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フッ素コーティングとは?フッ素樹脂が持つ多様な特性と安全性|フッ素コーティング剤や離型剤なら【フロロテクノロジー】

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フッ素コーティングとは?フッ素樹脂が持つ多様な特性と安全性

フッ素樹脂コーティングは、多様な特性を持っていることが特徴です。その特性によりいろいろな問題解決ができる分野も広く、様々な製品機能の向上が期待できます。

今回はフッ素樹脂コーティングの特性の解説に加え、安全性についても合わせてご紹介します。フッ素樹脂コーティング剤の導入のご参考になれば幸いです。

 

1.多様な特性を持つフッ素コートとは?

フッ素樹脂は、フッ素原子と炭素原子が結合したユニットを構造内に有する高分子化合物です。フッ素樹脂は特異的な表面特性として非粘着性、耐酸性、低摩擦性、撥水撥油性などに加えて耐熱性を有するため、フライパンやアイロン、薬品用配管の内面などに使用されており、工業的にも利便性の高い表面加工として多方面に利用されています。
一般的なフッ素樹脂加工は、専門の工場で焼き付け型のフッ素樹脂を300℃以上の高温で処理して表面加工されます。
ですが、フッ素樹脂加工については以下のような欠点があります。

・塗布加工は、専門工場にて高温下(300-450℃)で施工することが必要です。
・プラスチックなど高温に耐えられない基材には施工不可能です。
・白濁皮膜(着色も可能です。)であり透明な膜が得られません。

このフッ素樹脂加工の欠点を補うべく、専用の分子設計をすることにより開発されたものが「常温型フッ素コーティング剤フロロサーフ」です。 常温型フッ素コーティング剤は、製造現場などで手軽に塗布できるコーティング剤であり、撥水撥油・防汚・防水・防湿・摩擦低減など、フッ素樹脂加工と同様の表面特性(耐熱性を除きます)を、透明な皮膜で得ることが可能です。
常温型フッ素コーティング剤の特性を活かした使用用途としては以下のものがあります。

・防湿性防水性やリチウム電池電解液からの耐性が求められる電子部品の基板・回路
・衣服や靴を水や汚れから守る防水スプレー
・撥油性や離型性を活用した樹脂成型金型用離型剤
・タッチパネルの指紋付着防止と滑り感向上 ・自動車ボディやシートの汚れ付着防止

簡単に塗布できる多様な利便性を持った常温型フッ素コーティング剤は、大きな魅力を持ったコーティング剤と言えるでしょう。

 

2.常温型フッ素コーティング剤が持つ特性

それでは、常温型フッ素コーティング剤が持つ、多様な性能について具体的に解説していきます。一般的に、以下のような特性が挙げられます。

 

2-1.撥水撥油性

「撥水撥油性」とは、水や油を弾く性質のことを指し、主に以下のようなシーンで効果を発揮します。

・モーターの軸受け油が拡散することを防ぎます。→ハードディスクの故障防止
・絹や綿などの繊維や皮革に撥水撥油性や防汚性を持たせられます。→衣服や靴の防水スプレー
・木材や大理石に水がしみこむのを防ぎます。→テーブルの輪ジミ防止

 

2-2.防湿絶縁性・耐酸性

常温型フッ素コーティング剤は「防湿絶縁性」が高く、また、表面の皮膜が化学変化の影響を受けにくいことから「耐酸性」も高い抑制があります。以下のようなシーンでも効果を発揮します。

・実装基板上の金属マイグレーションを防止できます。
・リチウム電池電解液漏洩時に回路の短絡を防ぎます。
・硫化水素、塩化水素などの酸性ガスから金属部分を保護します。
・LED内部の反射板が硫化することにより輝度が低下することを防ぎます。

どのような薬品の耐性を持たせる必要があるのかにより、選ぶフッ素コートの仕様が変わります。そのため、事前の打ち合わせが必要なことに注意が必要です。

 

2-3.防汚性

常温型フッ素コーティング剤の「防汚性の高さ」は、表面張力の低さが関係します。表面張力が低いことにより、汚れの吸着力も低くなるため、汚れが付きにくく除去もしやすくなります。

