従来の溶媒ベースの有機溶媒 コーティング 塗料やその塗布時に使用される希釈剤に含まれる揮発性有機化合物（VOC）は、オゾン（O₃）や微粒子状物質（PM₂.₅）汚染物質の生成における重要な前駆物質です。一方、水性塗料の主な溶剤は水です。水性塗料は、発生源でのVOC排出量を削減することで、企業のコスト削減につながるだけでなく、環境にも優しく、安全性も高いという利点があります。そのため、近年、水性塗料は幅広い発展の可能性を秘めています。

水の表面張力は72 mN/mと高く、水性エマルジョン樹脂の表面張力も高いため、水性塗料は鋼などの基材に濡れにくく、均一で連続的な膜を形成するのが難しい。塗布時に濡れ性が悪いと、端部の収縮、クレーター、被覆不良などの表面欠陥が生じ、保護性能の低下や外観の悪化につながる。塗料の濡れ性と広がり現象は、基材表面の空気が塗料によって置換される過程である。本質的に、この過程は気体-固体界面を固体-液体界面に置き換えると同時に、気体-液体界面を拡大する。水性塗料の基材上での濡れ性は、基材の表面張力（γ）の3つの要因によって影響を受ける。_sg））、コーティングの表面張力（γ）_lg）、およびコーティングと基板間の表面張力（γ）_sl）水性塗料が基材上で優れた濡れ性と広がりを示すためには、条件γ_sg —γ_lg—γ_sl＞0を満たす必要があります。水性塗料に基材湿潤剤を添加すると、γを効果的に低減できます。_lg およびγ_slこれにより、基板上に均一な膜を形成することが可能になり、コーティングの欠陥を防ぐことができる。

塗料に一般的に使用される基材湿潤剤には、ポリエーテルシリコーン、ジェミニシリコーン、フッ素系薬剤、ジェミニポリエーテルアルキンジオールなどがあります。本研究では、4種類の薬剤を選択し、ジェミニシリコーンとの比較研究を実施して、水性塗料の性能への影響を評価しました。

1.異なる基材湿潤剤を用いた0.1%水溶液の静的表面張力

試験結果からわかるように、ポリエーテルシリコーンAとフッ素系界面活性剤Dは水溶液中で顕著な泡安定性を示す一方、ポリエーテルシリコーンB、ジェミニポリエーテルアルキンジオール、およびジェミニシリコーンSL-5100は優れた低発泡性を示す。

3.水性塗料用各種基材湿潤剤の泡不安定性

この試験から、ポリエーテルシリコーンB、ジェミニポリエーテルアルキンジオール、およびジェミニシリコーンSL-5100は、水性塗料においてポリエーテルシリコーンAおよびフッ素系界面活性剤よりも優れた低発泡性能を示すことがわかったが、その差は水溶液の場合ほど顕著ではなかった。これは、水溶液では基材湿潤剤が唯一の泡の発生と安定化に影響を与える要因であるのに対し、水性塗料には樹脂エマルジョン、ポリウレタン増粘剤、分散剤なども含まれており、これらすべてが発泡に影響を与える可能性があるためである。

4.水性塗料における各種基材湿潤剤のクレーター耐性

ポリエーテルシリコーンA、フッ素系界面活性剤、およびジェミニシリコーンSL-5100は、水性塗料において優れたクレーター耐性を示す一方、ポリエーテルシリコーンBおよびジェミニポリエーテルアルキンジオールは、比較的クレーター防止効果が劣る。

5.水性塗料における各種基材湿潤剤の端部収縮抵抗性能

図に示すように、ジェミニシリコーンSL-5100は最も優れたエッジ収縮抵抗性を示し、次いでポリエーテルシリコーンA、フッ素系界面活性剤、ポリエーテルシリコーンBの順であり、ジェミニポリエーテルアルキンジオールは最も劣った性能を示します。エッジ収縮抵抗性は、濡れ性/広がり性とレベリング性能の総合的な性能を反映しています。シリコーンポリエーテルAとフッ素系界面活性剤は濡れ性/広がり性が良好であるため、エッジ収縮抵抗性は中程度です。シリコーンポリエーテルBはレベリング性能は良好ですが、濡れ性/広がり性能は中程度であるため、エッジ収縮抵抗性も同様に中程度です。ジェミニポリエーテルアルキンジオールは濡れ性が悪く、エッジ収縮抵抗性は最悪です。ジェミニシリコーンSL-5100は濡れ性/広がり性とレベリング性能に優れているため、エッジ収縮抵抗性も優れています。

ジェミニシリコーンSL-5100は、水溶液の表面張力を低下させるという点では顕著な利点を示しませんが、水性塗料において優れた低発泡性、耐クレーター性、濡れ性／広がり性、およびレベリング性能を発揮します。