塗料・塗装の何でも質問講座
建築物や自動車など、私たちの周りにある多くのものは「塗装」されています。本連載では、主に塗装・塗料の欠陥と対策についてご紹介していきます。
第5章 塗料をより深く理解するために
5-10 塗料用樹脂のはなし（７）アクリル樹脂
公開日：2026年2月9日 | 最終更新日：2026年2月9日
5.アクリル樹脂塗料の設計-応用編-
本節では、アクリル樹脂と同様な共重合で合成するシリコーン・アクリル樹脂とふっ素樹脂を取り上げ、どのようにしてコポリマーを作るのかを解説する。 なお、今回と次回で5章を終わりにしたい。今回のシリコーン系塗料の話をベースにして、次章では無機系塗料を取り上げる予定である。
- 5.1 シリコーン・アクリル樹脂塗料の作り方
- 5.2 シリコーン・アクリル樹脂塗料の橋かけ反応
- 5.3 ふっ素樹脂塗料 次回に続く
5.1 シリコーン・アクリル樹脂塗料の作り方
塗料用アクリル樹脂は主として、アクリル酸、メタクリル酸エステルモノマーの共重合で合成される。モノマーの選択によって、樹脂の骨格（主鎖）の硬軟、反応基や官能基のモル数をどのくらいにするかを設計出来る。クッキー塗膜となるアクリル樹脂の典型例は、アクリルポリオールである。2液型ウレタン用アクリル樹脂、並びに焼付け用アクリル樹脂のモノマー組成例を本章8回目5-8に示しているのでご覧いただきたい。クッキータイプのアクリル樹脂には、-OHを有するモノマー（例えば、2-HEMA）と-COOHを有するモノマー（例えば、MAA）が選択される。-OHは反応性官能基であり、-COOHは顔料分散性と分子間力を高めることや、橋かけ硬化反応の酸触媒として機能するためである。シリコーン・アクリル樹脂とは無機物に分類されるケイ素化合物を側鎖に含有するコポリマーを意味する。
ケイ素化合物の一例として、図5-62に3-メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン(A)を示す。この化合物はメトキシ基（-OCH3）を3モル有しておりシランカップリング剤としてもよく使用される。さらに、Aはメタクリル酸エステルであるから、アクリルコポリマーの原料モノマーとして利用できる。アクリルの側鎖にアルキルシリケートが導入される様子を図5-62に示す。Siにメトキシ基（-OCH3）が結合したものをメチルシリケートと呼ぶ。シロキサン結合を多量に導入しないとシリコーン樹脂のメリットが発揮されない。そこで、多量に導入する手法を図5-63に紹介する。共重合したアクリルの側鎖にメチルシリケートが存在する。加水分解し、シラノール基-Si-OHが樹脂中に生成するから、シリコーン反応中間体のシラノール基と反応させてシリコーン樹脂濃度、シロキサン結合濃度を高めることができる。
ポリマーを構成する２原子間の結合エネルギーをまとめたものを表5-9に示す。C-F結合やSi-O結合を多く含むほど、紫外線劣化が抑えられ、塗膜の耐候性は向上すると考えられる。いつまでも高光沢の塗装面を維持したい場合には、ふっ素樹脂やシリコーン樹脂を含有する上塗り塗料を採用すれば良いことになる。ふっ素樹脂やシリコーン樹脂には、それぞれC-F、Si-O結合が含有されており、それらは塗膜表面層に偏析する。C-F、Si-O結合以外はC-C結合である。これらの結合エネルギーは表5-9に示すように、C-F＞Si-O＞C-C の順になっている。この結合エネルギーの差異には大きな意味がある。
すなわち、C-C結合は太陽光線に僅かに含まれる紫外線（UV）で劣化するが、Si-O、C-F結合はUV照射下で劣化しない。ポリマー中のC-C結合がほんの僅かに切断されると、そこにラジカルが発生し、大気中の活性基や水蒸気、酸素分子などが表面層を破壊して行く。シリコーン結合（Si-0結合）を主体とする無機ポリマーは紫外線（UV）で劣化しないが、ガラスのように硬くて脆いという欠点がある。この欠点を補うために、シリコーンを共重合したたわみ性のあるシリコーン・アクリル樹脂塗料が上市されている。無機-有機ハイブリッド樹脂塗料とも呼ばれている。
