PMP溶接タンクの離型・非付着性向上：フッ素ガス表面改質で付着問題解決

化学プラントのタンクや槽で、運用を重くしていく原因の一つが「中身がくっつく」問題です。

漏れがないのに、抜き切ったはずの液が内面に残る。
反応残渣やスラリーがこびり付き、乾くと固着して落ちない。
次の仕込みや切替のたびに清掃が増え、停止が伸びる。

こうした現象は、設備の強度計算や配管設計とは別のところで起きているように見えますが、多くの場合、起点は「表面」にあります。

もちろん、材料を高機能材へ全面置換すれば、付着しにくさを含めて改善できる場面はあります。
しかしプラント設備では、材料単価の上昇だけでなく、調達性、納期、加工・施工のしやすさ、補修時の対応力まで含めて負担が増えがちです。

そこで当社では、PP溶接タンクやPMP（TPX）溶接タンクといった、現場で扱いやすい材料をベースにしつつ、必要に応じて「表面だけに機能を追加する（素材特性＋α）」という考え方を提案しています。
フッ素ガスを利用する表面改質は、コストが高くなりやすい一方で、当てどころを間違えなければ、停止や清掃といった “上位の損失” を減らす手段になり得ます。

フッ素ガス表面改質とは：材料を替えず、表面だけに機能を追加する技術

フッ素ガス表面改質は、フッ素（F₂）や三フッ化窒素（NF₃）などのフッ素系ガスをプラスチック表面に接触させ、表面の炭化水素鎖にフッ素原子を直接結合させる気相処理です。改質層の深さは通常0.1～数μm程度で、母材の機械的特性や寸法にはほぼ影響しません。PTFEライニングやフッ素コーティングとは異なり、接着剤不要で母材と一体化した改質層が形成されるため、剥離リスクが低く、複雑形状や溶接構造にも適用できます。

処理後の表面は、C-F結合の増加により表面自由エネルギーが低下し、撥水性・撥油性が向上します。この撥水性の向上は、水接触角（水滴を表面に置いたときの角度）の増加として測定できます。接触角が高いほど水を弾きやすく、一般的に離型・非付着性が高い傾向があるため、表面改質の効果を評価する指標として活用されます。

ただし、ガス濃度、温度、圧力、処理時間などの条件設定が性能を大きく左右し、処理には防爆仕様の専用設備と厳格な安全管理が必須です。このため処理コストは高く、適用判断は「表面性能の数値改善」ではなく、「清掃停止・段取りロスなど運用上の損失削減額」で行うべきです。

表面改質を使う価値が出やすい課題は「停止・清掃」に直結する

フッ素ガス表面改質は安価な選択肢ではありません。だからこそ、適用の判断軸は「少し良くなる」ではなく、「現場の損失が大きく減る」かどうかに置くべきです。特に価値が出やすいのは、次のような課題です。

表面改質の価値は、「接触角が何度上がった」といった数値だけでは伝わりにくいものです。
止まる時間が減った、清掃が軽くなった、切替が早くなった──この運用上の変化を主役にすることで、費用対効果の説明が通りやすくなります。

PMP溶接タンクの強みを活かし、離型性を “もう一段” 上げる

PMPは、軽量で加工性に優れ、耐熱性や耐薬品性などの面で特徴を持つ高機能ポリオレフィンとして知られています。
溶接構造でタンク化できることは、形状自由度やメンテナンス性の面でも大きなメリットです。
さらに、当社の参考値では、PMP（TPX）の水接触角は約106°です。これは表面が水を弾きやすい性質の目安として、材料の個性を説明しやすい数値です。

ただし、撥水性が高い＝必ず付着しない、というわけではありません。
プラントで扱うのは水だけではなく、溶剤、粘性の高い液、スラリー、結晶、粉体が混じる液など多様です。
付着のしやすさは、液の性質、温度、濃度、流速、乾燥、滞留、微細な傷の有無など複数要因で決まります。
だからこそ、「材料としては悪くないのに残る」「ある条件で急に落ちにくくなる」という形で、運用課題が表面化します。

そこで、材料をPTFE等へ全面置換する前に、表面だけに「離型・非付着」の方向性を追加する、という選択肢が出てきます。
素材の良さを残しながら、困りごとの出やすい部分にだけ＋αを足す。これが、高コストな表面改質を “高付加価値に使う” 基本姿勢です。

表面改質の位置づけ：材料変更ではなく「表面機能の追加」

表面改質は、材料を別物に置き換えるための技術ではなく、表面の性格を追加して現場課題に刺さる方向へ寄せるための技術です。フッ素ガスによる表面改質は、一般に非付着性や低摩擦、バリア性などを狙う用途で語られることが多い手段です。

冒頭で技術的な仕組みを説明しましたが、処理条件の設計や安全管理など、具体的な加工の話は表面改質の専門領域です。
プラスチック加工としての当社は、そこに踏み込みすぎず、現場にとって価値のある整理に徹します。つまり、方法論の細部を語るのではなく、次の3点を分かりやすく伝えることを重視します。

接触角の扱い方：“管理の道具” として使う

表面改質の話では、数値が先に立ちがちです。たとえば「接触角を＋5°」という表現は分かりやすい一方で、数字だけでは「現場で何が変わるのか」が伝わりません。そこで本稿では、接触角の位置づけを明確にします。

そのうえで、社内説明や仕様の言語化に使える形として、次のような書き方ができます。

• 当社の参考値では、PMP（TPX）の水接触角は約106°
• PTFEは110°以上とされることが多く、目標設定の参照点になる
• 表面改質によって、PMP表面をPTFEに近い撥水挙動へ “狙って寄せる”（※最終判断は実液・実条件で確認）

ここで大事なのは、「PMPをPTFEに完全に置き換える」ではありません。「PMPの加工性や溶接性を活かしながら、表面挙動をPTFEに近づける可能性を狙う」という設計思想です。接触角によって、この設計思想を数値で示し、現場と共有することができます。

PP溶接タンク／PMP溶接タンクでの “＋α” の考え方

当社は、材料の強みを活かしたうえで、＋αの当てどころを選びます。
ここでは、技術の細部ではなく、PP溶接タンクとPMP溶接タンクを例に、現場での使い分けの考え方を整理します。

高コストな表面改質でも採用が検討されるのは、清掃停止や段取りロスが大きい「止まると高くつく工程」です。このような工程では、材料をPTFEへ全面置換するよりも、扱いやすいPP・PMPをベースに表面だけ改質する方が、トータルコストで有利になるケースがあります。

フッ素ガス表面改質は、条件設計・設備・安全管理を含めて専門領域です。当社はプラスチック加工屋として、現場で困っていることを整理し、材料置換以外の選択肢として表面機能の追加を提示し、必要に応じて表面改質の専門先と連携して「使える形」に落とし込むことを重視しています。

まとめ：材料を替えず、表面に機能を追加して「くっつく問題」を止める

本コラムの要点をまとめます。

フッ素ガス表面改質は高コストな処理ですが、適用する工程を見極めれば、停止や清掃といった上位の損失を削減する有効な手段となります。材料を全面置換せず、扱いやすいPP・PMPの特性を活かしながら、表面だけに必要な機能を追加する──この「素材特性＋α」の設計思想が、現場の課題解決とコスト最適化を両立させる鍵となります。