知っているとオモシロイ!車の構造 塗料その1

知っているとオモシロイ!車の構造 塗料その1

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自動車塗料の要素

自動車の塗装目的は、塗装された物(自動車)を保護し、美観や機能を向上させる事です。
自動車の塗装における保護とは、ほとんどが鉄などの金属素材からなる車体をサビから守り、出来るだけ永く(車の寿命が終えるまで)素材の強度を保つことにあります。
美観とは、色や艶など、視覚を通してユーザーや購買者に訴求するものです。
色は車のボディデザインとともに、個人の嗜好に大きく依存しますから、塗装は車を販売する上でとても重要な要素なのです。
塗料、塗装は車のイメージをいかに色として表現するか、と言う使命を持っていますが、その塗装に使われる塗料は、一般的に樹脂、顔料、添加剤、溶剤の4成分から構成されています。
この4成分は、その役割によって次のように分類できます。

  1. 塗膜主要素:塗料が固着し、本来の目的である保護と美観に直接関わりをもつ樹脂と顔料の主成分です。
  2. 塗膜副要素:塗料の製造を容易にし、塗料が丈夫できれいに乾燥するように積極的に助ける役割をする分散剤、安定剤などの添加剤です。
  3. 塗膜助要素:樹脂と顔料を練り合わせるときに使う溶剤や塗装しやすいように加えられるシンナーなどのように、塗料の乾燥課程で揮発して無くなる成分です。

自動車用塗料の樹脂は、一般的には熱硬化性樹脂を使います。低分子量樹脂が硬化剤との反応によって高分子に成長して塗膜となります。
熱可塑性樹脂とは異なり、分子構造は三次元網目構造となるため、自動車の塗装に求められる耐候性に優れた硬くて強い塗膜が形成されます。
着色顔料は有機顔料と無機顔料に類別されます。色味、着色カ、下地の隠ぺいカ、耐候性がこれで決まります。
有機顔料は一般に鮮やかな発色ですが、隠ぺい力や顔料の分散性には無機顔料ほど優れていません。
また、フレーク顔料は自動車のメタリック塗料などに使われる顔料で、微細なアルミニウムや着色マイカなどが主な材料ですです。宝石のように深く透明感があり、輝くような色を醸し出すことができます。

自動車の「塗膜」

塗料は、被塗装物に塗装され、乾燥・硬化して塗膜になります。この過程を成膜過程といいます。この成膜が形成されるメカニズムを代表的な二つの塗料で見てみましょう。
塗料の成分は先述しましたが、一つ目は樹脂が熱硬化樹脂で溶剤が有機溶剤の組み合わせの塗料。二つ目は、樹脂が熱可塑性樹脂で溶剤が水の場合です。

熱硬化樹脂&有機溶剤

一つ目の塗料は自動車でもよく使われているタイプです。
この塗料は塗料の段階では、樹脂成分は低分子の状態です。そこに硬化剤(過酸化物など)を加えて適度な温度に加熱すると、不飽和基を起因とする化学反応が起こり、低分子同士が三次元的につながった構造の高分子が形成されます。同時に有機溶剤やシンナーが蒸発し、硬くて強い塗膜がつくられます。とまあ、難しい説明ですが、要は一般的な塗料と同じです。

熱可塑性樹脂&水性溶剤

二つ目の水系塗料ですが、その代表的なものがエマルション塗料と呼ばれるものです。一般にはエマルジョンと濁りますが、塗装業界ではなぜか工マルションと言うらしいです。エマルション塗料は、最初から樹脂は高分子になっています。
と、言っても、こちらも難しくて何が何だかサッパリ・・・

それでは、透き通った醤油ラーメン(塩でも良いです)を思い浮かべてください。
ラーメンスープの表面に油が浮いていると思います。ラーメンスープ(水)と油は混ざり合わないので起こる現象ですね。
しかし、水と油はよーくかき混ぜれば、一時的には混ざり合います。サラダドレッシングなんかも使うときは良く振って混ぜますよね。
また、油を使った料理を作ったあとのフライパンに水を流すと、油で弾いてしまいますが、そこに中性洗剤を入れると白く乳化して混ざります。
これを乳化と良い、この場合の中性洗剤のような働きを持つモノを「界面活性剤」や「乳化剤」と言います。

水(親水性)に高分子(疎水性)を均一に分散させるために界面活性剤を用います。界面活性剤の疎水性部分が樹脂に吸着し、親水性部分が水と接触して安定分散します。これを塗布して加熱します。すると水が蒸発し、樹脂界面にある水の毛細管効果により、樹脂同士が接近します。さらに樹脂同士が融着して熱可塑性樹脂製塗膜が形成されます。

ですが、エマルション塗装は残存する界面活性剤が塗膜の性能を低下させますし、樹脂同士の融着は、ミクロの目で見ると完全なものに成り難く、塗膜の表面状態が凹凸になるため、美しい光沢が得られません。
工マルンョン塗料は現在、建築物内装などで実績がありますが、このままでは自動車用としてはあまり適切ではありません。
そこで、自動車の塗装に使用されているのが「粉体塗装」です。
水を使わない粉体状の塗料を、熱した被塗装物に吹き付け、熱や静電気によって塗料を溶着させます。
水を使わないので、鉄製のボディーが錆びる心配がありません。