接着剤業界のさまざまな用途とその方法についてご覧ください。 Rheonics v粘度センサーと密度センサーは、インライン流体監視に使用され、設置されます。
コンテンツの表
- 接着剤とシーラントとは何ですか?
- 接着剤市場
- 接着剤の種類 – 製造と用途
- 接着剤およびシーラントの粘度
- 接着剤およびシーラントの密度
- 接着剤製造工程における粘度と密度の監視と制御
- 接着プロセスにおけるSRVとSRDの設置
接着剤とシーラントとは何ですか?
接着剤とシーラントは、2つ以上の部品を接着・接合する際に使用される関連用語です。接合には通常、塗布面に強力な接着力を生み出すために化学的に処理されたペーストまたは液体が使用されます。
接着剤とシーラントの起源は自然界に遡り、太古の昔から私たちの身近に存在してきました。今日では、家庭の作業場からハイテク製品に至るまで、私たちが身の回りで使うもの、目にするものすべてに接着剤とシーラントが欠かせません。例えば、包装、製紙、航空機製造、航空宇宙、建設、履物、自動車、電子機器、医療など、様々な産業で使用されています。
このアプリケーションノートでは、粘度と密度が接着剤の製造と適用にどのように関係しているか、そして Rheonics SRV および SRD インライン粘度および密度センサーを使用して、これらの変数を監視できます。
接着剤市場
接着剤・シーラント市場は、76.1年には世界全体で推定2024億米ドルに達し、90年には2029億米ドル近くに達すると予測されています[2]。市場の成長は、20世紀末には約10億米ドルの規模で終了したことを考えると、状況に応じて変化します[3]。
接着剤・シーラント業界をリードする国は、中国、日本、米国、英国、ドイツです。数十億ドル規模のこの業界は約750社で構成されており、以下に示す大手企業は世界の接着剤・シーラント市場のほぼ50%を占めています。
- ハンドル
- ニホンジカ
- 3M
- HBフラー
- ハンツマン
- ITWパフォーマンスポリマー
- RPMインターナショナル
- エイブリィ・デニソン
- DOW
接着剤・シーラント業界の現在の成長は、主に建築・建設分野への応用と医療分野における需要の増加に基づいています。業界は環境基準の達成に向けて厳しい規制を受けており、生産者は資源を効率的に活用し、廃棄物を削減するための新たな技術の創出に努めています。
接着剤の種類 - 製造と用途
接着剤は一般的に、その起源、用途（硬化方法）、または化学構造によって分類できます。
接着剤は、天然資源 (動物、植物、鉱物) または合成材料 (エラストマー、熱可塑性、熱硬化性) から生成される場合があります。
表1：原産地別接着剤の種類[1]
| 主な起源 | 接着剤の種類 | 例 |
|---|---|---|
| ナチュラル | 動物 | アルブミン、動物性膠、カゼイン、シェラック、蜜蝋 |
| 野菜 | 天然樹脂、油脂およびワックス、デンプンおよびデキストリン - 炭水化物、タンパク質 | |
| ミネラル | アスファルト、ビチューメン、ケイ酸塩、鉱物ワックス、鉱物樹脂 | |
| 合成 | エラストマー | シリコン、ゴム、ポリウレタン、ポリサルファイド、ブチル |
| 熱可塑性プラスチック | ビニルポリマー、飽和ポリエステル、ポリビニル | |
| 熱硬化性 | エポキシ、不飽和ポリエステル、アミノプラスチック |
天然接着剤
天然接着剤は有機物から得られ、タンパク質、デンプン、セルロースなどの天然物質によって接着します。天然接着剤の利点は、他の接着剤に比べて環境に優しいと言えることです。例えば、 ゼラチン接着剤、 加工後も100%生分解性があり、リサイクル可能です。
最も一般的な天然接着剤は デンプン接着剤とデキストリン接着剤 主に製紙・包装業界で使用されています。比較的製造が容易なため、市場では低価格で入手しやすいです。
接着剤はゼラチン、デンプン、セルロースなどのタンパク質を含む多くの天然物質から形成される接着剤の一種です[4]。
