漆の成分と硬化メカニズム Lacquer Urushi composition and curing mechanism

漆液の成分組成について科学的に分析している参考文献よりまとめていきます。漆は他の塗料のように溶剤や水分が蒸発して乾くようなメカニズムではありません。

I will summarize from the references that scientifically analyze the composition of lacquer liquor. Lacquer does not have a mechanism that evaporates and dries solvents and water like other paints.

複雑な複合材料・漆 Complex composite material・Urushi

漆液はなかなか複雑な複合材料で、脂質のウルシオールの中に水が混ざっている状態の材料です。

これは木工ボンド、アクリル絵具、マヨネーズなどと同様に、水と油のような互いに混じり合わない二つの液体が安定的に混合した状態です。

In the lacquer of liquid is quite complex composite material, is a material in a state in which water is mixed into the urushiol of lipids.

This is a stable mixture of two immiscible liquids such as water and oil, similar to woodworking bonds, acrylic paints and mayonnaise.

漆成分一覧 List of lacquer Urushi ingredients

漆液の成分は5つあります。↓There are five components of lacquer liquid. ↓

成分 component割合 ratio水溶性
Water soluble
有機溶剤溶性
Organic solvent soluble
ウルシオール Urushiol66~76% ×
②ゴム質(多糖)Rubber (polysaccharide)5~7%×
③含窒素物(糖タンパク質)
Nitrogen-containing substance (glycoprotein)
3~5%××
④水water18~26%
ラッカーゼ酵素 Laccase enzyme微量
Very small amount
×

上記の成分の中で漆の硬化で重要な役割を持つ成分が、ウルシオールラッカーゼ酵素です。

Among the above ingredients, urushiol and laccase enzyme play an important role in the hardening of lacquer.

ウルシオールの特性 Characteristics of urushiol

抗酸性:空気中の酸素による酸化(劣化)を防ぐ性質

→これはワインでいうポリフェノールにも代表される性質です。

自動酸化性:空気中の酸素と反応する性質

→「キッチンの油汚れが茶褐色になる=油が自動酸化によって劣化する」 のと一緒です。

ウルシオールは2つの相反する特性を持ちます。

★ウルシオールが①の抗酸化性を持っている間は、漆液は硬く固まることができません。

(1) Anti-acidity: Property to prevent oxidation (deterioration) due to oxygen in the air

→ This is a property represented by polyphenols in wine.

(2) Autoxidation: The property of reacting with oxygen in the air.

→ It is the same as “Oil stains in the kitchen turn brown = oil deteriorates due to autoxidation”.

Urushiol has two contradictory properties.

★ while the urushiol is holding the antioxidant properties of ① can not lacquer of liquid congeals hard.

ラッカーゼ酵素の特性 Characteristics of laccase enzyme

フェノール類を酸化させる能力」を持つ成分です。

この有機化合物フェノール類に当たるものがウルシオールの持っている抗酸化性質(OH基)です。

It is a component that has “the ability to oxidize phenols”.

The antioxidant properties (OH group) of urushiol correspond to these organic compound phenols.

塗膜になる複雑な化学反応メカニズム Complex chemical reaction mechanism that forms a coating film

簡単に3段階にまとめると。。。To briefly summarize in three stages. .. ..

1段階目 1st stage

酵素酸化重合:ラッカーゼ酵素が一定の温度と湿度が満たされると「フェノール類を酸化させる能力」を発揮し始めようと反応を起こします。

ラッカーゼ酵素がいっぱい働いて能力を存分に発揮して、それが積み重なっていくと、ウルシオールの特性(フェノール類に相当する)の①抗酸化性が減少します。これでバリアが無くなって行きます。

漆は温度20〜25℃、湿度70〜75%の状態を常に保った乾燥機に入れた場合、大体一晩で塗膜に指で触ってべたつかない程度の乾燥した状態にはなりますが、これはまだ表面が乾燥した状態で、完全硬化とは言えません。

Enzymatic oxidation polymerization: When a laccase enzyme is met at a certain temperature and humidity, it reacts to begin to exert its “ability to oxidize phenols”.

When the laccase enzyme works to its full potential and accumulates, the antioxidant properties of urushiol (corresponding to phenols) decrease. This will eliminate the barrier.

Put the lacquer liquid in a dryer that keeps the temperature at 20 to 25 ° C and the humidity at 70 to 75%. If you leave it for about one night and check it, it will be dry enough not to be sticky to the touch with your fingers. However, this is still a dry surface and is not completely cured.

