なぜヒドロキシエチルセルロース (HEC) が水性コーティングに必要なのでしょうか?

ヒドロキシエチルセルロース (HEC) は、粘度を制御し、顔料の沈降を防止し、塗布の滑らかさを改善し、配合全体を安定させるのを同時に行うため、水性コーティングに不可欠です。これらの機能は、同等のコストと性能では単一の代替添加剤では再現できないものです。 HEC がないと、内壁および外壁の水性塗料は垂直面に流れ、保管中に分離し、不均一に塗布され、膜厚が不均一になります。石のようなテクスチャーペイントのような高造形用途では、HEC はさらに重要です。HEC は、重い骨材を懸濁状態に保持し、塗布後にテクスチャー形状を維持するために必要な構造レオロジーを提供します。

一般的な使用レベルでは、 0.2～0.8重量％ 配合物全体のうち、HEC は塗料の性能、加工性、保存安定性に大きな影響を与え、水性塗料業界で最もコスト効率の高い機能性添加剤の 1 つとなっています。

何 HEC 水性コーティングの役割: 重要な機能的役割

HEC は、エチレンオキシドによるエーテル化によりセルロースから誘導される非イオン性の水溶性ポリマーです。塗料の水相に溶解すると、製造から塗布、最終的な塗膜形成までの塗料の挙動を定義する 5 つの異なる相互依存機能を実行します。

一次粘度の制御と増粘

HEC は、水中で絡み合ったポリマーネットワークを形成することにより、ハイドロコロイド増粘剤として機能します。あ 高分子量 HEC (Mw ~1,000,000 g/mol) の 2% 水溶液 通常、25°C で 3,000～5,000 mPa・s の粘度が生成されます。これは、完全な塗料配合物のバルク粘度を、希薄なラテックス状態から建築用壁塗料で一般的な 90,000～120,000 mPa・s (KU 95～115) の展延可能な稠度まで構築するのに十分です。増粘効率は分子量と置換度 (DS) に大きく依存するため、配合者は正確に目標とする粘度プロファイルに合わせて特定の HEC グレードを選択できます。

擬似塑性（せん断減粘）レオロジー

HEC は、コーティングに疑似塑性流動挙動を与えます。低剪断では高粘度 (保管耐性と垂れ下がり耐性)、高剪断では低粘度 (ブラシ、ローラー、またはスプレー塗布) を与えます。この二重の挙動は、機能的な建築用塗料の明確な要件です。低いせん断速度 (0.1 ～ 1 s⁻¹、放置保管を表す) では、HEC で増粘した塗料は粘度を維持します。 50,000～150,000mPa・s ;高せん断速度 (1,000 ～ 10,000 s⁻¹、ブラシ塗布を表す) では、粘度は以下に低下します。 500～2,000mPa・s — 垂直面でもたわむことなく、ブラシの下でスムーズな流れと平準化を可能にします。

顔料およびフィラーの懸濁液

無機顔料 (TiO₂、酸化鉄) と鉱物充填剤 (炭酸カルシウム、タルク、シリカ) の密度は 2.5 ～ 4.2 g/cm3 — 水性連続相 (約 1.0 g/cm3) よりもはるかに重い。 HEC のネットワーク粘度がなければ、これらの粒子は数時間以内に缶の底に沈殿します。 HEC は配合物に十分な降伏応力を生じさせ、顔料と充填剤を長期間懸濁した状態に保ちます。 保存期間は 12 ～ 24 か月 市販の塗料製品の業界ベンチマークである標準的な保管条件下での保管。

保水性とオープンタイムの延長

HEC の高い水分結合能力は、塗布されたウェットフィルムからの蒸発を遅らせ、オープンタイム (塗料を再加工できる期間) を延長します。 5 ～ 8 分 (HEC なし) ～ 15 ～ 25 分 典型的な内壁塗装用途に使用されます。これは、直射日光や風の当たる場所で塗布される外装コーティングの場合に特に重要です。乾燥が早すぎると、ラップマーク、ブラシの引きずり、膜厚の不均一が発生します。

