UV技術は、工業用塗料の硬化において「有望な」技術として多くの人に認識されています。工業用塗料や自動車用塗料業界の多くの人にとって新しい技術かもしれませんが、他の業界では30年以上前から存在しています。
UV技術は、工業用塗料の硬化において「将来有望な」技術として多くの人に認識されています。工業用塗料や自動車用塗料業界ではまだ新しい技術かもしれませんが、他の業界では30年以上前から使われています。私たちは毎日UVコーティングされたビニール床材の上を歩いており、多くの人が自宅でも使用しています。UV硬化技術は、家電業界でも重要な役割を果たしています。例えば、携帯電話の場合、UV技術はプラスチック製筐体のコーティング、内部電子機器を保護するコーティング、UV接着剤で接着された部品、さらには一部の携帯電話に搭載されているカラー画面の製造にも使用されています。同様に、光ファイバー業界やDVD/CD業界もUVコーティングと接着剤を専ら使用しており、UV技術がなければ、今日のような形でこれらの業界は存在しなかったでしょう。
では、UV硬化とは何でしょうか？簡単に言うと、UVエネルギーによって開始・維持される化学反応によってコーティングを架橋（硬化）させるプロセスです。コーティングは1分足らずで液体から固体へと変化します。コーティングに使用される樹脂の原材料や機能には根本的な違いがありますが、これらはコーティングのユーザーにとっては意識する必要のないものです。
UVコーティングは、エアアトマイズスプレーガン、HVLP、ロータリーベル、フローコーティング、ロールコーティングなどの従来型の塗布装置を用いて行われます。しかし、コーティング塗布と溶剤フラッシュ後に加熱炉に入れる代わりに、UVランプシステムによって生成されたUVエネルギーを用いてコーティングを硬化させます。このシステムは、硬化に必要な最小限のエネルギーでコーティングを照射するように構成されています。
UV技術の特性を活用している企業や業界は、優れた生産効率と優れた最終製品を提供し、利益を向上させることで、並外れた価値を実現している。
UVの属性を活用する
活用できる主な特性は何でしょうか？まず、前述のとおり、硬化が非常に速く、室温で行うことができます。これにより、熱に弱い基材の効率的な硬化が可能になり、すべてのコーティングを非常に短時間で硬化させることができます。プロセスの制約（ボトルネック）が長い硬化時間である場合、UV硬化は生産性向上の鍵となります。また、そのスピードにより、設置面積を大幅に縮小したプロセスが可能になります。比較のために、ライン速度15フィート/分で30分間の焼き付けが必要な従来のコーティングでは、オーブン内に450フィートのコンベアが必要ですが、UV硬化コーティングではわずか25フィート（またはそれ以下）のコンベアで済む場合があります。
紫外線架橋反応により、非常に優れた物理的耐久性を持つコーティングが得られます。コーティングは床材などの用途向けに硬く調合することもできますが、非常に柔軟に調合することも可能です。硬質コーティングと柔軟コーティングの両方が自動車用途で使用されています。
これらの特性は、自動車用塗料におけるUV技術の継続的な開発と普及を促進する原動力となっています。もちろん、工業用塗料のUV硬化には課題も伴います。プロセスオーナーにとって最も重要なのは、複雑な部品のすべての領域にUVエネルギーを照射できるかどうかです。塗料の表面全体に、硬化に必要な最低限のUVエネルギーを照射する必要があります。そのためには、部品の綿密な分析、部品のラックへの配置、影になる部分をなくすためのランプの配置が求められます。しかし、ランプ、原材料、配合製品の改良により、これらの制約のほとんどが克服されています。
自動車用前方照明
UVが標準技術となっている自動車分野における具体的な用途は、自動車の前方照明業界です。この分野では、UVコーティングが15年以上使用されており、現在では市場の80%を占めています。ヘッドランプは、コーティングが必要な2つの主要部品、ポリカーボネートレンズとリフレクターハウジングで構成されています。レンズには、ポリカーボネートを風雨や物理的な損傷から保護するために、非常に硬く、傷がつきにくいコーティングが必要です。リフレクターハウジングには、基材を密閉し、金属化のための非常に滑らかな表面を提供するUVベースコート（プライマー）が施されています。現在、リフレクターベースコート市場はほぼ100% UV硬化型となっています。採用の主な理由は、生産性の向上、プロセスフットプリントの縮小、そして優れたコーティング性能特性です。
使用されている塗料はUV硬化型ですが、溶剤を含んでいます。しかし、オーバースプレーの大部分は回収され、工程に再利用されるため、ほぼ100%の塗着効率を実現しています。今後の開発目標は、固形分濃度を100%に高め、酸化剤を不要にすることです。
外装プラスチック部品
あまり知られていない用途の一つに、成形着色されたボディサイドモールディングにUV硬化型クリアコートを使用する方法があります。このコーティングは当初、ビニール製ボディサイドモールディングの屋外露出による黄変を軽減するために開発されました。モールディングに物体が衝突してもひび割れを起こさずに密着性を維持するためには、コーティングは非常に丈夫で柔軟性のあるものでなければなりませんでした。この用途でUVコーティングが採用される主な理由は、硬化速度の速さ（工程面積が小さい）と優れた性能特性です。
SMC製ボディパネル
