塗料は様々な産業で重要な役割を果たしています。世界の塗料・コーティング市場は、2023年には$206.56億円となり、2021年から2027年までの予測CAGRは約4.5%で成長しています。この成長は、塗料が建設や輸送などの分野でいかに重要であるかを示しています。塗料の製造には、色とカバー力を提供する顔料、顔料粒子をつなぎ合わせて表面に付着させるバインダー、顔料とバインダーを運ぶ液体、塗料の特定の特性や特徴を強化する添加剤など、さまざまな成分が含まれます。これらのことを知ることで、なぜ塗料を作ることが複雑でありながら正確なのかを理解することができます。
原材料・素材
顔料
顔料の種類
顔料は絵具に色と不透明度を与えます。顔料には主に2種類あります。炭素ベースの分子から作られる有機顔料（鮮やかな赤など）と、鉱物化合物から作られる無機顔料（二酸化チタンの白など）です。有機顔料は鮮やかな色合いを提供し、無機顔料は隠ぺい力や耐久性に優れています。
顔料の供給源
メーカーは、鉱物、植物などを含む多くのソースから顔料を得る - 天然に存在する物質だけでなく、エンドユーザーが望む特定の色を達成するために設計された様々なプロセスを通じて合成化学物質の両方。例えば、広く使用されている顔料の二酸化チタンは、酸化亜鉛の別の一般的なものは、この金属を含む鉱石から由来する他のものの中で鉱物であるイルメナイトから来ている一方で、いくつかの有機のものは、石油ベースの材料を得ることができます。
バインダー
バインダーの種類
バインダーは顔料粒子をつなぎ合わせ、塗装面に付着させるために使用されます。アクリル系は優れた接着柔軟性を、アルキッド系は耐久性のある光沢を、エポキシ系は強力な接着耐薬品性を、ポリウレタン系は優れた耐摩耗性を提供します。
バインダーの機能
塗料の性能におけるバインダーの機能は、いくら強調してもし過ぎることはありません。バインダーは顔料が塗装面に付着するのを確実にし、乾燥後の持続時間や耐水性などの他の要素に影響する硬度にも影響します。例えば、アクリルはひび割れを起こすような柔軟性があり、アルキッドは光沢と塗膜の硬度を高めます。
溶剤
溶剤の種類
溶剤はバインダーを溶かし、塗料の塗布を助けます。主な溶剤には、水を主溶剤とする水性溶剤（または水性塗料）と、ミネラルスピリットやテレビン油などの有機化合物を主溶剤とする溶剤の2種類があります。溶剤系溶剤（ミネラルスピリットやテレビン油のような有機化合物を使用）には、それぞれ利点があります。
塗料製造における溶剤の役割
溶剤は塗料の粘度を調整し、塗布を容易にします。また、塗布後に蒸発するため、乾燥時間が短縮されます。水性塗料はVOCが少ないため環境に優しく、また溶剤系塗料とは異なり流動性やレベリング性に優れているため、高性能な塗料が必要とされます。
添加物
添加物の種類
- 増粘剤：塗料の粘度を高めます。
- 分散剤：顔料を均一に分散させます。
- 消泡剤：混合時の泡立ちを抑えます。
- 殺生物剤：微生物の繁殖を防ぎます。
- 紫外線安定剤：紫外線によるダメージから保護します。
添加物の目的
増粘剤は粘着性を向上させ、塗布時の滑らかさを保証します。分散剤はダマになるのを防ぎ、均一な着色を実現します。消泡剤は気泡を除去し、完璧な仕上がりを実現します。殺生物剤はカビ菌の繁殖を抑制することで保存期間を延長します。紫外線安定剤は太陽光線に対する耐久性を向上させます。
添加剤は良い塗料を作るために必要なものです。添加剤の種類によって、塗料の性能は異なります。
塗料製造工程
使用プレミキシング装置
プレミックスには様々な装置が使用されます。高速分散機は顔料をバインダーや溶剤と混合します。ミキサーはすべての成分を均一に分散させます。タンクは、粉砕が行われる前にプレミックスされた材料を貯蔵します。ポンプは異なるステージ間で混合物を移送します。
プレミキシングの手順
プレミキシングの工程は原料の計量から始まります。顔料、バインダー、溶剤はオペレーターによってミキサーに加えられます。高速分散機がこれらの成分を均一になるまで混合します。この工程の後、プレミックスされた材料は貯蔵タンクに移され、輸送中やその他の理由で品質が損なわれないよう、必要に応じて粉砕工程に進む前にしばらく保管されます。
研磨
研削の目的
粉砕は顔料の粒子径を小さくするために行われ、これにより色の強度とカバー力が向上し、塗料の表面が滑らかになります。適切な粉砕は、塗料の製造に使用される油性または水性エマルジョンバインダーシステムのような媒体内での顔料の均一な分散を保証します。
研削技術
ボールミルは、粉砕媒体（スチールボール）を充填した回転円筒を使用し、高所から粉砕媒体（スチールボール）が粉砕ドラム内の底部にある小さな粒子に落下する際に、その重量による衝撃力で大きな粒子を粉砕します。ビーズミルは、スチールボールの代わりにガラスやセラミックから作られた小さなビーズ（メディア）を使用します。これらの材料は金属よりも密度が低いため、粉砕時に必要なエネルギーが少なくなります。アトライターは、水や有機溶媒のような液体媒体と混合された湿潤固体を含む密閉円筒形チャンバー内の上部を水平に横切るように取り付けられた垂直アジテーターアームによって提供される高速攪拌作用を使用します。これは、インペラ（パドル）を高回転数で回転させることにより達成され、各回転サイクルの間、媒体粒子自身と容器壁との間で粉砕作用の大部分が行われる先端領域付近に集中的な乱流パターンを形成します。
