コーティングプロセスにおける界面化学とレオロジー解析

コーティング液の多くは、媒体中にバインダーなどの高分子や顔料などの微粒子が分散した不均一系流体であり、コーティング液の物性制御およびコーティングプロセスの管理を理解するために基盤となる学問はバルクのレオロジーと濡れ性に関する界面化学です。塗料やインクなどは液体状態で紙、プラスチック、金属などに塗布された後、乾燥や化学反応などを経て固体皮膜となりますが、この過程で密接に関連するのは濡れ性に関する界面化学です。一方、液体中に分散した微粒子は、ほとんどの場合、その界面化学的性質に起因して凝集しており、その効果はレオロジー的性質に大きく反映されます。そして、コーティング液の粘弾性的性質は、塗布性に深く関わっています。また、高分子はコーティング液の粘弾性的性質に大きな影響を与えるとともに成膜性と皮膜の性能を支配する重要な要素となっています。 　本セミナーでは、コーティング技術を総合的に理解するために、液体および固体の界面化学、続いてコーティング液の材料科学として高分子のレオロジーと微粒子分散系の安定性を概説し、それらをコーティングプロセスに応用するための基礎について説明します。塗料、インキ、接着剤など塗布に関わる材料を扱う技術者が対象になりますが、受講に際して特別の予備知識は必要ありません。高校で習った理科系科目の内容を思い出せれば理解できると考えます。塗工プロセスに関わったことがない技術者でも、レオロジー測定や界面物性測定について習得できるよう説明します。

1. 界面化学の基礎
   1. 表面張力と表面エネルギー
   2. 固液界面における濡れと接触角
   3. Zismanプロットと臨界表面張力
   4. 表面の幾何学と超撥水
   5. 溶液の表面張力と界面活性剤の吸着
   6. 臨界ミセル濃度と表面張力
   7. 界面活性剤のHLB値
2. レオロジーの基礎
   1. 連続体力学の基礎
      1. ひずみ
      2. 剪断速度
      3. 応力
   2. 粘性の基礎
      1. 粘度 (粘性率) の定義
      2. 非ニュートン流動
      3. チクソトロピー
   3. 粘弾性の基礎
      1. 弾性と粘性の基本的性質
      2. 粘弾性の現象論 (粘弾性モデル)
      3. 動的粘弾性の定義とその意味
      4. 動的粘弾性曲線の評価
3. コーティング液の材料設計にかかわる界面化学とレオロジー
   1. 粒子分散系のコロイド化学的安定性
      1. 粒子の帯電とζ – 電位
      2. イオン雰囲気と電気二重層
      3. DLVO理論と粒子の分散安定性
      4. 吸着高分子と粒子の分散安定性
      5. 凝集分散系のレオロジー的性質
      6. 粒子の濡れ性と分散性
   2. 高分子液体のレオロジー
      1. 高分子の分子運動
      2. 高分子の分子量と粘度挙動との関係
      3. 高分子溶液の非ニュートン流動
      4. ガラス転移
      5. 高分子の分子量と時間 – 温度換算則との関係
4. プロセスから見たレオロジーおよび界面現象
   1. レベリングにおける表面張力と粘度
   2. 分散系のレオロジーと印刷適性
   3. 不安定流動と法線応力効果
   4. タックと伸長流動
      1. 伸長粘度
      2. 伸長流動破壊
5. ケーススタディ〜インクジェットインクにおける動的挙動〜
   1. 界面の流動とMarangoni効果
   2. 動的表面張力
   3. 動的粘弾性
   4. 濡れ性と浸透性
   5. 伸長流動と糸引き
• 質疑応答