今回は図5-63、5-64に示すシリコーン・アクリル樹脂塗料の特徴についてまとめる。塗膜物性は塗膜形成に寄与するシロキサン結合濃度の増大によって明らかになるが、一般に次のように要約できる。
- (1)高温度に耐え、しかも強度やたわみ性が温度変化によって大きく変化しない。塗膜の耐熱温度は使用する顔料によっても大きく異なり、アルミ粉を練入した塗膜のそれは500℃でも十分に耐える。ボイラー、エンジンの外回りや排気管などが銀色に塗られているのを思い出していただきたい。
- (2)電動モーターの寿命は塗膜の電気絶縁性の良否と関係する。シリコーン系塗膜は長期間にわたり絶縁抵抗値の変動が小さい。
- (3)化学的に安定で、無毒である。それゆえ、医療用や化学関係の分野でシリコーン製のチューブやパイプが活躍している。
- (4)耐汚染性がふっ素樹脂塗膜よりも優れていることを図5-64に示す。塗膜表面に常に-SiOHが生成すると、汚染面は元の塗膜表面に戻ることが実証された。
5.2 シリコーン・アクリル樹脂塗料の橋かけ反応
-
(1) 空気中の水分による縮合重合（湿気硬化）
湿気硬化は塗装された塗膜が空気中の水分を取り入れることで反応するのであるが、強制乾燥を行うと、十分に水分を吸収できないことがある。予備用にアクリル樹脂中に-OHを投入し、イソシアネート（-NCO）と反応させることも必要である。 - (2) 3級アミンとエポキシ基の付加重合（図5-65参照）
- (3) -COOHとエポキシ基の付加重合（図5-65参照）
- (4) シリコーン・アクリル樹脂の-OHと-NCOの付加重合
以上の他にもいろいろな橋かけ反応が考えられるが、今回紹介した説明図の範囲で取り上げた。
執筆： 坪田 実
〔参考・引用文献〕
1) J. Glazer ：J. Polymer Sci., 13, 355 (1954)
2) 中道敏彦、坪田実：“トコトンやさしい塗料の本”, 日刊工業新聞社, p.117 (2008)
3) 中道敏彦：“塗料の流動と塗膜形成”, 技報堂出版, p.241, p.267 (1995)
4) 平山令明：“暗記しないで化学入門”, 講談社, p.29, 76 (2004)
5) 北岡協三：“塗料用合成樹脂入門”, 高分子刊行会, p.140 (1979)
6) 坪田実：“図解入門 よくわかる最新 塗料と塗装の基本と実際”, p.57, p.65-70, p.76-77, p.93-109, p.111, p.298-299, 秀和システム (2016)
7) 木下啓吾、坪田実、長沼桂：J.Jpn.Soc.Colour Mater.(色材), Vol.68, No.7, p.441 (1995)
8) 垣内弘 編著：”新エポキシ樹脂“, 昭晃堂, 585-621 (1985)
9) 坪田実, 富田久和, 本田省吾, 植木憲二： J.Jpn.Soc.Colour Mater.(色材), Vol.56, No.3, p.135-142 (1983)
10)坪田 実, 富田久和：塗装工学, Vol.25, No.2, 85-93（1990)
11)本田康史：“第54回塗料入門講座”講演スライドより引用, 色材協会 関東支部 塗料部会 （2013）
12)Marvin L. Green：Journal of Coatings Technology, Vol.73, No.918 (2001)
13)石倉慎一, 奥出芳隆：”新しい架橋反応の設計と機能”, ネットワークポリマー, Vol. 17, No. 3 (1996）
14)中根喜則, 石戸谷昌洋： J.Jpn.Soc.Colour Mater., (色材), Vol.69, No.11, 735-742 (1996)
〔参考・引用文献〕
1) J. Glazer ：J. Polymer Sci., 13, 355 (1954)
