小林 敏勝
[現職] 小林分散技研 代表,東京理科大学理工学部客員教授
[専門] 粒子分散、コロイド・界面化学
[経歴] 1980年京都大学大学院工学研究科工業化学専攻修了、日本ペイント(株)入社。1993年京都大学博士(工学)。2010年東京理科大学客員教授、日本ペイント(株)退職。2011年小林分散技研設立。
[現職] 小林分散技研 代表,東京理科大学理工学部客員教授
[専門] 粒子分散、コロイド・界面化学
[経歴] 1980年京都大学大学院工学研究科工業化学専攻修了、日本ペイント(株)入社。1993年京都大学博士(工学)。2010年東京理科大学客員教授、日本ペイント(株)退職。2011年小林分散技研設立。
塗料の基本機能である被塗物の保護と美観の付与を実現するために、多種多様な顔料が使用されています。それぞれの顔料が塗料や塗膜中で果たす役割(機能)で分類すると表1のようになります。
塗料が単一の種類および銘柄の顔料だけで構成されることはまれで、複数の顔料が用いられ、5種類以上という場合も少なくありません。顔料を混合することにより、単にその中間色を得るだけではなく、それぞれの顔料の特徴を複合化することで、繊細で複雑な意匠発現を可能にしたり、美しくて錆(さび)も出なくしたりと、多様な性能を発現させることが可能となります。
別の回で表1の分類ごとに、追って詳しく説明していきまが、今回は以下に概要を示します。
着色顔料は光を吸収したり反射や散乱させることにより、塗膜に色彩や隠ぺい性を付与します。有機顔料と無機顔料があります。
理化学辞典などの有機化合物の定義は「炭素を含む化合物。ただし、炭酸カルシウム(CaCO3)のような金属炭酸塩など一部の簡単なものを除く」とされています。有機顔料もこの定義に準じており、さらに酸素、窒素、イオウ、塩素、臭素などの原子も含まれます。また、アゾレーキ顔料や銅フタロシアニンなどのように、金属原子を含むものもあります。
無機着色顔料は、金属の酸化物や硫化物、金属塩です。炭素を含む簡単な化合物は無機顔料なので、炭酸カルシウム(CaCO3)やカーボンブラック(化学式ではC)は無機顔料に分類されます。
一般論ですが、有機着色顔料は色彩が鮮やかですが、耐候性や耐熱性などの耐久性能が無機着色顔料に比べて劣ります。無機着色顔料は耐久性能には優れるのですが、色彩の鮮やかさでは劣ります。ただし、白色の酸化チタンや黒色のカーボンブラックは無彩色ではありますが、それぞれ白さ、黒さは優れています。
体質顔料とは、屈折率が低くて光の散乱が少なく、また光の吸収もないために、塗膜中では透明あるいは半透明になる無機粉体粒子のことです。単価が安い体質顔料を用いて、酸化チタン顔料や樹脂を置換して、塗料のコストダウンを図ることが配合の主目的である場合が多いですが、塗膜への硬度や衝撃緩和機能の付与、塗料の粘度や比重の調整、原色塗料の着色力調整などのためにも用いられます。
沈降性硫酸バリウムや軽質炭酸カルシウムのように人工的に合成されるものもありますが、天然に産出する粘土鉱物や石灰岩を、粉砕、洗浄、分級しただけのもの、さらに必要に応じて精製や表面処理したものなどが用いられています。
顔料粒子が鱗(りん)片状の形をしており、被塗物表面と平行に配向すると、光を反射してキラキラとした外観を示すので、「光輝顔料」と呼ばれます。また、配合することで、塗膜の明度や色調が塗膜を見る角度によって大幅に変化し、メタリック感やパール感などの意匠性を付与します。
防錆(ぼうせい)顔料は、リン酸イオンやモリブデン酸イオンなどのインヒビターイオンを放出したり、塗膜下を塩基性雰囲気に保持することで、鋼製やアルミ製などの金属製被塗物の腐食(錆)を防止します。以前は、鉛やクロムなどの重金属が主成分として含有されていたのですが、その毒性のために現在では使用が大幅に制限されています。
また、ジンクリッチペイントに配合される亜鉛粉のように、鋼製の被塗物より先に腐食することにより、被塗物の腐食を防止する顔料もあります。このような作用を「犠牲防食効果」と呼びます。
顔料の化学構造は、色彩や各種の耐久性能を決定する基本的な因子です。化学構造に従って顔料や染料を分類するために、英国染料染色学会と米国繊維化学技術・染色技術協会による共同のデータベースがあり、化学構造ごとにカ「ラーインデックス(C.I.)番号(Constitution number)」が与えられています。
また、C.I.番号とほぼ1対1に対応するのですが、効用や色に基づいて、「C.I.名(Generic name)」が与えられています。塗料業界やインキ業界では、C.I.番号よりC.I.名で呼ばれることが一般的です。表2に代表的な顔料のC.I.名と、対応する化学構造を示します。
顔料のメーカーや品番が異なっても、C.I.名が同じであれば、化学構造は同じです。ただし、粒子径や表面処理は異なりますから、C.I.名が同じであっても、単純に置き換えることは困難です。
また、化学構造が同じで結晶形が異なるような場合には、C.I.名の後ろにコロンと数字を付けて分類します。例えばブルー顔料として定番の銅フタロシアニンブルーのC.I.名は「C.I.ピグメントブルー15」です。銅フタロシアニンブルーは、結晶形の違う、「α型」、「β型」、「ε型」の3種類が塗料に使用されていますが、それぞれ、「C.I.ピグメントブルー15:1」「同15:3」「同15:6」となります。
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