プラスチヅ材料蹄寄動特性の誠験法と評価果」へ〈18〉安田武夫＊ 2．プラスチックの各種試験法（続き）さな色とくすんだ色があるが，この色の鮮やかさの程度を彩度という。彩度の高い色を清色，濁った色を濁 2−10．光学的性質’ 色という。 2−10−1．はじめに明度：色の明るさの度合をいう。無彩色のうちでも光学的性質のうち，一般に実用上もっとも問題となっとも明るいのが白で，明るさが減るに従ってグレーるのは，色，光沢，透明性および屈折率である。しかになり，もっとも暗いのが黒である。有彩色にも明るいし，このほか・複屈折はCDなどの光ディスクなどの光色と暗い色があり，赤と緑というように色相が異なっ学的要素では，その機能上重要な光学的特性になる1〕。ていても同じ明るさの赤と緑を見い出すことができる。 2−10−2．色人問が色を見る場合，以上の3要素のほかに光沢，電磁波のうちで目に見えるものを光という。テレビ白さ，透明度なども同時に感じるが，これらは色の属や各種通信システムで使用される電波，暖房機などで性というよりも物理的性質によるものである。光沢の使用される赤外線，肌に日焼けをさせる紫外線も電磁度合いは物体表面の滑かさによって決まり，透明度は波の一種である。普通，電磁波は波長が短くなるに従光の透過度によって決まるので・色の要素と切り離しって電波，赤外線，光（可視光線），紫外線，X線，ガてもよい。人間の目で識別できる色数は50万∼100万ンマ（γ）線などに区別して呼ぱれている。人間の目にといわれ，人問の視覚機能は非常に精巧をきわめた測感じる光の波長は3，800∼7，800五で，この範囲の波長色機械といえる。の電磁波を目に受けると人問は色を感じる。したがってプラスチックの成形品の色，塗料の色は太陽光は白く感じられるが，これを分析してみるとこの精巧な機械で判定を受けることとなるので，色合非常に多種類の色光の集まりで，1665年ニュートンはわせの技術も大変なものであり，塗料などの色を主と太陽光をプリズムに当て，これを赤，橦，黄，緑，藍，董する仕事は色違いのクレー（すみれ）に分解し・虹の色とまったく同じものであることを発見した。これが太陽のスペクトルといわれるもので，これを波長で分類すると図1のようになるI〕。ムが非常に多く，厳密な判 10−A・一一一一一一一一一一一一一一一一一一定が必要となる1〕。赤外線 7，oo〇五・一一一（2）色を測る：測色赤 6，4㏄五一一・一一（1）色の3要素色を測り，これを定量的 5，gO〇五＿澄色には，三つの要素がある。すなわち，色相（hue），に表す試験方法として，JIS 5，700五＿賛可緑視 K7！05−19812〕（プラスチッ 5，100五一一一一青縁光クの光学的特性試験方法） 41800五1… 青線に記載がある。この方法で 4’500五…藍彩度（chroma），・明度（value）である。色相：赤・黄，緑などの色味の種類をいう。色には・赤，黄，緑の色相をもつ色と，白，グレー，・黒のように色相をもたない色がある。色相をもつ色を有彩色・色相をもたない色を無彩色という。 4，200五一一一一は，光の分光エネルギー分紫布の相違により，その性質紫外線 10皿A・一…一…一一一一一一一一一一 4，O00五一一一一彩度：飽和度（SaturatiOn）ともいう。色には鮮やかの差異が認められる可視放 O．O1五、．．．．．．．．．．三災 ‡Takeo YASUDA，安田ポリマーリサーチ研究所所長射の特性または視知覚の様図1A単位で分類した光の〒168−O082東京都杉並区久我山4−24−7 Vo1．52，No．7 相を三刺激値および色度座波長1〕 83 顔料には有機顔料と無機顔料があり，有機顔料は染料に似ており，透明または半透明で，染料より移行が少なく，比重が小さい。無機顔料は低コストであるが，不透明（b〕反射の犬きい塗膜（b）透明性塗膜（o）吸収の大きい塗膜（明色，隠蔽カ大〕（隠蔽力小）（暗色I隠蔽中犬〕で着色力は弱い。