「防汚性」は主に以下のようなシーンで効果を発揮します。

・タッチパネルの指紋が付きにくく、ふき取りが簡単になります。
・PCキーボードの黒ずみを防ぎます。
・宝石の汚れ付着を防ぎます。
・車外装の汚れを防ぎます。
・扉やノブ、ガラスへの汚れを防ぎます。

多くの人が触れるようなところや、汚れをつけたくないところにフッ素コーティングを施すことで、綺麗な状態を維持しやすくなります。

 

2-4.屈折率

常温型フッ素コーティングの被膜は「屈折率の低さ」が特徴の1つです。これは、光学的な屈折率が低いことで反射光を減らすことができ、透過する光の量を増やせることを意味します。
「屈折率の低さ」は主に以下のようなシーンで効果を発揮します。

・製品表面の光の反射を抑えられます。
・太陽光パネルの透過率の向上できます。
・光学レンズ・プリズムの透過率が向上します。

太陽光パネルなど屋外で使用される製品では、撥水性や防汚性なども同時に備えていることも重要となるため、フッ素コーティングの使用が有効です。

 

2-5.低摩擦性

常温型フッ素コーティングを施した表面は、摩擦係数が低くなる「低摩擦性」を持っています。
「低摩擦性」は主に以下のようなシーンで効果を発揮します。

・機械などでのスティックスリップ現象(ビビり)を防げます。
・ヒンジなどの動きがスムースになります。
・周囲の汚染などの問題で液体潤滑が使えない場合のドライ潤滑に使用できます。
・タッチパネル表面の滑り感が向上できます。

 

2-6.離型性

常温型フッ素コーティングは粘着性・付着力が低いことから「高い離型性」という特徴を持ちます。樹脂成形用の金型などに利用することで、樹脂やゴムの付着を低減することができ、生産性を向上することができます。

「離型性」は以下のようなシーンで効果を発揮します。

・離型性が高く、離型剤の塗り替えなしで連続的に成形できます。
・乾性被膜になりますので、成形物への付着がなく、成形物の洗浄が不要になります。

より薄い膜厚のフッ素コーティングを選ぶことで、微細な形状をしている金型でも正確に離型が可能となります。製造現場で塗布できる製品であれば、再塗布や金型を追加した際でも簡単に離型性を持たせることができます。

 

3.フッ素系化合物は危険なのか?フッ素コートの使用が安全な理由

フッ素コートを含めたフッ素系化合物は「450℃以上の高温下で有毒ガスを発生させる」などと、その危険性を指摘されることがあります。

しかし、フッ素樹脂加工や常温型フッ素コーティングに使われているフッ素樹脂は安全な物質です。

・フッ素化合物には、PFOS・PFOAという有害性が懸念される物質が含まれている。
・PFOS・PFOAは環境下に放出された場合、難分解性があるため、野外環境中に残留する可能性がある。

上記はフッ素化合物が有毒である・危険であると言われる理由ですが、これらは科学的観点から見れば、事実と異なることがわかります。

そもそも有機化合物の安全性は、その分子量により大きく変わります。

低分子・中分子化合物
低分子・中分子の化合物の多くは室温で液体・気体・粉末の状態で、水や油・溶剤に溶けやすい性質があるため、体内に取り込まれやすく有害性が高くなります。 物質例:界面活性剤や接着剤など
高分子化合物
高分子化合物は室温下において個体で安定した状態を保ちます。また、水や油・溶剤にも溶けにくいことにより、生体内に取りこまれることがなく、有害性が大幅に低くなります。 物質例:プラスチック・フッ素樹脂など

PFOS・PFOAとフッ素樹脂はともにフッ素化合物ではありますが、PFOS・PFOAは低分子化合物に属し、フッ素樹脂は高分子化合物に属します。同じ原子構造を持った物質でも、分子量によって性質も毒性は全く異なってまいります。

最近では、業界内では自主規制などの努力により削減・根絶を目指し、フッ素樹脂加工やフッ素コーティングに規制値以上のPFOS・PFOAは含まれていません。

 

まとめ

フッ素コーティングは様々な性能を同時に付随させることができることから、企業や製品で広く利用されています。また、不安視されがちな安全性についても証明されています。

ここまで紹介したフッ素コーティングの特徴や利用例を参考に、製品の性能そのものを向上させられるフッ素コーティングのご利用をご検討いただければ幸いです。