水性塗料における炭酸カルシウムの応用

近年、水性塗料は「環境に優しい」「低炭素」「高性能」「幅広い用途に対応」といった利点から消費者の間で人気を集め、従来の塗料に取って代わり、主流の選択肢となりつつある。

水系の概要 ペイント

水性塗料とは、溶解媒体として水を使用する塗料のことで、組成の70%～90%が水です。ベンゼン、アルデヒド、ハロゲン化炭化水素などの有毒な有機溶剤や、ホルムアルデヒド、鉛、クロムなどの重金属化合物を含みません。無毒性、環境に優しく、揮発性物質をほとんど含まず、不快な臭いがなく、性質が安定しているのが特徴です。安全で汚染のない、環境に優しい塗料です。

現在、中国の環境に優しい水性塗料は、水性無機亜鉛リッチ塗料、水性エポキシ塗料、水性アクリル塗料、水性ポリウレタン塗料という4つの柱で構成されている。

水系改質 コーティング

近年、水性塗料のいくつかの欠点を克服するため、その改質に関する研究が次々と行われてきた。中でも、最も一般的な改質材料としては、ナノ粒子、ポリウレタン、ポリアクリレート、シリコーン、エポキシ樹脂、ナノ酸化物改質などが挙げられる。

中でも、塗料の重要な構成要素の一つである充填剤（増量顔料）は、無機改質技術の重要な実施方法の一つとして位置づけられています。充填剤は主に白色またはわずかに着色した粉末で、着色力や隠蔽力は劣りますが、塗膜の厚みを増す、レオロジー特性を調整する、機械的強度を向上させる、塗膜の耐久性を高める、コストを削減するなどの機能を有しています。充填剤は主にアルカリ土類金属塩、ケイ酸塩、アルミニウムやマグネシウムなどの軽金属塩から構成されています。

現在、水性塗料に一般的に使用されている充填剤には、炭素材料（グラフェン、カーボンナノチューブ）、炭酸カルシウム、ベントナイト、カオリン、シリカ、雲母粉末、硫酸バリウム、タルク粉末などがある。中でも炭酸カルシウムは、コスト面での大きな利点に加え、優れたレベリング性、懸濁性、耐摩耗性を備えているため、特に注目されている。

水性塗料の塗布

環境に優しい建築資材

建築工事で一般的に使用される水性無機建築用塗料は、主にアルカリ金属変性ケイ酸塩水溶液とコロイド状シリカ水分散液を主成分とする皮膜形成物質で構成され、顔料、充填剤、添加剤などが加えられています。得られる塗膜は、環境に優しく、無毒で、耐火性があり、剥がれたり落下したりしません。また、優れた耐候性と色保持性を備えています。

数多くの応用事例や研究データから、水性塗料に炭酸カルシウムを添加することで、コスト削減だけでなく性能向上も実現できることが確認されています。二酸化チタンなどの顔料と組み合わせた場合でも、顔料の性能に影響を与えることなく、流動性を調整し、塗膜の安定性と堅牢性を向上させる効果も期待できます。

木製品

水性木材塗料における炭酸カルシウムの主な役割は、隙間を埋めることです。水性木材ニスには添加する必要はありませんが、水性木材用ソリッドカラー塗料には少量、水性木材パテには多量に添加されます。

車

現在、自動車産業が比較的発達している国々では、溶剤系塗料が水性塗料にほぼ置き換えられています。中国では、水性塗料の研究と利用が徐々に増加しており、すでに中間塗料やプライマー塗料の生産ラインが複数存在します。中でも、上海ゼネラルモーターズは水性カラー塗料の生産ライン構築を先導しています。現在、中国の自動車用塗料は水性塗料をベースに設計されていますが、依然として主に従来の溶剤系塗料です。現在、水性塗料は主に自動車のプライマー、中間塗料、トップコート用途で使用されています。

例えば、アクリル系アンダーボディ用耐チッピング塗料は、アクリレートモノマーの共重合によって得られるアクリル樹脂を主成分とし、充填剤や添加剤を配合した合成樹脂ローションです。最も広く用いられているPVCプラスチゾル系やポリウレタンエラストマー系アンダーボディ用塗料と比較して、スチレンアクリル系ローションは主溶剤として水を使用し、VOC（揮発性有機化合物）含有量が極めて低いため、可燃性や毒性のある溶剤の欠点を回避できます。さらに、耐酸性、耐アルカリ性、耐水性、耐衝撃性にも優れており、新しいタイプの耐チッピング塗料と言えます。

実用面では、自動車産業における水性塗料の使用には依然としていくつかの課題がある。溶剤である水は沸点が低いため蒸発しにくく、環境湿度に対する感度が高い。また、表面張力が高く、気泡が発生しやすく、電気抵抗が低いため、塗膜の垂れ下がりなどの欠陥が生じやすい。