ローレンス (ラリー) ヴァン イセゲムは、Van Technologies, Inc. の社長兼 CEO です。
国際的に産業分野のお客様とビジネスを展開する中で、私たちはUV硬化コーティングに関する膨大な数のご質問にお答えし、多くのソリューションを提供してきました。以下はよくある質問の一部であり、それに対する回答が皆様のお役に立てるかもしれません。
1. UV硬化コーティングとは何ですか?
木材仕上げ業界では、主に 3 種類の UV 硬化型コーティングが使用されています。
100%活性（100%固形分とも呼ばれる）UV硬化型コーティングは、溶剤や水を含まない液状の化学組成物です。塗布後、コーティングは直ちに紫外線エネルギーに照射されるため、硬化前に乾燥や蒸発を行う必要はありません。塗布されたコーティング組成物は、前述の反応プロセス（光重合）によって反応し、固体の表面層を形成します。硬化前に蒸発させる必要がないため、塗布および硬化プロセスは非常に効率的で費用対効果に優れています。
水性または溶剤系ハイブリッドUV硬化型塗料には、活性成分（または固形分）を低減するために、当然のことながら水または溶剤が含まれています。固形分含有量の低減により、塗布膜厚の制御や塗料粘度の制御が容易になります。使用時には、これらのUV塗料は様々な方法で木材表面に塗布され、UV硬化前に完全に乾燥する必要があります。
UV硬化型粉体塗料も100%固形の組成物であり、通常は静電引力を利用して導電性基材に塗布されます。塗布後、基材を加熱することで粉体が溶融し、流出して表面膜を形成します。塗布された基材は、硬化を促進するために直ちに紫外線エネルギーを照射することができます。得られた表面膜は、熱による変形や熱に対する敏感性がなくなります。
これらのUV硬化型コーティングには、二次硬化機構（熱活性化、湿気反応など）を備え、紫外線エネルギーに曝露されていない表面領域でも硬化を可能にするものがあります。これらのコーティングは、一般的にデュアルキュアコーティングと呼ばれます。
使用される UV 硬化コーティングの種類に関係なく、最終的な表面仕上げまたは層は優れた品質、耐久性、耐性特性を提供します。
2. UV 硬化型コーティングは、油分を含んだ木材を含むさまざまな木材の種類にどの程度密着しますか?
UV硬化型コーティングは、ほとんどの木材に対して優れた接着性を示します。基材への完全な硬化とそれに応じた接着性を得るためには、十分な硬化条件が確保されていることを確認することが重要です。
樹種によっては、油分を多く含み、接着促進プライマー（タイコート）の塗布が必要となる場合があります。Van Technologiesは、これらの樹種へのUV硬化型コーティングの接着性について、長年にわたる研究開発を行ってきました。最近の開発には、油分、樹液、ピッチによるUV硬化型トップコートの接着阻害を防ぐ、単一成分のUV硬化型シーラーが含まれています。
あるいは、木材表面の油分は、コーティング塗布直前にアセトンなどの適切な溶剤で拭き取ることで除去できます。糸くずの出ない吸水性の布を溶剤に浸し、木材表面を拭き取ります。表面を乾燥させてから、UV硬化型コーティング剤を塗布します。表面の油分やその他の汚染物質を除去することで、塗布したコーティング剤が木材表面にしっかりと密着しやすくなります。
3. UVコーティングに適した汚れの種類は何ですか?
ここで紹介するステインはいずれも、100%UV硬化型、溶剤低減型UV硬化型、水性UV硬化型、またはUV硬化型粉体塗料で効果的に密封・上塗りできます。そのため、市販のほとんどのステインをあらゆるUV硬化型塗料と組み合わせることができるため、様々な組み合わせが可能です。ただし、高品質な木材表面仕上げを実現するために、適合性を確保するために考慮すべき点がいくつかあります。
水性ステインと水性UV硬化型ステイン:水性ステインの上に、100%UV硬化型、溶剤低減型UV硬化型、またはUV硬化型粉体シーラー／トップコートを塗布する場合、オレンジピール、フィッシュアイ、クレーター、液だまり、パドリングといった塗膜の均一性を損なう欠陥を防ぐため、ステインが完全に乾燥していることが不可欠です。これらの欠陥は、塗布されたステインからの高い残留水表面張力に対して、塗布された塗料の表面張力が低いために発生します。
しかし、水性UV硬化型塗料の塗布は、一般的に比較的耐性があります。特定の水性UV硬化型シーラー／トップコートを使用する場合、塗布したステインが湿っていても悪影響はありません。ステイン塗布時に残った水分は、乾燥過程で塗布した水性UVシーラー／トップコートを通して容易に拡散します。ただし、実際に仕上げを行う表面に塗布する前に、ステインとシーラー／トップコートの組み合わせを代表的な試験片でテストすることを強くお勧めします。
