水性塗料技術開発の新展開

New Development of Water-based Coatings

• VOC排出規制として平成16年に制定され、平成18年から施行されている改正大気汚染防止法（平成22年度までに平成12年度の30％削減）に対応する動向をまとめる。
• 水性塗料技術を、バインダー樹脂材料・塗料設計・塗料の応用分野・排水処理の各項目分野ごとに、最新の技術動向を詳細にまとめた。

税込価格	73,500円（本体70,000円＋税５％）	出版社	株式会社 シーエムシー出版
監修	三代澤良明	発行日	2009年２月
体裁	B５判、360ページ	ISBNコード	ISBN　978-4-7813-0099-3
Ｃコード	C3043	商品コード	T0673

塗料による塗装とは、被塗物（金属、プラスチック、木材、コンクリートなど）に数100μm以下の薄膜を形成することによって、被塗物表面の外観や性質（防錆、潤滑、導電、親水、撥水など）を自在に調整できる最も経済的な簡便な方法である。

近年、塗料や塗膜から大気中に放散される揮発性有機化合物（VOC）が人体の健康阻害の原因物質であることが分かり、問題視されるに至った。国内ではVOC排出規制として平成16年に改正大気汚染防止法が制定され、平成18年から施行されている。それによると平成22年度までに、平成12年度の基準値の30％（法的10％、自主的20％）削減の目標値が設けられている。この対策として、関連業界では、塗料種の変更［水性塗料化、無溶剤塗料化（粉体）、ハイソリッド塗料化］、塗装仕様の変更（塗膜の厚さ、塗装方法、硬化方法など）、塗装設備の変更（塗装機、排水設備、塗料リサイクル方法など）などの技術開発および展開を進めている。

このような社会的背景をふまえ、本書は2004年に刊行された前書「水性コーティング材料の開発と応用」を、この6年間の技術的進歩を踏まえて全面的に改訂し、最新の技術情報をまとめた。

