塗料・コーティング剤・接着剤メーカーが酸化亜鉛を製品に添加する理由

酸化亜鉛（一般にZnOと呼ばれる）は、今日の表面技術において陰湿な力を発揮している。酸化亜鉛を塗料、コーティング剤、接着剤に配合するのは、よく選択された単一のグレードで、紫外線保護、耐腐食性、抗菌耐久性、機械的強化、光学的安定性、レオロジー制御、接着性 強化などを実現できるからである。このような機能範囲は稀であり、失敗が白亜化したサイディング、錆びた手すり、剥離した床仕上げ材、剥離した積層板として現れる市場に影響を与える。

UVスクリーニングと光安定性

酸化亜鉛のウルツ鉱型結晶構造はバンドギャップが広く、約280～400ナノメートルの波長領域の紫外線と強く相互作用する。フィルムに分散させると、光子が有機バインダーと相互作用する前に、粒子がエネルギーを吸収・散乱する。外装用建築塗料は白亜化が遅く、透明木材塗料はリグニンを保持し、海洋塗料や自動車塗料は黄変やひび割れに強い。

防錆とバリア性能

金属が存在する場合、酸化亜鉛は第二の防御線を提供する。物理的には、酸化亜鉛は被膜を緻密化し、屈曲性を高め、水、酸素、イオンの実用的な通路を広げる。化学的には、水と反応して塩基性亜鉛塩を形成し、その沈殿物が微小欠陥を封鎖してバリア性を強化する。エポキシやポリウレタンのプライマーでは、ZnOの極性表面は鋼鉄や亜鉛メッキの下地への濡れと接着を促進し、塩水噴霧や湿度試験での下地腐食を低減します。金属亜鉛粉のような犠牲顔料ではありませんが、赤錆までの貴重な時間を提供し、スクライビング後の腐食ブリスターを低減します。

抗菌性と防カビ性

コーティング表面で放出された亜鉛の一部は、微生物の膜や代謝プロセスを妨害する。

この長持ちする無機的な作用機序により、ZnOは浴室、キッチン、病院、食品工場、湿気の多い地下室など、カビや悪臭が継続的に問題となる場所で効果を発揮する。また、水性接着剤やシーリング剤は、保管においても改善される。低用量のZnOは、揮発性の防腐剤だけに頼ることなく、スライムフォーマーを防ぎ、タンクやホースを清潔に保つ。

機械的補強と靭性

酸化亜鉛は活性フィラーです。その高エネルギー極性表面は、エポキシ、アクリル、ポリウレタン、ニトリル、クロロプレンなどの機能性と相互作用し、凝集力を高めます。フィルムはより硬く、耐摩耗性、耐ブロック性に優れている。感圧接着剤や構造用接着剤は、温度や荷重の下でも結合線の形状を維持する弾性率や耐クリープ性が向上します。ZnOは小さな粒子径で使用できるため、過度の脆さや不透明性を伴うことなく、これらの利点を実現することができる。

レオロジーの制御と応用

適切に分散されたZnOは、穏やかなチキソトロピー性を発揮します。刷毛塗り、ローリング、スプレーの際には、粘度が低下してレベリングを助け、塗布後は反発し、たるみ、エッジのスランプ、顔料の沈降を抑えます。表面処理グレード（シラン、ステアリン酸塩、ポリマーコーティング）は、化学者がバインダーや界面活性剤との相溶性を調整し、二酸化チタンや有機着色剤との凝集を抑えます。その結果、塗布がよりスムーズになり、カットインがよりシャープになり、垂直面に安定した膜が形成される。

光学的管理と色合いの安定性

TiO₂は色の欠陥や光触媒を引き起こす可能性があるが、明るさでは匹敵するものはない。ZnOを混合することで、アンダートーンを補正し、近紫外線での隠蔽性を向上させ、紫外線にさらされたときの淡色の寿命を延ばすことができる。クリヤーコートに使用すると、ナノスケールの酸化亜鉛粒子によって「目に見えない」UV保護が提供され、不透明性も画像の鮮明さも損ないません。また、明るい塗装面の下で木材、プラスチック、印刷画像を紫外線劣化から保護します。

熱および化学的耐久性

1975℃前後の融点と両性特性を持つ酸化亜鉛は、硬化条件に強く、他のフィルムを脆化させる酸や塩基の作用を制限します。耐熱性のあるコイルコーティング製品では、酸化亜鉛を使用することで、加熱と冷却を繰り返しても光沢と柔軟性を維持することができます。製油所、肥料工場、下水処理場などの過酷な環境下でも、ZnOは洗浄剤、燃料、塩分残留物などにさらされても、バリア性を維持することができます。

接着促進および硬化速度

亜鉛センターはルイス酸官能基を提供し、酸素供与体または窒素供与体のいずれともよく協調し、それによって界面架橋を触媒する。基材近傍でのゲル化が早まることで、ラップせん断強度とピール接着性の向上とともに、生産ラインでの生産時間が短縮される。ZnOは湿気硬化ポリウレタンやシリル末端ポリマーの縮合プロセスを促進する。

表1：コーティングおよび接着剤におけるZnOの接着促進および硬化速度

持続可能性とコンプライアンスの利点

このコンパウンドは、低放出・低臭気剤であるため、VOCを削減することで室内空気の質を改善する。また、耐久性が向上するため、再塗装率が低下し、耐用年数中の排出量も減少する。リサイクル亜鉛の使用は、様々なサプライヤーから環境製品宣言を得ており、企業の持続可能性要件を確実にサポートします。また、防腐剤、紫外線安定剤、紫外線吸収剤の代替プロセスにより、化学物質の要件を簡素化することで、安全衛生報告も改善されます。

仕様、加工、品質管理

利点は細部にある。粒度分布は光学特性と補強に影響し、サブミクロン粒子は最大限の紫外線保護と平滑性を提供し、わずかに大きい粒子はより良い粘度と費用対効果を可能にする。特定の表面は、チキソトリプシンや分散剤の要件に影響する。表面化学は水系と溶剤系を区別し、ZnOが乾燥剤や触媒成分と不利に反応しないことを保証する。特に鉛、カドミウム、塩化物などの不純物を含まないことは、コンプライアンス上不可欠であり、着色を触媒することもない。製造面では、高剪断を利用したプレミックスがZnO粒子の濡れを可能にし、特定の分散機が添加速度と温度を制御することで凝集を防ぐ。

経済学と証明

受動的添加剤と比較してコストが高くなる可能性があるにもかかわらず、ZnOを使用することによって達成される実際のコスト削減は、通常、長寿命、コールバックの削減、防腐剤の削減、生産速度の向上、硬化時間の短縮などの利点によって相殺される。QUV、キセノン、塩水噴霧、湿度、摩耗、衝撃、曲げ、ラップせん断などの標準的な試験でも、その利点を表すことができる。

結論

製剤メーカーが酸化亜鉛を添加する理由は、その多機能性にある。太陽光線から保護し、腐食を抑制し、微生物の繁殖を抑え、薄膜の強度を高め、塗りやすさを向上させ、色を調整し、熱や化学薬品から保護し、接着性を高め、必要に応じて持続可能な目標も同時にサポートします。酸化亜鉛は、粒子径、表面処理、純度などの特性を最適化することで、複数の機能を発揮することができます。