環境保護とコーティング業界の変革の時代に、環境に優しいコーティングの開発は企業にとって避けられない選択となっています。しかし、環境に優しいコーティングは水性コーティングに限定されません。企業が水性コーティングの開発を急ぐと、製品の均質化は必然的に発生します。水性コーティングに加えて、高固形分コーティング、無溶剤コーティング、粉体コーティングも環境に優しい選択肢であり、コーティング業界の重要な開発方向になるはずです。調査レポートによると、アジア太平洋地域は、2017年から2022年にかけて、粉体コーティング市場の価値と量の両方で最も高い成長を経験すると予想されています。粉体コーティング技術は、需要主導の市場に対応するために急速に進化しています。市場の力に牽引されて、コーティングにおけるさまざまな粉体材料の応用に関する研究はますます重要になっています。
I. 粉体塗料の概要
1. 粉体塗装の概要
粉体塗装は、1950 年代に、100% の固形分と揮発性有機化合物 (VOC) を含まない環境に優しい代替品として誕生しました。粉体塗装には、エネルギーの節約、汚染の低減、処理の簡便性、産業オートメーションの容易さ、優れた塗装性能など、さまざまな利点があります。
粉体塗料は、 ポリマー、顔料、充填剤、添加剤を一切使用していません。揮発性溶剤を放出しないため、環境に優しく、優れた環境保護を提供します。粉体コーティングは、1 回の塗布で厚い層を形成できるため、生産効率が向上します。また、優れた機械的特性、耐化学腐食性、高品質の仕上げも提供します。粉体コーティングを使用すると、エネルギーとリソースの両方が節約され、利用率は 99% と高くなります。これらのコーティングは安全に使用でき、経済的にも効率的です。溶剤フリーのソリューションである粉体コーティングは、世界的に普及している「4 つの E」の原則、つまり経済性、環境保護、効率性、優れたパフォーマンスに適合しています。
2. 粉体塗料市場の概要
電化製品や軽自動車の需要が高まるにつれ、粉体塗料の需要も増加しています。先進国と新興国の両方のターミナル産業からの需要の高まりが、粉体塗料市場の成長に貢献しています。市場調査会社Markets and Marketsによると、世界の粉体塗料市場は2022年までに$1349億に達すると予測されており、2017年から2022年までの年平均成長率（CAGR）は6.75%です。
急速な都市化と住宅、建設、自動車部門の成長など、いくつかの要因により、中国における粉体塗料の需要は他のどの国よりも急速に成長しています。2016年、中国の粉体塗料業界の生産量は207万トンに達し、世界最大の粉体塗料市場となりました。
図1：2009年から2016年までの中国粉体塗装産業の生産量の推移（単位：万トン）
生産量で見ると、粉体塗料は現在、中国の塗料総生産量の約11%を占めています。「第13次5カ年計画」によると、塗料業界の総生産量は2020年までに約2,200万トンに増加すると予想されています。このうち、コスト効率が高く環境に優しい塗料は、総生産量の57%を占めると予測されています。2020年までに、粉体塗料のシェアは約18%に増加し、生産量は約400万トンになると予想されています。粉体塗料の急速な発展は、粉末フィラーの需要の成長を促進することは間違いありません。
II. 粉体塗料における各種粉体材料の応用の分析
コーティング剤のフィラーはコスト削減に役立つだけでなく、コーティング製品の性能を大幅に向上させます。たとえば、フィラーはコーティング剤の耐摩耗性、耐傷性、耐腐食性、耐湿性を向上させることができます。また、メルト レベリング プロセス中のコーティング剤のたるみを軽減するのにも役立ちます。