油性および溶剤性汚れ:乾燥が不十分な油性または溶剤系ステインにも適用できるシステムが存在する場合もありますが、通常はシーラーやトップコートを塗布する前に、これらのステインを完全に乾燥させる必要があり、強く推奨されます。これらのタイプの乾燥が遅いステインの場合、完全に乾燥するまでに24～48時間（またはそれ以上）かかる場合があります。繰り返しになりますが、代表的な木材表面でシステムをテストすることをお勧めします。
100%UV硬化性ステイン:一般的に、100% UV 硬化型コーティングは、完全に硬化すると高い耐薬品性と耐水性を示します。この耐性により、下地の UV 硬化表面が十分に研磨されて機械的結合が可能にならない限り、その後に塗布するコーティングが十分に接着することが困難になります。その後に塗布するコーティングを受容するように設計された 100% UV 硬化型ステインは提供されていますが、ほとんどの 100% UV 硬化型ステインは、塗膜間の接着を促進するために研磨または部分硬化 (「B」ステージまたはバンプ硬化と呼ばれる) する必要があります。「B」ステージ処理により、ステイン層に反応部位が残留し、塗布した UV 硬化型コーティングが完全硬化条件にさらされると、コーティングと共反応します。また、「B」ステージ処理では、ステインの塗布によって発生する可能性のある木目が軽度に研磨されるため、木目が浮き上がったり削れたりすることはありません。滑らかなシールまたはトップコートの塗布により、優れた塗膜間の接着が得られます。
100%UV硬化型ステインに関するもう一つの懸念は、濃い色に関係しています。着色度の高いステイン（そして一般的な着色コーティング）は、可視光スペクトルに近いエネルギーを発するUVランプを使用すると、より優れた性能を発揮します。ガリウムをドープした従来のUVランプと標準的な水銀ランプの組み合わせは優れた選択肢です。395nmおよび/または405nmを発するUV LEDランプは、365nmおよび385nmアレイに比べて、着色システムでより優れた性能を発揮します。さらに、より高いUV出力（mW/cm）を発するUVランプシステムの方が、2）およびエネルギー密度（mJ/cm2）は、塗布された染料または着色コーティング層を通じてより良い硬化を促進します。
最後に、上記の他の染色システムと同様に、実際に染色・仕上げを行う表面で作業する前に、必ずテストすることをお勧めします。硬化前に必ず確認してください。
4. 100% UV コーティングの最大/最小フィルム厚はどれくらいですか?
UV硬化型粉体塗料は技術的には100%UV硬化型塗料であり、その塗布厚さは、粉体を塗装面に付着させる静電気力によって制限されます。UV粉体塗料メーカーにご相談いただくことをお勧めします。
100%UV硬化型液状コーティングの場合、塗布されたウェットフィルムの厚さは、UV硬化後のドライフィルムの厚さとほぼ同じになります。多少の収縮は避けられませんが、通常は影響は最小限です。しかし、高度な技術を要する用途では、非常に厳しい、あるいは非常に狭い膜厚公差が求められる場合があります。このような状況では、硬化後の直接膜厚測定を行うことで、ウェットフィルムとドライフィルムの厚さを相関させることができます。
達成可能な最終的な硬化膜厚は、UV硬化型コーティングの化学的性質と配合方法によって異なります。0.2ミル～0.5ミル（5µ～15µ）の非常に薄い塗膜を形成するように設計されたシステムもあれば、0.5インチ（12mm）を超える厚さを実現できるシステムもあります。通常、一部のウレタンアクリレート配合物など、架橋密度の高いUV硬化型コーティングは、単層塗布で厚い塗膜を形成することができません。硬化時の収縮率が高いため、厚く塗布したコーティングに深刻なひび割れが発生します。架橋密度の高いUV硬化型コーティングでも、複数の薄い層を塗布し、各層の間にサンディングや「B」ステージングを施して層間接着を促進することで、高い塗膜厚または仕上げ厚を実現できます。
ほとんどの UV 硬化性コーティングの反応性硬化メカニズムは、「フリーラジカル開始型」と呼ばれています。この反応性硬化メカニズムは空気中の酸素の影響を受けやすく、硬化速度が遅くなったり阻害されたりします。この遅くなる現象は酸素阻害と呼ばれ、非常に薄い膜厚を実現しようとする場合に最も重要です。薄い膜では、塗布されたコーティングの総体積に対する表面積が、厚い膜に比べて比較的大きくなります。そのため、薄い膜は酸素阻害の影響をはるかに受けやすく、硬化が非常に遅くなります。多くの場合、仕上げ面は十分に硬化せず、油っぽい/脂っこい感触になります。酸素阻害を打ち消すには、硬化中に窒素や二酸化炭素などの不活性ガスを表面に通過させて酸素濃度を除去し、完全かつ迅速な硬化を可能にします。
5. 透明UVコーティングの透明度はどのくらいですか?
