屋外ばくろ試験におけるポリエチレン試料の特性変化予測 : 高分子系建築材料の耐久性予測モデル(その1)

[itUDC･g]699.e2

691.17

H"pten\ftasrskMRva=fi n410g

-

1990

ff

4E JeuTnal of Struct.Constr.Engng. AIJ,No.410,April,1990

StSTREIf<

6afva

V:

ts

ct

6

riS

iJ

_xf

PREDICTION

Service

life

v

tz

:Ml)I$FcDtl{5iJI!llIEi4t

_lezag

fi'

fi{}XeceeiptlSlomuIK.f!kJ],zaif+f"Jv

₍

eo

1

)

OF

PROPERTY

CHANGE

OF

POLYETHYLENE

UNDER

OUTDOOR

EXPOSURE

TEST

prediction

model

for

_polymeric

building

_materials

(Part.

₁₎

as

di

ec*

7Likashi

7'(}MII7Lt4

In order to predict service

life

of _polymeric

building

materials, the application of several mathematical

formulations

isbeing discussed recently.

As

the

first

approach, the most simple

polymer, unstabilized _polyethylene

film

was studied inthis_paper.

This

PE

sample isspecified

by

"JIS

K

7200-1986,

Standard

Reference

Test

Specimens

for

Calibrating

a

Laboratory

Light

Ex-posure

Apparatus,

SR-LS-PE-8604".

Photo-oxidationreaction inPE _produces carbonyl _greups,

which can

be

quantified

by

infrared

abrsorbtion spectrum. The absorbance ratio,

A.

of carbonyl absorbance tomethylene isan indexof degradation,

Ar==AnislAze3o

where,

Ams:IR

carbonyl absorbance at 1715cm-i and

A:{3o:IR methylene absQrbance at 2o3ocmNi

From

the result of preliminarythermal

degraclation

test of

PE

specimens, the effect of

heat

under outdo6r exposure testwas estimated to

be

negligible.

Samples

were exposed outdoor on 00,3e'and

900

_planes

facing

to south

in

Tsukuba,

Japan,

lat.36e7'38"N,

long,

14004'

39"E,

every month from

Noveniber

1986

to Octber1988.

Collected

absorbance ratios were expressed as various

functions

of

fructuating

outdoor solar ultraviolet energy and temperature of samples. Among the all these models,

Koike

and Tanaka]s

Medel,

A.=C.XVLaexp(-E.IR7},)

where,

C.

_:ultraviolet

degradation

constant,

-,

UL:solar ultraviolet energy in10minutes, KJIm2,

a :power number, ultraviolet

degradation

constant,

-,

E. :activation energy of ultraviolet degraclationreaction,

KJImol,

R

:gas constant, 8.314×10-3

KJfmoi!K

and

ll.:temperatureof sample observed every 10minutes,

K.

produced most acceptable accordance of calculated A. with observed

A..

Obtained

degradation constants and correlation

factoT,

r,

between

obseived and calculated

A.

are as

follows

:

number of samples, n==72,

C.==1.29

×

103,

a=O.O165,

E.=36.2,

r==O.9882

The value of a isfar more smaller thanit

has

been

estimated.

This

_predictsthatultraviolet ray

initiates

_{photo-oxidation} reaction and that oxigen

dispersion

dominates

degradation

rate.

The absorbance ratios of samples exposured horizontallycould

be

expressed as a

function

of meteorological

factors,

solar radiation energy and ambient temperature in

daytime

:

Ar=CsZSbTexp(-Es!R71D)

where,

C.:solar

degradation

constant,

-,

S,

:

daily

amount of solar radiation'energy,

KJIm2,

r :power number, solar

degradation

constant,

-,

E. :activation energy of

degradation

reaction,

KJImol,

7:D:average ambient temperature inclaytime,

K,

ZD=(W2+

TU+

Tm+

Tis+ Tis12)14;

sub-number means observed o'clock,

JST

{Japan

Standard

Time)

"vath-x,esij1mai}opm#ettalL,

Mnigmeiefi.ktscDTth6.

