防食概論:塗装・塗料
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用途の多い【主なふっ素樹脂の概要】, 【ふっ素樹脂の代表的特性】, 【ふっ素樹脂の主な用途】 に項目を分けて紹介する。
塗料概論(ふっ素樹脂塗料)
主なふっ素樹脂の概要
次には,主なふっ素系樹脂 (fluorocarbon polymers)の特徴を示す。
PTFE (polytetrafluoroethylene;ボリテトラフルオロエチレン)
テトラフルオロエチレン(C2F4)の重合で得られる完全ふっ素化樹脂(completely fluorinated resin)で,化学構造式 { (C2F4)N } で表され,商品名のテフロン (Teflon) とも呼ばれる。
融点 327℃,加工(焼付)温度 380~427℃,連続使用耐熱温度 260℃,断続使用耐熱温度 316℃,耐摩耗性(テーバー)5~15,静止摩擦係数 0.12(1Kg),動摩擦係数 0.08(1Kg),鉛筆硬度 F~H ,接触角(水)104~111°の材料である。
耐熱性,耐薬品性,電気特性,非粘着性,自己潤滑性に優れるが,熱溶融粘度が高くピンホールが発生しやすい。
フライパン,アイロンの底,焼肉器,焼成機など非粘着性,耐熱性を必要とする用途に広く用いられている。
PFA (perfluoroalkoxy alkanes;パーフルオロアルコキシアルカン)
テトラフルオロエチレン( C2F4 )とペルフルオロエーテル( C2F3-O-CF3 )の共重合体(copolymer)で,化学構造式 { (C2F4・C2F3-O-CF3)N } で表される高分子化合物である。
融点 300~310℃,加工(焼付)温度 380℃,連続使用耐熱温度 260℃,断続使用耐熱温度 300℃,耐摩耗性(テーバー)10~20,静止摩擦係数 0.12(1Kg),動摩擦係数 0.08(1Kg),鉛筆硬度 F~H ,接触角(水)100~110°の材料である。
耐熱性,耐薬品性,電気特性,非粘着性に優れ,熟溶融粘度が低く,PTFEでは得られないピンホールの少ない連続被膜を得ることができる。高温使用の耐食用として用いられる。
FEP (fluorinated ethylene–propylene copolymer;テトラフルオロエチレン/ヘキサフルオロプロピレン)
テトラフルオロエチレン( C2F4 )と ヘキサフルオロプロピレン( C3F6 )の共重合体(copolymer)で,四フッ化エチレン・六フッ化プロピレン共重合体,パーフルオロエチレンプロペンコポリマー,ペルフルオロ(エチレン-プロピレン)プラスチックともいい,化学構造式 { (C2F4・C3F6)N } で表される高分子化合物である
融点 250~270℃,加工(焼付)温度 380℃,連続使用耐熱温度 204℃,断続使用耐熱温度 232℃,耐摩耗性(テーバー)20~35,静止摩擦係数 0.12(1Kg),動摩擦係数 0.08(1Kg),鉛筆硬度 F~H ,接触角(水)95~105°の材料である。
耐熱性,耐薬品性,電気特性,非粘着性に優れ,焼付け(焼成)作業により,平滑でピンホールの少ない被膜を得ることができ,溶融成形が容易なため電線被覆材の用途が多い。
E/TFE(ethylene–tetrafluoroethylene copolymer;エチレン/テトラフルオロエチレン)
テトラフルオロエチレン( C2F4 )と エチレン( C2H4 )の共重合体(copolymer)で,ETFEとも略され四フッ化エチレン・六フッ化プロピレン共重合体,エチレン・四フッ化エチレン共重合体,エチレン−テトラフルオロエチレンコポリマーともいい,化学構造式 { (C2F4・C2H4)N } で表される高分子化合物である
融点 250~270℃,加工(焼付)温度 300℃,連続使用耐熱温度 150℃,断続使用耐熱温度 180℃,耐摩耗性(テーバー)9~11,接触角(水)96~103°の材料である。耐熱性,耐薬品性,電気特性に優れる。特に,機械強度と耐放射線性が高く,溶融成形のできる熱可塑性樹脂として,ガラス短繊維で強化(GFRP)できるふっ素樹脂である。
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ふっ素樹脂の代表的特性
耐熱性(heat resistance)
塗膜が加熱されても変化しにくい性質。【JIS K5500「塗料用語」】
ふっ素樹脂,及びその複合系は,耐熱性の他,低温特性に優れ,短時間なら 300℃まで,一般的には 260℃から -240℃まで使用可能である。
非粘着性(non-adhesiveness)
非粘着性とは,付着性の強い粘着物に対しても離型がよく,付着しない,又は付着しにくい性質。【JIS K6894「金属素地上のふっ素樹脂塗膜の試験方法」】
粘着性(adhesiveness, tack)とは,接着性の一種で,一般的に“ねばりつく性質”,“くっついて離れない性質”と解釈されている。
