶ。


考え方の誤解:銀粉塗装なので、惰性で銀粉配向剤を入れてしまう人が多いです。銀列添加剤は基本的に EVA ワックス、ポリアミド ワックス、セルロースなどの低剪断レオロジー剤であり、ローラー コーティングの作業性の低下につながります。


04
ローラーコーティング方式における材料選定

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05
ローラーコーティングの流動曲線とチキソトロピー

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この図から、コーティングの高剪断粘度と低剪断粘度の差は非常に小さく、基本的にはニュートン流体の流動曲線に近いことがわかります。高せん断粘度が高く、低せん断粘度が低いため、高せん断下でのローラーコーティングの膜厚を確保するだけでなく、レベリング要件も満たします。


06
散布のポイント

スプレーの難しさ: ① 霧化が良い。 ②チキソトロピー性が強い。 ③濡れ性が良くなります。 ④金属感が強いこと。


07
ソリューション

① 微粒化が不十分なため、表面に小さなペイントスポットが発生し、全体的な効果が不均一になり、ブルームが発生します。 ②チキソトロピー性が不十分な場合、銀粉の形状が悪くなり、仕上がりが暗く黒くなります。 ③塩ビ基材には可塑剤、離型剤がある程度配合されており、現場での簡単な拭き取りのみで済むため、スプレー時の濡れ性が十分である必要があります。 ④ 樹脂の選択と銀粉の配合比率をバランスよく選択してください。


重要なポイント: 塗膜の霧化効果を確保し、良好なシルバーロウ効果を得るために、当社のコーティングが低い高せん断粘度で同時に強い擬似塑性とチキソトロピーを有するように最善を尽くしてください。


08
スプレー配合における材料の選択

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09
スプレー流量曲線とチキソトロピー

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図より、塗膜のチクソ性が非常に強く、より低い高せん断粘度でも噴霧塗膜の微粒化効果が確保され、同時に粘度回復速度も速く、高い低せん断粘度 銀粉末の配向性。


10
ローラー塗装とスプレー塗装の流動曲線の比較

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2 つの図を比較すると、明らかな違いがあることがわかります。図 1 はニュートン流体に近く、図 2 は典型的な擬塑性流体です。



エピローグ


水性塗料の塗布システムの継続的な拡張に伴い、水性塗料に不可欠な要素としてレオロジー添加剤も多様な形で開発されています。さまざまな用途シナリオでは、コーティングに特定のレオロジー特性を与える適切なレオロジー添加剤を選択することが非常に重要です。同時に、レオメーターを補助手段として使用して、適切なレオロジー添加剤をスクリーニングして、必要なレオロジー曲線を達成し、遭遇する問題を解決することもできます。


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