ミキシング
高速ミキシング
塗料の均質化は、高速ミキシングによって行われます。これにより、塗料中のすべての成分が、その体積全体、および乾燥工程で空気と接触可能な表面積全体に均一に分散されます。高速ミキサーは、均一で安定した混合物を作りながら、高速で作動します。
分散剤
ミキシングにおける重要性
顔料がバインダーシステム全体に均一に分散し、基材表面への塗布後に乾燥膜が形成されたときに良好な発色と光沢を与えることができるように、混合段階で顔料が凝集するのを防ぐために使用される化学物質です。また、塗料の製造に使用される液体媒体中に固体粒子が不均一に沈殿することにより、目に見える筋や斑点が残ることなく、滑らかな仕上がりを実現するのに役立ちます。
間伐と調整
粘度コントロール
塗料の粘度は、様々な表面に塗布する際にスムーズに流れるようにコントロールすることが重要です。メーカーは、刷毛塗り、転がり、スプレーのしやすさなど、最終製品の性能に応じてこのパラメータを調整するために溶剤を添加します。例えば、高粘度塗料には増粘剤が、低粘度塗料には増粘剤が必要になる場合がありますが、これらはすべて適切に行われなければなりません。そうでなければ、這い、たるみ、流れ、垂れなど、塗装物の全体的な外観に影響を与えるような悪い結果が生じる可能性があります。
バッチ間の一貫性
温度管理
塗料の品質は、温度を調節することで保たれます。メーカーは、塗料を50°Fから80°Fの間で保管することを推奨しています。温度が高すぎても低すぎても、塗料の厚みや安定性に影響を与えるだけでなく、気温が高ければ塗料の成分が分離し、逆に気温が低ければ塗料の成分が濃くなり、保管寿命が短くなります。
賞味期限
その中には、生産者自身が提示する賞味期限や、購入時に容器に貼られるラベルに記載される賞味期限などがあり、適切に保管されていれば5年まで保存可能であることを示しますが、空気や湿気にさらされるとこの期間が大幅に短くなります。
環境と安全への配慮
廃棄物管理
危険物の処理
塗料を製造する際に発生する有害廃棄物。そのため、私たちを取り巻く環境を破壊しないよう、正しい処理方法を守る必要があります。このような物質を専門に収集・処理する業者もあれば、火を使って燃やしたり、有害な影響を中和する化学薬品を使用したりする業者もありますが、いずれにせよ、安全な除去方法を遵守することで、環境に優しいことが保証されます。
リサイクルの実践
また、製造工程で使用された溶剤や容器も、製造された施設内で一定の処理と分離洗浄を行うことで、埋立地に投棄されるゴミの量を減らし、製造コストの削減や、廃棄物を有用な製品に変換する効率的なシステムによって持続可能な開発を促進することができます。
安全対策
個人用保護具（PPE）
塗装に携わる作業員は、安全のために適切なPPEを着用する必要があります。仕事によっては、揮発性物質を扱う際に呼吸マスクの着用が義務付けられていたり、危険物に直接触れないように特別な衣服の着用が義務付けられていたりするため、関係者全員が厳守し、日常的な習慣となるまで継続的にトレーニングを行うことが重要です。
生産施設における安全プロトコル
製造工場は常に、構内の安全ルールの遵守に非常に厳格です。例えば、潜在的な危険性について定期的なチェックが行われる一方で、換気システムは、そのような汚染された空気を吸う労働者の間で健康上の問題を引き起こす可能性のある空気中の粒子を制御するのに役立ちます。組織のさまざまな部分からの呼び出しに迅速に対応することができる消防車のような標準的な消火設備をすぐに利用できるようにするだけでなく、消火器とアラームは、建物全体で容易にアクセス可能なポイントに戦略的に配置する必要がある火災を含む工場の床の周りの任意の場所に流出が発生した場合に適切な緊急手順が概説されている必要があります；また、関連する法律とともに業界標準を遵守することで、関係者全員にとって安全な事業所を維持することができます。したがって、これらの対策をすべて実施することで、従業員を怪我から守ると同時に、塗料製造工程による汚染から周囲の環境を守ることができるため、誰かが1つまたは2つの側面に関連する「やるべきこと」や「やってはいけないこと」に従うことを忘れた場合に備えて、継続的な監視を実施する必要があります。
塗料の製造工程には、原料の選択、プレミキシング、粉砕、混合、薄め、品質管理など、いくつかの重要なステップがあります。各工程を経ることで、最終製品が業界標準の性能と安全性を満たしていることが保証されます。
高品質の塗料を維持するためには、品質保証と安全対策が不可欠です。また、個人用保護具（PPE）を着用し、安全な作業方法に従うことで、塗料の取り扱いに伴う危険から作業者を守ります。
塗料生産における今後のトレンドは、持続可能性と革新に焦点が当てられています。環境に優しい材料は、リサイクル技術と共に開発され、これらの活動が周囲に与える影響を低減しています。また、製造の様々な段階における効率を高めるためにさらなる改良が行われ、その結果、生産性が向上し、常に優れた品質基準が達成されています。