紫外線吸収剤は、プラスチックを太陽光による長期劣化の影響から保護するために必要な添加剤として、プラスチックの配合業者にはしばらく前から知られていました。赤外線吸収剤は、プラスチック配合者の少数のグループにしか知られていません。しかし、レーザーの用途が増えるにつれて、この比較的未知のグループの添加剤の使用が増加しています。

60 年代後半から 70 年代前半にかけて、レーザーがより強力になるにつれて、レーザー操作者を赤外線の眩惑効果から保護する必要があることが明らかになりました。出力とレーザーの目への近さに応じて、一時的または永久的な失明が生じる可能性があります。ほぼ同時に、ポリカーボネートの商品化に伴い、成形業者は溶接工のフェイスシールド用のプレートに赤外線吸収剤を使用することを学びました。この革新により、高い衝撃強度、赤外線からの保護、そして当時使用されていたガラス板よりも低コストが実現しました。

すべての赤外線を遮断したいが、デバイスが透けて見えることを気にしない場合は、カーボン ブラックを使用できます。ただし、多くの用途では、赤外線波長を遮断するだけでなく、可視光の透過も必要とします。これらのアプリケーションには次のようなものがあります。

軍用メガネ – 強力なレーザーは、武器の距離測定と照準のために軍で使用されています。80年代のイラン・イラク戦争中、イラク人は戦車に搭載された強力なレーザー距離計を敵の目をくらますための武器として使用したと報告されている。潜在的な敵が、敵軍の目をくらますことを目的とした武器として使用される強力なレーザーを開発しているという噂があります。ネオジム/YAG レーザーは 1064 ナノメートル (nm) で発光し、距離測定に使用されます。その結果、今日の兵士は、Nd/YAG レーザーへの偶発的な曝露から身を守るために、1064 nm を強く吸収する 1 つ以上の赤外線吸収体を組み込んだ成型ポリカーボネート レンズを備えたゴーグルを着用しています。

医療用眼鏡 – 確かに、赤外線を遮断するゴーグルの可視光透過率が良好であることは、兵士にとって重要です。レーザーを使用する医療従事者が、使用しているレーザーへの偶発的な暴露から保護されながら、優れた可視光透過率を備えていることがさらに重要です。選択した赤外線吸収剤は、使用するレーザーの発光波長の光を吸収するように調整する必要があります。医療におけるレーザーの使用が増加するにつれて、赤外線の有害な影響から保護する必要性も高まります。

溶接工の面板とゴーグル – 前述したように、これは赤外線吸収体の最も古い用途の 1 つです。以前は、フェースプレートの厚さと衝撃強度は業界標準によって指定されていました。この仕様が選択された主な理由は、当時使用されていた赤外線吸収剤が高温で処理すると燃えてしまうためでした。より優れた熱安定性を備えた赤外線吸収体の出現により、昨年仕様が変更され、あらゆる厚さのアイウェアを使用できるようになりました。

電力会社の作業員はフェイスシールドを着用 – 電線のアーク放電が発生した場合、電力会社の作業員は強烈な赤外線にさらされる可能性があります。この放射線は失明する可能性があり、場合によっては致命的となる場合もあります。赤外線吸収剤を組み込んだフェイスシールドは、これらの事故の悲劇的な影響を軽減するのに役立ちました。以前は、ポリカーボネートを使用すると赤外線吸収剤が燃えてしまうため、これらのフェイスシールドはセルロースアセテートプロピオネートで作られていました。最近、より熱的に安定な赤外線吸収剤の出現により、ポリカーボネート製フェイスシールドが導入され、これらの作業者に必要なより高度な衝撃保護を提供しています。

ハイエンドのスキー用ゴーグル – 雪や氷から反射した太陽光はスキーヤーの目を眩ませる効果があります。ゴーグルに色を付けるための染料や、UVA および UVB 放射線から保護するための紫外線吸収剤に加えて、一部のメーカーは現在、赤外線の有害な影響から保護するために赤外線吸収剤を添加しています。

赤外線吸収剤の特殊な特性を利用した興味深い用途は他にも数多くあります。これらには、レーザー アブレーションされた平版印刷版、プラスチック フィルムのレーザー溶接、光シャッター、セキュリティ インクが含まれます。

赤外線吸収剤として使用される化学物質の 3 つの主要なグループは、シアニン、アミニウム塩、および金属ジチオレンです。シアニンはかなり小さな分子であるため、成形ポリカーボネートに使用できるほどの熱安定性を備えていません。アミニウム塩は分子が大きく、シアニンよりも熱的に安定です。この化学の新たな開発により、これらの吸収体の最大成形温度は 480oF から 520oF に上昇しました。アミニウム塩の化学的性質に応じて、これらは非常に広いものからかなり狭いものまでの範囲の赤外線吸収スペクトルを持つことができます。金属ジチオレンは最も熱的に安定ですが、非常に高価であるという欠点があります。吸収スペクトルが非常に狭いものもあります。適切に合成されないと、金属ジチオレンは加工中に悪臭を放つ可能性があります。

ポリカーボネート成形業者にとって最も重要な赤外線吸収剤の特性は次のとおりです。

熱安定性 – アミニウム塩赤外線吸収剤を含むポリカーボネートの配合と加工には細心の注意を払う必要があります。所望の量の放射線を遮断するために必要な吸収体の量は、レンズの厚さを考慮して計算する必要があります。最大暴露温度と時間を決定し、注意深く観察する必要があります。「長時間のコーヒーブレイク」中に赤外線吸収剤が成形機内に残っていると、赤外線吸収剤が燃え尽き、休憩後に成形された最初の数個の部品が不合格になります。新しく開発された一部のアミニウム塩赤外線吸収剤では、最大安全成形温度を 480oF から 520oF に上昇させることができ、それによって焼き切れによる不合格部品の数が減少しました。

吸収率 – 特定の波長における単位重量あたりの吸収体の赤外線遮断力の尺度です。吸収率が高いほどブロック力が高くなります。赤外線吸収剤の供給者がバッチ間の吸収率の一貫性を良好に保つことが重要です。そうでない場合は、吸収剤のバッチごとに再配合することになります。

可視光透過率 (VLT) – ほとんどのアプリケーションでは、800 nm ～ 2000nm の赤外光透過率を最小限に抑え、450nm ～ 800nm の可視光透過率を最大にする必要があります。人間の目は、490nm ～ 560nm の領域の光に最も敏感です。残念なことに、入手可能なすべての赤外線吸収剤は赤外線だけでなく可視光も吸収し、成形品に何らかの色 (通常は緑色) を加えます。

ヘイズ – 可視光線透過率に関連するヘイズは、視界を大幅に低下させる可能性があるため、アイウェアにとって重要な特性です。曇りは、ポリカーボネートに溶解しない IR 染料の不純物によって引き起こされる可能性があります。新しいアミニウム IR 染料は、これらの不純物が完全に除去される方法で製造されており、それによってこの発生源からのヘイズが除去され、同時に熱安定性も向上します。

製品の改良と品質の向上 – 赤外線吸収剤を正しく選択することで、プラスチック加工業者は性能特性が向上し、一貫して高レベルの品質を備えた製品を提供できるようになります。

赤外線吸収剤は他のプラスチック添加剤よりもはるかに高価であるため（ポンドあたりのドルではなくグラムあたりのドル）、配合者が無駄を避け、必要な性能を達成するために細心の注意を払って正確に配合することが非常に重要です。規格外の製品の生産を避けるために、加工業者が必要な処理条件を慎重に開発することも同様に重要です。これは困難な作業になる可能性がありますが、付加価値の高い高品質の製品が得られる可能性があります。