着色剤は，色彩，透明性と同時に，成形時の耐熱性，使用時の耐候図2着色塗料の塗膜による光の反射，吸収性，耐薬晶性に優れ，移行性がないことが標または色相，明度，彩度によって表すものとして，必要である。またプラスチックとの相性（適性）があ以下の2種類の試験方法が記されている。 ①分光測色方法スチックカ音食品包装用途などに使用される場合，衛生 ②刺激値直読方法性も重要な要素である。試験装置は①，②に対して，以下のものである。塗料に顔料を分散させた着色塗料の塗膜に光を当てり，使用に当たっては十分な選択が必要である。プラ ①分光測色方法の場合の測定に用いる分光測光器た場合，反射の大きい塗膜は隠蔽力が大きく明色で，は，JIS Z8722（物体色の測定方法）の4．2による。反対に吸収の大きい塗膜は暗色となる（図2）。 ②刺激値直読方法の場合の測定に用いる光電色彩計このような顔料粒子による光の反射，屈折，吸収のは，JISZ8722の5．2による。測定方法は，つぎのように行い，測定条件はつぎの現象は，粒子の大きさが光の波長の4，000∼7，000A とおりである。散乱，偏向が起こり，結果として次第に透明となり，（可視光線）以上で起こるもので・粒子の大きさが光の（a）反射測定の場合は，試験片の裏打ちは原則とし隠蔽力が減少してくる。て黒色のフェルトまたはライトトップを用いる。このプラスチックに顔料を混ぜて着色させる場合の最大時試料が半透明の場合は積分球式測光器を用いる。の問題は，いかにして均一に分散させるかにある。均また，試料が透明または半透明の場合は，試料の裏一に分散できないと色むら（色の濃淡がでる）を生じ，打ちは常用標準白色面または当事者問の協定により白製品とならない。また混練中に色分離を起こし均一な色ほうろう板などを使用してもよい。ただし，この場色彩が得られないこともある。顔料の表面積，形状，合に．は，使用した白色板の三刺激値を付記することが粒度分布などは分散に大きく影響する。このように顔望ましい。料ρ分散は製品の品質に大きい影響を与えるので，い（b）透過測定の場合は，JIS Z8722の4，4による。ろいろな手段で分散を均一にする方法がとられている。たとえぱ，軟質塩化ビニル樹脂では顔料をあらか分光測光器または光電色彩計を用いて三刺激値X， γ，Zを測定する。じめ可塑剤と練ってぺ一スト状とし，これをゲル化し測定した三刺激値X，γ，Zから，つぎの式によってた塩化ビニル樹脂に添加する方法は古くから行われて色度座標”およびμを算出する。いる。 x ．アしかし，ぺ一ストでは使用に不便であるので，これ結果の表し方としては，刺激値γを小数点以下1桁から発売されている。および色度座標”，μを小数点以下3桁まで表す。まマスターバッチ法1ま・便用する樹脂の一部を用い高た，測定値には，つぎの例のようにJISZ8722の6．3．2 濃度に顔料を分散させたペレット（マスターバッチ） ”二X＋γ十Z 4＝X＋γ十Z に規定の記号および測定に用いた装置名を付記する。例：．1・卜25．8％・”＝0・473・μ＝O・381・ O−d分光測光計を固体のチップ状（板状）にしたものが顔料メーカーを作り，これを使用時に所定濃度に樹脂で希釈して（薄めて）用いる方法である。顔料濃度が1％以下の場合に広く便用される方法と 2・γi19・7％・炉0・302・μ＝0・407・して，ドライカラリングがあるqこれは顔料を金属石 45−0光電色彩計けんなどとともにあらかじめ混合し，できるだけ微粉（3）色をっける：着色砕しておき（これをドライカラーと呼んでいる），タンプラスチックに色をっけるには一般には着色剤を添加する。着色剤は顔料と染料に大別される。染料は分子単位そプラスチツクに溶解するが，顔料は1μm以着させたのち押出機で混練し，カッターまたはペレタ下の粒径でプラスチックに分散され，溶解しない。