ホースは日常的な化学薬品包装において重要な部分である。ハンドクリーム、クレンジング製品、日焼け止め製品などの製品分野で広く使用されています。従来のホース表面コーティングは主に溶剤系二成分ポリウレタンコーティングです。二成分ポリウレタンコーティングは、コーティングの柔軟性や二次印刷（ブロンズ加工）の点で優れた性能を発揮しますが、その性能は80%程度と高く、上記のVOC含有量により用途が制限されています。特に近年、我が国の環境保護意識と国民の意識が継続的に高まっていることから、高VOC含有コーティングの製造と使用は厳しく監視されています。環境に優しいホースコーティングは、従来の高VOC含有塗料に代わるもの。
現在、環境に優しいコーティングとして認められているものには、1. VOC含有量が10%未満の水性コーティング、2. 固形分が85%を超える高固形分コーティングまたは完全固形分コーティングなどがあります。現在のホースの基材は主にポリエチレン（PE）材料であるため、この種の材料は表面張力が低く極性が低いという特性があり、ホースコーティングにおいて水性コーティングの成熟した適用例がありません。高固形分UV硬化コーティング（UV硬化コーティング）は、その高い効率性、省エネルギー性、環境保護性から、この段階でホース用の環境に優しいコーティングの第一選択肢となっています。しかし、UV硬化コーティングの特性上、日用化学ホース包装材料の製造にUV硬化コーティングを使用すると、一般的に、コーティングの耐光老化性が低い、黄変しやすい、コーティングにひび割れが生じる、つや消し、耐摩耗性が低い、二次印刷（ブロンズ加工）が難しい、塗装後に不快な臭いがするなどの問題が発生します。
本稿では、UV硬化コーティングの基本原理から始め、実際の応用例と組み合わせながら、日用化学品に使用されるホース包装材のコーティングおよび二次装飾工程における上記主要問題点を深く掘り下げて考察する。そして、コーティング配合の最適化に基づき、包装材メーカーの具体的な実情に応じて、これらの問題に対する具体的な解決策を提示する。
UV硬化コーティング入門
光硬化は急速に発展している「グリーン」な新技術です。1970年代以降、光硬化技術は塗料、インク、架橋剤、医療分野で広く利用されてきました。中でも、紫外線硬化（UV硬化）技術は現在最も広く利用されている光硬化技術です。UVコーティングは主に光開始剤、不飽和樹脂とモノマー、表面制御添加剤、必要な顔料と充填剤で構成されています。日用化学品包装材料の表面装飾分野では、UV硬化技術はスプレー、印刷などの分野で広く利用されています。日用化学品ホース包装材料のコーティングにおいて、UV硬化コーティングは、速硬化性、高い表面光沢、優れた耐擦傷性、高固形分含有量を特徴としています。近年、環境に優しいコーティング材料として、ますます多くの人々の注目を集めています。
しかし、他の材料と同様に、UV硬化型コーティングにも、使用中に黄変、ひび割れ、耐摩耗性の低下といった問題があります。本稿では、ホースに塗布されるUVコーティングの様々な一般的な問題点に焦点を当て、問題の原因から、コーティング配合設計からコーティング施工プロセスに至るまで、これらの問題を解決する方法を提案します。
日常的に使用する化学ホース包装材にUV硬化コーティングを施す際の主な問題点と解決策
一．黄変の原因と対策
UV硬化型塗料が黄変する主な理由は、塗料に含まれる分子構造が特定の波長の紫外線を吸収するためです。これらの物質は特定の波長の紫外線を吸収すると、エネルギー準位の遷移を起こし、最終的に塗料の酸化を引き起こします。酸化の程度がそれほど高くない場合、塗料は黄色に変色し、これが一般的に「黄変」と呼ばれます。
（左の写真：黄変現象、右の写真：正常状態）
紫外線吸収コーティング剤に含まれる主な成分は以下のとおりです。
1. 光開始剤残留物（これは黄変を引き起こす最も重要な物質です）
2．紫外線活性を有する分子構造（紫外線コーティングのこの部分は、主に紫外線樹脂またはモノマー中のベンゼン環構造を含む物質である）
3. 未硬化の残留不飽和結合、およびその他の酸化されやすい物質（アミノ基など）
２．塗膜ひび割れの原因と対策
塗膜の曲がりやひび割れの主な原因は以下のとおりです。1. 塗膜と基材との密着性が低い。2. 硬化後の塗膜の破断伸度が低い。一般的には、塗膜の靭性が低いと言われています。
塗膜のひび割れに対する解決策：
1. 配合設計から始め、より優れた密着性と靭性を備えたコーティングを提供する。
2. コーティング工程の制御に関しては、具体的な方法として、1. 基材の前処理（例えば、基材への火炎処理、コロナ処理、または前処理剤の前処理など）を行い、基材の表面極性を高め、基材の品質を向上させる。2. コーティング工程中は、コーティングの厚さを適切に減らし、硬化温度とUV硬化エネルギーを上げる。
3．不快な臭いの原因と対策