粉体コーティング用のフィラーを選択する際には、密度、分散性能、粒度分布、純度などの要素を考慮する必要があります。一般的に、フィラーの密度が高いほど、粉体コーティングでの被覆率は低くなります。粒子が大きいほど、小さな粒子よりも分散性が良くなる傾向があります。フィラーは、顔料などの粉体配合の他の成分と反応しないように化学的に不活性である必要があり、色は可能な限り白くする必要があります。粉体コーティングに使用される一般的な粉体材料には、炭酸カルシウム、硫酸バリウム、タルク、雲母粉、カオリン、シリカ、珪灰石などがあります。
1. 粉体塗料における炭酸カルシウムの応用
炭酸カルシウムには、軽質炭酸カルシウム（沈降炭酸カルシウム）と重質炭酸カルシウムの2種類があります。いずれの種類でも、炭酸カルシウムの粒子の大きさは塗装の光沢に大きく影響します。ただし、炭酸カルシウムは耐候性が低いため、一般的に屋外での使用は推奨されません。
粉体塗料では、重炭酸カルシウムはいくつかの目的に使用されます。重炭酸カルシウムは、二酸化チタンや着色顔料を部分的に置き換えたり、軽炭酸カルシウムや沈降硫酸バリウムを置き換えたり、腐食を防いだり、防錆顔料を部分的に代用したりすることができます。
屋内建築用塗料に使用する場合、重質炭酸カルシウムは単独で、またはタルクパウダーと組み合わせて塗布できます。タルクと比較すると、炭酸カルシウムは粉化率を下げ、淡色塗料の色の保持性を高め、カビ耐性を高めます。ただし、耐酸性が低いため、屋外用塗料での使用は制限されます。
一方、軽質炭酸カルシウムは粒子径が小さく、粒度分布が狭く、油吸収性が高く、光沢度が高いため、最大の艶消し効果が求められる用途に特に適しています。
2. 粉体塗料における硫酸バリウムの応用
コーティングに使用される硫酸バリウムは、天然と合成の 2 種類に分類できます。天然のものは重晶石粉末と呼ばれ、合成のものは沈降硫酸バリウムと呼ばれます。
粉体塗料において、沈降硫酸バリウムは塗料の平滑性、光沢保持性を高め、着色剤との相性も良好です。スプレー塗装時に理想的な塗膜厚を実現し、高い粉体塗装率を実現します。
重晶石粉末は、主に、高いコーティング強度、充填力、化学的不活性が求められる工業用プライマーや自動車用中間コーティングに使用されます。また、より高い光沢が求められるトップコートにも使用されます。重晶石粉末は屈折率が高い (1.637) ため、半透明の白色顔料として機能し、コーティング剤中の二酸化チタンの一部の優れた代替品となります。
3. 粉体塗料における雲母粉の応用
マイカパウダーは、複合ケイ酸塩で構成され、薄片状の粒子を持っています。耐熱性、耐酸性、耐アルカリ性に優れ、粉体塗料の溶融流動性に影響を及ぼすことから高く評価されています。マイカパウダーは、耐熱性および絶縁性粉体塗料によく使用され、テクスチャー粉体塗料の充填剤としても使用できます。
雲母の種類の中でも、セリサイトはカオリンに似た化学構造を持ち、雲母鉱物と粘土鉱物の両方の特性を兼ね備えています。塗料に応用することで、耐候性や透水性が大幅に向上し、密着性や強度が高まり、塗料全体の外観も向上します。また、染料粒子がセリサイト粉末の格子層間に容易に入り込むことができるため、色が長時間鮮やかに保たれます。また、セリサイト粉末は防藻性や防カビ性も備えており、塗料のコストパフォーマンスに優れた多機能フィラーとなっています。
4. 粉体塗料におけるタルク粉の応用
タルクパウダーは、含水ケイ酸マグネシウムとも呼ばれ、タルク鉱石から直接粉砕されます。その粒子は針状の結晶で、脂っこい感触、柔らかい質感、低研磨性を備えています。タルクは、優れた懸濁性と分散性、およびある程度のチキソトロピー性を備えており、粉体塗料の溶融流動性に大きな影響を与えます。テクスチャーパウダーによく使用されます。