2) 中道敏彦、坪田実：“トコトンやさしい塗料の本”, 日刊工業新聞社, p.117 (2008)
3) 中道敏彦：“塗料の流動と塗膜形成”, 技報堂出版, p.241, p.267 (1995)
4) 平山令明：“暗記しないで化学入門”, 講談社, p.29, 76 (2004)
5) 北岡協三：“塗料用合成樹脂入門”, 高分子刊行会, p.140 (1979)
6) 坪田実：“図解入門 よくわかる最新 塗料と塗装の基本と実際”, p.57, p.65-70, p.76-77, p.93-109, p.111, p.298-299, 秀和システム (2016)
7) 木下啓吾、坪田実、長沼桂：J.Jpn.Soc.Colour Mater.(色材), Vol.68, No.7, p.441 (1995)
8) 垣内弘 編著：”新エポキシ樹脂“, 昭晃堂, 585-621 (1985)
9) 坪田実, 富田久和, 本田省吾, 植木憲二： J.Jpn.Soc.Colour Mater.(色材), Vol.56, No.3, p.135-142 (1983)
10)坪田 実, 富田久和：塗装工学, Vol.25, No.2, 85-93（1990)
11)本田康史：“第54回塗料入門講座”講演スライドより引用, 色材協会 関東支部 塗料部会 （2013）
12)Marvin L. Green：Journal of Coatings Technology, Vol.73, No.918 (2001)
13)石倉慎一, 奥出芳隆：”新しい架橋反応の設計と機能”, ネットワークポリマー, Vol. 17, No. 3 (1996）
14)中根喜則, 石戸谷昌洋： J.Jpn.Soc.Colour Mater., (色材), Vol.69, No.11, 735-742 (1996)
『塗料・塗装の何でも質問講座』の目次
第1章 塗料・塗膜の白化現象
-
1-1白く見えるとはどんなこと塗装面に現れる白化には水分が関与して、発生することが多々あります。
-
1-2散乱強度と隠ぺい力前回の図1-4は白黒がはっきりした良い結果でした。ポリマーと屈折率の差が小さいCaCO3粒子を分散させた塗膜は粒子/ポリマー界面で可視光線の多くは
-
1-3隠ぺい力に関する話題実際の塗装作業においては、図1-10(b)に示すように、下地が透けるため何回も上塗りをしたことがあります。
-
1-4塗装時に白化する現象とその解析 (1) 結露の発生高温多湿な梅雨時にスプレー塗装をすると、かすみがかかったように白くぼけてつやが無くなることがあります。
-
1-5塗装時に白化する現象とその解析 (2) 結露の防止結露とは空気中から水分が抽出される現象だと理解しました。
-
1-6水性塗料の白化現象とその対策木工用の水性ボンドは身の回りの接着剤としてよく使用されています。
-
1-7木工塗装テーブル面の白いシミ(1)前回までは塗装時や塗装過程での白化現象を取り上げましたが、今回と次回は我が家で起きた木工テーブル面の白化現象を取り上げます。
-
1-8白いシミの原因とは白化機構を示した前回の図1-30に妥当性があるかどうかを見極めたいと思います。
-
1-9白いシミの再現と解析実験前回示した図1-35の結果についてコメントすると次のようになります。
-
1-10白いシミの対策法質問(30)前回のＱ＆Ａを読んでいると、白化の原因は塗膜中へ侵入した水がZn粒子／バインダー界面へ偏析することであり、白化にはガラス転移温度Tgの影響が大きく、
第2章 塗料と塗装のことはじめ
-
2-1塗料の必要条件と分類法第1章では塗料・塗装分野で見られる白化という欠陥現象を取り上げ、原因と対策を話してきたのに、第2章で何故「ことはじめ」になるのですか。
-
2-2塗料（液体）から、塗膜（固体）への変化前回から持ち越した (1)塗料の形態による分類、(4)塗膜なってからの分類法について解説してください。
-
