接着剤工業の粒子特性評価

接着剤は多種多様な業種で広く利用され、多数の日用品製造に欠かせない存在です。非常に多くの種類の処方や方式があり、さまざまな基材の接着や接合を可能にします。接着素材は、「ほんの一瞬でも塗布面に湿気を与え、圧力の伝達に必要な接合形成に比較的薄層で使用できること」、それと同時に強力かつ軽量であることが条件です。

接着剤業界では、粒子径と粒子形状の分析、安定性およびレオロジー特性の評価は多岐にわたって利用されています。

接着剤の新処方を開発したり、既存の接着剤の性能を向上させるには、粒子径と粒子形状の制御、配合の安定性およびレオロジーが必要不可欠です。

接着剤の塗布中にその流動を制御するため、粘度の測定が非常に重要であることはよく知られています。特に、広範なせん断速度で粘着の分布を求めた上で実際の塗布条件を用いた流動シミュレーションは、一般によく実施されています。一部の接着剤については、高いせん断速度での測定により、こうした条件下におけるベース エマルションまたは変性エマルションの安定性を明らかにすることができます。

また、圧力に影響を受けやすい接着剤のレオロジー特性を高せん断速度で測定することで、グラビア塗布中の移動特性におけるばらつきを容易に解明できます。粘度は固形分が増えるにつれ高くなりますが、固形含有量が高いと高せん断速度でせん断粘稠化が起こる可能性があり、その場合には粘度が高くなって流動性が低下します。

通常、粒径が小さければ小さいほど、コロイドの相互作用によって低せん断粘度が高くなります。高せん断速度では流体力が支配的となるため、粘度が粒径に影響を受けることはほとんどありません。粒度の分布幅が広いと粒子の充填率が高くなるため、狭いものより粘度は低くなります。また、異なる粒子形状 (針状、板状、粒状、球状) の充填剤が、レオロジー特性に多大な影響を与える可能性があります。たとえばアスペクト比が高い材料を使用すると、柔軟性は低下します。

ヒュームド シリカ、タルク、コロイド状シリカ、ケイ酸塩といったチキソトロープ剤 (増粘剤) を用いて、流動性、押し出し制御、物理的安定性 (沈降防止)、垂れ防止、硬化接着剤の補強といった特性を接着剤に与え、引裂強度を向上させます。粘性と剥離性は共に重要な特性ですが、これは周波数範囲で接着剤の粘弾性特性を測定することで求めることができます。

接着剤は保管の際、温度などのさまざまな条件変化にさらされても安定性を維持できるようにする必要があります。粒子径の観察により、有効期限に影響を与える変化が発生するかどうかを見極めることができます。

安定した製品の配合には、ゼータ電位の測定が役立ちます。接着剤中の粒子が高いゼータ電位を有するようにすれば、接着剤は凝固しにくくなります。粒子のゼータ電位は、存在するすべてのイオンの pH や濃度など、数多くの配合パラメータに依存する可能性があります。異なる配合でゼータ電位に生じる変化を調べることで、より信頼性の高い製品を作り上げることができるようになります。