相溶性と製剤の安定性

非イオン性ポリマーである HEC は、沈殿物や相分離を形成することなく、事実上すべての他の塗料添加剤 (アニオン性およびカチオン性界面活性剤、分散剤、殺生剤、消泡剤、造膜剤) と適合します。この幅広い適合性により、カルボキシメチルセルロース (CMC) や会合性増粘剤 (HEUR) などのイオン性増粘剤が不安定性を引き起こす可能性がある複雑な多添加剤配合物におけるデフォルトの増粘剤の選択肢となります。

内外壁塗装における HEC: 特定の要件とグレードの選択

内壁および外壁の塗料は、コーティング業界で HEC が最も多く使用されていますが、その性能要件は大きく異なります。HEC グレードの選択はこれらの違いを反映する必要があります。

内壁塗料の配合要件

内装用塗料では、滑らかな塗布、良好なレベリング (最小限のブラシ跡)、許容可能な修正オープンタイム、およびローラー塗布時の飛散の少なさを優先します。 HEC グレード 中～高分子量 (Mw 300,000～700,000) 通常、1.8 ～ 2.5 のモル置換 (MS) が選択され、典型的な添加レベルでの増粘効率と擬似塑性流動のバランスが得られます。 配合総重量の 0.25 ～ 0.45% .

外壁塗装の配合要件

屋外用塗料は、塗装中の -5°C から 50°C までの温度変動、乾燥中の UV 暴露、風による加速された水分の損失、および軽微な下地の亀裂を埋める必要性など、より厳しい塗装条件に直面しています。屋外用の HEC は、この温度範囲全体で粘度安定性を維持し、悪天候でも適切なフィルム形成を確保するために十分な保水性を提供する必要があります。 高分子量HECグレード（Mw 700,000～1,200,000） 追加レベルで 0.35～0.60% は標準であり、多くの場合、スプレー塗布に必要な高せん断粘度プロファイルを達成するために会合性増粘剤 (HEUR) と組み合わせられます。

ストーンライクテクスチャペイントの HEC: 標準グレードでは不十分な理由

石のようなテクスチャ ペイント (花崗岩ペイント、マルチカラー ストーン ペイント、またはリアル ストーン ペイントとも呼ばれます) は、コーティング業界全体の中で HEC の最も技術的に要求の高い用途の 1 つです。これらの配合物には、次の粒径の天然石または合成石の骨材が含まれています。 0.5～3.0mm と密度 2.6 ～ 2.8 g/cm3 、総固形分負荷量が 70 ～ 85 重量％の場合。ホッパーガンによる噴霧性を維持しながら、これらの重くて粗い粒子を均一に懸濁させておくには、独自の高性能レオロジープロファイルが必要です。

ストーンライクペイントの 3 つのレオロジー的課題

• 静的サスペンション: バケット内で静置している場合、配合物は急速な骨材の沈降を防ぐのに十分な降伏応力を生成する必要があり、添加範囲の上限の HEC が必要です ( 0.60～0.80% ) 増粘剤としてアタパルジャイト粘土またはヒュームドシリカと組み合わせます。
• 適用せん断減粘性: スプレー塗布中、配合物は 4 ～ 6 mm のホッパー ガン ノズルを詰まることなく通過できるように十分に薄くし、その後すぐに基材上で再び増粘して、高厚み (2 ～ 5 mm) の湿潤フィルムのたるみを防ぐ必要があります。
• テクスチャプロファイルの保持: 塗布後、フィルムが乾燥するまで骨材は堆積した位置に留まり、石のような質感のレリーフが維持されなければなりません。大幅な乾燥が起こる前に骨材の位置を固定するには、せん断後の HEC の迅速な粘度回復が不可欠です。