タルクはコスト効率に優れた素材ですが、使用を制限する欠点がいくつかあります。たとえば、タルクは油吸収率が高く、油吸収率が低いことが求められる用途では、油吸収率の低い重晶石粉末などの充填剤と組み合わせる必要があります。また、耐摩耗性は比較的低いため、高い耐摩耗性が求められる場合は他の充填剤を追加する必要があります。他の非金属鉱物を含むタルクは、不純物鉱物が酸（酸性雨など）と反応しやすいため、高い耐候性が求められる外装コーティングには適していません。また、タルクにはマットな性質があるため、高光沢コーティングでは一般的に使用されません。
5. 粉体塗料におけるシリカの応用
シリカの一種である多孔質粉末石英は安全性が認められており、防火コーティング、防水コーティング、防錆コーティングなどの粉体コーティングに広く使用されています。多孔質粉末石英はコストが低いため、粉体コーティングの全体的なコストを削減できます。また、硫酸バリウムの代替品として、可溶性バリウム含有量を減らし、環境保護基準を満たすのに役立ちます。
さらに、ヒュームドシリカは、粉体塗料の緩め剤および固化防止剤として一般的に使用されています。ヒュームドシリカは多機能ボディー顔料であり、塗料の効果的なレオロジー制御剤です。液体塗料では、増粘、チキソトロピー、垂れ防止、エッジカバーなどの機能を果たします。粉体塗料では、粉体の流動性を高め、凝集を防ぎ、流動化を助けます。
6. 粉体塗料におけるカオリンの応用
カオリンは粉体塗料に使用され、チキソトロピー性と沈殿防止性を向上させます。レオロジー特性に影響を与えない焼成カオリンは、タルカムパウダーと同様に、マット効果を与え、隠蔽力を高め、白さを改善することもできます。
カオリンは一般に吸水性が高く、コーティングのチキソトロピーの改善や疎水性コーティングの調製には適していません。カオリンの粒子サイズは 0.2 ～ 1 μm です。粒子が大きいカオリンは吸水性が低く、マット効果に優れていますが、粒子が小さいカオリンは (1 μm 未満) 半光沢コーティングや内装コーティングに適しています。
カオリンは焼成カオリンと洗浄カオリンに分けられます。一般的に、焼成カオリンは洗浄カオリンに比べて吸油性、不透明度、多孔度、硬度、輝度が高くなります。
7. 粉体塗料における中空ガラス微粒子の応用
中空ガラスマイクロスフィアは、軽量、大容量、低熱伝導性、高圧縮強度、絶縁性、耐腐食性、非毒性、良好な分散性、流動性、安定性など、さまざまな利点を備えた小さな中空の球状粉末です。
粉体塗料では、中空ガラス微小球は次の役割を果たします。
1) 断熱性：中空ガラス微粒子の内部は真空または希薄ガスで満たされており、エポキシ樹脂との密度と熱伝導率の差を生み出します。この特性により、優れた断熱性が得られ、耐高温粉体塗料に最適です。
2) 物理的および機械的特性の向上: これらのマイクロスフィアは、粉体コーティングの硬度と剛性を高めることができます。ただし、マイクロスフィアの表面処理によっては、耐衝撃性が低下する可能性があります。適切なカップリング剤を使用すると、この耐衝撃性の低下を軽減できます。
3) 低吸油性: 中空ガラスマイクロスフィアの吸油率は、モデルに応じて 100g あたり 7 mg から 50 mg の範囲です。この低吸油性により、製品内の充填剤の量が増加し、全体的なコストが効果的に削減されます。
8. 粉体塗料におけるウォラストナイトの応用
珪灰石の主成分はケイ酸カルシウムで、密度は2.9g/cm³、屈折率は1.63、吸油率は30-50%です。針状の構造を持ち、光沢性に優れています。
