【ラジカルとは？】塗料・塗装でよく聞く「ラジカル」について徹底解説
最近、塗料メーカーが発行しているカタログやWEBサイトで「ラジカル」という言葉をよく目にすることはありませんか？しかし、具体的にその意味が分かりにくいこともあるかもしれません。そこで、この記事ではラジカルについての基本的な内容から応用技術まで詳しく解説しています。塗装業界で新しく働き始めた方やラジカルについてより詳しく知りたい方はぜひ参考にされてください。
目次
ラジカルについて
ラジカルとは
建築塗料業界では、「ラジカル」とは有機物（樹脂・有機顔料）を劣化させるエネルギーを指します。典型的なラジカルを発生させる物質は、塗料の白色顔料である「酸化チタン」です。
酸化チタンに紫外線が当たることによりラジカル(劣化エネルギー)が発生します。また、樹脂や有機顔料が劣化する際にもわずかにラジカルが発生します。
このラジカルは非常に不安定であり、安定な状態を求めるため反応性が高い傾向にあります。そのため、塗膜内部でラジカルが発生すると、樹脂や有機顔料の電子を奪い、樹脂などの結合を破壊します。その結果、塗膜の劣化が進行してしまいます。
白色顔料の酸化チタンとは
酸化チタンは、塗料に色を付ける白色顔料の主成分です。酸化チタンは、高い光反射性をもつため、光を散乱させる性質があり、優れた隠ぺい力と着色力に優れています。しかし、酸化チタンは紫外線にさらされると、先ほど説明したようなラジカルが発生し、塗膜の劣化を引き起こしてしまいます。
そのため、一般的に塗料に使用される酸化チタンは、ラジカルの発生を抑制する「ラジカル制御型」が多く使われています。
さらに、酸化チタンのラジカル発生を利用した技術である「光触媒技術」も存在します。光触媒コーティングがされた外壁材などに塗装する際は、下塗材の選定が非常に重要であり、下塗材の種類によっては問題が発生する可能性があります。
ラジカル制御技術について
塗り替え工事において、建物の保護・美観・機能を長く維持するためには、塗料の耐候性が非常に重要です。樹脂本来の耐候性を発揮するためには、ラジカルの発生を抑制した「ラジカル制御型酸化チタン」という顔料を使用します。そこで、本章ではアステックペイントが高耐候塗料に採用しているラジカル制御技術について紹介します。
樹脂による耐候性のグレード
一般的に塗料の耐候性は、樹脂のグレードによって決まっており、
【アクリル＜ウレタン＜シリコン＜フッ素＜無機】の順番で高くなります。
よりグレードの高い樹脂を選ぶことで、建物を長期間に渡って保護し、美観を維持することができます。
塗膜の劣化症状
塗膜は「紫外線」「水」「熱（温度）」の影響を受けることで徐々に劣化していきます。
①直射日光の紫外線による塗膜劣化
紫外線エネルギーにより、塗膜表面の樹脂が分解されて劣化が進行します。
②熱による塗膜劣化
直射日光の熱や建材の蓄熱により、塗膜の劣化が進行します。
③雨水による塗膜劣化
水分と接触頻度が多い箇所ほど、乾燥と湿潤の繰り返しにより、塗膜の劣化が進行します。
塗膜の劣化は、次の4つの段階で劣化が進行します。
このように、塗膜の劣化は段階的に進行します。さらに、塗膜内部から発生した「ラジカル」によって、劣化が促進されます。
そのため、ラジカルの発生を抑制する「ラジカル制御技術」を採用した酸化チタンを含む塗料は、樹脂の耐候性を最大限に発揮することができます。
樹脂本来の耐候性を維持する「ラジカル制御技術」
●ラジカル制御型白色顔料
ラジカル制御型白色顔料とは、その名の通り、塗膜の劣化要因であるラジカルの発生を制御することができる白色顔料・酸化チタンのことです。このラジカル制御型白色顔料は、そもそもラジカルを発生しにくく、発生した場合にも、酸化チタン表面のシールド層により、ラジカルの放出を防ぐことができます。
●HALS（光安定剤）
HALS（光安定剤）とは、Hindered Amine Light Stabilizerの略称で、ラジカル制御型白色顔料では完全に制御できなかった一部のラジカルや、樹脂・顔料の劣化によってわずかに発生するラジカルを捕捉してくれます。
ラジカル制御技術が耐候性に及ぼす影響のイメージ図
樹脂が持つ本来の耐候性に対して、ラジカル制御型白色顔料とHALS(光安定剤)は、以下の図のようなイメージで効果を発揮します。
クリヤー塗料は顔料を添加しない塗料であり、これを耐候性の基準として「100」と仮定します。その後、白色顔料として酸化チタンを加えると耐候性は低下しますが、使用する酸化チタンのタイプによってその程度が異なります。汎用型の酸化チタンを用いた場合の耐候性は「100→70」と一気に低下します。しかし、ラジカル制御型酸化チタンを用いた場合の耐候性は「100→90」といったようにわずかにしか低下しません。