デンプン接着剤 デンプンは天然の炭水化物またはポリマーであり、通常は植物に含まれています。最も一般的な原料は、トウモロコシ、小麦、ジャガイモ、エンドウ豆です。
デンプン接着剤は、化学処理によって接着性と耐性を高めることができるため、業界で急速に成長しています。例えば、 ホウ砂 （四ホウ酸ナトリウム十水和物）および メタホウ酸ナトリウム （ホウ砂と水酸化ナトリウム）を添加することで、粘度、粘着性、凝集性などのデンプン接着特性を変化させることができる[3]。
合成接着剤
合成接着剤は プレポリマー or ポリマー使用されるポリマーは、熱可塑性プラスチックと熱硬化性プラスチックに分類できます。
プラスチック産業の進歩により、これらのタイプの接着剤は用途に合わせて特性を調整した状態で大量生産が可能になりました。合成接着剤は、家具から飛行機まで、様々な物の製造に使用されています。
合成接着剤の主な例としては、 エポキシ、ウレタン、シアノアクリレートこれらの接着剤の中には 2液型接着剤つまり、2 つ以上のコンポーネントとして適用され、混合すると化学的に反応して架橋ジョイントを形成します。
合成接着剤は世界で最も一般的に使用されている接着剤です。しかしながら、原材料（石油埋蔵量）の限界や、合成化合物が人体や環境に及ぼす悪影響など、多くの課題に直面しています。
次の表は、接着剤の種類の一覧を示しており、製造（どのように製造されるか）、用途（どのように、どこで使用されるか）、および使用例について簡単に説明しています。
表2：接着剤の種類、製造および用途
| 接着剤の種類 | 生産 | Application | ユースケース |
|---|---|---|---|
| デンプン接着剤 デキストリン 植物性接着剤 水性デキストリン系接着剤 | デンプンを原料とし、約90℃（200°F）の水で加熱処理して製造されます。その後、溶液は粘着性やその他の特性を向上させるために改質されます。 淡い麦わら色から琥珀色、または茶色 | 圧力感応流体 基材に塗布するだけで、粘着性のある表面と軽い圧力の適用により接着剤が固まります。 | 紙および厚紙 紙の接着 パッケージング ラベリング 薬剤 食品および飲料 |
| 動物/タンパク質接着剤 温かい接着剤 ゼリー糊 | 動物の骨やタンパク質を含む結合組織を水で煮て作る 脱脂乳由来の接着剤はカゼイン接着剤と呼ばれる。 コラーゲンを多く含む魚皮から得られる接着剤は魚糊と呼ばれます。 通常、琥珀色から茶色 | ほとんどの場合、約60℃（140°F）で塗布されます。また、事前に水に溶かしておくこともできます。 塗布時には非常に高い粘着性または粘度を有するが、乾燥すると非粘着性の膜となる。 高温多湿の場所では使用しないでください カゼイン接着剤は 室温でも高い耐湿性を持つ結合を形成する | 製本 ボックス（BOX） 木工 醸造所のボトル |
| ポリ酢酸ビニル（PVA）接着剤 合成接着剤 樹脂セメント | 酢酸ビニルモノマー由来 水性、白色 デキストリン接着剤と混合してハイブリッド接着剤を作ることもある | 水に溶ける 室温での塗布 硬化が早い 優れた耐湿性 接着はある程度柔軟で透明であり、基材の美観への影響は最小限である。 | 木工 工芸 パッケージング 印刷（製本） 紙および厚紙 建設業 |
| ホットメルト接着剤 すなわちエチレン酢酸ビニルEVA接着剤 | ホットメルト接着剤には様々な種類があり、そのほとんどはEVAの共重合体をブレンドしたものをベースにしている。 他のポリマー、ワックス、オイル、ゴム、樹脂も添加可能 揮発性有機化合物（VOC）の低レベル | 熱可塑性樹脂、周囲温度以上の特定の温度で塗布 硬化時間は接着剤によって異なります。ホットメルト接着剤の中には、塗布後すぐに硬化するものもあれば、粘着力が長時間持続し、遅延接着を可能にするものもあります。例えば、シリコンコーティングされた剥離紙は、後で剥がせるように基材に貼り付けておくことができます。 | 靴、革 衛生、家具、包装 医療 エレクトロニック 自動車 |