関係各位のご参考となれば幸いである。

（「はじめに」を一部抜粋・改変）
2009年１月　三代澤良明

三代澤良明

元・関西ペイント（株）　研究部長・技術部長

桑島輝昭

日本ペイント（株）　R&D本部　副本部長

高橋富雄

（株）トッパン・コスモ　商品本部　商品技術部　課長

中山雍晴

元・関西ペイント（株）

清原照起

DIC（株）　堺工場　樹脂第1技術本部　コーティング樹脂技術1グループ　主任研究員

桐原　修

バイエルマテリアルサイエンス（株）　CAS FFS　事業部長

井本克彦

ダイキン工業（株）　化学研究開発センター　グループリーダー

小谷野浩壽

荒川化学工業（株）　光電子材料事業部　研究開発部　主査

浦野　哲

日本ペイント（株）　R&D本部　総合技術研究所　グループマネージャー

中道敏彦

元・日本油脂（株）

岩田顕範

日本ペイント（株）　R&D本部　解析技術研究所　課長

久司美登

日本ペイント（株）　R&D本部　材料開発研究所　リーダー

長沼　桂

楠本化成（株）　技術本部　部長

上原孝夫

楠本化成（株）　技術本部　部長

大垣　敦

日本ペイント（株）　汎用塗料事業本部　建設塗料技術部　部長

住友靖夫

デュポン神東オートモティブシステムズ（株）　取締役

中塩雅昭

デュポン神東オートモティブシステムズ（株）　電着技術部　部長

丸岡宏彰

デュポン神東オートモティブシステムズ（株）　上塗技術部　次長

森下敦司

新日本製鐵（株）　技術開発本部　鉄鋼研究所　表面処理研究部　主任研究員

阿久津幹夫

カシュー（株）　塗料事業部　理事　技術顧問

水谷　勉

水谷ペイント（株）　技術部統括部長　生産部統括部長　専務取締役

山松節男

旭化成ケミカルズ（株）　機能性コーティング事業部　事業部次長

本橋健司

（独）建築研究所　材料研究グループ　グループ長

木村武久

（株）トウペ　技術部　東京防食塗料課　課長

平野克己

日本塗装機械工業会　専務理事

第１章　水性塗料および水性樹脂の展望桑島輝昭

• 1.　はじめに
• 2.　塗料産業を取り巻く社会環境、法規制と技術革新の方向性
• 2.1　VOC規制問題
• 2.2　CO₂発生量削減の動き
• 2.3　その他の動き
• 3.　近代水性塗料の生い立ち
• 4.　各種水性塗料の現状と今後の展開
• 4.1　常温乾燥型水性塗料
• 4.1.1　建築内装用水性塗料
• 4.1.2　建築外装および無機質建材用水性塗料
• 4.1.3　鉄部錆止め水性塗料
• 4.1.4　自動車補修用水性塗料
• 4.2　焼き付け型水性塗料
• 4.2.1　自動車用塗料
• 4.2.2　一般工業用水性塗料
• 5.　各種水性塗料用樹脂の現状と今後の技術展望
• 5.1　水性アクリル系複合化樹脂
• 5.1.1　多層構造型アクリルエマルション樹脂
• 5.1.2　ミニエマルション重合法樹脂
• 5.1.3　水性シリコーン変性アクリル樹脂
• 5.1.4　水性ウレタン複合アクリル樹脂エマルション
• 5.2　アクリル変性水性ポリエステル・アルキド樹脂
• 5.3　水性化変性エポキシ樹脂
• 5.4　水性塗料で硬化系
• 5.4.1　ポリオール／ポリイソシアネート２液調合硬化系
• 5.4.2　カルボジイミド基／カルボキシル基１液硬化系および２液調合型硬化系
• 5.4.3　カルボニル基／ヒドラジノ基１液硬化系
• 6.　おわりに

第２章　塗料・塗装の環境規則高橋富雄

• 1.　はじめに
• 2.　「建材からのVOC放散速度基準」自主表示制度
• 3.　化学物質管理
• 3.1　化学物質排出把握管理促進法（化管法）
• 3.2　化学物質審査規制法（化審法）
• 4.　CARB（California Air Resources Board：アメリカ、カルフォルニア州大気資源委員会、ホルムアルデヒド規制）
• 5.　室内空気中の化学物質に関する法令など
• 5.1　厚生労働省の化学物質室内濃度指針値
• 5.2　建築基準法（国土交通省）関連
• 5.2.1　平成17年度室内空気中の化学物質濃度の実態調査結果（国土交通省）
• 5.3　環境省、大気汚染防止法の一部改正
• 5.3.1　VOC規制の概要
• 5.3.2　VOC排出対象施設
• 6.　労働安全衛生法の一部改正（化学物質管理：GHS対応）
• 6.1　GHSとは化学物質の安全利用を促進するため
• 6.2　改正労働安全衛生法に基づく表示、文書（MSDS）交付制度
• 7.　EUの化学物質規制の動向
• 7.1　EUの法体系
• 7.2　EUの化学物質規制
• 7.3　ELV指令の概要
• 7.4　WEEE指令の概要
• 7.5　RoHS指令の概要
• 8.　REACHの概要
• 8.1　懸念が非常に高い物質
• 8.2　REACH実施スケジュール
• 8.3　既存化学物質の登録スケジュール
• 8.4　情報収集方法
• 9.　おわりに

１章　アクリル樹脂中山雍晴

• 1.　水性アクリル樹脂の概要
• 2.　水性樹脂の形態と水性化手法
• 2.1　コロイダルジスパージョンおよびエマルションの合成・応用
• 2.1.1　原材料
• 2.1.2　水性樹脂の形態と特性
• 2.1.3　グラフトあるいはブロックポリマーの合成
• 2.1.4　複合ポリマーエマルションの利用例
• 2.2　ラテックスの合成・応用
• 2.2.1　界面活性剤を使用した各種ラテックスの合成・応用
• 2.2.2　親水性コロイドを使用したラテックスの合成
• 2.2.3　ミニエマルション法による合成

