アクリルカラーとジェルメディウムの乾燥過程の調査
アクリルポリマーディスパーションの乾燥速度
市販塗料、プライマー、コーティング剤のほとんどの容器では、製品の乾燥に特定の時間枠が表示されていることが普通である。 “理想的な条件下では 2-4 時間で乾燥します”。 “30-60分で手触りよく乾燥します” “再塗装の前に4時間乾燥させる。” では、なぜGolden Artist Colorsはほとんどの製品にそのような情報を記載しないのでしょうか？ 答えは簡単で、当社の製品は様々な方法で、様々な表面で、そして無数の環境下で使用されるからです。 したがって、用途の詳細を知り、アートワークの各段階でのさまざまなニーズを考慮しない限り、「概算」を提示することは非常に困難です。 これは油絵を描く前の下塗りなのでしょうか？ 朝、配達のトラックに乗せる必要がある作品ですか？ アクリル絵具のワシャワシャとした層で表面を激しく飽和させるつもりでしょうか？ これはルイジアナ州の外壁壁画なのか？ このように複雑なため、「乾燥にどれくらい時間がかかりますか」という質問を受けるたびに、私たちは立ち止まってしまいます。
すべての側面を考慮して絶対的な乾燥時間を提示することは不可能ですが、この記事では、乾燥プロセスを取り巻く要因のいくつかを説明し、最近のテスト結果を明らかにして、これらのすべてが実際の状況にどう影響するかを議論します。
アクリルポリマー分散液の乾燥段階
最も単純で概略的なレベルでは、アクリルは塗膜から水やその他の「揮発性物質」を蒸発させることで乾燥します。 これらが蒸発するとき、アクリルの固形分は互いに接近し、互いに接触して膜を形成します。 これらは最終的に、水や添加物を絞り出すのに十分な力を持ち、合体に達するまで圧縮されます。
薄い塗料で、理想的な乾燥条件下では、アクリルは数分から数時間で乾燥したように見えます。 逆に、厚く塗った塗膜が同じ状態になるには、数週間から数カ月かかることが珍しくありません。 アクリル塗膜の乾燥は、水と溶剤が離れるという同じメカニズムで行われますが、その過程には様々な要因があり、特に乾燥速度が結果に影響を及ぼします。 実際、厚い塗膜は、乾燥の段階が異なる複数のゾーンがあり、それぞれ揮発成分の程度が異なる場合があります。
長年にわたり、このプロセスはかなり緩やかに定義されており、人によって意味が異なる用語もありますが、以下はプロセスの基本段階を表す試みです（図2）。 絵具には揮発性物質（水と共溶媒）がまだ残っており、下地に塗られると膜から蒸発し始めます。 濡れた絵の具はまだ流動性があり、筆やナイフで簡単に操作できますが、明らかに硬くなっています。 ポリマー粒子は互いに引き寄せられ、塗料が均一に作業できなくなったら、ウェットペイントの段階は終了です。
Skinned Over – 揮発分が塗膜からすばやく放出され始めると、アクリル固形分は互いに接近します。 塗膜の厚さにもよりますが、塗料はいくつかの段階を非常に速いスピードで通過することがあります。 この段階は、塗膜の表面に軽く触れただけで、製品が浮き上がらない程度の皮膜が形成された状態を指します。
Touch Dry – タッチドライの段階は、スキンオーバーの段階と非常に密接な関係があります。 薄い塗膜であれば、濡れた状態から、スキンドオーバー、タッチドライへと数秒で移行することができます。 しかし、厚いフィルムでは、しわになったり破れたりすることなく、多少の接触に耐えるだけの十分な皮膜があるのが普通です。
Dry to Handle/Solid State – ある時点で、塗膜は過度に濡れた部分を失い、重量減少の速度が大幅に遅くなります。 アーティストたちは、このときが塗膜が「乾いた」状態だと思うかもしれませんが、そうではありません。 添加剤はまだたくさん出てくる必要があります。 この時期のアクリル絵の具は非常にもろいので、梱包したり、丸めて運んだりするのはよくありません。
