プラスチック製品における光安定剤の応用

光安定剤は、屋外や光環境下におけるプラスチック製品の重要な添加剤です。紫外線エネルギーを吸収、遮蔽、または消光することで、紫外線によるプラスチックの酸化劣化、分子鎖切断、架橋反応を抑制し、製品の変色、脆化、ひび割れ、機械性能の低下などの問題を回避します。プラスチック分子鎖中のCC結合とCH結合は、紫外線（特に290～400nmの近紫外線）によって容易に損傷を受けます。例えば、光安定剤を添加していないPEフィルムは、屋外で6ヶ月使用すると脆くなりますが、光安定剤を添加することで3～5年に延ばすことができます。体育、PP、PVC、ペット、PCなど、ほぼすべてのプラスチックカテゴリに適合します。作用機序により、紫外線吸収剤、消光剤、遮蔽剤、フリーラジカル捕捉剤の4つに分類されます。現在、高効率、低移行、多機能性に向けて開発が進められており、プラスチック製品が長期の屋外使用を実現するための中核的な保証となっています。

1、光安定剤の作用機序：紫外線老化連鎖の正確な遮断

プラスチックの紫外線劣化は、光酸化劣化（ああああ）と相乗的なプロセスです。紫外線はまず分子鎖の切断を引き起こし、フリーラジカルを生成します。フリーラジカルは酸素と反応して劣化を加速します。光安定剤は様々な段階で介入し、完全な鎖保護システムを構築します。

1.紫外線吸収剤：エネルギーを吸収して変換する

紫外線吸収剤（UVA）は、290～400nmの紫外線を選択的に吸収し、光エネルギーを無害な熱エネルギーに変換して放出し、プラスチック分子鎖の紫外線励起を回避します。

代表製品：ベンゾトリアゾール（紫外線-327、紫外線-326）、ベンゾフェノン（紫外線-531）

作用経路：分子構造中の発色基（トリアゾール環やカルボニルなど）が紫外線エネルギーを捕捉し、分子内振動により熱エネルギーに変換することで、安定した構造を維持し、循環的に機能することができます。

適応シナリオ: 製品の透明性に影響を与えない透明プラスチック製品 (ペット 飲料ボトル、パソコン ランプシェードなど)。

2. 消光剤：励起状態エネルギーの移動

消光剤（ニッケル錯体など）は主に紫外線によって励起された可塑性分子（励起状態分子）に作用し、エネルギー移動によって可塑性分子を基底状態に戻して分子鎖の切断を防止します。

代表製品：ジブチルジチオカルバミン酸ニッケル錯体 紫外線-1084

作用経路：可塑性励起状態分子と衝突し、その励起状態エネルギーを捕捉して振動エネルギーの形で放出し、それ自体で安定した複合構造を形成します。

適応シナリオ：暗い色のプラスチック製品（黒色のPP製自動車バンパーなど）は耐候性が強いですが、透明度が低いため、透明製品には適していません。

3. 遮蔽剤：紫外線を物理的に遮断する

遮蔽剤は紫外線を反射または散乱させてプラスチック内部への紫外線の浸透を防ぎ、物理的な保護バリアを形成します。

代表製品：カーボンブラック、二酸化チタン、酸化亜鉛ナノ粒子

作用経路：カーボンブラックは紫外線を吸収することで遮蔽効果を発揮し、二酸化チタンと酸化亜鉛は紫外線を散乱させることで効果を発揮します。ナノスケールの粒子は製品の機械的特性への影響を低減します。

適応シナリオ: 不透明なプラスチック製品 (体育 給水管、PVC 管など)。コストは低いですが、製品の色が変わる可能性があります。

4. フリーラジカルスカベンジャー：分解連鎖反応を終了させる

フリーラジカルスカベンジャー（ヒンダードアミン光安定剤HALSなど）は、紫外線によって引き起こされるフリーラジカルの連鎖反応を標的とし、フリーラジカルを捕捉して停止させ、分解サイクルをブロックします。

代表製品：ハルス 770、ハルス 944

作用経路：プラスチックの劣化により発生したフリーラジカルと結合して安定した窒素酸素フリーラジカルを形成し、自己再生しながら継続的に捕捉し抗酸化機能を発揮します。

適応シナリオ: さまざまなプラスチック製品、特に長期の屋外使用に適したもの(農業用フィルム、屋外建築資材など)、高い保護効率を備えています。

2、主流の光安定剤の種類と互換性のあるプラスチック：特性とシナリオの正確なマッチング

光安定剤は、透明性、耐熱性、適合性、毒性においてそれぞれ大きく異なります。プラスチックの種類と用途（透明性の要件、食品との接触、屋外での使用など）に応じて選択する必要があります。以下の4つの主要カテゴリーが挙げられます。

