塗料の微生物に対する安定性を高める高出力超音波
- 微生物による劣化は、水性塗料と溶剤系塗料のいずれの配合物にも損傷を与える可能性があります。
- 環境規制により殺生物剤の使用が制限されています。超音波処理は、環境に優しく効果的な塗料の保存方法です。
- 高出力超音波により、微生物によって変質した塗料やコーティング剤のリサイクルも可能になります。
超音波による塗料の保存
塗料の保存には、細菌やその他の微生物の増殖を防ぐことが含まれます。一般に、微生物を死滅させるために塗料配合物に殺生物剤が添加されます。持続可能で無毒かつ環境に優しい塗料への需要が高まる中、現在の塗料配合物はVOC含有量を低く抑えて製造されており、多くの場合、水分含有量も高くなっています。一方、これらの持続可能な配合物には、微生物による変質や劣化が著しく生じやすいという欠点があります。
高出力超音波は、塗料やコーティング剤の環境に優しい保存方法です。微生物の細胞を効果的に破壊し、溶解することで、VOCと殺生物剤の含有量が低く、それでも保存期間が長く、製品安定性に優れた塗料の製造に役立ちます。
微生物による塗料の劣化
水性塗料と溶剤系塗料は、装飾性と保護性能を目的に使用されます。特に水性の系は、微生物による生物劣化を受けやすくなっています。
環境規制は継続的に厳格化しており、殺生物剤は環境や人の健康に有害となる可能性があるため、塗料中の殺生物剤の量を減らす必要があります。そのため、環境規制によって殺生物剤の使用は大幅に制限されています。殺生物剤は、塗料やコーティング剤の微生物による変質を防ぎ、抑えるために使用されます。これらにより、塗料製品の保存期間を大幅に延ばし、貯蔵性を大きく向上させることができます。殺生物剤の使用量が減少しているため、代替の保存方法が必要です。
高出力超音波は、細胞破砕と保存の手法としてよく知られており、強力な抗菌化学物質の使用を削減する、またはそれに代わることが示されています。
微生物による変質の影響
塗料の汚染は、配合物中での望ましくない微生物細胞の増殖や、配合物への混入によって引き起こされ、次のような劣化を生じる可能性があります。
- 変色
- ガスの発生
- 悪臭
- 粘度の低下
- 糸引き、カビ、ぬめり
- 相分離
缶内の製品でこのような増殖が起こると、使用時の機能が損なわれることが知られているため、塗料の微生物に対する安定性は重要な品質特性です。高出力超音波は、塗料配合物の微生物に対する安定性と動力学的安定性の向上に役立ちます！
微生物により劣化した塗料の超音波によるリサイクル
保存対策が不十分なために塗料がすでに変質している場合でも、超音波処理により、湿潤状態の塗料やコーティング剤をリサイクルできる可能性があります。塗料やコーティング剤が保存期間を超えた場合、超音波処理によって配合物を再生できます。配合物の不安定性や変質を解消することができます。強力な超音波処理が微生物を破砕し、配合物を保存、安定化することで、塗料は再び販売可能な製品になります。リサイクルした製品は配合工程の流れに戻し、再び販売用に缶詰めできます。
この簡単なプロセスにより、劣化した塗料配合物をリサイクルし、変質による経済的損失（廃棄物処理費用を含む）を防ぐことができます。
高出力超音波の利点：
ひとつの工程 – 多様な効果
- 高出力超音波は、微生物、菌類、藻類を破砕することで塗料配合物を保存します
- 超音波は粒子を粉砕、分散、解凝集し、マイクロメートルサイズおよびナノサイズにします
- 超音波処理は配合物の脱気に役立ちます
- 保存期間を超えて変質した製品のリサイクル
高出力超音波で、 均質 かつ 安定した 塗料配合物を得ましょう！
一台の装置で3つの工程を完了
超音波処理は、非常に汎用性の高い処理技術です。超音波ホモジナイザーを一台設置すれば、三つの工程を実施できます。
産業用高出力超音波
Hielscherの 産業用超音波装置 は、既存の生産設備に容易に設置し、後付けすることができます。高い処理能力が求められる場合、当社の堅牢な超音波装置は主にインラインシステムとして使用されます。塗料配合物は、ワンパス方式または再循環方式のいずれでも供給できます。超音波反応器内のキャビテーションのホットスポットを通過する回数は、製品と個別の要件に合わせて調整できます。
Hielscherの超音波システムである UIP2000hdT, UIP4000, UIP10000 または UIP16000 などは、複数台を組み合わせることで、生産能力を実質的に制限なく拡大できます。
すべての超音波処理装置は24/7の運転に対応するように製造されており、必要なメンテナンスはごくわずかです。反応器チャンバーは、形状がシンプルで、その場に設置された超音波洗浄装置（CIP）があるため、容易に洗浄できます。
文献・参考資料
- Downey, A. (2012): 塗料の保存における殺生物剤の使用。収録先：H.W. Rossmoore: 殺生物剤および保存剤の使用ハンドブック。Springer Sci 2012.