'

Eng.-9-Degradation

　constants

，

　which 　_produce　the　

least

　error　

between

　observed 　and　calculated

．

4

γ

，

　are ：

　number 　of　samples

_，

　n

ニ

24，

　　 　

C8

亭 2

．

66×105

，

　_γ

＝

0

．

235

，

　

E

ε

＝

39

．

6

，

　r

＝0，9899

1ntoroducing

　these　values 　and 　meteorological 　

data

　at　Asahikawa

，

　Choshi　and 　

Okinawa，

　 the

absorbance 　ratios 　of　samples 　exposured 　were 　estimated 　and 　cQmpared 　with 　the　observed 　ones

．

　

Keywords

：5σ 寵・6 雌 _ρ厂θ読‘伽

，

　

Koike

　and 　Tanaha

’

s　Model

，



pal

_）vnen

’

c 翩 細 z

_・

tha

’

mal 　

deg

アα伽

　　 　　　 　 tion

，

　UV　

OPcuihtion

，　oπ励 or　6珈 ∫π 厂8螂 ’ 　1

．

序 　「こ の建 築 材 料が何年たっ た らどうな る か」とい う 研 究テ

ー

マ を扱 う 「耐久 性予 測 手 法 」は

，

これ まで に も多 くの研 究が行わ れてい る

。

中で も塗 料や防 水材料などの 高分 子系 建 築 材 料は

，

コ ン ク リ

ー

トや鉄 骨な どの主要な 構 造 材 料に比べ て耐用年数 が 短く

，

改 修や交 換時期を計 画化する た め にその実 用 化が強く望まれ て いる。

　

建築材料の耐 久 性 研 究の

一

つ の方 法とし て屋外ば く ろ 試 験があり， 作 用す る劣化因子 を定 量 化し 「劣 化 現 象の 経 時変化と劣化 因 子の関 係 」を 解 析 す れ ば

，

得られ た_試 験結果に普 遍 性 を与えるこ と がで き る

。

実測された劣 化 因子

，

あ るい は各 地の気 象 因 子な ど か ら推 定され る劣 化 因子の_強度や作用量か ら特 性の 経 時変化 を予測し

，

材 料 特性が実 用 上の ある許 容 限 界に達する時 間， すなわ ち寿 命の予測 も可 能になるe

　

こ れ まで にも高分子系 建 築 材 料の 主 要 な劣 化因 子で あ る紫 外線量 を指標に して_， 屋 外ば く ろ試 験に対する人工 促 進劣化 試 験の促 進 率 を論じ た報告2｝ が あ る

。

劣 化 現 象 も

一

種の化 学 反 応で ある ことか ら

，

化 学反 応速 度 論に準 じ た解 析3や

，

熱と紫外 線の相 乗 作 用を扱っ た先進的な 報 告4 ｝もあ る。 これ ら は人 工 的な

一

_{定の劣化 環境下で}の 促進 劣 化 試 験 結 果を整理 し た もの であり

，

波 長 依 存 性が あ る高 分 子 系 材 料の劣化 現 象 を検 討 するため

，

天然光の 波長 分布と異な る人 工光を 照射するとい う試 験 装 置その ものに問題 が ある。

　

これに対し

，

本 報では 屋外ばく ろ試 験で の変 動す る天 然紫 外 線と試 料 温 度の計測結果をその まま解 析の対象と し てい るe 劣 化 機 構と関 連づけて熱と紫 外 線の作 用を 考 慮し た種々 の 「耐 久 性 予 測モ デル」を仮 定 し て

，

屋外 ば く ろ試 験で の劣 化 現 象を解析し， その結 果に基づ き モ デ ルの妥 当性を比 較 検 討 す る。 　 こ れ まで

，

建 築 材 料の耐 久性研 究では

，

塗 料な どの 色 差

・

光 沢な どの外 観の 変 化や

，

ル

ー

フ ィ ング類の伸 びや 強 度な どの物理的な特性 変 化が解析さ れてい る

。

最 近で は材 料が酸化 に よっ て劣 化 する様 子をカルボニ ル基の生 成量で追 跡する など

，

化 学 的な特性 変 化 を 扱う報 告も あ る

。

_多く の高 分 子 系建 築 材料で は耐 久 性を付与す る た め に

，

安 定 剤な ど が 配合さ れ て お り

，

その 効 果 が持 続する 問は

，

物 理的な劣 化は ほと ん ど 生 じ ない

。

材 料の寿 命 予 測 を行うた め に は

，

化学 的な変 化を把 握す ること が重 要 で あり

，

こち らか らの アプロ

ー

_{チ が}試_{み ら れ}てい る

。

化 学 的な分 析 手 法を建築分野に導 入 することで

，

建 築材 料 の物 理 的な劣 化との _関係を議 論する こともでき るで あ ろ う

。

　