1. 紫外線吸収剤（UVA）：透明製品に適しており、毒性が低く、汎用性が高い

紫外線吸収剤は最も広く使用されている光安定剤であり、毒性が低く（ほとんどが食品接触基準を満たしています）、相溶性も良好で、製品の透明性に影響を与えません。添加量は通常0.1%～0.5%です。

ベンゾトリアゾール類：耐熱性に優れ（処理温度≦280℃）、紫外線吸収効率が高く、体育、PP、ペット、PCに適しています。

主な用途: ペット 飲料ボトル、パソコン ラップトップ シェル、透明 PP 食事ボックス、製品の黄ばみや変色を防ぐことができます。

ベンゾフェノン: 低コスト、中程度の耐候性、PVC、体育、ABS に適しています。

主な用途: PVC フィルム、ABS 家電シェル。欠点は、高温で揮発しやすいため、処理温度を制御する必要があることです。

2. ヒンダードアミン光安定剤（ハルス）：長期にわたる保護、多機能統合

HALSは現在、光安定作用と抗酸化作用を併せ持つ、保護用光安定剤として最も効果的な薬剤です。長期性能も高く（屋外保護期間は5～10年）、添加量は通常0.2～1.0%です。

低分子量HALS（770など）：相溶性が良く、作用開始が速く、PEおよびPPに適しています。

主な用途：PE農業用フィルム、PP織り袋。欠点は移行率が高く、長期使用後に保護効果が低下することです。

高分子量 ハルス（944 など）：移動度が低く、長期性能に優れ、ペット、パソコン、PA に適しています。

主な用途: ペット パイプ、パソコン 屋外ランプシェード、PA 自動車部品、ハイエンド製品の長期保護ニーズを満たすことができます。

3. 焼入れ剤：耐候性に優れ、暗色製品に特化しています。

焼入れ剤は主に黒っぽいプラスチック製品に使用され、保護効果は高いものの透明性は低い。添加量は通常0.1%～0.3%である。

代表製品: PP、体育、PVCに適したニッケル錯体。

代表的な用途：黒色のPP製自動車バンパー、黒色のPE製給水管。欠点は、ニッケル錯体の中には毒性の強いものがあり、食品接触分野での使用が制限されることです。

4. 遮蔽剤：低コストの保護、不透明な製品に適しています

遮蔽剤は低コストで直接的な保護効果があり、通常1～5%の添加量で使用できます。ただし、製品の色が変化し、機械的特性に影響を与える可能性があります。

カーボンブラック: 紫外線吸収能力が強く、抗酸化機能もあり、体育 や PP に適しています。

主な用途: 黒 体育 農業用点滴灌漑パイプ、PP 屋外ゴミ箱。屋外で 3 年以上使用しても明らかな劣化は見られません。

ナノ酸化物（二酸化チタン ₂、酸化亜鉛）：紫外線を散乱し、淡色製品に使用でき、PVC および ABS に適しています。

主な用途: 明るい色の PVC ドアおよび窓のプロファイル、ABS 屋外フィットネス機器。製品強度に影響を与えないように粒子の分散を制御する必要があります。

3、主要プラスチック製品における光安定剤の応用実践：シナリオベースの処方設計

プラスチック製品の使用環境や性能要件は製品によって大きく異なります。光安定剤の配合は、プラスチックの種類、光強度、耐用年数、外観要件などに基づいてカスタマイズする必要があります。以下に代表的な例を示します。

1. ポリオレフィン製品（体育、PP）：屋外製品のコア保護

PEとPPは屋外用プラスチック製品の主流素材ですが、紫外線による劣化の影響を受けやすいため、一般的に使用されている"UVA+HALS"複合システムは保護効果を高めます。

PE農業用フィルム：

配合成分：紫外線-327（0.2%）+ハルス 770（0.3%）+抗酸化剤1010（0.15%）

効果：屋外で12か月使用した後、光透過率保持率は85％以上、引張強度保持率は70％以上となり、早期のひび割れを防ぎ、作物の成長ニーズを確保します。

PP製車用バンパー：

配合成分：HALS944（0.5%）+紫外線-531（0.2%）+抗酸化物質168（0.2%）

効果：屋外で3年間使用しても変色やひび割れがなく、衝撃強度の保持率は80％以上で、自動車部品の耐候性要件を満たしています。

2. エンジニアリングプラスチック製品（ペット、パソコン）：透明性と長期的な効果の両立

PETやPCなどのエンジニアリングプラスチックは、光安定剤の高い透明性と耐熱性が求められる透明製品によく使用されます。

PET飲料ボトル：

配合成分：紫外線-326（0.15％）+抗酸化物質1010（0.2％）

効果：紫外線による飲料の劣化を防ぎ、ボトル本体の黄ばみを防ぎます。6ヶ月保存後、光線透過率は90%以上になります。

PC屋外ランプシェード：

配合成分：紫外線-327（0.3％）+HALS944（0.4％）

効果：屋外の紫外線に5年間耐性があり、透過率保持率は80％以上で、ひび割れや変色がなく、照明効果を保証します。

3. 食品接触プラスチック：低移行性と低毒性を核とする

食品接触プラスチック（PPランチボックスやPEラップフィルムなど）には、光安定剤の毒性と移行に関する厳しい要件があり、イギリス 4806.6およびEU いいえ. 10/2011規格に準拠した製品を選択する必要があります。

