スプレーペイント

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背景

スプレーペイントは、細かいミストとして分配されるように設計されたエアゾール製品です。従来のブラシ塗装方法と比較して、スプレー塗装はより速く、より均一な塗布を提供します。工業用スプレー塗装は、塗料粒子を細かい霧に分解する特殊な空気圧縮機に依存していますが、市販のスプレー塗料は、液化ガスを使用して塗料を噴霧する自己完結型のエアゾール缶です。

歴史

絵画の芸術と科学は3万年以上前にさかのぼります。原始人は、今日でも見える洞窟の壁に自分たちの生活の大まかな描写を描きました。何世紀にもわたって、改良された方法と材料が開発されるにつれて、絵画は芸術を表現する方法として、そして機能的な道具として進化しました。 1700年に、アメリカで最初に記録された塗料工場がトーマスチャイルドによってボストンに建設されました。消費者向けの最初のすぐに使える塗料は、150年以上後にオハイオ州のD. R.Averillによって開発されました。

これらの塗料は消費者に商業的に望まれていましたが、その重量のために全国に出荷するのにも非常に費用がかかりました。大量生産の方法がますます利用可能になるにつれて、メーカーは塗料をより効率的に作る方法を学びました。小さな工場が全国に湧き始めました。この小規模な分散型製造工場のシステムにより、製造業者は全国に塗料を販売することができました。このシステムは、20世紀半ばまで業界で存続しました。

1940年代に、塗料業界はエアゾール缶の発明でさらに一歩前進しました。もともと殺虫剤を調剤するためのツールとして軍によって開発されたエアゾールシステムは、スプレーペイントを含む他の製品カテゴリーにすぐに適応しました。 1948年、シカゴのChase Companyは、米国農務省からエアゾール蚊よけ剤の製造を認可された3つの企業の1つになりました。同様の技術と設備を使用して、数年後、彼らはスプレー塗料の最初の商業生産者になりました。

1950年代の誕生以来、スプレーペイント業界はかなりの成功を収めてきましたが、多くの課題にも直面しています。 1970年代後半、大気中のオゾン層破壊においてこれらの溶剤が果たす役割のために、立法者は塗料がクロロフルオロカーボン噴射剤（CFC）を使用することを禁止しました。 1990年代後半、カリフォルニア大気資源局（CARB）は、スプレー塗料に使用できる揮発性有機化合物（VOC）の量に制限を課し始めました。 VOCは大気汚染の一因となることが示されています。これらの規制上の義務は、スプレー塗料の配合の品質に劇的な影響を及ぼしています。これらの課題にもかかわらず、スプレー塗料は引き続き人気のある消費財です。 1997年には、米国だけで約2,500万ガロン（9,400万1）のスプレー塗料が製造されました。

原材料

顔料

顔料は、色と不透明度を提供するためにスプレーペイントで使用されます。スプレーペイントに使用される顔料には、4つの基本的なタイプがあります。二酸化チタンなどの白色顔料は、光を散乱させ、塗装面をより不透明にするために使用されます。カラー顔料は、その名前が示すように、塗料混合物に色を提供します。これらには、さまざまな合成化学物質が含まれます。不活性顔料は、塗料のフィルム特性を変えるフィラーとして使用されます。最後に、機能性顔料は、紫外線からの保護を与えるなどの追加の性能特性を提供します。

顔料は、粘度などの特定の配合特性にも影響を与える可能性があるため、慎重に選択する必要があります。顔料が適切に分散されていない場合、それらは凝集する可能性があります。つまり、それらが一緒になって、容器の底に沈殿するより大きな塊を形成する可能性があります。これが発生すると、顔料はバルブを通してスプレーするのに十分な小さな粒子に分離することができません。

