塗料業は各種の家庭用と工業用製品を提供している。市場調査会社IHS Markitのデータによると、住宅やマンション、公共建築、植生、工場など、建物の装飾や保護に使用されている塗料は約45%と推定されている。工業製品の保護と装飾には、さらに40%が使用されています。残りの15%は、交通標識塗料、車両塗料、汽船/海洋防腐用塗料など、異なるタイプの特殊塗料です。

[表面処理と塗料｜紙と包装]

包装業界において、接着性と濡れ性は多くのプロセスにおいて重要な役割を果たしている。包装材料は通常、包装内製品の保護と改良のためのさまざまな材料層を含む

紙への塗料の接着性を最適化する

比較的低いコストと再生可能性のため、紙は包装材料としてよく使われている。紙のバリア性は通常不足しており、したがって、異なるポリマーコーティングが積層材料の製造に使用される。積層板の良好な機械的性質を確保するためには、ポリマーと紙との接着性を最適化する必要がある。濡れ性と表面粗さは接着性に重要な役割を果たし、接触角と表面粗さ測定を組み合わせて研究することができる。

最終的に紙製品を使用する前に、木材繊維を機械的または化学的に改質することが一般的である。ナノテクノロジーを用いた繊維機能化などの新しい繊維の改良も、研究のホットな話題である。単一繊維の性能は、張力計または光学張力計を用いて皮リフト分配器と結合して研究することができる。

紙の濡れ性に及ぼす粗さの影響

その繊維状構造のため、紙や板紙の表面はほとんど粗い。表面化学物質の濡れ効果を増幅するため、この粗さは濡れ性に影響を与える。また、印刷品質を向上させるための異なるタイプのプラズマと火炎処理は表面化学と表面粗さに影響を与えるため、粗さの接触角への影響を評価することは非常に重要である。

次の例は、粗さが接触角に与える影響を示しています。3つの異なる試料位置で粗さと水の接触角を測定した。特に親水性基紙では、測定した接触角は接触角示度に大きな変化を示した。粗さ補正による接触角間引き粗さの影響を計算した後、接触角は互いにより近い。粗さ補正接触角の違いは表面の表面化学的性質に起因する。接触角と表面粗さ測定を組み合わせることで、接触角に粗さがどのように影響するかを評価することが可能になる。

[表面粗さと濡れ性ダウンロード]

湿潤性研究を用いて印刷品質を評価する

パッケージのもう1つの側面は、その視覚的な外観である。パッケージに印刷する目的は、内部の製品を販売することです。印刷品質はインクの濡れ性、吸収性及び多孔質紙への広がりの影響を受ける。低表面エネルギーポリマーコーティング上への印刷は、挑戦的であり得る。光学張力計を用いて接触角を測定し、紙の吸収性能に対する内部及び表面サイズの影響を評価することができる。必要に応じて、高速カメラは非常に高速な吸収現象を研究することができます。

インクジェット印刷技術はますます家庭やオフィスでの印刷に使われるようになり、産業用印刷、包装業界、機能性印刷用途にも一般的になっている。光学張力計結合皮リフト分配器は、特に紙とのインクジェット適性、相互作用を実証するために使用することができる。

力学張力計の粉末湿潤性方法を用いて、コーティング及びインク顔料の吸収性能を研究した。

接触角測定を用いて押出塗布紙上のプラズマ処理効果を評価した。

非吸収性で表面エネルギーの低いプラスチック表面を印刷する場合、インクと基材との接着力は挑戦的である。基材の表面自由エネルギーは、インクの表面自由エネルギーよりも高くなければならない。良好な印刷品質を確保するためには、印刷前に、例えばプラズマや火炎処理などの表面処理方法を用いて、塗布基材の表面自由エネルギーを増加させるべきである。

応用ダイジェスト：包装業界の表面処理評価

インクジェット印刷用途における張力測定

インクジェット印刷は多目的技術であり、小型家庭やオフィス印刷、高速工業印刷、さらに多くの斬新な機能印刷応用に広く応用されている。インクと基材との相互作用はインクジェット印刷の品質を定義する上で重要であるため、張力測定法はこの分野で広く使用されている。

インクの表面張力と基材の表面エネルギーとを比較することで、インクと基材との密着性を推定することができる。接触角測定を用いて液滴の吸収と広がりを研究した。Theta光学張力計の皮アップグレードディスペンサオプションは、圧電駆動技術を用いて実際のインクジェット時と同じ大きさの液滴を生成する。

応用ダイジェスト：インクジェット印刷における張力測定

ブログ記事

［紙及び板紙の濡れ性に対する表面粗さの影響］

［紙・板紙の品質制御における濡れ性測定の6つの理由］

［インクジェット印刷の濡れ解析］

［表面処理と塗料｜塗料］

コーティング及びワニスは、装飾性又は保護性コーティングを提供するために表面に適用される。基本的な要件として、表面に均一で欠陥のないコーティングを形成する必要があります。表面と界面張力はコーティング品質に重要な役割を果たす。