ふっ素樹脂表面には,ほとんどの物が固着しない。このため,エポキシ樹脂金形の離形用など,厳しい非粘着性を要求するところや,粘度の低い粘体に対する非粘着性を得るためには,ピンホール発生の少ない FEP系,PFA系の塗膜を使う必要がある。
主な用途には,刃物,集塵機,レンジ,撹拌機,遠心分離機,プラスチック成形金形,プラスチックフィルム押出磯ロール,コピーロールなどがある。
すべり性(slidability, sliding property)
低摩擦性,潤滑性などによるすべりやすさ。
ふっ素樹脂は,非常に低い摩擦係数を有す。一般的に,0.05~0.15の間の値を示す。
主な用途には,カメラ部品,光学機械,バルブ,シャフトなどがある。
電気特性
ふっ素樹脂は,あらゆるプラスチックのうちで最も優れた電気的性質を有する。すなわち,絶縁耐力(絶縁破壊の強さ),体積抵抗率・表面抵抗率が大きく,フラッシュオーバー(閃絡放電)やトラッキング現象には樹脂のうちで最も優れる。比誘電率も大きく高周波に対しても損失は少なく,誘電体力率(誘電正接)tanδは高い周波数に対しても非常に小さい。このため,FEP系,PFA系,及び変性塗料系が電気的用途に用いられる。
主な用途には,各種電極,精密機器部品,粉体容器などがある。
耐磨耗性(abrasion resistance, wear resistance)
磨耗(まもう)に対する抵抗性。磨耗(wear)は,摩耗とも記され,摩擦(friction)に伴って生じる固体表面部分の逐次減量をいう。
ふっ素樹脂は,ふっ素樹脂の持つすべり性と有機バインダー樹脂により向上した被膜強度を兼ね備え,荷重の高い摩耗に対しても優れた耐摩耗性を示す。
このため,複写機定着ロールや練りロールなど適度の荷重がかかる摩耗に対して,PTFE/PFA複合系が用いられている。
主な用途には,機械部品,ピストンリング,ベアリング,ドアー開閉部品,自動販売機部品などがある。
耐薬品性(chemical resistance)
塗膜が酸,アルカリ,塩などの薬品の溶液に浸しても変化(しわ,膨れ,割れ,はがれ,色・つやの変化,膨潤,軟化,溶出など)しにくい性質。【JIS K5500「塗料用語」】
ふっ素樹脂はほとんどの薬品に侵されない。耐食用として,FEP系,PFA系の厚い被膜(耐食ライニング)が主に用いられている。PTFE系は,ピンホールの発生が避けられないため,耐食用としては用いられない。
主な用途には,ボルトナット,便器,耐塩水装置,ポンプ部品,化学工業タンク内コーティングなどがある。
非濡性(non-wettability)
表面に液体が接触するとき,はじいてぬれない性質。【JIS K6894「金属素地上のふっ素樹脂塗膜の試験方法」】
一般的には,液体との接触角が 90°以上となる状態をはじいて濡れないという。
ふっ素樹脂は,有機高分子材料の中で,表面エネルギーが最も低い材料である。従って,工業的操作で用いられるほとんどの溶液に濡れることがない。
主な用途には,食品関係の機器,器具類の汚れ対策などがある。
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ふっ素樹脂の主な用途
主な分野別におけるふっ素樹脂の特性を活用した用途の例を紹介する。
家庭用品(非粘着,低摩擦,耐熱)
鍋,フライパン,肉魚焼,芝刈機刃,便器,植木の鋏,丸鋸刃,アイロン,製氷皿,庖丁,炊飯器,ご飯櫃保温器,油揚鍋,ケーキ焼型,雪かきスコップなど
食品工業(非粘着,低摩擦,撥水)
食罐,フィルター,カッター,スクリーン,トンネル炉の鋼板ベルト及金網,加熱シール機のヒートシーラー用棒,製菓機械器具及び焼成部品,餅用機械,自動包装機,肉鋸,ホッパー,バスケット,小麦粉ねりロール,蒲鉾・竹輪・ハム・ベーコン・佃煮等の機械部品及び洗浄・焼成部品,運搬容器,作業容器,包装機械の擢動面,自動販売機部品など
化学工業(非粘着,耐薬品性,電気絶縁)
ドラム,フィルター,ファン,ロール,フランジ,ボルト,ナット,Oリング,バルブ,リング,コンベヤー,ホッパー,バケット,パイプ,継手,器具,計器,耐塩水機械部品,熱交換器,タンクローリー,プレス,反応槽など
自動車・電子機器(非粘着,低摩擦,電気絶縁)
プランジャー,キャブレーター,安全ベルト部品,ディストリビューターの部品,フック,回転シャフト部品等,スイッチの絶縁部品等,耐ガラス品,擢動面,擢動部品,クーラーバイパスバルブなど
半導体(非粘着,電気特性,純粋性)
洗浄機,検査槽,コーターデベロッパー,ドライエッチング装置,ウェハーカッティング台,レジスト製造装置,CMP装置など
医療・医薬(非粘着,低摩擦,耐薬品性,純粋性)
ピンセット,ハサミ,医療検査機器部品,ヒーター,反応槽,針,輸血パック製造装置部品,細胞試料作成用部品,滅菌器,義歯型など
その他工業用(非粘着,低摩擦,離型)
切断器用ドラム,農器具,スチールモールド,鋸,ベアリング,回転受ブッシュ,金型,機器の擢動面・擢動部,回転防音,コンベヤー,熱交換器,機械部品,塗装ブース,ロクロ,バイメタル,車両,運搬機器,印刷機,油圧機器,光学機器など
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