2段階目 Second stage

自動酸化:バリアーが無くなったため、空気中の酸素によって自動酸化が進行すると今までバラバラだった分子が繋がって高分子化、物質転換します。液体の時は、分子はバラバラで、個体、硬化すると繋がった状態になるということです。分子量が2万から3万の新しい高分子化合物に物質転換するとされています。

Autoxidation: Since the barrier has disappeared, when autoxidation progresses due to oxygen in the air, the previously disjointed molecules are connected to polymerize and convert substances. When it is a liquid, the molecules are disjointed, and when they harden, they become solid and connected. It is said that the substance will be converted to a new polymer compound with a molecular weight of 20,000 to 30,000.

そして、硬い塗膜になる Then, it becomes an individual with a hard coating film.

こうして硬化した漆の塗膜は、硫酸、塩酸、王水に浸けても変化しないほど強靭なものとされています。

上記の3段階のまとめの通り、完全硬化までには2段階の硬化反応過程を経ます。

つまり漆が乾燥するには、ラッカーゼ酵素が能力を発揮するための適切な温度高い湿度と空気中の酸素が必要であるということです。

The lacquer coating film cured in this way is said to be tough enough not to change even when immersed in sulfuric acid, hydrochloric acid, or aqua regia.

As the summary of the three stages of the above, goes through a curing reaction process of two-step in until completely cured.

That lacquer dries is that laccase enzyme is required oxygen suitable temperature and high humidity in the air to exhibit the ability.

漆を乾かす環境 Environment to dry lacquer Urushi

湿度が高い方が、硬化の最初のステップである酵素酸化重合であるラッカーゼ酵素の酸化が進み、塗膜を早く形成します。厚塗りのちぢみ(塗膜がシワのようになる)は、最初に表面の塗膜から硬化が始まるために起こる現象ともいえます。厚塗りをした時は、室温を上げ過ぎず最初から湿度をあまり高くせずに湿度を低くして、ゆっくり乾かし、置き方も乾かしている間に片寄って垂れないようにと注意が必要です。

The higher the humidity, the faster the laccase enzyme, which is the enzyme oxidative polymerization, which is the first step of curing, is oxidized and the coating film is formed faster. Thick coating (the coating film becomes wrinkled) can be said to be a phenomenon that occurs because curing starts from the coating film on the surface first. When applying a thick coat, do not raise the room temperature too much, do not raise the humidity too much from the beginning, lower the humidity, dry slowly, and be careful not to hang down while the place is drying.

暑い夏の雨の日や梅雨のシーズンはいくらエアコンを効かしても、外気温度が高いため、湿度が下がりにくくちぢむリスクが高いため、あまり厚塗りの硬化には向きません。

また冬は外気温度が低すぎるため、いくら湿度を高くしても漆は乾きにくくなります。

No matter how much the air conditioner is turned on on a hot summer rainy day or the rainy season, the outside air temperature is high and there is a high risk that the humidity will not drop easily, so it is not suitable for hardening thick coatings.

Also, in winter, the outside air temperature is too low, so no matter how high the humidity is, the lacquer will not dry easily.

エアコンや加湿器や乾かす場所の広さの調整などで、温度と湿度を確認し、塗りの時は完全に硬化が確認できるまでは、特に気が抜けません。また、漆の精製の仕方により漆液の成分割合が変動するため乾き時間は漆のロット毎に違います。

In such as the adjustment of the air conditioner and humidifier and dry location of size, check the temperature and humidity, until the time of the coating can be confirmed is fully cured, it does not particularly missing care. In addition, the drying time varies from lot to lot of lacquer because the proportion of lacquer components varies depending on how the lacquer is refined.

漆の乾燥具合は、ある程度はコントロールできますが、毎日天気や季節が変わる限り変動することに対応しなればならないという難しいものです。だからいつまで経っても漆に魅了されるのかもしれません。

Lacquer dry condition is, but you can control to some extent, is what difficult that must correspond to change as long as the change is the weather and seasonal daily. Therefore, I may be fascinated by lacquer forever.

参考文献 References

  • 国立歴史民俗博物館編『URUSHIふしぎ物語 –人と漆の12000年史–』,2017
  • 宮腰哲雄『漆学 植生、文化から有機化学まで』.明治大学出版会,2013
  • 山本勝巳『漆百科』.丸善株式会社,2008
  • 明治大学博物館編『漆器 文理融合型研究から見えてきた漆の過去・現在・未来』,2011

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