PP電子レンジ用ミールボックス:

配合成分：紫外線-327（0.1％）+抗酸化物質1010（0.1％）

効果: 紫外線耐性があり、移行率は0.01mg/kg未満で、食品安全基準を満たし、電子レンジ加熱時に有害物質が放出されません。

PE食品保存フィルム：

配合成分：紫外線-531（0.08％）+抗酸化物質1076（0.08％）

効果: 室温で3か月間保存しても老化や脆化がなく、食品と接触しても移行の危険がなく、食品の鮮度を保証します。

4. 建築資材およびプラスチック製品：耐久性と耐久性に優れ、過酷な環境にも適しています。

建築材料のプラスチック（PVC製のドアや窓、PE製の給水管など）は、屋外での極端な温度、湿度、紫外線に長期間耐える必要があります。光安定剤の配合は、長期的な耐久性と耐候性に重点を置いています。

PVC ドアおよび窓プロファイル:

配合成分：カーボンブラック（2％）＋紫外線-531（0.3％）＋カルシウム亜鉛複合熱安定剤（2％）。

効果：屋外で10年間使用しても顕著な劣化は見られず、引張強度の保持率は65％を超えており、建築材料の50年の耐用年数に対するいくつかの要件を満たしています。

PE給水管（埋設＋屋外部）

配合成分：HALS944（0.6%）+カーボンブラック（3%）+酸化防止剤1010（0.2%）

効果：屋外部分は紫外線に耐性があり、埋設部分は微生物腐食に耐性があり、全体の耐用年数は最大 50 年です。

4、光安定剤の開発動向：高効率、環境保護、多機能性

プラスチックの用途がハイエンド（新エネルギー車、高級建築材料など）や環境保護（生分解性プラスチック）へと発展するにつれ、光安定剤は従来の限界を打ち破り、将来に向けて次の3つの中核的なトレンドを提示する必要があります。

1. 効率的で移行の少ないタイプ：ハイエンドのシナリオに適しています

従来の光安定剤は、高温や長期使用により移行しやすく、保護効果が低下します。今後は、高分子量および反応性光安定剤の開発に注力していきます。

高分子量HALS（分子量2000）は分子鎖の絡み合いにより移行量を低減し、PP自動車部品における移行量は通常のHALSより80％低くなります。

反応性光安定剤（アクリレート基を含む UVA など）はプラスチックの分子鎖と化学反応を起こし、移行問題を根本的に解決し、食品や医薬品の包装シナリオに適応します。

2. バイオベースの光安定剤：環境政策に沿って

ローズマリー抽出物や茶ポリフェノール誘導体などの植物抽出物から作られた、極めて低い毒性と生分解性を備えたバイオベースの光安定剤で、"デュアルカーボン"ポリシーに準拠しています。

ローズマリー抽出光安定剤はPE農業用フィルムに使用され、紫外線-327と同等の保護効果があり、廃棄後に生分解され、環境に残留物を残しません。

茶ポリフェノール誘導体光安定剤はPP食品包装に適しており、抗菌機能も有しているため、その応用価値が拡大しています。

3. 多機能統合：配合の簡素化とコスト削減

従来の保護システムでは、光安定剤+酸化防止剤+熱安定剤の組み合わせが必要であり、将来的には多機能統合添加剤が開発されるでしょう。

抗酸化基を含むHALSは、光安定性と抗酸化機能を同時に実現します。PE屋外製品では、添加剤の総量が1.0%から0.6%に削減されます。

光安定化抗菌複合添加剤は ABS 屋外フィットネス機器に使用され、紫外線による老化に耐えるだけでなく、細菌の増殖を抑制し、製品の付加価値を高めます。

5、要約：光安定剤 - プラスチックの屋外用途における長寿命コード

日常のPEラップフィルムやPP製食品容器から、工業用PETパイプやPC電子部品、屋外用PVCドアや窓、PE農業用フィルムまで、光安定剤は紫外線老化連鎖を正確に遮断し、光環境下でのプラスチック製品の安定した性能と耐用年数を保証します。 老化防止添加剤であるだけでなく、プラスチック製品の経済性（耐用年数を延ばして交換コストを削減）、環境保護（プラスチック廃棄物の削減）、安全性（有害物質の経年劣化を回避）に直接的な影響を及ぼします。 今後、高効率、低移行、バイオベース、多機能の光安定剤の研究開発における突破口を開き、プラスチック産業の長期的かつグリーンな発展をさらに促進し、よりハイエンドの応用シーンに適応し、プラスチック製品の屋外展開を強固にサポートします。