2-3自動車補修塗装に必要な材料と器工具について(1)質問(10) 本章に対する著者の考え方については、既報2.1に示す答え(1)で示されていますが、いきなり自動車補修塗装とは、入門者にとって何だか難しい応用問題を与えられたようです。
-
2-4自動車補修塗装に必要な材料と器工具について(2)質問(20) フェンダー部打痕部の板金修正が終わったら、次はどうするのですか。答え(20) 打痕部面積の5倍程度大きく塗膜をはがし、鋼板素地を露出させます。
-
2-5自動車補修塗装工程について（1）今回も自補修塗装を取り上げます。板金修正で凹んだ箇所を引張り出し（既報図2-20）、塗膜をはく離した鋼板露出面（既報図2-22）からスタートします。
-
2-6自動車補修塗装工程について（2）前回は、ポリパテ付け作業で終了しています。図2-11に示すStep3とは、パテ付け面の研磨までを指します。パテ付け、研磨作業までが元の板金面に復活させる成形作業になります。
-
2-7自動車補修塗装工程について（3）前回は、Step4（図2-11参照）のプラサフ塗装とその研磨について解説しました。その中で、ブツ除去時やパテ研磨時にできる小穴を見逃さないためのガイドコートの使い方を説明しました。
-
2-8自動車補修塗装工程について（4）前回は、上塗りのブロック塗りとスポット塗りについて説明しました。ほとんどの場合、上塗りにはクリヤが塗装されます。
-
2-9スプレーガン-名手への道(1) ガンの基礎知識車の補修塗装ではスプレーガンの技能が大切だと言うことを理解できたと思います。
-
2-10スプレーガン-名手への道(2) ガンを使いこなすStep既報2.5～2.7に示した車の補修塗装で、プラサフ塗装を始め、ボカシ塗り技法を含めたスプレーガンによる塗装技術を紹介しましたが、実際にどのようにやれば良いのか分からなかったと思います。
第3章 いろいろな塗り方
-
3-1塗装方法を知ろう建築現場における塗装作業に注目すると、図3-1に示すように外壁を仕上げるのに、窓枠の養生をしている人、ローラ塗りをしている人、吹付け作業をしている人など様々です。
-
3-2液膜転写法塗装方法を大別すると、図3-4に示すように、塗料を直接、被塗物に移行する直接法と、微粒子の霧にして移行する噴霧法になります。
-
3-3直接法 はけ塗り前報の図3-4に示したように、塗装方法は直接法と噴霧法に大別されます。高速塗装に適する方式は、直接法の液膜転写法です。今回、紹介する方法は直接法で工具を介して塗る刷毛塗りとローラー塗りを取り上げます。
-
3-4直接法 はけ塗り刷毛の代表例を図3-13に示します。５）塗料の種類、塗り面積等に応じて適切なはけを選びます。一般に合成樹脂調合ペイントのように粘度の高い塗料では硬い毛（黒い馬毛）のずんどう刷毛を、ウレタンワニスやラッカーのように粘度の低い塗料では、やわらかい毛（白い羊毛）のすじかい刷毛を用います。
-
3-5直接法 ローラー塗りローラー塗りは刷毛塗りと工具が違うだけで、塗り方の基本は刷毛塗りと同じです。仕上がり面の平滑性は、はけ塗りに劣りますが、住宅の壁などの広い面積を塗るのに適しており、作業スピードは刷毛塗りに比べて3倍程度大きいようです。
-
3-6直接法 浸せき塗り、しごき塗り浸せき塗りは、次に示す2方式に大別されます。1つ目は、塗料槽に被塗物をどっぷり浸け、引き上げて乾燥させるDipping方式（浸せき塗り、ジャブ漬け塗りなど）です。2つ目は、被塗物に塗料を押し込むしごき塗りです。
-
3-7電着法 電着塗装の原理電気化学をベースとする塗装法が電着塗装です。水の電気分解を理解すれば、電着塗装の原理がわかります。
-
3-8電着法 前処理工程－化成被膜自動車に代表される工業塗装では、電着塗装を行う前に、前処理として、洗浄・脱脂・化成皮膜処理が行われます。
-
3-9電着法 電着塗装工程電着塗装装置の構成は一般的に次のようになります。
-
3-10噴霧法 静電気と静電塗装スプレーガンによる微粒化の原理とガンの使い方に付いては、第2章 2.9と2.10スプレーガン名手への道で解説しました。本節では、噴霧塗装に静電気を利用すると、塗着効率が2倍以上も増大すると言う話を紹介します。
