ここ数十年間、大気中に放出される溶剤の量を削減することが課題となってきた。これらはVOC（揮発性有機化合物）と呼ばれ、実際には、光化学反応性が非常に低いアセトンを除く、私たちが使用するすべての溶剤が含まれる。アセトンはVOC溶剤から除外されている。
しかし、溶剤を一切使わずに、最小限の労力で優れた保護効果と装飾効果を得ることができたらどうでしょうか？
それは素晴らしいですね。そして、私たちにはそれが可能です。これを可能にする技術はUV硬化と呼ばれています。この技術は1970年代から、金属、プラスチック、ガラス、紙、そして近年では木材など、あらゆる種類の素材に使用されてきました。
UV硬化型塗料は、可視光線よりも波長の短いナノメートル範囲の紫外線に照射されると硬化します。その利点としては、VOC（揮発性有機化合物）の大幅な削減または完全除去、廃棄物の削減、必要な床面積の削減、即時の取り扱いと積み重ね（乾燥ラック不要）、人件費の削減、生産速度の向上などが挙げられます。
重要な欠点は、装置の初期費用が高いことと、複雑な3D形状の仕上げが難しいことです。そのため、UV硬化技術の導入は通常、ドア、パネル、床材、トリム、組み立て済み部品など、比較的平坦な製品を製造する大規模な工場に限られます。
UV硬化型塗料を理解する最も簡単な方法は、おそらく皆さんがよくご存知の一般的な触媒硬化型塗料と比較することです。触媒硬化型塗料と同様に、UV硬化型塗料も、厚みを出すための樹脂、希釈のための溶剤または代替品、架橋反応を開始させて硬化を促す触媒、そして特殊な特性を与えるための艶消し剤などの添加剤を含んでいます。
エポキシ、ウレタン、アクリル、ポリエステルなどの誘導体を含む、多くの主要な樹脂が使用される。
いずれの場合も、これらの樹脂は非常に硬く硬化し、触媒硬化型（化成）ニスと同様に、溶剤や傷に強い。そのため、硬化膜が損傷した場合、目立たない補修は困難となる。
UV硬化型塗料は、液体状でありながら100％固形分で構成されている場合があります。つまり、木材に塗布される層の厚さは、硬化後の塗膜の厚さと同じです。蒸発する物質は一切ありません。しかし、主成分である樹脂は粘度が高すぎるため、塗布が容易ではありません。そこで、メーカーは粘度を下げるために、より小さな反応性分子を添加します。蒸発する溶剤とは異なり、これらの添加された分子は、より大きな樹脂分子と架橋結合して塗膜を形成します。
より薄い塗膜が必要な場合、例えばシーラーコートなどでは、溶剤や水を希釈剤として添加することもできます。しかし、通常はスプレー塗装に適した塗膜にするためにこれらは必要ありません。溶剤や水を添加した場合は、UV硬化が始まる前に、自然乾燥させるか、オーブンなどで蒸発させる必要があります。
触媒
触媒添加型ニスは触媒を添加すると硬化が始まりますが、UV硬化型塗料の触媒（「光開始剤」と呼ばれる）は、UV光のエネルギーにさらされるまで何も働きません。そして、UV光にさらされると、塗膜中のすべての分子を結合させる連鎖反応が急速に起こり、塗膜が形成されます。
このプロセスこそが、UV硬化型塗料の大きな特徴です。この塗料には、基本的に保存期間や可使期間がありません。UV光にさらされるまでは液体の状態を保ち、その後数秒以内に完全に硬化します。ただし、日光によって硬化が促進される可能性があるため、日光への曝露は避けることが重要です。
UVコーティングの触媒は、1つの成分ではなく2つの成分で構成されていると考える方が分かりやすいかもしれません。まず、塗膜中に既に含まれており、液体の約5％を占める光開始剤があります。そして、それを活性化させるUV光のエネルギーがあります。この両方がなければ、何も起こりません。
この独自の特性により、紫外線照射範囲外のオーバースプレーを回収して塗料を再利用することが可能になります。そのため、廃棄物をほぼ完全に削減できます。
従来の紫外線照射装置は、水銀蒸気ランプと、光を集めて対象物に照射するための楕円形の反射板で構成されています。その目的は、光開始剤の反応を最大限に引き出すために、光を集中させることです。
ここ10年ほどで、LED（発光ダイオード）は従来の電球に取って代わり始めています。LEDは消費電力が少なく、寿命がはるかに長く、ウォームアップが不要で、波長範囲が狭いため、問題を引き起こす熱をほとんど発生させないからです。この熱は、松などの木材に含まれる樹脂を液化させる可能性があり、また、その熱を排出する必要があります。
しかし、硬化プロセスは同じです。すべてが「直射日光」に依存します。塗膜は、紫外線が一定の距離から照射された場合にのみ硬化します。影になっている部分や光の焦点から外れた部分は硬化しません。これは、現在の紫外線硬化における重要な制約です。
成形品のようにほぼ平面に近いものであっても、複雑な形状の物体に塗膜を硬化させるには、塗膜の配合に合わせて、すべての表面に同じ一定の距離で光が当たるように配置する必要があります。これが、UV硬化型塗料で塗装されるプロジェクトの大部分が平面物体である理由です。
UVコーティングの塗布と硬化には、平面型とチャンバー型の2つの一般的な方法がある。
フラットライン方式では、平らな、またはほぼ平らな物体がコンベア上を移動し、スプレーやローラーの下、あるいは真空チャンバーを通過します。必要に応じてオーブンで溶剤や水分を除去し、最後に紫外線ランプのアレイの下を通過して硬化させます。その後、物体はすぐに積み重ねることができます。
加工室では、通常、対象物は吊り下げられ、コンベアに沿って同じ工程を経て移動されます。加工室を使用することで、すべての面を一度に仕上げることができ、複雑でない三次元物体の仕上げが可能になります。
別の方法としては、ロボットを使って対象物を紫外線ランプの前で回転させるか、紫外線ランプを持って対象物をその周りで動かす方法がある。
サプライヤーが重要な役割を果たす
UV硬化型塗料および関連機器においては、触媒硬化型ニスよりもサプライヤーとの連携がさらに重要になります。その主な理由は、調整しなければならない変数の数が多いためです。これには、電球またはLEDの波長と対象物からの距離、塗料の配合、仕上げラインを使用する場合のライン速度などが含まれます。
投稿日時：2023年4月23日