ンドをっくる。これを未着色樹脂にたとえぱ10％くら 84 ブラ中でペレット状の樹脂にまぶし，顔料を均一に付ィザでヵツトして粒状とし，いわゆるカラーコンパウプラスチックス試験片レンズ受光器の絞リレンズ光源レンズ Ψ 受光器㌻回1 珍絞1 受光器備考視感度フィルタを，光源側に入れてもよい。光源レンズレンズ試験片レンズ愛光器の絞り受光器図4積分球式測定装置 β・［・掴 β・絞リ幻．皿光源の像図3光沢蕎十の原理図（JIS K7105一岨m〕い混ぜて混練し，成形すると着色剤が均一に分散着色射光と入射光と等しい角度で受光したときの光の強さを受光器で測定し・屈折率1，567のガラス表面の光沢を100としたときの値（％）で表す。光沢度の種類は60。鏡面光沢度を標準とするが4民2ぴの角度を用いてもよい。普通のプラスチックでは，角度（θ）は60。または45。が適しており，光沢度の高い塗料面には20’も用いられした成形品が得られる。る。測定法の原理は図3に示すとおりである。（4）色には感覚と感情がある：色彩学最後に商品価値としてプラスチックの色は非常に重要であることの例を二，三挙げる。色は外来刺激とし光沢度につぎの例のように，光沢度を示すGεの記て目に入ってくるが，人間はこれを感覚，感情，情緒例：G宙（6ぴ）：76％の3段階に分けて受け入れるとされ，その心理効果は 2−10−4．透明性透明性を表すには，明るさの尺度としての光線透過大きい。たとえぱ，緑と紫は中性色と呼び，熱い，冷号の後に光沢度の角度を括弧内に記載し，整数位で表す。なお，％は省路してもよい。たいを感じさせないが，この中性色から一番遠い赤の率と，鮮明さの尺度としてのくもり価がある。へんの色は非常に熱く感じ，青のへんは非常に冷たく（1）光線透過率感じる。黄色の付近の色は近寄って見え，その補色の物体に光が当たると，その光の一部は反射され・物ブルー，紫などは遠ざかって見える。黄色味の部屋は体に入った光の一部は物体内で吸収され，残りが透過狭く・青味の部屋は広く見え乱明るい色は軽く，暗い色は重い。近寄る色（黄色）はもっとも情緒の少ない色で，遠ざかる色（紫，ブルー）はもっとも情緒感散された拡散透過光と入射された方向に直進する平行をもつ色である。過光と呼ばれる）とに分けられる。透過率には透過しされた光となる。そしてこの透過光は物体によって拡透過光（光が試験片に垂直に入射された場合は垂直透色の記憶のされ方は男女によって違うとされていた光線の全量を表わす全光線透過率（η）と拡散透過る。女性はダークブルー（濃紺），パープル（紫），レッ率（乃），平行光線透過率（乃）の3種がある。全光ドの順によく記憶され，魅力ある色としてはバイオレ線透過率の測定には，図4のような積分球色測定装置ット（すみれ色），ライトプルー，オリーブ・グリーンを使用し，全光線透過量，拡散透過量を測定し，全光の順とされている1）。線透過率，拡散透過率およびこれらの差として平行光 2−10−3．光沢線透過率を求める。JIS K7105−1。。。2〕・によれば，試験光沢（g互OSS）は物体表面に光を当てたときの輝き，片の状況により以下のような二つの方法で行われる。またはつやをいう。光沢は反射光分布の相違によって ①試験片が薄い場合および厚い場合でもへ一ズ値が生じるもので，試験片の表面の平滑さ・照明の種類，小さい場合，測定法Aによって積分球式測定装置を用強さ，照明角度，観測角度などによって異なる。いて，全光線透過率，拡散透過率およびこれ；ら・の差と光沢を量的に表したものを光沢度といい，JIS K 7105−19812〕に記載されている光沢度測定方法はつぎ ②試験片のヘイズ偉が大きく（30％以上）かつ，厚して平行光線透過率を求める。のとおりである。さが大きい場合（開口部の直径に対して厚さが1／10以標準光源からの光を規定の角度で試料面に当て・反上）は，厚さ方向への光拡散による端部からの光の逸 Vol．