HEC を使用した典型的な石のようなペイントの配合

HEC と代替増粘剤: HEC が水性コーティングの主流となる理由

配合業者はいくつかの代替増粘剤化学薬品を利用できますが、それぞれに特定の制限があり、HEC が水性建築用塗料として世界中で依然として主要な選択肢である理由を説明しています。

重要な配合実践: HEC の正しい溶解と組み込み

最終コーティングにおける HEC の性能は、正しい溶解と添加順序に大きく依存します。不適切な取り扱いは、HEC 含有システムの未溶解ゲルの塊 (フィッシュアイ)、不均一な粘度、および微生物汚染の最も一般的な原因です。

1. 完全に添加する前にプレウェット: 継続的に撹拌しながら、中程度の撹拌 (300 ～ 600 RPM) で HEC 粉末を水にゆっくりと分散させます。撹拌せずにダンプ添加すると、直ちに凝集が生じ、溶解時間が非常に長くなります。
2. 水温を調整します: HEC は、水に最も効率的に溶解します。 20～50℃ 。冷水 (10°C 以下) では溶解が大幅に遅くなります。 80°C を超える水は、溶解中にセルロース主鎖の局所的な分解を引き起こす可能性があります。
3. 十分な水分補給時間を確保してください: 初期分散後、 30 ～ 60 分間撹拌を続ける 低速で完全に粘度を上げます。 HEC が完全に水和する前に他の成分を時期尚早に添加すると、最終粘度が大幅に低下する配合物が得られます。
4. 溶解後すぐに殺生物剤を追加します。 HEC 溶液は微生物分解、つまりセルロース ポリマー主鎖を切断する細菌や真菌の影響を受けやすく、粘度損失を引き起こします。承認された缶詰防腐剤（イソチアゾリノンブレンドなど）を追加します。 0.05～0.15% ）さらなる配合ステップの前に溶液を保護するために、HEC 溶解直後。
5. HEC 添加後の pH を調整します。 HEC 溶液は pH 2 ～ pH 12 で安定していますが、ほとんどの塗料配合物はバインダーの安定性を最適化するために pH 8.5 ～ 9.5 をターゲットとしています。溶解中の局所的な極端な pH を避けるために、HEC が完全に溶解した後に pH 調整剤 (アンモニア、AMP-95) を追加します。

水性コーティングにおける HEC に関するよくある質問

Q1: HEC で増粘した塗料は、数か月保管すると粘度が低下するのはなぜですか?

保存された HEC で増粘した塗料の粘度低下は、ほとんどの場合、微生物の分解によって引き起こされます。細菌（特に シュードモナス属 そして 桿菌 種）や真菌は、HEC ポリマー鎖を切断するセルラーゼ酵素を生成し、分子量と増粘効率を低下させ、多くの場合、 50 ～ 90% の粘度損失 適切な防腐剤を使用しない場合は 3 ～ 6 か月以内。解決策は、缶内に適切な濃度で十分な殺生物剤を確保し (防腐剤の供給業者に確認してください)、汚染を防ぐために密閉容器を維持し、殺生物剤耐性仕上げ剤で処理された HEC グレードを使用することです。新しい生産で粘度の低下が観察された場合は、殺生物剤の添加レベルとプロセス水の微生物学的品質を確認してください。

Q2: HEC グレードに「低粘度」と「高粘度」と記載されているグレードの違いは何ですか?

HEC 粘度グレードは、25℃で測定された標準化された 2% 水溶液の粘度を指します。低粘度グレード (例: 2% で 100 ～ 400 mPa・s) は分子量が低く、目標の塗料粘度を達成するにはより高い添加レベルが必要です。これらは、製造中の溶解の容易さと溶液粘度の低下が優先される場合に使用されます。高粘度グレード (例: 1% または 2% で 4,000 ～ 15,000 mPa・s) は分子量が非常に高く、目標の塗料粘度を生成します。 より低い添加レベル (0.3 ～ 0.6%) - これらは、高ビルドコーティング、テクスチャペイント、および強力な懸濁特性を必要とする配合物に好まれます。異なる分子量グレードは重量ごとに互換性がないため、グレードを切り替える場合は、常に目標の KU 粘度に基づいて添加レベルを再計算してください。

Q3: HEC は、耐水性と耐擦傷性が必要な外装コーティングに使用できますか?