第２章　アルキド・ポリエステル樹脂清原照起

• 1.　はじめに
• 2.　水性化手法とイオン性
• 2.1　アニオン型
• 2.2　カチオン型
• 2.3　ノニオン型
• 3.　ポリエステル系樹脂の特徴と用途
• 3.1　ポリエステル樹脂
• 3.2　アルキド樹脂
• 3.3　変性ポリエステル系樹脂
• 3.3.1　ビニル変性ポリエステル（アルキド）樹脂
• 3.3.2　エポキシ変性ポリエステル（アルキド）樹脂
• 3.3.3　ウレタン変性アルキド（ポリエステル）樹脂
• 3.3.4　ビニル変性エポキシエステル樹脂
• 4.　ポリエステル系樹脂の加水分解
• 5.　おわりに

第３章　ポリウレタン樹脂桐原修

• 1.　はじめに
• 2.　水性PUR樹脂・PUD
• 2.1　水中安定化
• 2.2　PUD原料のイソシアネートモノマー・ポリオール
• 2.3　PUD製造法
• 2.4　PUDの特性
• 3.　酸化硬化型PUD
• 4.　水性UVポリウレタンアクリレート
• 5.　熱硬化型
• 5.1　水性ブロックイソシアネート（水性BL）
• 6.　水性２液型
• 7.　今後の方向性と課題

第４章　フッ素樹脂井本克彦

• 1.　はじめに
• 2.　VOC規制状況とその対策
• 3.　環境負荷低減とフッ素樹脂の特徴
• 4.　フッ素樹脂の水性化
• 5.　水性塗料用フッ素樹脂
• 5.1　VdF系／アクリル複合エマルションタイプ
• 5.2　フルオロオレフィン系共重合体コロイダルディスパージョンタイプ
• 5.2.1　樹脂構成：４フッ化エチレン／ビニルエステル／ビニルエーテル共重合体
• 5.2.2　MI-007の性状（ディスパージョンおよびポリマー基本特性）
• 6.　おわりに

第５章　紫外線硬化系樹脂小谷野浩壽

• 1.　はじめに
• 2.　アクリル系UV/EB硬化性樹脂
• 3.　水系UV/EB硬化性樹脂の分類
• 4.　水系UV/EB硬化性樹脂の設計
• 4.1　親水性基の導入方法
• 4.2　非水系樹脂の乳化による水系化
• 4.3　その他の水系化方法
• 5.　光開始剤

第６章　有機・無機ハイブリッド樹脂浦野哲

• 1.　はじめに
• 2.　無機ナノ粒子の表面改質によるハイブリッド化
• 2.1　ハイブリッド化方法
• 2.2　ハイブリッド塗膜の特徴
• 2.3　無機ナノ粒子・有機樹脂ハイブリッド塗料・塗膜の課題
• 3.　有機と無機のグラフト化によるハイブリッド化
• 3.1　ハイブリッド化方法
• 3.1.1　溶液合成-転相乳化法
• 3.1.2　エマルション重合法
• 3.2　ハイブリッド塗膜の特徴
• 3.3　有機と無機のグラフト化によるハイブリッド塗料・塗膜の課題
• 4.　ゾル-ゲル反応によるハイブリッド化
• 4.1　ハイブリッド化方法
• 4.1.1　縮合反応によるハイブリッド化
• 4.1.2　分子間力によるハイブリッド化
• 4.1.3　ハイブリッド塗膜の特徴
• 4.1.4　ゾル-ゲル反応によるハイブリッド塗料・塗膜の課題
• 5.　おわりに

第７章　架橋剤とその反応中山雍晴

• 1.　水系と溶剤系の架橋の基本的違い
• 2.　架橋各論
• 2.1　メラミン樹脂による架橋
• 2.1.1　概要
• 2.1.2　反応メカニズムおよび触媒
• 2.1.3　塗膜の耐加水分解性
• 2.2　酸化重合による架橋
• 2.2.1　概要
• 2.2.2　反応メカニズムおよびドライヤー
• 2.2.3　水性系の特色
• 2.2.4　適用範囲の拡大
• 2.3　イソシアネイト基による架橋
• 2.3.1　概要
• 2.3.2　反応触媒
• 2.3.3　水性塗料に使用する場合の問題点
• 2.3.4　ブロックイソシアネイトによる架橋
• 2.4　エポキシ基による架橋
• 2.4.1　概要
• 2.4.2　各種エポキシ基の反応性および触媒
• 2.4.3　水系重防食用塗料用エポキシ-アミン架橋反応
• 2.5　シラノール基による架橋
• 2.5.1　概要
• 2.5.2　架橋メカニズムと触媒
• 2.5.3　水性樹脂における注意点
• 2.6　ヒドラジド基による架橋
• 2.6.1　概要
• 2.6.2　１液常温架橋型ラテックス
• 2.6.3　水性２液架橋型エマルション
• 2.7　ラジカル重合による架橋
• 2.7.1　概要
• 2.7.2　反応メカニズム
• 2.8　カルボジイミド基による架橋
• 2.8.1　概要
• 2.8.2　反応機構および加水分解性
• 2.9　オキサゾリン基による架橋
• 2.10　アセトアセトキシ基による架橋
• 2.11　アジリジン基による架橋