2．

試 　 料 　

一

般の高 分 子系建 築材料は

，

べ

一

ス にな る ポ リマ

ー

に 可 塑剤

・

顔 料

・

改 質 剤な ど さ まざま な物 質が配 合さ れて お り

，

そ れ ぞ れの特 性が絡み合っ たものが材 料の耐 久 性 で あ る

。

本報は

，

「耐 久 性 予 測モデル」を検 討す る初期 段 階に あ り

，

配合 剤の_影響がな く_， 最 も簡 単な分 子 構 造 の高 分 子であ る未安定化ポリエ _チレ ンを試 料に選ん だ。

　

こ の試料は

，

_「

JIS

　

K

　7200

−

1986 _{耐 光 （}候_{）性 試 験 機} の照 射エ _ネルギ

ー

校正用標 準試 験 片

SR −

LS

−

PE 」5 ）で

，

紫 外線 光 源に よ る促進劣化試 験 装 置の機 差 を校 正 する た めに使わ れ る もの であ り，その仕 様が規 格 化さ れて いる

。

　 　 　

し

，

試 験 片に紫 外 線が作 用す る とカ ル ボニ ル基 （＞C

＝

0） が生 成 する。 促 進耐 候性試 験 機 内に試 験 片 を

一

_{定 時 間ば} く ろ した後で

，

赤外 線吸収ス ペ ク トル の 波 数 ：1715 cm

−

’ の カル ボニ ル 基の べ ： ス に対す る吸光度 ；A，us と

，

参 照 吸 収で あ る波 数 ：

2030

　cm

”

1の メ チ レ ン基 （

−CH

，

一

）の吸 光 度

「

：ん。s。の比で ある吸 光 度 比 ：

A ，

を 求め

，

換 算 率 を 乗じて公 的な試験機関にあ る標準試験 機 で の試 験 時 間に換 算 する。 屋 外ば く ろ試 験で の環境条件 をモニ タ

ー．

する ためにも使われ

，

1カ月ご とに交 換して 吸 光 度比 を測 定し， 積 算 値が ば く ろ さ れ た条件の指標と な る

。

　

先の _{報 告}4）で もボリエ チ レ ン の伸びの変化が解析さ れ て いる が

，

市販のペ レッ トか ら成 形さ れ た もの と予 想さ れ る。

．

今回 用いた試 料は反 応 性を高め る た め に意識的に 二 重 結 合 （

−C

＝

c −

）が導入さ れ て お り

，

同じポリエ チ レ ン であっ て も劣化特性はまっ たく異なっ て いる。 　耐 候 性 試 験機を 用いてこ の試 料の特 性 変 化を追 跡し

，

熱に よ る促 進 効 果に つ いて の報 告6 ｝があるが

，

ブラ ッ ク パ _ネル温度を指 標と して い る。 これに対して本報で は試 料の表 面温度 を用い て いる た め， 熱に よ る 促進 効果をよ り正確に把 握で き る

。

　本 報で は

，

ポ リエ チレ ン試 料が酸 化さ れ て カ ルボニ ル 基が生成す る現 象 を劣 化 として捕ら え

，

吸 光 度 比の_{変 化} を特性 変 化と して扱 う

。

こ の_{試 料}は （財）高分 子素 材セ ン タ

ー

よ り入手した 「SR ↓

S −PE −

8604」で

，

耐 久 性に 関 連す るほ か の分 野でも共 通に利 用さ れてお り

，

互い の 研究 成 果 を比 較 検 討し たり

，

追 試 す ること も可 能である

。

一 10 一

　

3．

熱劣 化試 験

　

