塗装変形の芸術と科学

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リバースエンジニアリング(デフォーミュレーション)「リバースエンジニアリング」と呼ばれることもありますが、これは処方をその基本的な構成要素に分割することを意味します。 そのアイデアは、変形作業によって生成された処方を取り、元の処方を再構築して、元の処方に関連するすべての物理的特性を達成することができるようにすることである。

これが夢ですが、実際には非常に難しい作業です。 あらゆる変形作業の秘訣は、化学者が利用可能な通常の分析技術で識別できる成分を分離できることです。 一部の材料はマトリックスからきれいに分離しないため、成分の定量化も非常に困難です。

塗料の変形は15以上の成分を含む可能性があるため、特に困難です。 いくつかの主成分があるので、これは多くの成分が1パーセント以下のような本当に低いレベルで存在するかもしれないことを意味します。

なぜ誰かがペイント変形をしたいのですか? 理由はたくさんあります。

  1. 文書化が不十分なために配合が失われた可能性があります。
  2. 処方者は亡くなり、誰も自分のメモを読むことができないか、火災が発生して処方が破壊されました。
  3. おそらく、研究者は素晴らしい調合物を作りましたが、詳細を文書化しておらず、調合物の性能を再現することはできません。
  4. 元従業員が現在競争のために働いています、そして、あなたは彼らの新しい処方があなたの処方に非常に似ているのではないかと疑います。
  5. 競争は同様の製品を作っています、そして、あなたは彼らがあなたの特許を侵害したとあなたは信じます。
  6. 競争が激しいマーケティングの主張をしている、そしてあなたは公式がそのような主張を支持するかどうか知りたいのです。
  7. 競合他社の製品の1つの側面は、あなたの製品よりも優れているように見えます。あなたはその秘密を特定したいのです。
  8. 競合他社があなたの商品に似た商品を高値で提示しているため、それが類似商品かどうか、または売上を上げるために商品が安くなっているかどうかを知りたいと考えています。

 

塗料の変形のレベル

塗料配合物は本質的に4つの基本的な成分から成ります:樹脂、溶剤、顔料、および添加剤。 プロジェクトにどれだけの時間、労力、そして投資をしたいかに応じて、いくつかの詳細レベルを得ることができます。 第一段階の変形は、樹脂、溶剤、顔料などの主要成分の識別と定量化に焦点を当てています。 添加剤は通常この段階では扱われていない。 次に、第2レベルの調査で、変形にさらに詳細を追加しようとします。 これらの詳細には、添加剤の種類と量に関する詳細情報が含まれている場合があります。 例えば、界面活性剤の種類および増粘剤を特定することができる。 第3レベルの調査はすべての添加物およびこの公式にその独特な特性を与える「秘密の」原料を見つけることを試みる。 しかしながら、たとえどれほど徹底的な調査が計画されていようとも、分析技術における感度と干渉のためにすべての成分を見つけることは不可能かもしれません。

塗装変形の芸術と科学

乾燥塗料サンプルは、フーリエ変換赤外分光法(FTIR)を用いて分析することができる。 この技術は、乾燥した塗膜のすべてのものに対する指紋として機能します。 本質的には、配合物中のすべてのものがFTIRスペクトルを与え、それが次にドライペイントフィルム中のすべてのもののスペクトルに重ね合わされる。 しかしながら、添加剤のようないくつかの成分は非常に低いレベルにあるので、それらは本質的にFTIRには見えなくなる。 それ故、ドライペイントフィルム中の主要成分のみが見えるので、FTIRは存在するポリマーの一般的なクラスを決定することができそしてまた顔料の種類に関してヒントを与える。 全乾燥塗料サンプルはまた、熱重量分析器(TGA)のような機器を使用するか、またはマッフル炉中で灰化することによって分解するまで加熱することができる。 この分解工程は添加剤を含む全ての有機材料を除去するが、それは樹脂がどれだけ存在するか、そして顔料および無機充填剤のような残留物がどの程度存在するかの良い近似になり得る。

塗装変形の芸術と科学

樹脂は、サンプルを乾燥させ、次いで樹脂を除去および単離する溶媒で抽出することによって、残りの配合物から定量的に単離することができる。 乾燥した樹脂フィルムをFTIRで分析すると、樹脂のスペクトルが得られ、塗料サンプルに使用されている樹脂の種類をより正確に把握できます。 樹脂を特徴付けるための他の技術は、熱分解ガスクロマトグラフィー/質量分析法(パイロGC / MS)である。 この技術では、樹脂のサンプルを約700°Cで加熱して材料を分解します。 次いで分解生成物をGCで分離しそして成分をMSにより同定する。 例えば、典型的なアクリル樹脂は、コモノマーとしていくらかのブチルアクリレートおよびメタクリル酸を加えたメチルメタクリレートであり得る。 これらのモノマーはパイロGC / MSによって同定することができ、そしてそれらの比率のおおよその概算を決定することができる。 溶媒は通常、GC / MSによって内部標準に対して分離、同定、および定量されます。 個々の標準を作成して実行し、GCを水素炎イオン化検出器(FID)と共に使用して溶媒を定量することで、それらの割合をより正確に見積もることができます。 水が溶媒系の一部である場合、水分含有量を定量するために、カールフィッシャー滴定または熱伝導率検出器(TCD)を用いたGCなどの他の方法が必要とされ得る。 顔料は技術の組み合わせを用いて識別することができる。 灰残渣は、存在する元素を決定するために走査型電子顕微鏡/エネルギー分散型X線分析(SEM / EDXA)によって調べることができる。 次に、これらの初期データをX線回折(XRD)で検証して、特定の顔料またはフィラー成分を特定できます。 滴定または誘導結合プラズマ(ICP)のような他の技術は、特に1つ以上が存在するとき、顔料または充填剤を定量するために依然として必要とされるかもしれない。

塗料中の典型的な添加剤としては、レオロジー改質剤(増粘剤)、界面活性剤、分散剤、消泡剤、不凍剤、および防かび剤が挙げられる。 添加剤は通常そのような少量(1〜5%未満)で存在し、そしてしばしばマトリックスに対して親和性を有するので、添加剤は同定および定量することがはるかに困難である。 溶媒抽出は添加剤を分離するための1つの方法であるが、この方法は時々2種類の界面活性剤のような類似の物質を分離するのに失敗する可能性がある。 他のより洗練された方法は液体クロマトグラフィー/質量分析法(LC / MS)を含む。 この機器は、界面活性剤などの高分子量材料を分離し、それらのMSスペクトルを使用してそれらを識別しようとします。 この方法は未知の物質を識別するのに非常に強力です。 LC / MSを用いて材料が同定されたら、次に高速液体クロマトグラフィー(HPLC)を用いて材料を定量することができる。

結論

塗料の変形解析を行うためには、いくつかの解析手法が必要であることは明らかです。 FTIRのような単純なテストを1回実行しても、必要なレベルの情報は得られません。 変形は絵のようなパズルを描くようなものです。 ほんの数個の断片が適切に配置されている場合(つまり、数回のテスト)、全体像の大まかなアイデアを得ることができます。 しかし、さらにテストが追加されるにつれて、全体像はより鮮明になります。 最終的には顧客を満足させるのに十分な部分が用意されています。

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