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耐候(光)性の評価について
尾張繊維技術センター 記事更新日.15.01
あいち産業科学技術総合センター 
■問合せ先
〒491-0931 愛知県一宮市大和町馬引字宮浦35
TEL 0586-45-7871 FAX 0586-45-0509
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■ はじめに

プラスチックや繊維などの各種工業材料は、屋外において長期間使用される中で、太陽光(主に紫外線)や風雨、熱などにより徐々に劣化していきます。このため、太陽光などの自然の作用に対する耐久性である耐候(光)性を評価することは、材料選定、寿命予測、品質保証などの面から大変重要です。
ここでは、材料の耐候(光)性の評価についてご紹介します。
 

■ 耐候(光)性試験の種類
耐候(光)性試験の基本は屋外暴露試験ですが、劣化の影響があらわれるまでに長い時間が必要となるため、通常は屋外環境を人工的に再現して劣化を促進させる促進耐候(光)性試験を行います。太陽光の代わりに人工光源によって発生させた人工光(紫外線など)を材料に照射します。光源、温湿度、水噴霧(降雨)などを制御し、一定条件を繰り返して試験が行われます。
試験機には、「光+温湿度」を制御するフェードメーター(耐光性試験機)および「光+温湿度+水噴霧」を制御するウェザーメーター(耐候性試験機)があります。
また、光源による分類では、キセノンアーク、サンシャインカーボンアーク、紫外線カーボンアークの3種類を用いた試験機が一般的です。最近では、より短時間で評価できるメタリングアークなどの試験機も実用化されています。  
キセノンアークは耐候(光)性試験機の中では分光分布が最も太陽光に近似し、サンシャインカーボンアークは紫外部の300〜350nm付近の分光分布が太陽光と近く、紫外線カーボンアークよりも相関性が優れているとされています。また、紫外線カーボンアークは380nm近辺の紫外部に強力なエネルギーを持ち、繊維製品の染色堅ろう度試験などに用いられます。





■ 評価の方法

耐候(光)性試験の前後で、各種評価機器により測定を行い、材料特性の変化を評価します。  
評価項目は、色の変化、光沢、亀裂などの外観の変化やカルボニル基の量、分子量などの化学的な変化、引張強さ、切断伸び、衝撃強さ、弾性率などの物理的な変化まで多岐にわたります。今回は、外観の変化および化学的な変化についての評価方法を紹介します。

変退色の評価方法
下図は、染色された織物の耐候(光)性試験前後の写真です。紫外線などにより劣化して、このような色の変化がおこります。
色の変化を評価するには、分光測色計を用います。分光測色計は、繊維製品(糸、布)やプラスチックなどの材料の色を測定し、数値化する装置です。材料に光を照射し、反射光もしくは透過光の波長成分ごとの強さを測定します。
 耐候(光)性試験の前後で材料の色を測定し、色の変化(変退色、色差)から耐候(光)性の評価を行います。

光沢変化の評価方法
光沢の変化を評価するには、光沢計を用います。光沢計は、プラスチックや塗装面などの材料表面の光沢(つや)を測定する装置です。材料に光を照射し、反射する光を受光器で測定することにより、光沢の程度を光沢度として数値化します。
 耐候(光)性試験の前後での光沢の変化(低下)を測定し、光沢残存率などにより耐候(光)性を評価します。


化学構造変化の評価
カルボニル基の量の変化は、赤外分光光度計を用いて測定します。赤外分光光度計は、繊維、プラスチックなどの材料に赤外線をあて、その吸収波長により化学構造や化学組成を分析する装置です。  
耐候(光)性試験前後の材料の化学構造変化を分析することにより、耐候(光)性の評価が行えます。例えば、ポリエチレンの場合、試験後のカルボニル基の量を測定することにより劣化の程度が評価されています(下式)。    

劣化に影響する指標の例
CI(カルボニルインデックス)= A1715cm-1/A2020cm-1
A1715:1715cm-1における吸光度  
A2020:2020cm-1における吸光度
CIが大きいほど劣化が大きいと推定されます。

当センターでは、今回ご紹介した耐候(光)性の評価に用いた機器以外にも各種試験機器を所有しており、地域の身近な試験機関として、繊維製品のほかプラスチックなどの試験も受け付けています。 また、機器の仕様については、あいち産業科学技術総合センターホームページの試験研究機器検索により参照していただけます。

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