第８章　無機系バインダー材料三代澤良明

• 1.　無機系材料の概要
• 1.1　無機ポリマーの特徴
• 1.2　汎用的塗料向け無機ポリマーの設計条件
• 1.3　無機ポリマーの原料
• 1.4　無機ポリマーの合成
• 2.　無機系塗料の塗膜形成ポリマーとその特徴
• 2.1　純無機系塗料
• 2.1.1　アルカリシリケート系ポリマー
• 2.1.2　コロイダルシリカ系ポリマー
• 2.1.3　アルキルシリケート系ポリマー
• 2.1.4　リン酸塩系ポリマー
• 2.1.5　シラザンポリマー
• 2.2　有機無機複合（ハイブリッド）系塗料
• 2.2.1　シリコーンポリマー
• 2.2.2　ラダー型シロキサンポリマー
• 2.2.3　ボロジフェニルシロキサンポリマー
• 2.2.4　チタノカルボシランポリマー
• 2.2.5　アルコキシシリル基含有アクリルポリマー（アクリルシリコン）
• 2.2.6　シリカ-有機複合ポリマー
• 2.2.7　フォスファゼンポリマー

第１章　塗料設計の概要中道敏彦

• 1.　水の特性と水性塗料設計の課題
• 2.　水性塗料用樹脂
• 2.1　乳化重合法
• 2.2　強制乳化法
• 2.3　エマルション樹脂の成膜
• 3.　硬化剤
• 3.1　メラミン樹脂硬化
• 3.2　イソシアネート硬化
• 3.3　その他の硬化システム
• 4.　中和剤
• 5.　顔料
• 6.　溶剤
• 7.　各種添加材
• 7.1　顔料分散と分散剤
• 7.2　レオロジーコントロール剤、増粘剤
• 7.3　消泡剤

第２章　塗料・塗膜のレオロジー岩田顕範

• 1.　はじめに
• 2.　塗料の流動性
• 2.1　塗料の粘度
• 2.2　粘度が関わる塗料性能
• 2.3　粘度測定法
• 2.4　水性塗料の粘性制御
• 3.　塗料・塗膜の粘弾性挙動
• 3.1　塗膜の引っ張り特性
• 3.2　動的粘弾性
• 3.3　ガラス転移温度

第３章　顔料の分散性久司美登

• 1.　はじめに
• 2.　顔料分散の基礎
• 2.1　ぬれ
• 2.2　機械的解砕
• 2.3　分散安定化
• 2.3.1　分散安定化（Stabilization）のモデル
• 2.3.2　吸着の考え方
• 3.　顔料分散と塗料・塗膜特性の関係
• 3.1　光学的特性
• 3.2　レオロジー的特性
• 4.　水性系での顔料分散と高分子顔料分散剤
• 4.1　水性系での顔料分散の留意点
• 4.2　高分子顔料分散剤の分子設計
• 4.3　高分子顔料分散剤の水中での分子形態
• 4.4　高分子顔料分散剤の技術開発の動向
• 4.4.1　グラフトポリマー
• 4.4.2　ブロックポリマー
• 5.　おわりに

