水性塗料にレベリング剤を加えてもクレーターが消えず、クレーターを解決すると今度はオレンジピールが発生することがあります。

複数メーカーの製品を試しても、塗料が白濁・分離したり、一時的にしか効果が続かなかったり、上塗り時にエッジの後退や層間剥離が生じたりします。

問題は、レベリング剤の性能が良いか悪いかではありません。製品が塗料系や塗膜欠陥に適合しているかどうかが重要です。

水性塗料は溶剤系塗料より表面張力が高いため、基材を濡らすことが難しくなります。価格だけでなく、表面張力、水溶性、曇点、相溶性、有効成分、推奨添加量を確認して選定する必要があります。

有機シリコーンの総合ソリューションを提供する**Iota Silicone Oil Anhui Co., Ltd.**が、水性塗料用シリコーン系レベリング剤の作用原理と選定方法を解説します。

1. シリコーン系レベリング剤の作用原理

レベリング剤の役割は、単に表面張力を下げるだけではありません。主に3つの物理的作用があります。

表面張力を下げ、基材への濡れ性を改善する

水性塗料の表面張力は通常50～72 mN/mで、溶剤系塗料の25～35 mN/mより大幅に高くなります。

ポリエーテル変性シリコーンオイルの表面張力は約20～25 mN/mです。0.1～0.5％程度の添加で、塗料全体の表面張力を30 mN/m以下まで下げられる場合があります。

塗料の表面張力が基材の臨界表面張力より低くなると、濡れと広がりが改善されます。濡れ性が不足すると、プラスチックや油分が付着した金属などの低表面エネルギー基材で、クレーターやエッジの後退が発生します。

マランゴニ効果とベナールセルを抑制する

塗膜の乾燥中に表面張力の差が生じると、液体が表面張力の低い部分から高い部分へ移動し、ベナールセルと呼ばれる対流が形成されます。

乾燥後、この流れがオレンジピールや光沢ムラとして現れることがあります。

シリコーン系レベリング剤は、塗膜表面に均一で低い表面張力の層を形成し、表面張力勾配を小さくします。IOTA 2H-57は、ベナールセルの抑制を目的として設計されています。

滑り性とアンチブロッキング性を与える

ポリエーテル変性シリコーンは、塗膜表面にシロキサンの濃縮層を形成し、摩擦係数を低下させます。これにより、表面の滑り性や触感が改善され、乾燥初期のブロッキングも抑制できます。

IOTA 2H-810はアンチブロッキング性を持ちます。IOTA 2520Hはヒドロキシ基が架橋反応に関与し、移行を抑えながら持続的な滑り性を付与します。

基本的な選定方法は次のとおりです。

• クレーター：基材への濡れ性を改善する

• オレンジピール：流動性とレベリング性を改善する

• 表面の触感：滑り性を改善する

• ピンホール：消泡性と空気抜けも確認する

2. 3ステップによる選定方法

ステップ1：塗膜欠陥を特定する

水性塗料の代表的な欠陥は次の4種類です。

• **クレーター：**塗膜に生じる円形のくぼみ

• **オレンジピール：**オレンジの皮のような波状の表面

• **ピンホール：**気泡が破裂した後に残る小さな穴

• **エッジクリープ：**塗料が基材の端部から後退する現象

クレーターとエッジクリープは、表面張力が高く、基材への濡れが不足している場合に発生しやすいため、まず濡れ剤を検討します。

オレンジピールは、乾燥時の表面張力勾配や不均一な流動が原因となるため、レベリング剤を優先します。

ピンホールは、泡、巻き込まれた空気、水や溶剤の放出、乾燥速度と関係することが多く、レベリング剤を増やすだけでは解決できない場合があります。

ステップ2：水性系との相溶性を確認する

水性塗料では、水溶性、分散性、曇点が重要です。

ポリエーテル変性シリコーンでは、一般にEO鎖が水溶性を高め、PO鎖が疎水性、消泡性、相溶性に影響します。

IOTA 245は水溶性で、曇点は50～60℃です。室温では良好な水溶性を示しますが、高温では白濁する可能性があります。

IOTA 2141Fはアニオン性シリコーン界面活性剤で、pH 2～12の範囲で安定し、APEOを含みません。幅広いpH安定性が必要な水性系に適しています。

ステップ3：有効成分と添加量を比較する

濡れ不足によるクレーターには、IOTA 245またはIOTA 2141Fを優先的に検討できます。

オレンジピールやレベリング不足には、IOTA 2H-850またはIOTA 2H-810が適しています。

オレンジピールと光沢ムラが同時に発生する場合は、ベナールセルを抑制するIOTA 2H-57を検討できます。

3. レベリング剤は多く加えればよいわけではない

添加量が多すぎると、白濁、光沢低下、表面移行、相溶性低下、上塗り不良などが発生する可能性があります。

例えば、IOTA 2H-850は一部の水性系で0.3％を超えると、相溶性に影響する場合があります。IOTA 2H-57は0.3～1.0％の推奨範囲内で使用する必要があります。