52，No．7 85 表1装置の光学的条件（測定法A〕受光器開口：o 条件項目光の出入口（試料およぴ標準白色板取付部）の面積の和（α十あ十〇〕は，球の全内表面積の4％以下とする（図積分球入口蘭口1o 5参照）。出口と入口の中心線は球の同一大円上にあって，出口の直径と入口の中心とのなす角度は86以内である。 1．3’土0．r 出口開口：凸 8o以内光束光束の断面：円形標準白色板は可視光線の全波長に対して一様な局い反射率を有するものとする。酸化マグネシウム，硫酸バリウム，酸化アルミニウムなどがこれに適する。積分球の内壁には，標準白色板と同⊥反射率を有する反射面ものを塗布する。試料を照らす光束は，ほとんど平行光線で，光軸から 3。以上ずれる光線があってはならない。光東の中心は，出口の中心と一致する。図5積分球の条件（測定法A）出口における光束の断面は円形であって，鮮明でなけ光束れぱならない。受光器開口：d また，その直径が入口の中心に対してなす角度は，出口の半径がなす角度より1．3±O．1．だけ小さくする。入口開口：匝試験片ホルダ．ライトトラップ開口1o 光束ブ試験片 τ 光源は，標準の光λを用いる。光源金属光沢面受光器の総合感度は，視感度フィルタを用いて標準の光Cにおけるルータ条件のγの値を満足していなけれぱならない。ただし，特に指定のある場合は，標準の光 λにおけるルータ条件のγの値を満足したもので測定誠分球内壁開口1凸積分球出口の光東の断面は，図5のとおりとする。ライトトラップは，試験片または標準白色板を取り付けないときは，光を完全に吸収しなけれぱならない。受光器してもよい。図6積分球の条件（測定法B）表2装置の光学的条件（測定法B〕 100 ， 11 1 一 ’ 80 ダフスg・225二・光の出入口の面積の和（α十凸十6＋∂〕は，球の全内表面積の4％以下とする（図6参照〕。開口αと開口cの中心線は球の同一大円上にあって・． 1− I 一射出成形アクリル 1 ’’ ’ 旦圧縮成形ボリカーポネーO．135in 1 0，128i皿 ■ I 川射出成形芦リカi一ポ辛一一0・351 積分球 “ ） 60 掛輿蝿開口αと開口むの中心線と，開口むと開口5の中心線の角度はユ4。とする。開口部切，凸およびcは同］面積とする。 i 簸40 ；；，！ I 1 ； ’ 表ユの反射面に同じ。反射面 I ’ 栄割噺20 条件項目＝ライトトラ．ツプ試料を照らす光束は，ほとんど平行光線で，光軸から 30以上ずれる光線であってはならない。光束の中心は，開口αの中心と］致する。光束g断面は円形であって，鮮明でなけれぱならない。ま衣．，．・そ．の直径は開口αにあっては試料直径の 0−5∼q、．6倍とする。ただし，不透明の試料の反射率を求める場合はこの限りではない。表1一のライトトラップに同じ。光源表1’の光源に同じ。受光器表1の受光器に同じ。光束 400 450 500 550 600 650 700 ．波長（mμ〕〔注〕lmμ（ミリミクロン〕＝101㌔m 図7各種プラスチックの光線透過率引散が大きくなるので，これを捕捉するため測定方法B 型の平滑度も直接関連するが，この図に示されるようによって全光線透過率を求める。に，本質的には当てた光線の波長および試験片厚さが ③全光線透過率は，試験片の鏡面反射を捕捉するた関連する（この図ではガラスの厚さがプラスチック材め，光軸に対して積分球の中心角に角度をもたせた積料の2倍のものになっている点に注意が必要）。分球を用いる測定法Bによって求める。（2）ヘイズ（くもり価）光が透明な材料中を通過するとき，材料の種類によ測定法Aの場合の積分球の条件を図5，表1に，測定法B場合の積分球の条件を図6，表2に示す。図7は，ポリメチルメタクリレート（PMMA）とポって反射や吸収のほかにその材料の固有の性質によって光が拡散され，不明瞭なくもり状外観を示すものがリカーボネート（PC）の光線透過率とガラスの比較をある。