-
3-11噴霧法 静電スプレーと塗料の電気抵抗値前回、静電スプレーは雷と同じ原理を利用していることを説明しましたが、液体塗料の電気抵抗値が静電スプレー作業において、どのような影響を及ぼすかについては言及しませんでした。
-
3-12噴霧法 粉体塗料の塗り方塗料メーカーは粉体塗料を平均粒径30-40μmに調製して、供給しています。液体塗料をこの程度の噴霧粒子にするためには空気霧化だけでは不十分で、遠心力で液体分子を引きちぎったりしなければなりません。
-
3-13噴霧法 粉体塗料の塗り方（つづき）今回は電界内を大量に移動しているフリーイオンの挙動に焦点を当て、塗装作業との関連について説明した後、コロナ放電式以外の塗り方について説明します。
第4章 塗料のルーツと変遷
-
4-1はじめに執筆中の「塗料・塗装の何でも質問講座」はこの第4章から後半戦に入ります。本講座の終了時点で、読者の皆さんにはペンキのことをよく知ってもらい、風呂場や床などの住環境を塗り替えたり、自分で作った工作物を塗って仕上げるまでになってもらえたら嬉しいなと思います。足場が必要な高所はプロのペンキ屋に任せればよいのです。
-
4-2塗料のルーツについてルーツ探しは誰もが興味を持っていますが、塗料・塗装のルーツとはと聞かれると、現代人は“塗料って何だ”と言って、あまり興味を示してくれないでしょう。一方、旧石器時代の方々に身振り手振りで塗料とは液状のもので、指や手にとって、彼方此方に塗るものだと伝えると、ものすごく理解が速いと思います。
-
4-3紀元後～飛鳥・奈良時代大沼清利氏は塗料の変遷をバインダー（被膜になる成分で、ビヒクルソリッド）に着目して克明にまとめ、国立科学博物館発行の「技術の系統化調査報告 第15集(2010)」に、“塗料技術発展の系統化調査”として報告しています。
-
4-4平安時代（日本最古の黒エナメル）図4-3に示す塗料の歴史の中に、平安時代に武器である楯（たて）と戟（げき）に塗る黒色エナメルの配合表が見つかりました。図4-6に示します。４）日本最古の塗料のレシピと言われています。奈良時代に作られた墨と同様に掃墨と膠が使用されています。
-
4-5鎌倉～戦国・南蛮貿易～江戸時代さて、今回も表4-2の続きになりますが、戦国時代から江戸時代における塗料の変遷を追って行きます。戦国時代には出土品や文化財がほとんどなく、歴史的事実だけから塗料・塗装の変遷を探ることになります。仏教伝来後、漆は仏像や寺院建築に使用され発展して行くと同時に、戦国大名の武具にも塗られていたようです。庶民の生活レベルでは、ニカワ（膠）、柿渋が塗料のバインダー（ビヒクル成分）として、使用されていたようです。
-
4-6江戸・黒船来航～明治時代イギリスで始まった産業革命と同様な大きな変化は日本では、黒船来航から明治維新にかけて現れます。鎖国が解かれて、政治体制が一気に変わり、鹿鳴館で代表される西洋文明が怒濤のごとく、日本に入ってきました。
-
4-7油性塗料時代 洋館旧岩崎邸の塗装片から見た塗料と塗装 1日本における塗料・塗装の変遷は次の様に進んできたと考えられる。Ａ．塗料・塗装のルーツは漆塗りである（表4-1参照）
-
4-8油性塗料時代 洋館旧岩崎邸の塗装片から見た塗料と塗装 2前回の図4-10に塗膜断面の解析結果をまとめ、この中に
-
4-9ラッカー時代 （その1 木綿と硝化綿）4-7 塗料の変遷(その5) において、日本における塗料の変遷をＡ～Ｇのようであると示したが、ココで大きな忘れ物をしてしまった。それは硝化綿ラッカー（以降、NCラッカー）で代表される繊維素系塗料の存在をすっかり見落としたことである。
-
4-10ラッカー時代（その2 エアスプレーガンの誕生）日本では、第１次世界大戦後に残った火薬用NCの平和利用から塗料分野にNC（硝化綿、ニトロセルロース）が持ち込まれた。
-