屋外ばく ろ試 験に先 立 ち， ポリエ チレ ン試 料の熱のみ による劣 化の程 度 を把 握す る た め

，

熱 劣 化 試 験を行っ た。 試 験 装置と して_， ヤマ ト科学 製

，

定 温 恒 温 器

DK −

43型 を利 用し

，

日立製作 所 製

，

赤 外 分 光 光 度計 260

−

50型に よ り赤 外吸収ス ペ ク トル を 測定 し た

。

夏季の屋外ば くろ 試 験で夏 季に試 料温度が約 40

°

C

に な り， 1カ月ご とに 交 換 するこ とか ら

，

当 初の_{試験 条 件}は促 進 性 を 考えて 50

，

60

，

70

，

80

°

C

で_， 1

_，2，3，

₄週間とした が

，

未ば く ろ ポ リエ チ レ ン試料の_{吸光度 比}の規 格 値で あ る

0．

05

を超え るもの は

，

80

℃ の も の だ けで あっ た

。

そこ で さ ら に高 温の 85_， 90

_，95，

100℃ で試 験 を行い

，

_{変 化}が 早い もの は試験 時間を短く し た。

一

般の高分 子材料は

，

ガ ラス転 移 温度よ り も高い温 度 領 域での_{劣化 挙動}は

，

低 い温度 領 域で の劣化 挙 動と は_異な る。 ポ リエ チレ ン の ガ ラス_{転 移 温 度}は

，−

30

°

C

で， 屋外ばく ろ試 験および熱 劣化 試 験の温 度 範 囲は共にガラス _転移温度よりも

嵩

く

，

劣 化 機 構は

一

律で_変わ ら ない もの と考え ら れ る。 　各 試 験 温 度で

，

試 験 時 間と吸光 度比の変 化 を両 対 数グ ラフ に フロ ッ トし たもの を 図

一

1に示す

。

温 度が高いと 吸 光 度 比の変 化が_早く， 熱によ り劣化が促 進 されている ことが分かる

。

ま た，

一

定温 度 条 件で あれ ば その こ う配 は温 度が異なっ て もほほL 定と なっ た

。

そ こ で

，

吸光 度 比 ：Ar と試 験時間 ：_t

_，

　

hr

の対 数が直線 関 係にあ ること をベ _{キ乗数 を使}っ て表現し

，

かっ

Arrheni

皿s式 を使っ て 熱による促 進 効果 を次のよ うに表 現する

。

　　 　

Ar

；

Ch

　

t

βexp （

− E

，／RT ） 　こ こで，

Ch

：熱劣化 特 性 値

　　　　　　

β；熱劣化特性 値

，

図

一

1の こう 配に_相当

　　　　　 E

，：熱劣 化の活 性 化エ ネル ギ

ー

，

KJ

／皿ol 　　 　　　 　

R

：_気体定数

_，

8

．

314×10

−

3KJ ／mol ／

K

　　 　　　 　

T

：試 験温度

，K

　

βと

E

＾の 値を さ まざまに仮 定 すると，

Ch

は最 小二 乗 法に よ り求め ら れ

，

仮の推 定 式によ る 吸光度比 ：A_． の推 定 値 と観 測値の 差の 二乗 和 ：AAr が 最 小に な る よ う な もの を 選択 し た ところ

，

　　 　

Ar＝9．53

×

103s

　t3

’

s7exp _（

−

330_／

RT

_） 　 　 　∠

SAγ

＝

0，

774，

　観 測 値と推定値の_{重 相 関 係 数} ： r

＝

O

．

9857 とい う推 定 式が得ら れ た。 推 定 結 果 を図

一

1中に破線で 示 す

。

各 温 度で試 験時間が 短い と推 定 値が観 測 値よ り 大 き く な る傾向が あ る が

，

熱 劣 化 特 性 値 を求め る際に

，

ま ず吸 光 度 比の値の大き な部分

，

つ _まり試 験 時 間が長い条 件での観 測 値か ら活 性 化エ ネルギ

ー

が決定さ れ

，

次にベ キ 乗 数 が 決 ま るた め である

。

_{対数 目盛}で_表示 する と

，

吸 光 度 比が小さい_{部 分}で は

，

そ の差が著し く強 調さ れて表 示さ れ る

。

　

推 定 式に 1カ月 間の屋 外 ば く ろ試験で予 想され る熱劣 馴 ｝

騰

騰

（ 　 −

°

　 　

／

　 　 　 　 　

_，

／

　 　 　 　 　 　 　 　

_．

グ

．

ノ

　

　

　

　

　

　

　

．

ノ

’

　 　 　

_，

∠

　 　 　 　 　

．

ノ ん 〃 　 　 　 　 　 　 　 　

，

／

　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　

．

／

°

グ

　 　 　

_，

グ

・

ノ

゜

　

蠢

ノ

゜

　

　

　

　

勘 蔚 　 　 　 　

／

　 　 　 　 　 　

