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。
フッ素樹脂というと思い浮かぶのは、フライパンの内面加工に用いられる耐熱性、耐薬品性、非粘着性、潤滑性に優れた「ポリテトラフルオロエチレン」（PTFE、「テフロン®」は商品名）ですが、これは結晶性が高くて一般的な塗料用溶剤には溶けません。また溶融温度も高いので、塗料用樹脂としては用いることができません。
塗料用バインダー樹脂として一般的に用いられるのは、「テトラフルオロエチレン（TFE）」や「クロロトリフルオロエチレン（CTFE）」などのフッ素原子を含むモノマー（含フッ素モノマー）と、ビニルモノマー類やアクリルモノマー類を共重合させた樹脂です。
塗料用フッ素樹脂の一般的な構造を図1に示します。
CTFEとビニルエーテル系モノマーのように、含フッ素モノマーとそれ以外のモノマーが規則的に交互に重合している場合（「交互共重合体」と呼びます）と、ランダムに重合している場合があります。一般的なアクリレート系モノマーやスチレンと含フッ素モノマーとの共重合性はあまり良くないので、ビニルエーテル系モノマーやビニルエステル系モノマー、クロトン酸エステル系モノマーなどが主に用いられるようです。
水性塗料用として、エマルション型やディスパージョン型も市販されています。また「ポリフッ化ビニリデン（PVDF）」とアクリル樹脂の複合エマルションも市販されています。
フッ素原子と炭素原子のC-F結合は結合エネルギーが大きいので、紫外線や熱などで切断されにくく、耐候性、耐熱性、耐薬品性などの耐久性能が非常に優れています。例えば、建築外装用塗料で一般的なウレタン塗料の塗り替え寿命が10年程度であるのに対し、フッ素樹脂塗料では20年以上と言われています。図2に、水酸基含有フッ素樹脂をポリイソシアネートで架橋させた2液型ウレタン塗料と、通常のアクリル樹脂を用いた2液型ウレタン塗料の、「紫外線蛍光ランプ法（QUV）」を用いた促進耐候性の評価結果を示します1)。
通常のアクリル樹脂を用いた塗料では500時間付近で光沢の低下が始まるのに対し、フッ素樹脂を用いた塗料では3倍の1500時間程度まで光沢は低下しないことがわかります。
またC-F結合は結合距離が短く、分極度合いが低いという特徴があります。このため、塗膜の表面張力が低くなり、撥水・撥油性や摺動性に優れた塗膜が得られます。一方、炭素系粒子など低極性の汚れ物質が付着しやすく、耐汚染性の必要な用途では注意が必要です。
ビニルモノマーなどとの共重合により、一般的な有機溶剤に溶解します。また水酸基やカルボキシル基を持つモノマーが共重合したものは、メラミン樹脂やポリイソシアネートなどの硬化剤を用いて架橋させることができます。
市販されている塗料用フッ素樹脂は水酸基を持っているものがほとんどですので、他のポリオール樹脂と同様に、メラミン樹脂やポリイソシアネートを硬化剤とする塗料に用います。
また、酸価（カルボキシル基）を持っているものには、顔料分散性があります。
水性エマルションタイプは、通常のアクリル樹脂エマルションなどと同様に、造膜助剤を使用した常乾塗料に使用されます。外装分野において高耐候性塗料として使用されることが多いのですが、耐汚染性の改善のために、加水分解性シリケートなどの親水化剤が併用されることがあります。
C-F結合の部分は極性が低く、極性の低い空気に引かれて、塗膜表面に集まりやすいという性質があります。このため、一般的なアクリル樹脂塗料などにフッ素樹脂を少量添加しても、塗膜表層にはフッ素樹脂が集まって、耐候性などの塗膜性能が大幅に向上します。フッ素樹脂は高価格なので、コストダウンの有力な手法となっています。
参考文献
1）日本ペイント（株）著、「塗料の性格と機能」、日本塗料新聞社、p.115（1998）
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