屋外耐久性のためのトップ5のUV耐性プラスチック

入念に設計された屋外製品が、太陽の容赦ない攻撃によって色あせ、ひび割れ、変形し、最終的に使用不能になることを想像してみてください。このシナリオは、デザイナーとメーカーの両方にとって悪夢です。原因は？紫外線（UV）放射です。人間の皮膚が太陽から保護を必要とするように、プラスチック製品もUV劣化に対して同様に脆弱です。したがって、設計段階で優れたUV耐性を持つ材料を選択することが重要です。幸いなことに、技術の進歩により、プラスチックのUV耐性を高めるための複数のソリューションが提供されています。

UV耐性とは？

UV耐性とは、UV放射を吸収することによって引き起こされる劣化に耐える材料の能力を指します。太陽光には、ポリマーの化学結合を破壊するUV線が含まれており、プラスチックの徐々に劣化を引き起こします。これは、光分解として知られています。この現象は、変色（黄変やチョーキングなど）、衝撃強度と引張強度の低下、および脆性の増加を引き起こし、プラスチックがひび割れや破損を起こしやすくなります。さらに、UVダメージは、不可逆的な変化が起こる前に材料が変形に抵抗する能力である伸びにも悪影響を及ぼします。

必要なUV耐性のレベルは、製品の用途と特定の要件によって異なります。一般的に、屋外および工業用コンポーネントは、最適な品質と性能を維持するために、より高いUV耐性を必要とします。では、UV曝露に耐えるのに最適なプラスチックは何でしょうか？

UV耐性プラスチックトップ5

詳細に入る前に、どの材料もUV放射に完全に免疫ではないことに注意することが重要です。さまざまなプラスチックは、さまざまな程度のUV耐性を提供しており、ほとんどは性能を向上させるために安定剤または添加剤を必要とします。温室フィルム、窓枠、自動車部品、スタジアムの座席など、屋外用途は、長期的なUVダメージに特に影響を受けやすくなっています。

1. アクリル

アクリルは、UV放射に本質的に耐性のある数少ない製造材料の1つです。この透明なプラスチックは、屋外で使用した場合、10年間でわずか3％しか劣化しません。屋外の看板、照明器具、装飾パネル、カラーレンズによく使用されます。ただし、アクリルはそれほど強くありません。硬くて脆いため、荷重を支えるコンポーネントや長期的な耐久性が必要な用途には適していません。それでも、そのUV耐性により、特定の用途には価値のある投資となります。

利点と制限:

• 利点: 優れたUV耐性、耐スクラッチ性、高い透明性、着色しやすい。
• 制限: 低強度、脆性、荷重を支える用途には不向き。

一般的な用途:

• 屋外の看板とビルボード
• 照明器具とディフューザー
• ディスプレイケースと棚
• 自動車のテールライトとシグナルライト
• 建築用ガラスとスカイライト

2. 高密度ポリエチレン（HDPE）

HDPEは、耐久性と柔軟性で知られる熱可塑性樹脂で、多くの場合、遊び場設備に使用されます。溶けやすく、破損しても鋭いエッジを形成することなく、さまざまな形状に成形できます。HDPEは、酸、アルコール、アルカリに対して非常に耐性があり、落書きにも耐えます。光分解に対する強力な耐性と組み合わせることで、HDPEは、屋外インフラ、容器、プラスチック玩具、屋外家具、配管に最適です。ただし、その強度はアクリルよりもわずかに優れているだけなので、高圧用途には適していません。

利点と制限:

• 利点: 優れたUV耐性、耐薬品性、耐候性、加工性、費用対効果。
• 制限: 中程度の強度、限られた耐熱性、傷つきやすい。

一般的な用途:

• ゴミ箱とリサイクルビン
• 水タンクと容器
• 遊び場設備と滑り台
• 屋外家具とピクニックテーブル
• 配管と排水システム

3. ポリカーボネート

ポリカーボネートは、優れた耐衝撃性を誇り、HDPEをはるかに上回り、アクリルに匹敵する透明性を維持しています。また、大幅な温度変動にも耐えるため、ヘルメット、保護ゴーグル、保護シールド、セキュリティウィンドウ、容器などのヘビーデューティー製品に最適です。ただし、ポリカーボネートは、他の多くの材料よりも高価です。コストが高いにもかかわらず、その耐久性、寿命、およびUV耐性により、多くの場合、投資が正当化されます。