| エポキシ | 2つの別々の接着剤で構成されており、1つは通常高粘度のベース樹脂と呼ばれ、もう1つは硬化剤または触媒と呼ばれ、通常は低粘度です。 | 両方の接着剤を混ぜる必要がある ほとんどのタイプは室温で設定されますが、 架橋反応を達成、改善、または加速するために加熱を必要とする 通常、約24時間の硬化時間が必要です | 艶出し 木材用接着剤 医療 個人医療 屋根と床材 自動車 航空宇宙産業 |
| シリコーン | シリコーンは、砂、土、花崗岩、岩石などに含まれる一般的な鉱物であるシリカ（二酸化ケイ素 - SiO2）を原料としています。抽出された砂は精製され、加熱・冷却されてシリコーン粉末となります。この工程は、塩化メチル、重合シリコーンなどを添加して継続されます。 | 1成分（RTV - 室温加硫シリコーン）および2成分接着剤として利用可能 RTVシリコーンは塗布時に周囲の水分との反応により硬化します。 2成分シリコンは金属、ガラス、セラミックに使用できます シリコーン接着剤およびシーラントは、260°C（500°F）までの高温用途に適しています。 | シーラント 艶出し 木材用接着剤 ガスケット材料 電子 |
| ポリウレタン | 溶媒などのキャリア材料と混合 さまざまな粘度と混合比で製造 優れた品質を得るには適切な混合が必要です イソシアネートや重金属触媒を含むものもあり、作業者の健康リスクを回避するために特別な注意が必要です。 | 1 液型および 2 液型の接着剤があります。 柔軟だが強い絆 ゴム、プラスチック、金属、ウール、紙、セラミック、布地に使用できます。 120°C (250°F) 未満の用途には主に制限されます | シーラント 段ボール箱 複数の積層 |
接着剤およびシーラントの粘度
簡単に言えば、粘度は流体の流れに対する抵抗力と定義できます。接着剤やシーラントは流動状態では非ニュートン流体に分類されます。つまり、粘度の測定値は測定時のせん断速度に依存します。
粘度は、接着剤の製造および適用中に非常に重要であり、密度、安定性、溶剤含有量、混合速度、分子量などの変化についての洞察も提供します。粘度は、接着剤の粘稠度または粒度分布の効果的な指標です。
接着剤の粘度は、最終的な用途（例：シーリング、接着など）によって大きく異なります。低粘度、中粘度、高粘度の接着剤があります。
- 低粘度接着剤: カプセル化、ポッティング、含浸に使用されます。
- 中粘度接着剤: 主に接着およびシーリング用途に使用されます。
- 高粘度接着剤：垂れや垂れを防止したい場合に使用します。一部のエポキシ樹脂によく使用されます。
従来の粘度測定技術では、手作業によるサンプル採取と実験室での測定値の測定が必要でした。このプロセスには時間と工数が必要であり、プロセスのリアルタイム制御には適していません。また、実験室で読み取った特性値は、流体の経過時間、沈殿、または経年劣化により、配管内の流体の特性を正確に反映するものではありません。
当学校区の Rheonics SRVは、粘度と温度をインラインで測定するのに適したインラインプロセス粘度計です。SRVは流体の粘度と密度の積を読み取り、その結果を動粘度として出力します。
SRVは、様々なサイズのパイプライン、リアクター、混合タンク、貯蔵タンクへの設置に適しており、接着剤流体プロセスの完全なトレーサビリティを実現します。SRVセンサーは、粘度測定値をコントローラーに送信し、溶剤または希釈剤の添加を制御して所望の結果を得ることで、接着剤の完全自動制御プロセスを可能にします。SRVの測定値は、リアクター内の接着剤の混合比または粘度をリアルタイムで監視し、所定の混合比に達した際に必要な措置を講じるためにも使用されます。
接着剤およびシーラントの密度
流体の密度は、体積あたりの質量の割合です。接着剤の密度は、製造時に添加される化合物の含有量、または混合前後の流体内の固形分含有量と粒子径を監視するために使用されます。したがって、混合プロセスにおける接着剤の密度は、最終的な組成が適切であるかを示す指標として使用できます。
当学校区の Rheonics SRDは、密度、粘度、温度をインラインで測定するのに適したインラインプロセス密度・粘度計です。また、動粘度や濃度パーセンテージなども出力できます。 Rheonics 設置要件に合わせて、さまざまなバリエーションとサイズの SRD を提供します。
