分光光度分析による耐UVクリアコーティング処方の改善

紫外線や可視光線の照射による光劣化は、天然木の色調を大きく変化させる。画像ソースUnsplashユーザーのZbysiu Rodak氏

ビーチの流木の真っ白な枝や、風化した納屋の銀灰色を見たことがある人なら、太陽の光が木材に与える色の変化は一目瞭然だろう。もっと悔しいのは、家具を移動させたら、その下のフローリングが部屋の他の部分と明らかに違う色になっていた、という経験だ。このような色の変化は、主に紫外線（UV）による木材表面の一連の光化学反応の産物であり、可視光線も色調の変化に寄与している。

このような色の変化は、木材製品の美観を損ねるだけでなく、木材自体の劣化を示し、耐久性や構造的完全性を損なうことがよくあります。UVカット・クリア塗装は、美観と材質の好ましくない変化の両方を防ぐことができますが、これらの製品を調合するには、効果を最適化するための厳密な色彩測定が必要です。

透明な耐紫外線クリアコーティングシステムの必要性

光照射による変色から木材製品を保護するために、商業生産者も趣味愛好家も同様に、自然光と人工光の両方の光源による光劣化から傷つきやすい木の表面を保護する、さまざまなUV耐性仕上げ製品を使用している。今日、これらの製品は主に顔料ステインという形をとっており、顔料自体が様々なレベルのUVプロテクションを提供している。しかし、顔料製品は本質的に木材の色を変えてしまうため、クリアコートの代替品は歴史的に同等のUV保護を提供するように調合されておらず、透明な仕上げ材を使用することで自然な外観を維持したいと願う木工職人の不満は大きい。Paint &; Coatings Industry誌に記載されているように：

色、木目、質感など、木材の自然な特徴をそのまま見せることができる透明システムは、関心を集め、需要が高まっている。しかし、このような透明システムは屋外用途では長期的に不安定であるため、今のところ普及の妨げになっている。この不安定さの主な理由は、トップコートの紫外線透過性と、特定の木材成分、特にリグニンの紫外線劣化に対する極度の敏感さである。1

フォレスト・プロダクツ・ラボラトリーの化学者、マーク・ナエベによると、現在、ほとんどのUVカット・クリアコーティングは、光劣化に対する長期的な解決策というよりは、日焼け止めのような役割を果たしている。「2 時には、UVカット効果が数ヶ月しか持続しないこともあり、その結果、色が急速に変化するだけでなく、木材の機械的劣化を引き起こし、外観と機能の両方を損なうことになる。

クリア塗装は木材本来の美しさや個性を生かしますが、UVカット効果が低いため、時間が経つと黄ばんだり黒ずんだりしやすくなります。画像出典Unsplash ユーザー Erol Ahmed

UVカット強化に向けて

1970年代以来、化学者たちは、顔料に頼ることなく高レベルの長期的な紫外線保護を提供するクリアコーティング製品の可能性の研究に多くの時間を費やしてきました。過去10年間で、化学の進歩は、3つの要素を用いて顔料に頼ることなく望ましくない色の変化から木製品を保護する能力を高める、より洗練された効果的で耐久性のある添加剤の開発に拍車をかけた：

• 紫外線吸収剤（UVA）：紫外線吸収剤は、紫外線を吸収し、そのエネルギーを熱として放散することで、木材の表面に紫外線が到達するのを防ぎます。UVAはすべての木材を保護しますが、特に明るい樹種の木材の黒ずみを防ぐのに重要です。
• ヒンダードアミン系光安定剤（HALS）：ヒンダードアミン系光安定剤は光を吸収しないが、表面にラジカルを捕捉することで光分解を抑制する。
• リグニン安定剤：木材の変色は主にリグニンの光酸化によるものです。木材をリグニン安定剤で前処理することで、リグニンの分解を防ぐことができます。

European Coatings Journalに記載されているように、最も成功している耐UVクリアコーティングは、木材の「美的および機械的特性を保持する」ために、リグニン安定化前処理とUVAおよびHALSの組み合わせを使用している。3 しかしながら、各タイプの耐UVコーティングとリグニン安定化剤の最適な配合、および製品の正確な比率は、依然として激しい研究の対象であり、優れた色保持を提供する新しい化合物が継続的に特定されている。さらに、これらの処方の即時的な紫外線保護だけが考慮されるわけではありません。木材は一般的にその美しさが珍重され、仕上げ材は木材本来の美観を高めると同時に、長期にわたって木材の外観を保持する必要があります。そのため、仕上げ材そのものが、光照射による黄変やその他の変色に対して耐性がなければなりません。

UV耐性仕上げは、屋外建材や家具など、自然光にさらされる木製品を保護するために不可欠です。画像出典PexelsのユーザーJay Mantri

耐UVクリアーコーティング処方の評価

紫外可視分光光度計は、UVA、HAL、およびリグニン安定剤が提供する保護機能を評価するための最良の方法です。今日の高度な比色技術は、化学者に色情報を客観的な色データに迅速に抽出する能力を与え、製品のUV保護能力についてこれまで以上に深い洞察を得ることができる。分光光度計で利用可能な多彩な光学形状は、不透明、半透明、透明な素材を含むあらゆる種類のサンプルにおいて、微細な色の変化さえも検出することを可能にします。そのため、木製品、前処理、クリアコーティング自体の色を、人工的な風化に対応して正確に評価することができ、許容できない色変化への耐性を確保することができます。最新の分光光度計に付属する柔軟でカスタマイズ可能なソフトウェア・パッケージにより、化学者は色の挙動を個々の成分とプロセス変数の両方に正確に関連付けることができます。そのため、これらの機器は、長持ちする美観と材料保護に対する消費者の要求に応えるため、より効果的な耐紫外線製剤の研究と製造の両方において重要な構成要素となっています。

カラー測定の最適化

ハンターラボは60年以上にわたり、色測定のパイオニアとして活躍してきました。当社の分光光度計テクノロジーとソフトウェアパッケージは、その並外れた精度、ユーザーフレンドリーな設計、顧客ニーズへの対応力により、化学業界全体で高い評価を得ています。携帯型、卓上型、インライン型など、幅広いラインナップを取り揃えており、競争の激しい市場でより高度な製剤を開発・製造しようとする研究者やメーカーに、エンド・ツー・エンドのソリューションを提供しています。当社の革新的な製品ラインアップと献身的なカスタマーサポートサービスについて詳しくは、当社までお問い合わせください。