この現象をヘイズ（haze）と呼ぶ。このように，示す。光線透過率は成形品においては，成形条件や金透明なものに入射した光線が拡散する度合いをヘイズ 86 プラスチックスあるいはくもり価といい・拡散光線透過表3代表的な透明プラスチックの特性別瑚刎7〕別則率（τ・）と全光線透過率（τ1）を測定し，屈折率その比（τ。／τ。）で表す。（〃。）アツベ数比重ポリメタクリル酸メチル 1．49 ハイドロオキシエチルメタクリレートユ．43 プラスチックが透明であるということポリカーボネートポリスチレン 1．59 1．59 1．57 1．50 特性を示す呂〕。（3）透明性の改良は，ボリマーの表面および内部の不均一 AS 性による可視光線の吸収と反射がないと CR−39 いうことである。ポリエチレンテレフタレートボリメチルペンテンユ．53∼1．6 ポリエチレン，ポリアミド（ナイロン）の透明性の悪さは結晶相と非晶相が共存 58 1．ユ9 30 31 35 58 1．20 1．06 1．07 1．32 5∼8 7，5 6∼8 7 米PPG社ユO∼ユ2 モノマー注型重合分子配向によ傭し 1．38∼ユ．41 い複屈折性を示す 56 1．463 セルローストリアセテート 1．493 し，その屈折率が異なり，その境界で反エポキシ樹脂射が起こるためである。ポリふっ化ビニリデン ABS樹脂の場合，結晶化しないが，ゴポリサルホン 1．53 1．42 1．63 ポリエーテルサルホン 1．642 ポリアリレー．ト（Uポリマー〕 1．61 ム相とガラスから成り立ち，屈折率が違傭考（10■冒κ〕（∂）表3に代表的な透明性プラスチックの線膨張係数 11，7 O．835 7 1．19 1．75∼1．78 1．24 23∼24 1．37 1．21 7∼14 5．5 透明コハク色 5．5 6．1 〃透明淡黄色うので透明にならない。しかし，ポリメチルペンテンのように結晶性が高くても表4透明性と構造との関係（透明性の改良）帥構造透明のものもある。これは非晶相と結晶相の屈折率がほぽ等しく，屈折，反射が起こらないためである。塩化ビニル樹脂が透明なのは，ガラス相中の結晶相が少’ なく，またガラス相と屈折率の差が小さいためであろう。超分子的（鷲竺ポ）超分子的（雛芒） ④ ④ ④ ⑮ 急冷PP PE延伸系異種ボリマー相を微細化 ④ S−Bブロックコポリマー， ⑮ PVCブレン．ド用ABS 透明ABS ④ PVC／NBR系ブレンド配合剤を加えない。 ④ PMMAモノマーキャス配合剤の分散の微細化。表面を平滑にする。ひずみをなくす。 ④ ◎ 液体安定剤を用いたPVC する。異種ポリマーと屈折率をはつぎの3方法でかなり改良できる。テイング板その他け近づける。 ③表面の平滑度をよくし，光の散乱を防ぐ。ポリー4一メチルペンテンー1 をよくする。 ①球晶などの粒子径を小さくする。 ②2相（両成分）の屈折率をできるだ C1化PE 合わせる。異種ポリマーとの相瀞性以上のことからわかるように，透明性例改良の指針球晶を小さくする。球晶を消滅させる。結晶領域を消減させる。結晶の屈折率を下げる。 PMMAモノマーキャステイング板改良の指針：④ 粒子微細化ないしは消滅させる．⑮ 2成分闇の屈折塾を合わ改良の指針 ④ 粒子微細化ないしは消滅させる，⑧ 2成分聞の屈折率を合わせる，◎ 表面での散乱をなくす。 2相の屈折率の差がなけれぱ，粒径がいくら大きくても透明である。2相の屈折率に差があ球晶が砕かれて微結晶体になるためであり，急冷による場合でも・粒径を300A以下にすれぱ透明にな乱結晶性プラスチックでは，粒径に相当するものが球晶まク研究会の透明性改良の指針を表4に示す。る透明性は球晶が小さくなるからである。プラスチッたは微結晶である，延伸によって透明性が増すのは， Vol．52，No．7 87