接着剤製造工程における粘度と密度の監視と制御
接着剤の製造は通常、最終製品に必要な耐薬品性、熱特性、耐衝撃性、収縮率、柔軟性、実用性、強度を得るために、さまざまな材料を混合または分散させることに基づいています。
当学校区の Rheonics インライン粘度計SRVとインライン密度・粘度計SRDは、接着剤、糊、または澱粉製造プロセスの様々なポイントへの設置に適しています。SR型センサーは、粘度、密度、温度に加え、濃度や混合比などの派生パラメータのインライン監視を可能にします。粘度の変化を把握し、必要な混合状態に達したかどうかを判断するために混合タンクに直接設置したり、流体特性が維持されていることを確認するために貯蔵タンクに設置したり、ユニット間の流体の流れに合わせてパイプラインに設置したりできます。
接着プロセスにおけるSRVとSRDの設置
タンク内
接着性流体の混合タンク内で粘度を測定することで、流体の粘稠度を迅速に制御できます。これにより、生産性が向上し、資源の無駄が削減されます。
SRV粘度計は、混合タンクの上蓋、壁、または底部から設置できます。上面から設置する場合は、-X5ロング挿入プローブの使用をお勧めします。詳しくは、 SRV-X5 および SRD-X5挿入長（A）は、センシング素子が流体と接触するのに十分な長さが必要です。タンク壁面や底部への設置には、次のような短いプローブを使用できます。 SRV-X1 or SRV-X3タンクに既存のポートがある場合は、クライアントは SRV のインストールにそれらを再利用することを検討できます。
SRD密度・粘度計は、混合動作によって測定値に過度のノイズが加わる可能性があるため、混合プロセスには推奨されません。混合タンクに循環ポンプラインがある場合は、次のセクションで説明するように、SRDをそこに簡単に設置できます。
お問い合わせください Rheonics サポートチーム 設置に関する推奨事項については、タンクの図面または写真をご提供いただき、既存の利用可能なポートと動作条件（温度、圧力、予想粘度など）を明記してください。
パイプライン内
粘着性流体のパイプラインにおけるSRVとSRDの最適な設置場所は、エルボです。これは、プローブのセンシングエレメントが流体の流れに向く軸方向の設置方法です。このソリューションでは通常、挿入長の長い-X5センサーが必要です。詳しくは、 SRV-X5 および SRD-X5.
長挿入長の-X5プローブを使用することで、配管サイズなどの設置要件に応じて、挿入長（A）とプロセス接続をカスタマイズできます。挿入長Aは、プローブのセンシングエレメント（次の図の青色の領域）が流体と接触するのに十分な長さで、設置ポート付近のデッドゾーンや淀みを回避します。センシングエレメントを配管の直線部に配置することで、流体がプローブの流線型設計上を流れる際にセンシングエレメントをクリーンに保つという利点もあります。
ラインが小さい場合（1.5インチ未満）、クライアントは Rheonics フローセルまたは、より直径の小さいSlimline -X6プローブバリアント。詳細はこちら：
高粘度の接着剤は、プローブとパイプの表面に容易に堆積物を形成する可能性があることにご注意ください。この場合、検知素子周辺のデッドゾーンを回避することが、信頼性の高い測定値を得るための鍵となります。プローブを手動でクリーニングする必要がある場合は、以下の記事をご覧ください。 タイプSRプローブのクリーニング方法は？
参考情報
[1]： 接着剤とシーラントのハンドブック
[2]： 接着剤・シーラント市場規模、業界シェア成長予測、グローバルトレンドレポート（最新）（marketsandmarkets.com）
[3]： 「退屈な」ホウ素と接着剤 | 2014年09月02日 | 接着剤・シーラント業界 (adhesivesmag.com)
[5]： 接着剤およびシーラントの配合、試験、および塗布における粘度の監視と制御