利点と制限:

• 利点: 高い耐衝撃性、優れたUV耐性、優れた透明性、耐熱性、寸法安定性。
• 制限: コストが高い、傷つきやすい、特定の化学物質の影響を受けやすい。

一般的な用途:

• 安全ヘルメットとフェイスシールド
• 安全メガネとゴーグル
• 防弾ガラスとセキュリティウィンドウ
• 自動車のヘッドライトとテールライト
• 温室パネルとスカイライト

4. ポリアミドイミド（PAI）

PAIは、優れたUV耐性と延性を備えた高性能熱可塑性樹脂です。ポリアミド（ナイロン）とポリイミドの特性を組み合わせることで、PAIは優れた強度、剛性、耐摩耗性、低摩擦を提供します。マグネットワイヤー、外科用器具、および厳しい公差と長期的な寸法安定性が必要なコンポーネントによく使用されます。ただし、PAIは高価であり、UV放射、化学物質、および摩耗に対する耐性を最大化するために、後硬化プロセスが必要になることがよくあります。

利点と制限:

• 利点: 優れた強度と剛性、優れた耐摩耗性、優れたUV耐性、耐薬品性、高温安定性。
• 制限: 高コスト、加工が難しい、後硬化が必要。

一般的な用途:

• 航空宇宙部品
• 自動車エンジン部品
• 電気コネクタと絶縁体
• 工業用ポンプとバルブ
• 医療機器

5. ポリフッ化ビニリデン（PVDF）

PVDFは、熱安定性、耐摩耗性、化学物質およびUV放射に対する保護に優れたUV耐性プラスチックです。高い耐熱性により、PVDFは、半導体製造などの高純度用途でよく使用されます。2つの形態があります。ホモポリマーPVDFは、より高い強度と剛性を提供し、コポリマーPVDFは、より優れた耐衝撃性と応力亀裂耐性を提供します。どちらのタイプも、化学タンクライニング、半導体機器、シール、ガスケット、ノズル、パイプ、バルブなどのコンポーネントに使用されます。

利点と制限:

• 利点: 優れた耐薬品性、優れたUV耐性、高純度、溶接性、耐熱性。
• 制限: 高コスト、中程度の強度と剛性、加工が難しい。

一般的な用途:

• 化学処理装置
• 半導体製造
• 電線およびケーブル絶縁
• 建築用コーティング
• リチウムイオン電池

プラスチックのUV耐性を高める

上記にリストされているプラスチックは、さまざまな程度のUV耐性を提供しますが、UV耐性添加剤または保護コーティングを使用することで、その性能をさらに向上させることができます。これらのソリューションは、光分解を軽減し、材料の外観を向上させることさえでき、製品の寿命を延ばします。

UV耐性添加剤は、次の3つのカテゴリに分類されます。

• ブロッカー: これらは、UV放射から保護するためにプラスチック上に保護層を形成します。カーボンブラックは、一般的で効果的なブロッカーであり、UV線を約2％ブロックします。顔料である二酸化チタンも、効果的なシールドソリューションとして機能します。
• 吸収剤: 通常、有機化合物である吸収剤は、UV放射を捕捉し、熱などの有害性の低い波長として放出します。一般的な吸収剤には、ベンゾフェノンとベンゾトリアゾールが含まれます。ベンゾトリアゾールは、透明性を維持するためにアクリルとポリカーボネートと一緒に使用されることが多く、ベンゾフェノンはPVCとポリオレフィンと組み合わせて使用されます。
• 安定剤: これらの化学物質は、UV放射を放散することにより、ポリマー結合が破壊されるのを防ぎます。ヒンダードアミン光安定剤（HALS）は一般的なタイプであり、励起されたUV反応を安定した化学プロセスに変換します。

結論

どのプラスチックもUV放射に完全に免疫ではありませんが、多くのプラスチックは優れたUV耐性を提供し、製品の寿命を延ばし、変色、強度低下、脆性などの問題を防止します。コンポーネントが時間の経過とともに期待どおりに機能するようにするには、材料の慎重な選択が不可欠です。UV耐性プラスチックと添加剤を活用することで、メーカーは、太陽の容赦ない攻撃に耐えることができる、耐久性があり、長持ちする製品を作成できます。