塗料は4つの部分からなる、接着剤、溶剤、顔料、添加剤。ワニスの組成は同じですが、顔料が不足しています。

湿潤剤などの添加剤は、液体の表面張力を低下させ、基材をよりよく湿潤させるために使用することができる。接触角測定によって得られる表面張力は、最適な湿潤剤を決定するために使用することができ、配合物中の湿潤剤の量を最適化するために使用することができる。

コーティング評価試験の多くはコーティングの視覚的外観に基づいているので、定性的である。表面張力および接触角測定は、コーティングの性能を評価するために使用できる定量的な評価を提供する。この定量的評価は、いくつかのコーティング処方がコーティングの外観が類似している場合に特に有用である。

コーティング挙動を表面張力と時間の関係から予測する

表面張力値は、コーティングが基材上にどのように拡散するかを示す。低い表面張力値を使用すると、通常はより良いコーティングが得られますが、表面張力値が低すぎると流動性の問題が発生します。表面張力を測定するもう1つの側面は、時間関数としての動作である。表面老化は既知の現象であり、時間とともに表面張力が変化する。懸滴法を用いて表面張力を測定すると、液滴が形成されると、界面活性剤分子が気液界面に移動し始め、平衡に達するまで表面張力が低下する。平衡を達成するのに必要な時間は、通常、より良いコーティングをもたらすので、できるだけ短くする必要があります。

[表面張力と界面張力-それが何であるか、測定方法]

接触角測定と表面自由エネルギーを用いて基材の最適な塗料処方を決定する

異なるコーティング間の差異を視覚的に検出することができない場合、接触角測定を使用して、所与の基材の最適なコーティング処方を決定することができる。より良好な濡れ性を示すので、低接触角が一般的に望ましい。表面張力測定は最適湿潤処方の指示を与えることもできるが、処方と基材との相互作用は初見よりも複雑であるため、接触角評価も重要である。

基材の表面自由エネルギーは、液体の表面張力に相当する固体特性である。表面自由エネルギー（SFEと略称する）と表面張力はいずれも極性力と分散力成分からなる。固体及び液体中の極性成分及び分散成分の分布は、接触角を決定する。したがって、極性／分散平衡が固体表面張力よりも低い場合、より高い表面張力処方はより低い接触角値を生成することができる。

塗料に使用できるISO規格はいくつかあります

［機能性表面｜超疎水性及び疎油性表面］

超疎水性表面は、紡績産業における防水織物、セルフクリーニング窓、防氷塗料などの多くの異なる産業分野で使用することができる。

定義によれば、水との静的接触角が150°を超え、接触角ヒステリシスが低い場合に超疎水性を実現することができる。したがって、超疎水性コーティングの特徴付けは、静的及び動的接触角を測定することによって達成することができる。

一方、疎油表面はスマートフォンに使用されている。例えば、ディスプレイに一定の指の汚れ防止性を持たせる。スマートフォンに指紋証明書を表示させることはありませんが、柔らかい布で簡単に油脂を拭き取ることができます。超撥油性の潜在的な応用方向には、油／水分離と油滴操作などが含まれる。超疎油性は超疎水性の定義と類似しており、水滴ではなく油滴は固体マトリックスと150°を超える角度を形成しなければならない。

超疎油性はさておき、疎油性であっても超疎水性よりも実現しにくい。油中では、油分子間の相互作用力は比較的弱いファンデルワールス力である。このため、油分子は水中のように互いに強固に結合しておらず、油の表面張力はずっと低い。疎水性表面の場合、固体の表面自由エネルギーは水の表面張力、約72.8 mN/mより低くなければならないが、疎水性表面自由エネルギーは油の典型的な表面張力値である20 mN/mより低くなければならない。このような低い表面自由エネルギーを達成するには、表面特性に応じて化学的および粗さを含む特殊な設計が必要である。

跳ねる水滴

Webワークショップ

超疎水性表面–実験室から実生活への応用

近年、自己洗浄、防汚、凍結防止、抵抗低減、熱転移の強化、その他の応用における広範な応用潜在力のため、超疎水性表面は設計と製造の面で大きな発展を遂げた。

［表面分析と品質管理｜品質モニタリング］

品質管理はQCと略称し、各製品の生産過程の重要な構成部分である。QCでは、規範に基づいて製品を検査し、それに応じて決定しなければならない。表面品質制御は、汚れ除去、コーティング、印刷などのプロセスの基本的な構成部分である。これらのアプリケーションでは、QCは、実装プロセスが成功するかどうかを決定する。