はい。よくある誤解は、HEC は水溶性であるため、外装コーティングの耐水性を損なうというものです。実際には、HEC は非常に低濃度 (配合物全体の 0.3 ～ 0.6%) で存在し、アクリルまたはシリコーン - アクリル結合剤が大半を占める乾燥フィルムの微量成分になります。フィルムが硬化すると、HEC ポリマーは架橋またはフィルム形成されたバインダー マトリックス内に物理的に閉じ込められ、通常の雨にさらされても容易に再溶解しません。独立した試験により、HEC を配合した外装塗料が標準レベルで合格することが示されました ASTM D2486 1,000 サイクルの耐スクラブ性テスト そして meet ASTM D1653 moisture vapor transmission requirements for exterior masonry coatings.

Q4: HEC で増粘した塗料に「魚の目」または未溶解の塊が発生する原因は何ですか?また、それをどのように防ぐことができますか?

フィッシュアイ (未溶解の HEC ゲルの塊) は、水がコアに浸透するよりも早く HEC 粉末粒子がその外表面で水和し、完全な溶解を防ぐ不浸透性のゲルシェルを形成するときに形成されます。最も効果的な予防戦略は次のとおりです。 HEC を少量のグリコールまたはプロピレングリコールに事前分散する 水に添加する前に（HEC 1 部に対してグリコール 5 ～ 10 部） — グリコールは表面の水和を一時的に阻害し、膨潤が始まる前に粒子を分散させます。溶解遅延のある HEC グレード (分散しやすいように設計された表面処理グレード) を使用します。添加中に適切な高せん断混合を確保する。すでに増粘した溶液や高粘度の溶液に HEC パウダーを決して加えないでください。

Q5: HEC を組み合わせて使用​​した場合、HEC は HEUR 会合性増粘剤とどのように相互作用しますか?

HEC および HEUR 増粘剤は相補的なレオロジー特性を備えており、半光沢および光沢のある建築用塗料でよく一緒に使用されます。 HEC は優れた低せん断粘度および中せん断粘度 (保管安定性、たわみ耐性、ローラーピックアップ) を提供し、HEUR は高せん断粘度 (レベリング、ブラシの感触、適用せん断速度での飛散防止) を提供します。この組み合わせにより、増粘剤単独よりもバランスの取れたレオロジープロファイルが得られます。ただし、この 2 つは相乗的に相互作用します。 HEC で増粘した系に HEUR を添加すると、添加剤の予測よりも 15 ～ 40% 多く低せん断粘度を増加させることができます。 、過剰な増粘を避けるために配合者はブレンド時に HEC レベルを下げることが求められています。配合中の界面活性剤のレベルは、HEUR の効率に大きく影響します。最終的な界面活性剤レベルを設定した後は、常に増粘剤ブレンドを最適化してください。

Q6: 暑い気候の屋外用途に配合する場合、HEC 添加レベルはどのように調整する必要がありますか?

すべてのポリマー溶液と同様に、HEC 粘度は温度の上昇とともに減少します。 ℃上昇ごとに2～3%の粘度低下 関連する温度範囲内で。 23°C で 110 KU に配合された塗料は、40°C では 85 ～ 90 KU しか測定されない可能性があり、熱帯または砂漠気候での塗布中に垂れたり、塗膜の形成が不十分になる可能性があります。暑い気候の屋外配合の場合、HEC 添加量を次のように増やします。 温帯気候レベルより 15 ～ 25% 高い または、温度安定性がより優れた高分子量グレードを選択してください。さらに、粘土増粘剤は比較的低い温度感受性を示し、高温では補償粘度を提供するため、HEC とともに少量の粘土増粘剤 (アタパルジャイト 0.2 ～ 0.4%) を組み込むことを検討してください。