100% UV硬化型コーティングは優れた透明性を示し、業界最高クラスのクリアコートに匹敵します。さらに、木材に塗布すると、画像の美しさと深みを最大限に引き出します。特に注目すべきは、木材を含む様々な表面に塗布した場合、驚くほど透明で無色である様々な脂肪族ウレタンアクリレート系です。さらに、脂肪族ポリウレタンアクリレートコーティングは非常に安定しており、経年変化による変色を防ぎます。低光沢コーティングは光沢コーティングよりも光の散乱がはるかに大きく、そのため透明性が低くなることにご注意ください。しかしながら、他のコーティング剤と比較すると、100% UV硬化型コーティングは同等、あるいはそれ以上の性能を備えています。
現在入手可能な水性UV硬化型塗料は、優れた透明性、木の温かみ、そして従来の最高の仕上げシステムに匹敵するレスポンスを実現するように配合できます。現在市場で入手可能なUV硬化型塗料は、質の高いメーカーから調達した場合、透明性、光沢、木目調へのレスポンス、その他の機能特性において優れた性能を発揮します。
6. 着色または顔料入りの UV 硬化コーティングはありますか?
はい、あらゆる種類の UV 硬化型コーティングで、着色または顔料入りのコーティングが容易に入手できますが、最適な結果を得るためには考慮すべき要素があります。最初で最も重要な要素は、特定の色が、塗布された UV 硬化型コーティングへの UV エネルギーの透過、つまり浸透の能力を妨げるという事実です。電磁スペクトルは図 1 に示されており、可視光スペクトルが UV スペクトルのすぐ隣にあることがわかります。スペクトルは明確な境界線 (波長) のない連続体です。したがって、ある領域は徐々に隣接する領域に溶け込んでいきます。可視光領域については、400 nm から 780 nm に及ぶという科学的な主張もあれば、350 nm から 800 nm に及ぶという主張もあります。この議論では、特定の色が特定の波長の UV または放射線の透過を効果的にブロックできることを認識することが重要です。
焦点はUV波長、つまり紫外線領域にあるため、その領域についてより詳しく見ていきましょう。図2は、可視光の波長と、それを効果的に遮断する色の関係を示しています。また、着色剤は通常、幅広い波長範囲に渡って存在し、赤色着色剤はかなりの波長範囲に渡って存在し、UVA領域を部分的に吸収する可能性があることも重要です。したがって、最も懸念される色は黄色、オレンジ色、赤色の範囲に及び、これらの色は効果的な硬化を妨げる可能性があります。
着色剤はUV硬化を阻害するだけでなく、UV硬化プライマーやトップコート塗料などの白色顔料コーティングを使用する場合にも考慮が必要です。図3に示す白色顔料である二酸化チタン（TiO2）の吸光スペクトルを考えてみましょう。TiO2はUV領域全体にわたって非常に強い吸光度を示しますが、それでも白色UV硬化コーティングは効果的に硬化します。なぜでしょうか？その答えは、コーティング開発者と製造業者による慎重な配合と、適切なUVランプの使用にあります。現在一般的に使用されている従来のUVランプは、図4に示すようなエネルギーを放出します。
図に示す各ランプは水銀をベースとしていますが、水銀に他の金属元素を添加することで、発光波長を他の波長域にシフトさせることができます。TiO2ベースの白色UV硬化コーティングの場合、標準的な水銀ランプから照射されるエネルギーは効果的に遮断されます。照射される高波長域の一部は硬化を可能にしますが、完全硬化に必要な時間は実用的ではない可能性があります。しかし、水銀ランプにガリウムを添加することで、TiO2では効果的に遮断されない領域で利用可能な豊富なエネルギーが得られます。両タイプのランプを組み合わせることで、ガリウム添加による全体硬化と標準水銀による表面硬化の両方を実現できます（図5）。
最後に、色付きまたは顔料入りの UV 硬化コーティングは、最適な光開始剤を使用して配合する必要があります。これにより、ランプから放出される可視光の波長範囲である UV エネルギーが適切に利用され、効果的な硬化が実現します。
他にご質問はありますか?
ご不明な点がございましたら、コーティング、機器、プロセス制御システムの現在または将来のサプライヤーまでお気軽にお問い合わせください。効果的で安全かつ収益性の高い意思決定に役立つ的確な回答をご提供いたします。
ローレンス（ラリー）・ヴァン・イセゲムは、ヴァン・テクノロジーズの社長兼CEOです。ヴァン・テクノロジーズは、UV硬化型コーティングの分野で30年以上の経験を有し、研究開発会社として創業しましたが、急速に成長を遂げ、世界中の産業用コーティング施設にサービスを提供する特定用途向け先進コーティング™メーカーとなりました。UV硬化型コーティングは、他の「グリーン」コーティング技術と並んで、常に当社の最重要分野であり、従来の技術と同等かそれ以上の性能を重視しています。ヴァン・テクノロジーズは、ISO-9001:2015認証品質管理システムに基づき、GreenLight Coatings™ブランドの産業用コーティングを製造しています。詳細については、こちらをご覧ください。www.greenlightcoatings.com.
投稿日時: 2023年7月22日
