プラスチックが紫外線で劣化するのは何故？
プラスチック成形品は、原料となる合成樹脂の種類によって劣化要因が異なります。劣化要因としては、材料自身の経時変化、単一の外的要因による変化、複合的な外的要因による変化などがあります。光の劣化とは、光エネルギーを吸収し、分子同士の化学結合が切断、または分子を励起させることで酸化が起こり、劣化します。合成樹脂の劣化を引き起こす太陽光の波長は、紫色の可視光から近紫外光の領域に該当する300～400ナノメートルで、プラスチックの種類別に劣化しやすさは異なっています。
紫外線 通常のメガネは、わずかの保護効果がある。ガラスはUVAに対して透明であるのに対し、プラスチックは通過率がガラスより低いため、プラスチックレンズは、ガラスのレンズより保護効果があり、材質(例えば、ポリカーボネート)によっては、ほとんどの紫外線が妨げる場合もある。ただし、いくら良いレンズによる保護措置を行ったとしても、レンズ以外の経路を経由した紫外線からは目を完全に守ることはできない。
眼鏡に十分な紫外線対策を期待するならば、フレームの形状も考慮するべきである。上部からの紫外線の侵入を減らすため、外出時はつば付きの帽子の併用が奨められる。レンズ以外の経路を経由する光を確認するには、レンズの部分をアルミホイルのような不透明なもので覆って、明るい光のそばに立つことで確認することができる。ほとんどのコンタクトレンズは紫外線を吸収し、網膜を保護する。
ただし、紫外線カットの眼鏡やコンタクトレンズの日常的な使用については、慶應義塾大学の臨床研究で近視の進行を招く可能性が示唆されている。紫外線カットの眼鏡やコンタクトレンズが近視抑制作用のあるバイオレット光までカットしてしまっているからだと慶応大学医学部では考えている。
風船 プロ野球球団の名入りジェット風船やアニメなどの著名なキャラクターなどが印刷されたものは各団体や玩具メーカーのグッズとして市販されている。(企業名などのオリジナル印刷の風船については名入れ風船についての項を参照。)
ゴム風船は膨らまし、しぼませることを数度繰り返すとゴム膜が伸びやすくなり、新品の風船より大きく膨らませることができるが、耐久性は低下する。また膨らませたゴム風船を屋外の直射日光や排気ガスなど煤煙や塵埃の多い場所やエアコンなど通風の多い場所に放置すると、紫外線や酸化のほか塵埃の付着などでゴム膜の劣化が早まり、膜のつやや光沢、透明感を失い色が白みがかり破裂することがある。そのほか直射日光や強い照明による熱で風船の中のガスが膨張し破裂を引き起こすこともある。
ガス風船とは、一般には浮揚性のある水素ガスやヘリウムガスを注入したゴム風船やマイラーバルーンのこと。
サンスクリーン剤 Protection grade of UVAの略語であり、日本で採用されているUVAの防御力を示す指標。PFAとも呼ばれる指標。即時黒化と呼ばれる、日焼け後すぐに黒くなる現象をもとに算出される。本来はPPD (Persistent Pigment Darkening) と呼ばれる数値(後述)をもとにしており、PPD値が2以上4未満でPA+(効果がある)、4以上8未満でPA++(かなり効果がある)、8以上12未満でPA+++(非常に効果がある)、12以上でPA++++の4段階(無標も含めれば5段階)に分類する。日本発祥の分類方式である。
持続的即時黒化と呼ばれる、主としてUVAによって引き起こされる皮膚の黒化を利用して測定するUVA防御力の指標であり、前述PA分類分類の根拠となる数値。このPPD計測手法自体は日本で開発されたが、日本ではこれを利用したPA分類の表示にとどまっている一方、欧州では積極的に採用されている。
発想としてはSPFと同様で、皮膚が黒化する最小量の紫外線量に比べ、塗布時に何倍の紫外線にまで耐えられるかがPPDの数値の根拠である。PPD10の日やけ止めを定められた量塗布すれば、その10倍量の紫外線を浴びてようやく黒化することを意味する。
カーボンブラック 粒子表面の官能基を制御することにより、ゴムとなじみがよい性質を持たせやすい。このため、ゴム製品に補強材として添加される用途が使用量の90%を超えている。カーボンブラックを補強材として含む製品としては車のタイヤがよく知られており、カーボンブラック需要の約70%を占める(タイヤが黒いのはそのためである)。黒色以外のゴム製品には代わりに湿式シリカ(二酸化ケイ素)が添加されるが、このことからシリカはカーボンの代替という意味でホワイトカーボンとも呼ばれる。それ以外にも、黒い色を利用して黒色顔料としても使われ、カラー用カーボンと総称される。顔料としてのカーボンブラックの C.I. Name はPigment Black 7で、塗料、印刷インキ用の着色顔料として使用される。他にも電子・電気材料に導電性を持たせたり、紫外線を吸収させるような機能性を持たせる用途がある。