動

・

　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　

．

／

°

　 　 　 　

！

°

　 　 　 　 　 　

／

’

和

7

・

／

　

　

釦 。 　 　 　 　 　 　 　 　

，

−

ん

四

聾

　 　 　 　 　 　 同 観 相 酌

．

／

K 　   　

y

　

凋

　

隣。 　 　 ノ 酵 聞 K

欝

20 10 −

・

  『

_“

嚢

譽

　

　

　

　

　

　

　

　

　

侃 050

　　　

§



試験 時間， t

，

h，

　　　　　　　

§

　　　　　　　 回

図

一

1　ポ リエ チ レ ン試 料の熱 劣化試験後の吸光 度 比の観 測 値と 　 　 　推定値 化 条 件 を越え る

，

試料温度 ：

40

℃

_，

_{試 験 時 間} ：800　hr とい う値 を代入 すると

A 。

＝ 4

，

88XlO

−

7 _{とい う検 出で き} ない ほど小さな値になる

。

し た がっ て

，

熱の みによる劣 化は ほ と んど無 視で き ること に な る

。

　4

．

屋 外ばくろ試 験 　ポ リエ チ レ ン試 料は_{， 茨 城 県}つ くば市に あ る建 設 省 建 築 研 究 所

・

屋 外ば く ろ試 験 場 （

36

°

7

’

38

”

N ，140

° 4’ 39”

E

） に て

，

芝 生を植えた地上 L4m の位 置で_， ば く ろ 条件 を水平 （記 号 ：H_）

，

_南30

°

_（

S30

_）

，

_南90

°

_（

S

　90 ）の 3 水 準と し， 原 則と して毎月 1日の午 前 中に交 換し な が ら 1986年 11月1日 か ら

1988

年 11月 1日 まで の 2年 間ば く ろ し た

。

合 計 72個の屋 外ば く ろ 試料を 回収して

，

吸 光 度 比を測 定し た

。

一 ll 一

　試 料の屋 外ば く ろ試 験と並 行し て

，

ばく ろ角 度 面で の紫外線量 をス ガ試 験 機 製

，

紫 外 域 積 算光量 計 PH

−

11M 型 （感域；

300〜400

　nm ） で測定し

，

同

一

試料表面に銅

・

コ ン ス タンタン熱 電 対を取りつ け温度を 測 定し た。 同 時に全 天日射 量は英 弘 精 機 製

，

MS

−

801

−

305型 （感 域 ：

305−

2800nm ）で

，

気 温は英 弘 精 機 製，

MT −

010型の測 温抵 抗 体で 測 定し た

。

屋 外ば く ろ試験の よ う な 変 動する劣 化 環 境を定 量 化す る た め

，

測 定 間 隔は10分 間 隔と し た。 こ れ は既 報4｝_{に ある よ うに}

_，

_{ほ ぼ}

一

定の劣 化 環 境とみ な し得る。 な お， 欠 測 値は

，

欠 測 期 間の前 後

10

日 間 の同 時 刻の測 定値か ら_{直線補 間}に よ り推 定し た

。一

般の 高 分 子 系 建 築 材 料に は 「水 分 」が劣 化 因 子と して作 用 す る が， ポリエ チ レンの よ う なポ リ オ レ フ ィ ン系の もの に対して は

，

その_{影 響}は小 さい と 認 識 されて お 表

一

1　ポ リエ チレ ン試料の屋外ばく ろ試 験 後の吸光 度 比

，

お よ び紫外線量

・

試料温度 訓 ：　　SR

−

LS

−

FE

−

8604　（　JIS　K　7200） ば くろ 場 所；建 設省建 築研 究 所　 屋外ば くろ拭 験場 ば くろ方 向：H

，

S30

’

，

　S90

’

ばくろ期闘 　 吸 光度 比： Ar’　 　 積 算紫

A

線 量

，

田 ノず　 平 均 試 料 温 度

，

℃

一

一

丁 一

『

一

面

「

　 　H　 S30　S90

86

／

11

／OI

〜

ee／12！〔陀 繩ノ12／

e

陰

・

・

−91

／

01

／

Ol

97！Ol！Ol

〜

留 ！02！01 翫

1

〔膾！Ol

〜

田 ノ03／01 田 ノ03！01

〜

田 ！04！01 M／04101

・

一

・

97／05／0且 絣！〔躡！

01〜9

「

106

！

01

册 ノ06！OI

〜

or！ ノOl

91

ノ  ノ

Ol・

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B

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01

91／【駐！01

〜

田！

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〜

gy！10／Ol 册ノ10／

OI〜

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・

V97

！12！Ol 田！12！Ol

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88101／01 認 ！Ol！Ol

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88／02／Ol

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03

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〜

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88110

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−−

88！11！01 29755878837065 720371217 踟 ゐ 26211794 8 蓋 nO21872004002278896

ロ

　