Cured/Coalesced – 乾燥中にアクリル固形分が（自由形式のテトリスゲームのように）密に詰まった配置になり、その過程で揮発成分の大部分が押し出されます。 さらに、フィルム形成添加剤の存在により、アクリル固体が柔らかくなり、互いに変形し、粒子間の空隙がなくなる。 水や揮発性物質で占められていた固体間の隙間がなくなり、六角形のハニカム状のポリマーネットワークが形成される。 これが「合体」である。
人は、合体がアクリル塗膜プロセスの最終段階であると考えるでしょう。 これはほぼ正しいのですが、アクリル塗膜は水と適合するために、ある程度の親水性、つまり水を好む添加物を組み込まなければなりません。 そのため、乾燥したように見えても、どうしても水分が残ってしまうのです。 また、アクリルフィルムは不完全な合体により、六角形に変形した粒子の壁に沿って溝があり、多孔質になっています。 この孔は、水の出入りの通路となります。
このことは、グラフ（図3）でも明らかで、長時間経過しても、フィルム内に比較的大きな揮発分が残存していることが分かります。 実際には、まだ5〜20％の揮発成分が残っているにもかかわらず、フィルムの完全性が達成されていることに驚かされる。 アクリルフィルムは、置かれた雰囲気によって、減量と増量が繰り返される。 温度が高くなり、空気の流れが良くなると、水分が失われ、相対湿度が高くなると、水分が保持される傾向があります。 このプロセスは、塗料が環境と反応し、大気中の水分量に再平衡化することで継続します。 特にニューヨークのような気候の変化が激しい場所では、このプロセスは非常にゆっくりと進行し、安定した平衡状態に達するまでに何カ月もかかります。
テストの設定
アクリルの乾燥プロセスのタイミングについてもっと知るために、管理可能で影響力のある乾燥要因を調べ、乾燥の主要段階を特定するための一連のテストパラメータが定義されました。 しかし、すべての要因をテストすることは不可能であることに気づきました。 テストはすべて同時に行ったので、温度や湿度の違いを除外することができました。 環境要因は重要ですが、今回のテストではコントロールすることは現実的ではありません。 そこで、どのような環境条件であっても、記録することにしました。
テストサンプルは常に最低3つ作成し、水分を保持しにくい基材（アルミニウム、レキサン、ポリエステルキャンバス）を選びました。 テストの初期に気づいた問題の 1 つは、最も一般的なアーティスト用支持体は、それ自体が十分に吸収性があり、テスト中に湿度によって基板の重量が変化してしまうということでした。 コットンキャンバスは水分を吸収・保持する。 ハードボードや紙もそうです。 ポリエステルキャンバスは通気性がよく、アクリルシートとアルミパネルは密閉性が高いという特徴があります。
このテストに選ばれたレギュラーゲル（グロス）とヘビーボディチタンホワイトの両方の実際のバッチ情報を記録し、乾燥中の揮発成分の損失を比較するために重要な実際の固形分レベルを計算するために使用されたのです。
Film Thicknesses
私たちのアクリル乾燥時間テストには、一連の標準的な塗膜の厚さが含まれていました。 私たちは、厚さの範囲を決定し、均一にキャストされたフィルムの現実的なセットを提供するためにツールを使用しました。
乾燥速度を評価する方法
- 乾燥中に塗膜を物理的に操作して、重要な段階に注目する。 これは、アーティストにとっても、乾燥を測定する最も身近な方法です（図4）。 塗膜に触れることは、それがどれくらい乾燥しているかを判断する最良の方法です。
- 目視で、塗膜の剥がれや透明の兆候を確認します。 表面は乾燥すると収縮して変化します。 ゲルは乳白色から始まり、透明に向かって半透明になったり、かすんだりします。
- テストパネルの重量を測定する。 ほとんどのアーティストは、ペインティングプロセス中に作品の重さを量ることができません。 たとえそうであっても、実際の固形分レベルがわからなければ、その情報はあまり意味を持ちません。
Test Results