- Ishfaq, S.; Ali, N., Tauseef, I., Khan Khattak, M.N.; Khan Shinwari, Z.; Ali; I.M. (2015): 菌類および細菌種による塗料の劣化の分析。 Pak. J. of Bot., 47/2, 2015. 753–760.
- Obidi, O.F.; Aboaba, O.O.; Makanjuola, M.S.; Nwachukwu, S.C.U. (2009): 塗料および塗料製品の微生物学的評価と劣化。J. Environ. Biol. 30(5), 835–840 (2009).
- Ravikumar, H.R.; Rao, S.S.; Karigar, C.S. (2012): 塗料の生分解：現状。Indian J. Sci. Technol. 5/1, 2012. 1977–1987.
知っておきたい事実
顔料の分散
- 湿潤：乾燥した顔料粉末を濡らす必要があります。湿潤時には、顔料粒子と凝集体の表面が液体で覆われます。
- 解凝集 / 分離：個々の粒子の表面が液体で覆われるように、集合体と凝集体を壊す必要があります。高出力超音波は、粒子を均質な配合物にするための 粉砕, 分散 および 解凝集 に非常に効果的な手段です。さらに、超音波処理は、配合物の 脱気 を促進します。
- 安定化：粒子径を維持するために配合物を安定化します。効果的な 粉砕 および 分散 の方法は、安定した粒子径分布と貯蔵中の安定化に役立ちます。
微生物による変質
汚染された水性塗料によく見られるグラム陰性微生物には、Pseudomonas sp.、Enterobacter sp.、Proteus sp.、Micrococcus sp.、Aerobacter sp.があります。
汚染された塗料には、Bacillus sp.に属するグラム陽性微生物も見られる場合があります。汚染された乾燥塗膜に最もよく見られる菌類の種類は、Aureobasidium、Alternaria、Aspergillus、Cladosporium、Penicilliumです。
持続可能で無毒かつ環境に優しい塗料への需要が高まる中、塗料はVOC含有量を低く抑えて配合されており、多くの場合、水分含有量も高くなっています。
毒性が低く、環境面で許容される塗料は、保存期間が短くなる傾向があり、微生物汚染の発生率も高くなります。
水性の表面コーティング剤の微生物による変質は、製造業者に深刻な経済的損失をもたらす可能性があります。
細菌や菌類の活動による影響には、粘度の低下、ガスの発生、悪臭、目に見える劣化があります。また、微生物が産生する酵素による変色は、配合工程から長い時間が経過した後にも製品の変化を引き起こす可能性があります。塗料配合物の粘度低下は、セルロース系増粘剤の分解の結果としてしばしば観察されます。
塗料配合物
水性塗料と溶剤系塗料は、例えば集合住宅の外壁や内壁に使用されます。これらの塗料には、保護と装飾という二つの基本的な機能があります。湿潤状態の塗料や乾燥塗膜での微生物汚染は、これらの機能を破壊する可能性があり、劣化、機能不全、外観上 / 美観上の欠陥につながります。塗料用保存剤は、微生物による変質を防ぐ、または低い程度に抑えるための化学的な選択肢です。塗料やコーティング剤に一般的に使用される缶内保存剤（殺生物剤 / 殺菌剤 / 殺微生物剤）には、O-ホルマール、N-ホルマール、5-chloro-N-methylisothiazolin-3-one (CIT)、benzisothiazoline (BIT)、chloroallyl-3,5,7-azoniaadamantane chloride (adamantine)があります。環境と健康の観点から、これらの化学物質の使用を減らす、または避けることが望まれます。
高出力超音波は、殺生物剤の使用に代わる、または湿潤状態の塗料を保存するために必要な殺生物剤の量を減らすことができる、環境に優しい代替手段です。