　

ロ

　 　

ロ

　

　

ロ

　

　

リ

　

　

ロ

　

　

コ

　 　

ロ

　

　

　

　 　

コ

　

　

コ

　

　

コ

0371318212526211683 813902596437

コ

　

　

コ

　 　

コ

　

　

の

　

　

じ

　

　

_コ

　

　

コ

　 　

ロ

　

　

_ザ

　 　

ロ

　

　

_コ

　

　

_コ

03712182126 ％ 211682 5710699042

ロ

　

　

　

　

　

コ

　 　

ロ

　

　

コ

　 　

　

　

　

コ

　

　

サ

　 　

　

　

　

ロ

42713162020262115 6870032337

ロ

　

　

ロ

　

　

ロ

　 　

ロ

　

　

コ

　 　

コ

　

　

リ

　

　

ロ

　 　

ロ

　

　

_ロ

3 遭 613172121262114 8261397933 21613172121 ％ 2114 00910110 り 8

サ

　

　

コ

了 411 膣 ∪ 44111 417565925862 643310030101 111111111111 869505757548

ゆ

　

コ

　

コ

　

ロ

　

コ

　

ロ

　

　

　

　

　

ロ

　

_ロ

　

ロ

　

_じ

21 鎗 26 鈎 訓 認 脇 鋼 留 21 路

15

55101719 − 153

1618

％ 鈎 聞 鑢 36 鈎 芻 191312 279B785052

り

　

　

や

　 　

の

　

　

コ

　

　

コ

　 　

　

　

　

じ

　

　

コ

　 　

リ

　

　

の

4522198274 11111 　 　 　 　

　

1 　 　

　

1 9732161208 19 蹴 四 訓 鑢

30

％ 鉋 18 以 4286237929

ロ

　

　

ロ

　 　

ロ

　

　

コ

　 　

コ

　

　

ロ

　

　

　

　

　

コ

　

　

_サ

　 　

コ

ー5   別 認 認 認 ゐ 認 1820

鶸

嬲

嬲

 

繻

號

脚

腰

認

貔

  跏 郷 跏

飃

0

。

仇 OOOO111110000

，

臥 0

，

軌 L1

，

LLLL

軅

羇

謡

謡

鸚

謖

驪

譜

劉

鷁

謝

驪

伽 　 　 　

コ

　

　

コ

　

　

ロ

　 　

　

　

　

ロ

　

　

ロ

　 　

コ

　

　

ロ

　 　

ロ

　

　

コ

　

　

ロ

　

　

コ

000000112111000000111 且

11

驪

講

靄

蠶

轂

醫

鸚

羇

覊

畿

嫺 刪

黷

　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　

サ

　

　

ひ

　

　

ロ

　 　

コ

　

　

ウ

　 　

コ

　 　

ゆ

　

　

い

　

　

サ

　

　

コ

000000112111000000111211 ‡_Ar ： ポリエ _{チ レ ン}試 料の屋 外 ば くろ 試 験 後の赤 外 線 吸収ス ペ ク ト ル の カ ル ボニル 　 　基（＞C

・

O）と メ チ レ ン基 （

−

CHz

−

）の駁光 度比，　A

、

， 、5／Atos。 で定 義 り

，

結 露な ど を検 出する た め の測定は特に行っ て い ない

。

　

得ら れ た吸光度 比， ば くろ期 間 内の積算 紫外線量， 試 料 温度を表

一

1にま とめた。 紫 外 線 量が多く温 度 も高い 夏 季に大 き な 吸光 度 比が得られ

，

特性変化が著しい

。

　5．

劣 化 予 測モデル による劣 化 現 象の解析

　