4-11合成樹脂塗料時代 （その１ 油とはどんな化合物か）本章は終盤を迎えており、今回より数回で、ラッカー時代に開始された工業塗装をさらに発展させた合成樹脂塗料について解説する。
-
4-12合成樹脂塗料時代 （その2 OPの塗料配合とSOPへの移行）1940年代から塗料用合成樹脂の代表になった油変性アルキド樹脂を4-12回と4-13回に分割して、紹介する。
-
4-13合成樹脂塗料時代 （その3 油を真似た油変性アルキド樹脂）今回ようやく、”油を真似て作られた合成樹脂塗料“の話ができることになり、嬉しい限りである。ところで、油を真似てとは、どんなことかを説明したい。
-
4-14合成樹脂塗料の発展連続被膜を形成する樹脂が塗膜の性能を大きく左右する。樹脂開発の経過は、表4-5（4-10掲載）で大まかに知ることはできるが、樹脂開発とそれに伴う塗料、塗装技術の変遷をまとめると、図4-29のように示される。13）
-
4-15合成樹脂塗料の種類別生産量の推移塗料は流動状態で被塗物を覆い、被膜を形成する。よって、塗料の必要条件は、(1)流動すること、（2)くっつくこと、(3)固まることになる。
-
4-16VOC削減型塗料-粉体とはどんな塗料なのか粉体塗装の事始めは鉄鋼をイオン化傾向の大きい亜鉛で被覆する金属溶射である。
-
4-17VOC削減型塗料-水性とはどんな塗料なのか前回の粉体塗料に比べると水性塗料には随分と親しみと言うか、近しいものを感じる。それは小学生の頃に水性塗料の仲間である水彩絵の具を使って居たこと、あるいは、木材を加工してくっつけるのに水性ボンドを使用した記憶があるからであろう。
第5章 塗料をより深く理解するために
-
5-1塗料（樹脂）選択の根拠について4章では、人類が時代と共に塗料とどのようにつき合ってきたのかを究明したく、塗料の変遷を取り上げてきた。
-
5-2樹脂の成り立ち（１）塗料用樹脂の特徴は、主鎖を形成する分子鎖の化学結合に依存する。例えば、図5-6に示すように、フタル酸樹脂（長油性アルキド樹脂）は主鎖がエステル結合からなるため、アルカリ性水溶液に浸漬すると、加水分解され、塗膜が溶解する。一方、エポキシ樹脂の主鎖はエーテル結合とベンゼン環からなるため塗膜が溶出せず、耐薬品性は良好である。
-
5-3樹脂の成り立ち（２）本稿では図5-14に示すエチレンやベンゼンのように2重結合を有する分子の成り立ちについて説明する。
-
5-4塗料用樹脂のはなし（１）エポキシ樹脂著者が感銘を受けた樹脂の教書は北岡協三氏の著書５）である。恐れ多いことであるが、エポキシ樹脂の成り立ち部分を一部、引用させて頂く。エポキシ樹脂とは個々の分子中に2個以上のエポキシ基を持つ樹脂状の物または樹脂を作る化合物である。最も一般的なエポキシ樹脂を図5-24に示す。
-
5-5塗料用樹脂のはなし（２）エポキシ樹脂主剤であるエポキシ樹脂（前回の図5-24）の両末端にはエポキシ基があり、硬化剤の有する活性水素H＋と化学結合をして、クッキー塗膜を形成する。
-
5-6塗料用樹脂のはなし（３）エポキシ樹脂前回の図5-30に示すポリアミド樹脂を固定し、エポキシ当量が一連に異なるＳ、Ｍ、Ｌを使用した塗膜の網目構造は、どのようになるのかを考えて見る。
-
5-7塗料用樹脂のはなし（４）エポキシ樹脂2液型エポキシ樹脂塗料においては、主剤のエポキシ樹脂に対して反応する手の数が等しくなるように硬化剤のポリアミド樹脂が配合される。
-
5-8塗料用樹脂のはなし（５）アクリル樹脂現在、アクリル樹脂は塗料用樹脂として、最も多く使用されている。なぜ、使用量が多いのかというと、塗料に求められる性能を装備しやすいからである。具体例を挙げて説明する。
-
5-9塗料用樹脂のはなし（６）アクリル樹脂著者は2液型塗料と書きたいが、JIS用語では2液形となっているので、決断しにくい。本報では2液型に統一する。
-
5-10塗料用樹脂のはなし（７）アクリル樹脂塗料用アクリル樹脂は主として、アクリル酸、メタクリル酸エステルモノマーの共重合で合成される。
-
5-11塗料用樹脂のはなし（８）アクリル樹脂準備中