粉体塗料では、天然のウォラストナイト粉末がよく使用されます。これは天然のウォラストナイトから加工され、白色顔料の一部を置き換えることができるボディー顔料として機能し、カバー範囲を広げ、塗料のコストを削減します。ウォラストナイトは導電性に優れているため、エポキシ絶縁粉体塗料によく使用されます。さらに、ウォラストナイトの白い針状構造により、粉体塗料の曲げ特性と引張特性が向上します。
III. 粉体塗料用粉体フィラーの開発動向
1. 粉末充填材の表面処理
すべての粉体コーティングフィラーは極性があり、粉体コーティング樹脂も極性が強いです。このため、両者の相性が悪くなり、コーティングの加工や性能に悪影響を与える可能性があります。これに対処するには、多くの場合、物理的方法 (表面コーティングや吸着など) または化学的方法 (表面置換、加水分解、重合、グラフトなど) のいずれかで粉体フィラーを処理する必要があります。これらの処理により、凝集体の粒子サイズが大幅に減少したり、システムの流動性が向上したりして、コーティングの加工性能、表面品質 (光沢や色の明るさなど)、機械的強度が向上します。
2. 粉末充填剤の微粉化
粉体塗料樹脂とフィラーの比率が一定であれば、フィラーの粒子サイズが小さいほど、塗料の表面性能と機械的特性が向上します。フィラーの粒子サイズを二酸化チタンの粒子サイズ（0.2〜0.5μm）と同程度の範囲にまで小さくすると、配合中の凝集体を分離することができ、より効果的な分散中心が形成され、二酸化チタンの隠蔽力が向上します。これが微粉化フィラーの空間分離原理です。同様に、微粉化フィラーは必要な顔料の量を減らすことができるため、効率が向上します。
3. 粉末充填ナノテクノロジー
一般的に使用されるナノ材料には、ナノ二酸化ケイ素、ナノ二酸化チタン、ナノ炭酸カルシウムなどがあります。報告によると、ナノ二酸化チタンはコーティングの透明性、機械的特性、紫外線吸収を高めます。特に自動車用ワニスに有用で、粉体コーティングの耐候性を大幅に向上させます。しかし、ナノ材料は表面活性の高い非常に微細な粒子であるため、凝集や凝結を起こしやすい傾向があります。したがって、ナノフィラーの表面処理、適切な添加方法、分散装置、最適な量は、粉体コーティングへのナノフィラーの適用を成功させる上で重要です。粉体コーティングの配合を設計する際には、製品の性能要件に基づいてさまざまなフィラーを選択し、最良の結果を達成する必要があります。
4. 粉体塗料フィラーの機能化
機能化粉体塗料の開発動向は、特定領域における塗料の物理的、化学的、機械的特性の改善、または新しい機能の導入に重点を置いています。たとえば、カオリンおよびウォラストナイト粉末は電気絶縁粉体塗料の製造に使用され、電気絶縁性を向上させながらコストを削減します。水酸化アルミニウムおよび水酸化マグネシウムは難燃性があり、難燃性粉体塗料の製造に使用できます。これらのフィラーは、レオロジーの制御、接着性の向上、光沢の調整、隠蔽力の向上にも使用できます。したがって、粉体塗料のフィラーの焦点は、単にコストを削減することから、より機能的な研究を取り入れ、低コストで優れた性能を持つ新しいフィラーを開発し、粉体塗料業界の進化する需要を満たすことに移行しています。
結論
の成長 粉 コーティング市場は、環境に優しく高性能なコーティング ソリューションへの幅広い移行を反映しています。業界が持続可能性を目指す中、粉体コーティングは、エネルギー効率、コスト効率、環境への影響の点で大きな利点を持つ魅力的な代替手段を提供します。革新的な粉体フィラーとコーティング技術の継続的な開発により、この業界の将来は有望に見えます。