溶剤

溶剤は、残りの塗料成分を運ぶ液体です。水は多くの材料にとって優れた溶剤ですが、乾燥が遅く、金属缶に腐食を引き起こす傾向があります。したがって、非水性の速乾性溶媒が使用されます。溶媒の選択も、色素分散の安定性に影響を与える可能性があります。一部の溶媒は粒子の外層に吸収されて膨潤する可能性があります。この相互作用は分散を安定させるのに役立ちます。一方、他のタイプの溶媒は、色素分散に悪影響を与える可能性があります。溶媒が粒子の表面を完全に覆っている場合、他の成分の相互作用を防ぐことができ、実際に式を不安定にする可能性があります

推進剤

推進剤は、バルブが開いたときに急速に膨張することによって缶から塗料を押し出すガスです。もともとフロンガス（CFC）は推進剤として使用されていましたが、オゾン層を破壊することが判明したため、1978年に使用が禁止されました。ブタンやプロパンなどの他のガスは、CFCの代わりに使用されました。これらの炭化水素は、缶内に発生する圧力の量に応じて分類されます。たとえば、ブタン40はブタンとプロパンの混合物であり、蒸気圧は40 psi（2.8 kgf / cm ² ）です。 ）平方インチあたり。炭化水素推進剤は、カリフォルニア州大気資源局がこれらの化学物質がスモッグの原因であると判断した1980年代まで、主要な推進剤として使用されていました。彼らは、スプレー塗料に使用できる量を制限する規制に合格しました。これらの問題を解決するために、エアロゾルで使用するために開発されたハイドロフルオロカーボン（HFC）として知られる新しいクラスの推進剤。これらには、1,1、-ジフルオロエタン（推進剤152A）および1、1、1、2、-テトラフルオロメタン（推進剤134A）が含まれます。

その他の材料

顔料分散液を安定させ、pHと粘度を制御し、缶の腐食を防ぐために、他の成分が配合に含まれています。

パッケージング

スプレー塗料は、ブリキ缶またはアルミ缶に梱包されています。缶は、塗料の分配方法を制御するバルブで密閉されています。バルブの上部は、スプレーの形状を制御するボタンです。液体塗料濃縮物と推進剤の混合チャンバーとして機能するバルブ本体に取り付けられています。バルブの底には、缶の底から塗料を上向きに運ぶプラスチックチューブが取り付けられています。

製造
プロセス

濃縮物のバッチ処理

• 1エアゾールスプレー塗料を製造する最初のステップは、大きな金属またはガラスのタンクで濃縮液を準備することです。このプロセスでは、溶媒、腐食防止剤、pHおよび粘度制御剤などの液体成分を、電気モーターで駆動される大型のインペラータイプのミキサーで混合します。

顔料の分散

• 2製造プロセスの重要なステップは、固体顔料粒子が適切に分散されるようにすることです。液体が粒子の周囲のすべての空気を確実に置き換えるように注意する必要があります。プロペラブレードとの単純な混合では顔料を分散させるのに十分ではないため、ボールミルなどの特殊な混合装置が使用されます。ボールミルは、ドラムのような円形の容器で、セラミックまたはステンレス鋼のボールが充填されています。乾燥顔料は、塗料濃縮物の一部と混合されて、このドラムに注がれるスラリーを形成します。次に、ドラムは一対の回転する金属ローラー上に置かれます。なので スプレー式塗料缶の内部とその仕組み。それは回転し、ボールはドラム内で転がり、顔料粒子を分解します。

  このプロセスで使用できる別のタイプのミキサーは、2つの近接した回転金属シリンダーで構成されるローラーミルです。顔料スラリーは、ローラーが互いに回転するときにローラーを通過します。顔料粒子は、ローラーの作用により、最小の粒子のみが間隔を通過するまで分解されます。つまり、より大きな凝集粒子が分解されます。

• 3顔料が適切に湿ったら、バッチタンク内の残りの濃縮液にスラリーを加えることができます。次に、この混合物を均質になるまで撹拌する。プロセスのこの時点で、塗料濃縮物のサンプルを採取して、一貫性と色をチェックすることができます。色が適切に一致しない場合は、バッチに追加して色を調整できます。調整を行って、顔料の負荷を増やして色を強調したり、溶剤を追加して希釈したりすることができます。バッチが適切な仕様を満たしていることがわかったら、充填タンクに移すことができます。