想像できるように、この種のテストでは、データが詰まった膨大なスプレッドシートが作成されます。 各テストは個別に調べられ、その後、他のテストと比較されます。 テストの最も重要な部分の 1 つは、各インターバルでの塗膜の乾燥度合いに関連する揮発性物質のレベルを定義しようとしたことです。 これを視覚化するためにグラフを作成した（図5）。 この範囲は、試料の重量減と物理的・視覚的な変化との比較に基づいており、実際にはほとんどの段階が非常に速く起こるため、1つの段階が次の段階にぼやけてしまうのです。
Rapid Drying Early
Across the board, each test panel, the most of the volatile loss happens early in the drying cycle.フィルムが厚くなれば、この関係をより理解することができますが、乾燥サイクルのこれらのキーポイントは、後に続く結果のために重要であることを立証しています。 水と共溶媒の損失は、塗膜がないこと、あるいは少なくともあまり充実していないことによって促進される。 図5のグラフを見ると、このような急速な損失が起こっていることがわかる。 興味深いのは、重量減少をプロットしたときに、それぞれのフィルムが同じ乾燥曲線の線を描いていることである。 このように、薄い塗膜は固体になるまでに3日程度かかることがわかりました。 これは、塗料やメディウムを塗り続けてはいけないということではなく、絵を伸ばしたり、ニスを塗ったりといった極端なことをする前に待つべき一般的な時間枠です。
Substrate Influences Drying Rates
乾燥時間に対する基材の影響が大きいことが示されました。 同じ製品を同じ厚さで塗布した場合、非吸収性のパネルと比較すると、双方向の乾燥を促進するキャンバスのような通気性のある基材では、明らかに速く乾燥します。 初期の段階では、重量損失は同程度でしたが、塗膜の表面に厚い皮ができ始めると、その違いを示すパターンが現れました。
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テストでは、より通気性のある基板によって、双方向乾燥が可能となることが示されています。 ほぼすべてのケースで、非吸収性のアルミカードは、重量減少が著しく遅く、ゲルのクリアリングも遅くなりました（図6）。
膜厚
膜厚は常に、アクリルの乾燥速度の重要な要因として認識されてきました。 ゲルやヘビーボディアクリリックの10ミルフィルムは、数分でタッチドライになります。 塗膜は均一に乾燥し、標準的な塗料の乾燥工程に従います。 しかし、厚く塗った場合には、乾燥中に塗膜がより強固になり、塗膜全体が合体してしまうという違いがあります（図7）。
私たちは、レギュラーゲル（グロス）がどれだけ早くクリアになるかでこれを検証し、重量減少率と比較することでこれを支持する直接的な証拠があります。 さらに、物理的な操作データとの照合でも確認することができました。
製品の違い
今回のテストは範囲が広かったため、テストした製品の数は限られていました。 ヘビーボディチタンホワイト」と「レギュラーゲル（グロス）」で、それなりの製品差が得られました。 ただし、顔料、塗料、その他の製品については、これら2製品とは異なる挙動を示すと思われます。 アクリルポリマー固形分を除けば、製品には多くの種類の顔料、フィラー、グリット、つや消し剤などの固形分が追加されていることがありますが、ゲルはつや消し剤を含まない限り、固形分はアクリルバインダーだけになる傾向があります。
Titanium White を Regular Gel と比較すると、初期にはさまざまな厚さと基材であまり違いが見られませんでした。 チタンホワイトは、体重減少に関して早い段階でリードしているようで、60日間のテストサイクルの間、この優位性を維持しました。
操作の結果