シートモールディングコンパウンド（SMC）は、30年以上にわたり鋼鉄の代替材料として使用されてきた複合材料です。SMCは、ガラス繊維を充填したポリエステル樹脂をシート状に成形したものです。これらのシートは圧縮成形金型に入れられ、ボディパネルに成形されます。SMCは、小ロット生産における金型コストの削減、軽量化、耐へこみ性および耐腐食性、そしてデザイナーの自由度の向上といった利点から選ばれています。しかし、SMCを使用する際の課題の一つは、組立工場での部品の仕上げです。SMCは多孔質の基材です。車両に取り付けられたボディパネルがクリアコート塗装オーブンを通過する際に、「多孔性ポップ」と呼ばれる塗装欠陥が発生する可能性があります。これは少なくとも部分的な補修が必要となり、ポップが多数発生した場合は、ボディシェル全体の再塗装が必要になります。
3年前、BASFコーティングスはこの欠陥を解消するため、UV/熱ハイブリッドシーラーを商品化しました。ハイブリッド硬化方式を採用した理由は、非重要表面ではオーバースプレーが硬化されるためです。「多孔性ポップ」を解消する鍵となるのは、UVエネルギーを照射することで、重要表面の照射された塗膜の架橋密度を大幅に高めることです。シーラーが最低限のUVエネルギーを受けなかった場合でも、塗膜は他のすべての性能要件を満たします。
この事例では、デュアルキュア技術を用いることで、UV硬化を利用した新たなコーティング特性を実現するとともに、高付加価値用途におけるコーティングの安全性を高めています。この事例は、UV技術がいかに独自のコーティング特性を提供できるかを示すだけでなく、UV硬化コーティングシステムが、高付加価値、大量生産、大型かつ複雑な自動車部品にも適用可能であることを示しています。このコーティングは、約100万枚の車体パネルに使用されています。
OEMクリアコート
おそらく、UV技術市場の中で最も注目度が高い分野は、自動車外装パネル用A級コーティングでしょう。フォード・モーター・カンパニーは、2003年の北米国際自動車ショーで、コンセプトカー「コンセプトU」にUV技術を応用した試作車を展示しました。展示されたコーティング技術は、アクゾノーベル・コーティングスが開発・供給したUV硬化型クリアコートでした。このコーティングは、様々な素材で作られた個々のボディパネルに塗布され、硬化されました。
フランスで隔年開催される世界有数の自動車用塗料会議であるSurcarにおいて、デュポン・パフォーマンス・コーティングスとBASFは、2001年と2003年に自動車用クリアコートのUV硬化技術に関するプレゼンテーションを行った。この開発の原動力は、塗装における主要な顧客満足度課題である耐擦傷性および耐摩耗性の向上である。両社は、ハイブリッド硬化（UV硬化と熱硬化）コーティングを開発した。ハイブリッド技術を追求する目的は、目標とする性能特性を達成しつつ、UV硬化システムの複雑さを最小限に抑えることにある。
デュポンとBASFはどちらも自社の工場にパイロットラインを設置している。ヴッパータールにあるデュポンのラインは、車体全体を硬化させることができる。塗料メーカーは、優れたコーティング性能を示すだけでなく、塗装ラインのソリューションも実証する必要がある。デュポンが挙げたUV/熱硬化のもう1つの利点は、熱処理炉の長さを短くするだけで、仕上げラインのクリアコート部分の長さを50%短縮できることである。
エンジニアリング面では、Dürr System GmbHがUV硬化のための組立工場コンセプトに関するプレゼンテーションを行った。これらのコンセプトにおける重要な変数の1つは、仕上げラインにおけるUV硬化プロセスの配置場所であった。エンジニアリングソリューションには、UVランプを熱オーブンの前、内部、または後に配置することが含まれていた。Dürrは、現在開発中の配合に関するほとんどのプロセスオプションに対してエンジニアリングソリューションが存在すると考えている。Fusion UV Systemsも、自動車ボディのUV硬化プロセスのコンピュータシミュレーションという新しいツールを発表した。この開発は、組立工場におけるUV硬化技術の導入を支援し、加速するために行われた。
その他の用途
自動車内装用プラスチックコーティング、アルミホイールおよびホイールカバー用コーティング、大型成形着色部品用クリアコート、エンジンルーム内部品用コーティングの開発が続けられています。UVプロセスは、安定した硬化プラットフォームとして引き続き検証されています。実際に変化しているのは、UVコーティングがより複雑で高付加価値の部品へと移行している点です。このプロセスの安定性と長期的な実現可能性は、前方照明用途で実証されています。この用途は20年以上前に始まり、現在では業界標準となっています。
UV技術には「クール」な要素があると考える人もいますが、業界がこの技術で目指しているのは、塗装業者の抱える問題に対する最適なソリューションを提供することです。技術そのもののために技術を使う人はいません。価値を提供しなければなりません。その価値は、硬化速度の向上による生産性の向上という形で現れるかもしれません。あるいは、既存の技術では実現できなかった、改良された特性や新しい特性によってもたらされるかもしれません。コーティングが汚れにさらされる時間が短くなることで、初回品質が向上するというメリットもあります。また、工場におけるVOC（揮発性有機化合物）の削減または排除につながる可能性もあります。この技術は価値を提供できるのです。UV業界と塗装業者は、塗装業者の収益向上につながるソリューションを開発するために、今後も協力していく必要があります。
投稿日時：2023年3月14日
