読者です 読者をやめる 読者になる 読者になる

ドローイング空間

3D-CADを中心に、雑多なことをかいています。

日焼け防止の仕組み

広告

化粧品ではなく、素材全般で、日焼けについて考えてみました。

日焼けは、私たちの肌だけではなく、身近に使用している素材にも起こります。日に当たる場所に置いておいた紙やプラスチック、フィルム、(生えている木ではなく)木材などが、日に当たっていない場所にあったものよりも早くボロボロになっているのを見たことがあると思います。

最も効果的な対策は、日に当てないことです。しかし、用途によっては、いえ、ほとんどの場合、直射日光下で使用します。日に当てても劣化しない性質は、耐候性と呼ばれ、素材やそれを使用した製品にとって、重要な機能です。

プラスチックやフィルムでは、機能性添加剤を入れて性能を向上させています。紙では、紙を漉くときに使う水や、表面加工に使用するセット剤に機能性添加剤を添加します。木材では、機能性添加剤が配合された油剤や塗料を塗ります。

光を遮る・反射する

最も直接的な考え方です。光で劣化するものに、光を入れなければいいのです。具体的には、石や土を利用して、光を遮ればいいのです。これは、化粧品のファンデーションが、光を拡散することで日焼け防止の効果があることと同じです。

樹脂やフィルムの場合は、石や土、セラミックなどの微粒子を混ぜ込みます。これらの粒子は、フィラーと呼ばれる添加剤の1種です。使用する事で、その粒子の内側の部分は、光による劣化から守ることができます。

古くなった、樹脂、塗料、紙を触ると粉が付く経験をしたことがある方もいると思います。これは、樹脂部分が劣化したことで、フィラーの一種である、これらの粒子が剥がれやすくなった状態です。

光のエネルギーを別のエネルギーに変換する

光は、波と粒子で構成されたエネルギーです。理解しにくい概念ですが、エネルギーは、質量を持ちません。(すると、光の粒子は、どこに行ってしまうのでしょうか?)

当たった光を、熱や別の波長の光など、別のエネルギーに変換してしまえば、当たった光のエネルギーは、消費されます。その結果、素材の日焼けが抑制できます。

いろいろな素材が、ありそうなのですが、うまく探せません。有名なのは、酸化チタン系の材料、光触媒です。塗料に混ぜておくと、光のエネルギーで、塗料の上に付いた汚れを分解し、塗面をきれいなままに保つ効果があります。エネルギーを使用した分、光のエネルギーは消費されているはずです。

別の考え方に遮熱塗料があります。断熱や反射性能とともに、熱を他のエネルギーに変換し、塗面の熱上昇を抑制します。

代わりに日焼けする

日焼けから守りたい素材より、より日焼けし易い素材を配合します。耐光安定剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤、光安定剤と呼ばれるものです。代わりに日焼けすることで、光のエネルギーを消費し、守りたい素材を日焼けから守ります。この方法では、より日焼けし易い素材が、日焼けしつくされたら効果がなくなり、この方法で日焼けから守った素材の寿命になります。

光に当たって発生するラジカルを吸収したり、光を受けて分子内反応をする物質が使われます。光を受けて分解する物質は製品の性能を下げるので通常使用されません。

どうやって日焼け防止に役立つ素材を見つけるか

具体的な分析装置として、

  • 吸光光度計

    素材が、どれだけ光を吸収するか、反射するかを調べることができる

  • 光照射DSC

    素材が、光によって、質量の減少(分解して気体になる)、発熱、吸熱する変化を調べることができる

  • 分光蛍光光度計

    素材が、エネルギーを光に変換することができるかを調べることができる

があります。

これらの分析装置を使って、基本的な性質を確認し後、実際に、それを利用した試作品を作成し、「耐候性試験機」で、加速試験を行うとともに、屋外に放置し、実際の性能を確認します。