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「くるくる♪週刊化学マガジン」

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「くるくる♪週刊化学マガジン」vol.923

2019/10/23

◆2019.10.23発行■■■■□■■■■□■■■■□■■■■□総登録者数 2,751名◆
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  ◇◆◇◆◇  日本分析化学専門学校 発
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◆◆◆◆◆◆◆ 第4週「化学の最先端を知る!・ハイテクケミストリー」
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  厚生労働大臣 指定校 学校法人・専修学校 日本分析化学専門学校(2年制)
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みなさん、こんにちは。

10月も下旬になり、本校のある大阪では、
朝晩の冷え込みが厳しく、秋の深まりを感じます。
本校では、先週、事業所見学会を実施しました。
1年生が卒業生の活躍する企業へ行き、実際に分析されている現場を
見学させていただきました。
少しでも分かりやすく伝えようと説明をする卒業生の姿を見て、
1年生は将来の自分の姿を想像しながら、分析業務の詳細を学ぶことが
できました。
それらの様子は、こちらのブログからご確認ください。

▼現場で学ぶ分析化学!!〜事業所見学会〜
 http://www.bunseki.ac.jp/teacher_blog/2019/10/post-9246.html

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        「化学の最先端を知る!・ハイテクケミストリー」
  
              ◆化学が彩る塗料のカガク◆
 
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昨日は即位礼正殿の儀が執り行われました。儀式で用いられた調度品の多く
が木製ですが、そこには黒漆や朱という日本古来の塗料が塗られ、式典に美
しい色を添えていました。このような特別な場面だけではなく、私たちの身
の回りにある家具、建物、車両などにも塗料は塗られており、私たちの生活
に彩りを添えています。今回は、そんな塗料についてご紹介したいと思いま
す。


■人類の歩みは塗料で彩られてきた!

アルタミラ洞窟やラスゴーの壁画でも分かるように、紀元前の昔から人類は
塗料を用いてきました。その後、呪術者が儀式で使う道具に塗るようになり
さらには宮殿などの建物に塗られるようになるなど、用途はどんどんと広が
っていきました。古代の色は植物や鉱物から作り出されており、植物由来の
ものには漆や藍などがあります。特に漆という植物はアジアにしか自生して
いないため、漆はアジアで独自に発展した塗料と言えます。鉱物由来の色に
は、酸化鉄の赤色(弁柄)、塩基性炭酸銅の青色(群青)、三硫化二ヒ素の
黄色(雄黄)、炭酸カルシウムの白色(岩胡粉)などがあります。これら鉱
物を粉にしたもの(顔料)では、複雑な形状のものや大きなもの(塗る範囲
が広いもの)に塗るのは難しいため、顔料をオリーブ油や亜麻仁油、漆の樹
液などの液体に溶いて、流動性を持たせたものが使われるようになります。
これが塗料の原点です。


■美しさだけではない塗料のチカラ!

塗料の役割は美しさやデザインといった「美観」だけではありません。最近
の塗料は「保護」や「機能性の付与」といった役割も担っています。例えば
建物の外壁であれば、風雨、紫外線、ほこり、塩分など様々な劣化要因に晒
されます。塗料はこれら劣化要因から建物を保護する役割をしています。さ
らに、電気絶縁、帯電防止、断熱、耐火、蓄光、紫外線遮断、結露防止、調
湿、防汚、防かび、消臭、耐薬品など多彩な機能性を付与された塗料が開発
されています。


■塗料の成分もイロイロ!

塗料の構成成分には塗装後の乾燥で塗膜を形成するメイン成分の合成樹脂、
顔料、添加剤と、乾燥で蒸発していくサブ成分である溶剤の4つがありま
す。
1)合成樹脂
 塗料の主成分として塗膜の弾力性や耐久性などの品質を決定します。塗
 料に使われる合成樹脂の種類は多く、アクリル樹脂、ウレタン樹脂、メ
 ラミン樹脂、シリコーン樹脂、フッ素樹脂などがあります。樹脂によっ
 て耐用年数に違いがあり、アクリル樹脂の耐用年数は5年程度ですが、
 フッ素樹脂だと耐用年数が20年近くになります。但し、フッ素樹脂を用
 いた塗料は高価なので、東京スカイツリーやレインボーブリッジなどメ
 ンテナンスが大変な建築物に使用されています。

2)顔料
 塗膜を着色する成分となるもので、先ほど紹介した顔料の他に、チタン
 白、カーボンブラック、ペリレンレッドなどの無機顔料や有機顔料、さ
 らには機能性を持った顔料として防カビ効果が得られるリン酸アルミニ
 ウム、蓄光顔料などが用いられることもあります。

3)添加剤
 塗膜に機能を付与する成分となるものです。例えば、柔軟性を付与した
 い時には可塑剤が加えられます。また、高層ビルの外壁など清掃が困難
 な場所に塗る塗料には防汚性を付与するために、太陽光のエネルギーを
 利用して有機物を分解する能力がある酸化チタンが加えられています。

4)溶剤
 塗料を液体化させる成分です。トルエン、キシレン、イソプロピレンア
 ルコール、ブチルアルコール、メチルエチルケトン、酢酸ブチルなど、
 こちらも多くの種類があります。一般的に用いる樹脂を溶解する能力と
 蒸発時間を考慮して、数種類を混ぜて用います。


■安くて長持ちの次世代の塗料が登場!

先ほど紹介した酸化チタンは防汚性の付与だけではなく、発色を良くする
ための白色顔料として、最近では多くの塗料に加えられています。しかし
酸化チタンにはラジカル(非常に化学反応しやすい物質)を発生し、有機
物を分解する能力があるため、塗料中の樹脂や有機顔料を分解して、塗膜
がひび割れ、パラパラと剥がれ落ちるチョーキングという現象を引き起こ
してしまいます。そこで、酸化チタンの粒子表面を含水アルミナやシリカ
などで処理してバリアを形成し、ラジカルの発生を抑える技術が開発され
ました。さらに、発生してしまったラジカルを捕捉する能力のあるヒンダ
ートアミン系光安定剤を加えることで塗膜が分解されるのを防ぐことがで
きるようになりました。この技術が開発されたことで、フッ素樹脂よりも
安価なシリコーン樹脂の塗料でも、フッ素樹脂と同じくらい長い耐用年数
を持つようになりました。


このように塗料は私たちの周りで色々なチカラを発揮し、さらに、どんど
ん進化しています。今度、色鮮やかな塗装に出会った時やDIYを楽しむ時
など、そこに使われる塗料にも興味を持ってみると、毎日の暮らしの楽し
みが増えるのではないでしょうか。


■参考資料
・化学と工業,  Vol.72-10 (2019), p.821-p.823.
 「ラジカル制御技術で新展開を見せる外壁用塗料」
・国立科学博物館技術の系統化調査報告, Vol.15 (2010).
 「塗料技術発展の系統化調査」大沼清利


=========================【次回予告】===============================

◆ 第1週「化学を料理する!・フードケミストリー」11/6(水) 配信
   
           =ピザを食べて健康に?!=

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