ここにHALS(光安定剤)を添加することで、耐候性は「90→95」となり、樹脂本来の性能に近づきます。このように、樹脂本来の耐候性を最大限引き出した塗料は高耐候性塗料として取り扱われており、その分、塗料の価格も高くなる傾向があります。一方、耐候性が「70」となる汎用型塗料は、高価なラジカル制御型酸化チタンやHALS(光安定剤)を加えていないため、比較的低価格で提供されています。 高耐候で高価な塗料を選ぶのか、それとも汎用的で低価格な塗料を選ぶのかは、施主様のご要望に応じてご提案ください。
光触媒への塗装上の注意点
光触媒とは
光触媒とは、光の中の紫外線に反応する触媒のことです。主に酸化チタンがこの触媒として使用されています。1章では酸化チタンが紫外線によってラジカル (有機物を劣化させるエネルギー)を発生させ、塗膜(有機物)を破壊すると説明しました。
このように、光触媒はラジカルによって有機物を分解する機能を持っています。そのため、空気・水中・土壌などの有機系の汚染物質(排気ガス・排水中の微量有機物・土壌中の揮発性有機物など)を分解する効果が確認されています。また、光触媒表面は非常に高い親水性を持っていることも特徴としてあげられます。
このような光触媒は、建築関連では磁器タイルや建材などにコーティングされ、高い親水性と光触媒反応によって汚れを浮かせ、雨水で洗い流しやすくする低汚染性の効果を発揮します。
医療関連ではがん治療やウイルス分解、家電関連では空気清浄機の光触媒フィルター、農業関連では栽培における循環水の処理システムなど、様々な分野や業界で活躍の場を広げています。
光触媒への塗装上の注意点
近年、新築工事では窯業系サイディングなどの外壁材に光触媒が施工されることが増えています。そのため、塗り替え時には塗料の選定が重要です。光触媒の改修用下塗材を使用しないと、早期の塗膜剥離のリスクがあります。
上記の写真は、光触媒コーティングされた窯業系サイディングに一般的な下塗材を施工したものです。
この物件では、施工直後に付着不良が確認され、塗膜剥離が発生しました。早期の塗膜剥離が発生する要因として、以下の2つが挙げられます。
①光触媒が難付着系塗膜（フッ素や無機も該当）と呼ばれる一般塗料が付着しにくいものであり、付着不良が発生したこと。
②光触媒に紫外線が当たることで発生するラジカルにより、下塗材の樹脂が分解されたこと。
塗料選定のポイント
このような早期の塗膜剥離を未然に防止するため塗料選びには、大きく2つのポイントがあります。
それは選定する下塗材が「難付着系塗膜対応」かつ「色付き」であることです。では、なぜ「色付き」の下塗材が必要なのでしょうか？それは、ラジカルの発生要因となる「紫外線」を遮断する役割があるためです。
そこで、アステックペイントの難付着系塗膜対応の下塗材で、「白色」と「透明」の紫外線透過率を測定しました。その結果は以下の通りです。
測定結果からわかるように、「白色の塗膜」はほとんどの紫外線を遮断できていることが確認されました。つまり、下塗材の色による紫外線の遮断ができていない場合、上塗材と下塗材を透過した紫外線によってラジカルが発生し、下塗材が分解され、早期の剥離が起こる可能性があります。
光触媒コーティングに対応できる「難付着系対応」かつ「色付き」の条件を満たしたアステックペイントの製品は以下の2つになります。
・水性タイプ ：プレミアムSSシーラープライマー（外壁用）※白色・グレー色
・弱溶剤タイプ：エポプレミアムシーラープライマーJY（屋根・外壁用）※白色のみ
まとめ
今回は、ラジカルについて、「ラジカルとは何か」からラジカルの活用・制御技術、これら内容に伴うアステックペイント推奨塗料や関連記事の紹介をしました。本記事で「ラジカル」に関する情報を知っていただき、塗装工事の際、正しい知識をもって最適な塗料を選択するため情報源としてご活用ください。
【記事監修】株式会社アステックペイント 野口英樹
株式会社アステックペイント営業本部 本部長。アステックペイント入社後、福岡営業所、東京営業所の所長、顧客事業部部長を歴任。現在は、アステックペイント４つの営業部で構成される営業本部の統括マネジャーとして、塗装会社の抱える課題を解決するための提案・成長支援を行っている。
【運営会社】株式会社アステックペイント
AP ONLINEを運営する株式会社アステックペイントは、建築用塗料を製造・販売する塗料メーカー。遮熱性、低汚染性に優れた高付加価値塗料の研究・開発の他、システム・販促支援など、塗装業界の課題解決に取り組んでいる。