第４章　添加剤

• 1.　消泡剤長沼桂、上原孝夫
• 1.1　はじめに
• 1.2　泡の性質
• 1.3　消泡剤の作用機構
• 1.3.1　抑泡剤
• 1.3.2　破泡剤
• 1.3.3　溶泡剤
• 1.4　消泡剤の種類
• 1.5　消泡剤（ワキ防止）の効果
• 1.6　おわりに
• 2.　チクソトロピック剤・増粘剤長沼桂
• 2.1　はじめに
• 2.2　塗料の流動性
• 2.3　チクソトロピック剤の種類
• 2.4　チクソトロピック剤の効果
• 2.4.1　光輝顔料に対する沈降防止効果および配向性改良
• 2.4.2　有機溶剤フリーチクソトロピック剤の効果
• 2.5　おわりに
• 3.　分散剤・乳化剤長沼桂
• 3.1　はじめに
• 3.2　分散過程と分散剤
• 3.3　界面活性剤
• 3.4　分散剤の種類
• 3.5　分散剤の選択に有効となる粒子表面の評価方法
• 3.5.1　粒子表面の極性
• 3.5.2　粒子表面の酸・塩基的性質
• 3.6　分散剤の効果
• 3.6.1　光輝性顔料の分散性
• 3.6.2　無機系顔料の分散性
• 3.7　おわりに
• 4.　水性塗料の防腐・抗菌・防かび・防藻性能について大垣敦
• 4.1　はじめに
• 4.2　水性塗料の腐敗
• 4.3　腐敗トラブルを引き起こす微生物
• 4.4　水性塗料によく使用される防腐剤
• 4.5　塗料製造工場での菌混入・腐敗トラブル防止のために
• 4.6　塗膜形成後の抗菌・防かび機能
• 4.7　外壁塗料の防藻機能について
• 4.8　防腐・防かび・抗菌・防藻の性能評価方法について
• 4.9　水性塗料中の有機溶剤や残存モノマーが防腐性に与える影響
• 4.10　おわりに

第１章　自動車用塗料（電着・中塗・上塗）住友靖夫、中塩雅昭、丸岡宏彰

• 1.　概要
• 2.　電着
• 2.1　電着塗装の概要
• 2.2　電着塗料の概念
• 2.3　電着塗料の特徴
• 2.4　電着塗料用樹脂による塗膜設計
• 2.5　電着塗膜の品質
• 2.6　現在のカチオン電着塗料
• 2.7　電着塗料の動向
• 2.7.1　省資源（超高つきまわり）型カチオン電着塗料
• 2.7.2　低攪拌型カチオン電着塗料
• 2.7.3　工程短縮型カチオン電着塗料
• 2.7.4　短時間通電型カチオン電着塗料
• 2.7.5　水洗容易型カチオン電着塗料
• 2.7.6　短時間硬化型カチオン電着塗料
• 3.　中塗
• 3.1　特徴
• 3.2　性能
• 3.3　製法や塗料の設計など
• 3.4　実用例、応用例など
• 3.5　課題、問題点、今後の動向
• 4.　上塗
• 4.1　特徴
• 4.1.1　ベースコート
• 4.2　性能
• 4.3　製法や塗料の設計など
• 4.4　実用例、応用例など
• 4.5　課題、問題点、今後の動向

第２章　家電用塗料

• 1.　家電用化成処理鋼板森下敦司
• 1.1　はじめに
• 1.2　家電用化成処理鋼板の変遷
• 1.3　水性塗料採用の背景
• 1.4　クロメートフリー化成処理鋼板
• 1.4.1　クロメートフリー化成処理電気亜鉛めっき鋼板
• 1.4.2　クロメートフリー化成処理溶融亜鉛めっき鋼板
• 1.5　おわりに
• 2.　水系UV硬化型コーティング材阿久津幹夫
• 2.1　水系UV硬化型コーティング材のEUと日本の現状
• 2.2　EUでの水系UVコート材の開発動向
• 2.3　水系UVコート材の硬化挙動の特徴（UV-PUDの場合）
• 2.4　塗装事例
• 2.4.1　カシューハードC No.199W改の特徴
• 2.4.2　塗装工程の概要
• 2.4.3　塗膜物性の概要
• 2.5　今後の課題とまとめ