一般には黒色粉末であるが、工業用にはプラスチックやゴムと予備混合したマスターバッチや水などにコロイドとして分散させた液状品も販売されている。粉末品は袋に入れる他、タンクローリーで輸送される例がある。
具体的な用途は広範にわたり、下記のようなものが代表例である。
龍涎香 灰色、琥珀色、黒色などの様々な色をした大理石状の模様を持つ蝋状の固体であり、芳香がある。
龍涎香には、マッコウクジラの主な食料である、タコやイカの硬い嘴(顎板、いわゆるカラストンビ)が含まれていることが多い。そのため、龍涎香は消化できなかったエサを消化分泌物により結石化させ、排泄したものとも考えられているが、その生理的機構や意義に関しては不明な点が多い。イカの嘴などの龍涎香の塊の表層にあるものは原形を保っているが、中心部の古いものは基質と溶け合ったようになっている。
マッコウクジラから排泄された龍涎香は、水より比重が軽いため海面に浮き上がり海岸まで流れ着く。商業捕鯨が行われる以前は、このような偶然によってしか入手ができなかったため、非常に貴重な天然香料であった。商業捕鯨が行われている間は鯨の解体時に入手することができ、高価ではあったが商業的な供給がなされていた。1986年以降、商業捕鯨が禁止されたため、現在は商業捕鯨開始以前と同様に偶然によってしか入手できなくなっている。海洋に投棄されたプラスチックやゴムが劣化したものと見間違えることもあり、鑑定の際は熱導線で一部を溶かしたうえでの香りで判別される。
多結晶シリコン 部品レベルで考えると、ポリシリコンはMOSFETやCMOSの製造工程において伝導性のあるゲート物質として長らく使われてきた。 これらの技術のために低圧化学気相成長(LPCVD : low-pressure chemical-vapour deposition)反応器を使ってポリシリコンを成長させる。成長されるポリシリコンは、大抵高濃度にドープされたn型半導体やp型半導体である。
近年、そのままのポリシリコンとドープされたポリシリコンが薄膜におけるアクティブ層やドープされた層として大面積エレクトロニクスで使われている。 ポリシリコンは低圧化学気相成長(LPCVD)によって成長させることができるが、プラズマ化学気相成長法(PECVD : plasma-enhanced chemical vapour deposition)あるいは特定の処理方法においてアモルファスシリコンの固相結晶化を使うこともできる。これらの工程は少なくとも摂氏300度の高温を必要とする。 これらの温度においてガラス基板上でポリシリコンを堆積することが可能であるが、プラスチック基板上で成長させることはできない。
プラスチック基板上の多結晶シリコンの成長は、フレキシブルスクリーン(曲げられる画面)のデジタル表示装置を製造できるということで期待されている。 それゆえにプラスチックを溶かしたり損傷しないようにプラスチック基板上で前駆体アモルファスシリコン(a-Si)を結晶化するためにレーザー結晶化という比較的新しい技術が考案された。 短周期かつ高密度の極端紫外線レーザーパルスは、基板全体を溶かさないように成長させたa-Siを溶かしたい部分だけ加熱するために使われる。
コンパクトディスク 発売当初は劣化しないと言われていた。実際には、保存方法が悪いとメディアが劣化を起こす。具体的には、基盤(樹脂層)のポリカーボネートの変化、蒸着した反射膜の変化、そしてCD-Rの場合には色素の変化が劣化の要因となる。いずれでも直射日光や高温・多湿を嫌う。
基盤(樹脂層)のポリカーボネートは湿気に晒されると加水分解し徐々に白濁する欠点がある。これにより情報を読み取るレーザーが通らなくなり、情報を読めなくなる。
なお、この性質を利用しあえて開封後数週間程度で白濁するように製造された媒体もある。これにより、音楽や映像のソフトウェアを再生できる日数を制限する。
合成樹脂添加剤 ポリ塩化ビニル樹脂と、その他の合成樹脂とでは劣化機構が異なるため、使用される安定剤も異なる。
ポリ塩化ビニルは、製造・加工時や使用時において熱や紫外線、酸素などにより塩化水素が脱離する分解反応が起き、長鎖ポリエンが生成し着色が起きる。脱離した塩化水素や、副生成物の塩化亜鉛は、さらに塩ビの分解を促進させる。塩化水素の捕捉・中和や、副生金属塩化物の脱塩化水素作用のため、各種金属石鹸や有機スズ化合物などが用いられる。
熱による酸化劣化を防止するものを酸化防止剤、光(主に紫外線)による酸化劣化を防止するものを光安定剤と総称する。ポリプロピレンやABS樹脂など、塩ビ以外のほとんどの合成樹脂に使用される。