塗料業界における沈降の特性評価

塗料業界において、顔料や充填剤の沈降は、使用時の塗料の特性に大きな影響を与えます。沈降を正確に評価することは、長期保管可能な塗料の開発にとって極めて重要ですが、現在でも多くの沈降試験は目視によって行われています。この記事では、沈降の基本原理、塗料業界における沈降の重要性、そして分散安定性評価装置が塗料の配合最適化をどのように正確に支援するかについて解説します。

沈降とは、液体中に一時的に懸濁している固体粒子が、時間の経過とともに容器の底に沈んでいく現象です。沈降は、基本的に2つの相の密度の違いによって起こります。比較的密度の高い固体粒子は、密度の低い液体中で自然に沈降します。これは、石が湖の底に沈むのと同じ理由であり、空中のほこりが最終的に地面に落ちるのと同様です。

沈降の基本的な説明は、球状粒子が単純な流体中を落下する様子を考慮したストークスの法則によって与えられます。ストークスの法則は、固体粒子が懸濁液から沈降する速度（v）を求める式を導き出します。:

v = (Δρ_p gd^2)/18η

この式において、Δρ_p は固体相と液体相の密度差、g は重力加速度、d は対象となる粒子の直径、η は液体相の粘度を表します。この数式から、沈降速度は粒子の大きさ、液体の粘度、および固体と液体の密度差に依存することがわかります。たとえば、石は水中で素早く沈みますが、建設現場の粉じんは粒子の大きさによっては沈降に数分から数時間かかることがあります。

ただし、このモデルはあくまで一次近似に過ぎないことを忘れてはなりません。塗料、コーティング剤、その他の実際の製品における沈降現象ははるかに複雑であり、通常は、サイズや形状が分布した粒子が、粘弾性特性を持つ複雑な流体中を落下するという現象を含んでいます。

Characterizing sedimentation

沈降を効果的に抑え、安定した製品を製造するためには、製品開発や製造の段階で、粒子の沈降特性を正確に評価できることがメーカーにとって重要です。

目視検査は、業界における沈降試験の最も一般的な方法として依然として用いられています。確かに実施が容易で、ほとんど資本投資を必要としないという利点がありますが、このような方法はどうしても主観的な判断や不正確さに左右されがちです。さらに、目視で変化が確認できるまで待つ必要があるため、時間がかかるという欠点もあります。

TURBISCANが提供する技術は、沈降評価における新しい選択肢です。静的多重光散乱（SMLS）法に基づいたマイクロトラック（MICROTRAC）の分散安定性評価装置であるTURBISCANは、コーティング剤における沈降やその他の不安定化現象を、迅速かつ正確、かつ定量的に評価することが可能です。

TURBISCANは、サンプルの高さに沿って20μm間隔で光パルスを高速で照射します。各位置での後方散乱光と透過光を測定する読み取りヘッドが搭載されており、これらの値はその位置における粒子濃度や粒子径に対応しています。この測定を一定の時間間隔で繰り返すことで、TURBISCANシステムは希釈や機械的な撹拌を行うことなく、沈降挙動を高精度かつ詳細に把握することができます。

TURBISCAN技術は、肉眼より大幅に迅速に沈降を検出できます。しかし、それ以上に重要なのは、サンプルの高さに沿った粒子分布の変化を時間とともに正確かつ定量的に記録できる点です。これにより、コーティング剤の製造者は、沈降挙動をすばやく測定・評価することが可能になります。簡単な比較を行いたい場合には、TURBISCAN Stability Index（TSI）を使えば、すべての不安定化現象を数値化することで評価可能になります。さらに、沈降速度などを理解するための追加パラメータも自動で計算されるため、サンプル内での沈降挙動をより深く分析することができます。

これらの測定により、塗料メーカーは沈降やその他の不安定化プロセスを克服するための最適な戦略を客観的に判断できるようになり、塗料の品質を向上させ、分散安定性の高い塗料の開発を加速することが可能になります。 マイクロトラック（MICROTRAC）は、ラボスケールからハイスループットまで、あらゆる用途に対応したTURBISCANシリーズを製造・販売しています。塗料の分散安定性を向上させたいとお考えでしたら、ぜひ今すぐご連絡ください。