充填プロセス

• 4エアロゾルに使用される充填プロセスは高度に自動化されています。空の缶はコンベヤーベルトを下って移動し、充填装置に到達します。圧縮空気のジェットは、充填ヘッドによって濃縮物が充填される前に、缶内にある可能性のあるほこりや汚れを吹き飛ばします。これらのヘッドは、充填タンクから塗料を移送するチューブに接続された一連のノズルです。ピストン機構は、缶に注入される液体の量を制御します。缶を充填した後、組立ラインを下ってガス発生装置に進み、液化した推進剤を缶に注入し、すぐにバルブを缶の縁に圧着して密閉します。
• 5ガスを吹き込んだ後、缶はお湯の谷を通過するので、漏れがないか観察できます。缶に穴が開いている場合、またはバルブが適切に密閉されていない場合、ウォーターバスに小さな流れの泡が見えます。欠陥のある缶は取り外されて廃棄されます。水槽を通過した後、缶はより圧縮空気で乾燥されます。組立ラインの終わりに、エアロゾルを偶発的な活性化から保護するために、オーバーキャップがバルブに取り付けられています。最後に、缶はカートンに詰められ、輸送のためにパレットに置かれます。

品質管理

スプレー塗料製品の品質は、いくつかの段階で評価されます。バッチ処理中に、濃縮物が適切な色合いであることを確認するためにチェックされます。これは、新しいバッチのサンプルを承認された標準と視覚的に比較するだけで実行できます。この比較を支援するために、白い背景に少量の塗料を塗ることができます。さらに、より洗練されたカラーメトリックまたはフォトメトリックの機器分析方法を使用することができます。ダニエルズフローポイントテストなどの分析テスト方法を使用して、塗料の分散が安定していることを確認します。エアロゾル充填プロセス中に、ランダムなサンプルが組立ラインから引き出されてチェックされます。重要な評価には、充填重量、固形分濃度、および缶の圧力が含まれます。スプレー速度（単位時間あたりに供給される塗料の量）とスプレーパターン（スプレーのサイズと形状）も慎重に評価されます。製造が完了した後、缶が詰まることなくスプレーされ、缶の内部に錆がないことを確認するために、加速エージング研究が行われる場合があります。

未来

エアロゾルスプレー塗料業界は、マーケティングと技術の両方の問題を含むさまざまな将来の課題に直面しています。市場が成熟するにつれ、メーカーは自社製品を販売するための新しい方法を見つけるのに苦労しています。 Krylon社（Sherwin-Williamsの一部門）は、2つの新しい分野で将来のマーケティング活動に取り組んでいます。 1つの新しい製品ラインは、明るい新しい色、強化された洗浄性、および新しいフレッシュな香りを提供する塗料を使用して、女性と子供を対象としています。もう1つのラインは、ドア/シャッターペイント、ベントペイント、トレッドアンドグリップペイントなどの特定の住宅請負業者の用途を対象としています。

マーケティングの課題に加えて、将来の塗料配合者は、コストを削減するか、パフォーマンスを向上させる方法を探し続ける必要があります。将来の技術の例は、2つの新しい処方アプローチに見られます。 1つは、乾燥後の皮膜の外観を改善する2つの新しい溶媒を扱い、もう1つは、表面被覆率を改善する、顔料充填率とバインダー比の低下を伴います。最後に、エアゾールスプレー塗料が直面するその他の将来の課題には、VOC排出と地球温暖化を制御することを目的とした環境規制、安全ラベルに関する法的な問題、落書きアーティストによる継続的な製品乱用が含まれます。

詳細情報

本

ジョンセン、モンフォールA. エアロゾルハンドブック。 ウェインドーランドカンパニー、1982年。

定期刊行物

ジョンセン、モンフォートA.「エアロゾル—VOCチャレンジは21世紀に移行します。」 スプレーテクノロジー 11（1999）：21。

その他

「塗料とコーティングの経済的価値」。 National Paint＆CoatingsAssociationのWebページ。 2001年12月。。

ランディ シューラー