私たちは数日間、ゲルと白色塗料の表面を（つまようじと後で鉛筆を使って）操作し、アクリルをつついたときの反応に識別できるほどの違いがなくなるまでにしました（図4）。 薄いフィルムはすぐに乾いてしまうため、さまざまな変化を測定することが難しく、厚く塗ることで最も記録しやすいデータが得られました。 一般的に、アクリル層は乾燥初日から非常に早く変化し始めます。 チタンホワイトは数時間でブリーチーズ（熟成した柔らかいチーズ）の皮のような「皮」ができ、ゲルスキンはもっとゴム状で、触ると引っ張られたり伸びたりするようになりました。 2日目には、もう爪楊枝を使うのが難しいほどでした。皮が厚くて固いので、鉛筆を使って乾燥状態を確認する必要がありました。 やさしく突いていたのが、だんだん強く突いていくようになった。
Small Versus Large Area Size
このような研究をしていると、しばしばテストデータが曲者ぞろいとなることがあります。 標準的な仮定では、小さいアクリル塗膜は大きいアクリル塗膜よりも早く乾くはずです。 そうでしょう？ しかし、そうではありません。 私たちは、パネル上の製品の円形2個と円形12個を比較しました。 レギュラーゲル（グロス）とヘビーボディチタンホワイトのサンプルでは、大きい円の方が小さい直径のものよりも速く重量が減少しました。 この違いは実質的なものではないかもしれませんが、なぜこのようなことが起こったのか不思議に思うほどの違いがありました。
帯状乾燥
これらの結果をさらに理解するためには、さらなる試験を行う必要がありますが、ひとつの仮説として、大きくて厚い塗料やゲルの層では、最初の製品は小さい2.の円と同様にスキンしますが、このスキン全体の厚さは中心から端にかけて異なるということです（Figure 9)。 これは、端が乾燥することによって乾燥中の揮発分が中央に殺到し、塗膜の中央部分が薄くなっているためと考えられる。 外周部は先に皮膜ができ、すぐに密着してしまうため、水が通りにくくなる。 水は素材から最も逃げやすい経路をとる。 この場合、水は中心に向かって内側に流れ、その結果、より薄く、より均一にスキニングされた塗膜が可能にするよりもわずかに速い速度で、水が膜から離れることができます。
まとめ
多くのアーティストは、アクリルの速乾性を利用しています。 これは最も注目される特徴のひとつで、リターダーを使用すれば遅くすることもできますが、速乾性があるため、非常に幅広い技法が可能です。 しかし、時間が重要な場合、早い段階ですべての要素を考えておかなかった多くのアーティストが、次の段階に進むまでに希望より長く待たなければならないという問題に直面することになります。 もし厚塗りをするのであれば、その分乾燥時間を長くとることが重要であることを理解しなければなりません。
テスト結果をまとめると、次のようなことが言えます。「薄い層は、厚い層よりも速く乾きます。 厚い層で終われないということではありませんが、1つの厚い層ではなく、薄い層を何度か塗ることが可能かどうかを確認してください。
– 通気性のある生地は、より速い双方向の乾燥を促進します。
-通気性のある生地は、双方向の乾燥を促進します。パネルは確かに大きな安定性を提供しますが、それを使用すると、すべての揮発成分が塗膜から一方向にしか排出されず、ほとんどが厚くなった塗膜を通過してしまいます。 温度、湿度、空気の流れを調整することで、乾燥時間をコントロールできます。
最後に、このテストでは乾燥時間の変数を分離しましたが、スタジオでは、アーティストができるだけ多くのものをコントロールすることで、潜在的な問題を引き起こすことなく、全体の乾燥時間を速くすることができるということに注目することが重要です。 ストレッチキャンバスに薄く塗られた絵の具の膜は、暖かく乾燥した空気の流れの良い場所で乾燥させると、地下室のパネルに描かれたインパスト画よりもはるかに速く乾燥します。 ですから、急いでいるときでも、自分のニーズに合わせて、できるだけ多くの変数を乾燥時間の方程式に組み込む時間をとってください。