第３章　建築用塗料（外壁）髙島義徳、原田明

• 1.　ナノテクノロジーによる汚染防止コーティング水谷勉
• 1.1　はじめに
• 1.2　ナノコンポジットエマルション（NcEm）
• 1.2.1　NcEmの構造
• 1.2.2　NcEmの合成法
• 1.2.3　NcEmの透明性
• 1.3　外装用塗料への展開
• 1.3.1　耐汚染性
• 1.3.2　難燃性
• 1.3.3　塗装作業性と塗膜外観
• 1.3.4　地球温暖化防止効果
• 1.4　おわりに
• 2.　光触媒塗料の防汚性と耐久性山松節男
• 2.1　建築外壁塗料の高耐久化と防汚性へのニーズ
• 2.2　光触媒塗料の現状、及び進化
• 2.3　光触媒塗膜の化学的・物理的耐久性
• 2.3.1　光触媒塗膜の化学的耐久性
• 2.3.2　光触媒塗膜の物理的耐久性
• 2.4　光触媒機能の持続性
• 2.4.1　メタルウェザー試験
• 2.4.2　サンシャインウェザー試験
• 2.5　１コート、２コート光触媒塗料の設計思想
• 2.6　現場施工を可能にするための周辺技術（塗装技術、リタッチ、リコート）
• 2.7　ライフサイクルコスト
• 2.8　おわりに
• 3.　建築用塗料の汚れ対策本橋健司
• 3.1　はじめに
• 3.2　いろいろな外壁汚れのメカニズム
• 3.2.1　土埃の付着
• 3.2.2　その他の塵埃の付着
• 3.2.3　塗膜のセルフクリーニング
• 3.2.4　シーリング材及び油分による汚れ
• 3.2.5　流水経路による汚れ
• 3.2.6　カビ、藻類による汚れ
• 3.2.7　塗膜の撥水性と汚れ
• 3.2.8　エフロレッセンス
• 3.3　いろいろな汚れ防止の考え方
• 3.3.1　好ましい外観変化を意図的に計画する（エージング技術）
• 3.3.2　表面劣化や汚染物質の付着を抑制・防止する（汚れ防止技術）
• 3.3.3　付着した汚れを除去し、外観を回復する（クリーニング技術）
• 3.4　塗膜上の雨筋汚れを評価するための見本帳作成と色差測定
• 3.4.1　研究目的
• 3.4.2　試験体
• 3.4.3　屋外暴露
• 3.4.4　汚れの評価
• 3.4.5　結果及び考察

第４章　構造物用塗料（鉄鋼）―水系防食塗装システム―木村武久

• 1.　はじめに
• 2.　鋼構造物用塗料の水系化
• 3.　鋼構造物用塗料の水系化の動向
• 4.　水系防食塗装システム
• 4.1　水系2液形エポキシ樹脂塗料
• 4.2　水系1液形ハルスハイブリッド樹脂塗料
• 4.3　水系2液形ポリウレタン樹脂塗料
• 4.4　水系防食塗装システムの実例
• 4.4.1　鋼材用
• 4.4.2　劣化亜鉛めっき鋼材用
• 4.4.3　鋼鉄道橋：塗装系ECO
• 5.　今後の課題

排水処理平野克己

• 1.　はじめに
• 2.　塗装ラインの排水処理装置の歴史と現状
• 2.1　塗装ラインの排水処理の歴史
• 2.2　一般的な排水処理装置
• 3.　水洗式塗装ブースの排水処理の現状
• 3.1　産業廃棄物としての処理
• 3.1.1　塗料ミストの凝集、粗大化
• 3.1.2　塗料滓の分離
• 3.1.3　ブース水の清浄化
• 3.2　排水処理としての処理
• 3.2.1　排水処理する場合
• 3.2.2　塗料負荷増加への対応
• 4.　水性化による排水への負荷の増加
• 4.1　塗装の種類
• 4.1.1　建築塗装の場合
• 4.1.2　電着塗装の場合
• 4.1.3　スプレー塗装の場合
• 4.2　水性塗料の成分別負荷要因
• 4.2.1　樹脂、中和剤
• 4.2.2　溶剤分
• 4.2.3　添加剤
• 5.　水性化に対する水洗ブースでの対応
• 6.　水性化に対する排水処理での対応
• 6.1　COD処理
• 6.2　N分
• 7.　無排水化の試行
• 7.1　水洗ブースの無排水化（小型の場合）
• 7.2　生物処理による無排水化（中大型の場合）
• 8.　今後の動向