コーティングされたホースは、製品を置くと、特に包装袋に長時間密封されていた場合、包装袋を開封した際に、刺激臭を発します。この刺激臭の主な原因は、塗膜中に残存する低沸点の低分子化合物が、時間の経過とともに塗膜表面に移動し、空気中に揮発して、密閉された環境中に継続的に蓄積されるためです。これらの低沸点の低分子化合物の発生源は、主に残留溶剤（完全に揮発していない溶剤）、残留低分子モノマー（不完全な硬化）、および光開始剤とその分解によって生成された低分子化合物（一般に開始剤残渣と呼ばれる）です。
乾燥後の臭いを解消する方法：
1. 配合設計から始めて、高活性開始剤システムを使用して開始剤の使用量を削減し、システム内の多官能性成分の含有量を増やし、適切な可塑化成分を使用して低分子モノマー、特に単官能性低分子モノマーの使用量を削減します。
2. コーティング工程制御の観点から、コーティングの厚さを適切に減らし、硬化温度とUV硬化エネルギーを上げることで、不快な臭いの発生を減らすことができます。
４．マットホースの耐擦傷性が低い原因と対策
マットコーティングの耐擦傷性が低い理由は、コーティングのマット効果が主にコーティング表面の光の拡散反射によって生じるためであり、コーティング表面の拡散反射は主にコーティング表面の粗さとコーティング層自体の不適合によって引き起こされる。粗い表面が擦れると摩擦が大きくなり、高光沢表面よりも傷がつきやすくなる。さらに、マットコーティングに含まれる粉末状物質がコーティング表面の完全性をある程度損なうことも、マットコーティングが光沢コーティングよりも傷つきやすい理由の一つである。
（マット仕上げのチューブは傷がつきやすく、擦ると白く変色します。）
傷の修復方法：
1. 分配設計から始め、塗料中の粉末成分の一部をマット樹脂に置き換えることで、塗膜のマット度を確保しつつ塗膜表面の粗さを低減し、塗料の顔料ベース比を高めることができ、最終的にマット塗膜表面の耐擦傷性を向上させることができます。
2. コーティング工程の制御から始め、コーティングの厚さを適切に減らし、硬化温度とUV硬化エネルギーを上げることで、マットコーティング表面の耐擦傷性を向上させることができます。
５．ホットスタンピング性能不良の原因と解決策
ホットスタンピングの性能が低下する主な理由は以下のとおりです。1. コーティングがホットスタンピング用紙に適合せず、ホットスタンピングが不完全または接着不良となる。2. ホットスタンピング中のプロセス制御が不安定である。
ホットスタンピング不良への対策：
1. 配合の観点から、Weixi Chemicalは温度感受性物質を独創的に配合に取り入れています。このような物質は室温では高い硬度と低い表面張力を持ちますが、温度が相転移温度に達するかそれを超えると、硬度が急激に低下し、表面張力が上昇する相転移を起こします。ホットスタンピング工程では、ホットスタンピング部の温度が物質の相転移温度を急速に超えるため、ホットスタンピング部の硬度が大幅に低下し、表面張力が上昇します。これにより、ホットスタンピング紙とコーティングとの密着性が向上し、ホットスタンピングの完全性が高まります。ブロンズ加工が完了すると、温度が相転移温度を下回り、コーティングの硬度が回復します。
2. 工程管理の観点から、塗膜に適合するブロンズ紙と工程を選択することを優先し、ブロンズ加工中のブロンズ温度と加圧力を適切に上げることで、ブロンズ加工の完全性と密着性を向上させることができます。
UV硬化型PEホース用ニスは、二液性ポリウレタンコーティングに徐々に取って代わっていくでしょう。これは、国家安全生産、クリーン生産、炭素排出量削減、環境保護の要件を満たすものです。UV硬化型ニスの施工中に発生するいくつかの問題は、ニス自体の改良によって解決できます。製造業者による配合調整、設備メーカーによる工程調整、そしてホース工場との連携によって解決されます。
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光固化光硬化技術は急速に発展している「カラー」新技術であり、２０世紀から現在に至るまで、塗料、インク、架橋剤、および医療などの分野で応用されている。光硬化（ＵＶ硬化）技術は、現在最も使用されている光硬化技術である。ＵＶ塗料は、主に光開始剤、不活性樹脂および単体、表面制御助剤および必要な物質からなる。 ＵＶ硬化技術は、日化包装材料の表面包装の分野で、コーティング、印刷などの分野で使用されている。硬化が早く、表面光沢が高く、耐擦傷性が高く、固形分が多いという特徴から、新しい環境に優しい型の塗料として注目を集めている。
ただし、他の材料と同様に、UV 硬化塗料も使用中に黄変、亀裂、耐磨耗性などの問題が発生する可能性があります。チューブのＵＶ塗料には常在する様々な問題点が検討されており、問題が生じる原因を解明し、塗料の配合から塗料の施工工程に至るまでの解決方法が提案されている。
投稿日時：2023年1月6日