より安定した方法は、TDSに記載された推奨範囲の中間値から試験を開始し、塗板結果に応じて少しずつ調整することです。

次の性能を確認してください。

• クレーターの改善

• 流動性とレベリング性

• 光沢と白濁

• 泡の状態

• 層間密着性

• 上塗り性

• 滑り性

• 耐傷付き性

4. IOTAの主な水性塗料用添加剤

IOTA 2H-850

水性、溶剤系、UV硬化系に使用できるポリエーテル変性シロキサン系レベリング剤です。

• CAS番号：157479-55-5

• 粘度：50～150 mm²/s

• 有効成分：100％

• 密度：1.01～1.04 g/cm³

• 屈折率：1.40～1.46

• 添加量：0.05～0.3％

水性木工用塗料や水性工業用塗料に適しています。相溶性が高く、白濁しにくく、上塗り性への影響が少ないことが特徴です。

IOTA 2H-810

高粘度で持続的な効果を持つシリコーン系レベリング剤です。

• CAS番号：128192-17-6

• 粘度：200～1,000 mm²/s

• 有効成分：100％

• 添加量：0.05～0.5％

• 一部の印刷インキ：最大1.0％

レベリング性に加えて、アンチブロッキング性も付与します。

IOTA 2H-57

流動性、光沢、表面均一性を改善するシリコーン系レベリング剤です。

• CAS番号：70914-12-4

• 粘度：40～200 mm²/s

• 有効成分：95％以上

• 密度：1.01～1.03 g/cm³

• 添加量：0.3～1.0％

オレンジピール、光沢ムラ、ベナールセルの改善に適しています。

IOTA 245

水性系用の水溶性ポリエーテル変性シリコーン濡れ剤です。

• 有効成分：99.8％超

• 粘度：10～100 cP

• 密度：1.025～1.049 g/cm³

• 曇点：50～60℃

• 添加量：0.1～0.5％

水性ポリウレタン、水性アクリル、水性アルキド樹脂との相溶性が良く、濡れ不足によるクレーターの改善に適しています。

IOTA 2141F

水性塗料や水性インキ向けのアニオン性シリコーン界面活性剤です。

• 固形分：77±2％

• 粘度：100～200 cP

• 表面張力：0.1％水溶液で21.0±2.0 dyn/cm

• 安定pH範囲：2～12

• APEOフリー

• 添加量：0.1～1.0％

プラスチックや微量の油分が付着した金属など、濡れにくい基材に適しています。

5. 使用例

水性アクリル木工用塗料では、IOTA 2H-850を0.15％添加することで、基材の汚染によるクレーターを改善しながら、良好な上塗り性を維持できます。

水性ポリウレタン皮革コーティングでは、IOTA 245を0.3％、IOTA 2520Hを0.2％併用することで、濡れ性、クレーター、持続的な滑り性を同時に改善できます。

水性インキでは、IOTA 2141Fを0.5％添加することで、紙、プラスチック、金属への広がりとレベリング性を改善できます。

これらは配合例であり、すべての処方に共通する添加量ではありません。樹脂、顔料、基材、塗装方法、乾燥条件に応じた試験が必要です。

6. よくある質問

水性塗料のクレーターはなぜ発生しますか？

基材への濡れ不足、表面汚染、泡、添加剤の不相溶、局所的な表面張力差などが主な原因です。

クレーターにはどの製品が適していますか？

濡れ不足が原因の場合は、水溶性または水相溶性に優れたIOTA 245やIOTA 2141Fを検討できます。

オレンジピールにはどのレベリング剤が適していますか？

樹脂系と欠陥の程度に応じて、IOTA 2H-850、IOTA 2H-810、IOTA 2H-57を評価できます。

レベリング剤でピンホールも解消できますか？

必ずしも解消できません。消泡剤、巻き込まれた空気、水や溶剤の放出、乾燥条件も確認する必要があります。

シリコーン系レベリング剤は上塗り性に影響しますか？

過剰添加や相溶性の低い製品は表面へ移行し、次の塗膜の濡れ性や層間密着性を低下させる場合があります。必ず上塗り試験を行ってください。

7. 技術サポートについて

最適なレベリング剤は、樹脂、基材、塗装方法、乾燥条件によって異なります。

選定時には、次の情報をご提供ください。

• 樹脂と水性塗料の種類

• 基材

• 主な塗膜欠陥

• スプレー、ロール、カーテンなどの塗装方法

• 乾燥温度と時間

• 現在使用している添加剤

• 上塗り性と表面性能の要求

IOTAのレベリング剤や濡れ剤のTDS、サンプルが必要な場合は、以下までお問い合わせください。

Iota Silicone Oil Anhui Co., Ltd.

量産前に、実際の配合と使用条件でサンプル試験を行うことを推奨します。

宣伝ではなく、データに基づいて選定してください。