こ こで は

，

得られ た吸 光 度 比と劣 化因子で あ る紫 外 線 量と試 料 温度の関係 を

，

種々 の_考え方に基づ く 「劣 化 予 測モデル」に よっ て解析す る

。

使 用 する記 号 を以 下の よ うに定 義す る。 　　C。 ：紫 外 線 劣化特性値 　　 a ：ベ _{キ乗 数}

，

紫外線 劣化特性 値 　　

Uv

：10分 間 積 算紫外線量

，

　

KJ

／mZ

　　

Eu ：紫 外 線 劣 化の 活 性 化エ ネルギ

ー，

　

KJ

／mol

　　

Tρ：試料 温 度の 毎

10

分値，

K

　　 R ：気体 定 数

，

8

．

314×10

−

3KJ ／mol ／

K

　

  積 算 照 射 紫外線量で解 析 　 　 　 ん

＝C

．（Σ

Uv

）

　　　

「照射され た紫 外 線の積 算量 と特性変化が 比例す

　　

る」とい う従 来か ら の考え方！） に基づ い てお り

，

熱 　 　の効 果は考 慮 されていない。

　

  積 算 照 射 紫 外 線量の_{平 方 根}で解 析 　　　ん

＝

C駕（Σ U．） o

’

s 　　　「特 性変化の経 時 変 化は時 間の平方根に比例す る」 　　 とい う考え方で

，

時 間を積 算照 射紫 外 線量に置き換 　 　 え た もの で あ る

。

　

 

　

10分 間紫 外 線量の_平方 根の総和で解 析 　 　ん ； C

。

（£ 　

Uv

°

層

5_）

　　

紫外 線 量が変 動す るので

，

  の考え方 を 劣 化 条 件 　が

一

定 とみな しうる

10

分 間紫外線量に適用 する

。

  10分 間 紫 外 線 量の べキ乗の_総和で解 析 　 　ん

＝C 。

〔Σ σ。り

　　

  のべ _{キ乗 数 を任 意}に_設定すれ ば_， よ り推 定 精 度 　 を高める こと がで き る。   紫外線量に比 例する劣 化を 熱で促進する効果を付 　 加し て解 析 　 　

Ar

；

Cu

［Σユ

Uv

　exp （

− Eu

／

RTp

｝］ 　 　 10 分 間隔で あれ ば劣 化 条 件が

一

定 と み な し うる

。

　そこで Arrhenius則を導入 し

，

熱で促 進 され る紫 外 　線による特 性 変 化 量を

10

分ご と に も と め積 算す る

。

 

　

紫 外 線 量の平 方 根に比例す る 劣 化 を熱で促 進する 　 効 果 を 考 慮 して解 析 　 　

Ar

；

Cu

［Σ二

U

_．e

・

sexp （

− Eu

／

RTp

）］ 　 　   と  の考え方を合わ せ た もの である

。

  紫 外線量のべ_キ乗に比 例す る劣 化を熱で促進 す る 　 も の と し て解 析 　 　

A ．

＝

Cu

［ΣユU

”

α

exp （

−

Eu／RT_ρ）］

　　

  と  の考え方を合わ せ た もの で

，

小 池

・

田中モ 　デル41で提 案さ れた

，

紫 外 線と熱の_相乗 効 果 を表す 　項と同じ意味が あ り， 既 報 8） にある特 性 変 化の 「シ 　 ミュ レ

ー

シ ョ ン手 法 」もこれに基づ い てい る

。

以上の 7 つ の モ デルは_t 次の よ う な分 類がで き る

。

一

₁₂

一

　

　

　［

　　　　

紫外 線のみ ：       

　　　　

紫外 線と熱の相 乗 効果 ：     

　

　

　［

　　　　積 算 紫 外線量 ：    　　　　毎 10分 間 紫外線量 ：         

　　　　

紫 外 線量の べキ乗 数は導入し ない ：   

　

　

　

［

　　　　ベ _キ乗数は

05

：     

　　　　

ベ _キ乗数は α （任 意の劣 化 特 性 値 ｝：   

　

こ の ほ か に

，

紫外 線の み に比例す る劣 化量 と， 熱 （積 算 温 度 ）に よ る劣化量 の単純な和とし て解 析す る手法71 もあるが

，

この試料が屋外ばくろ試 験で

，

熱の み に よ る 劣 化 を無 視で き るこ と を 既に確 認し て い る た め， と り あ げなか っ た

。

　ベ _{キ乗 数} ：α と活性化エ _ネル ギ

ー

：Eu を 仮 定 す る と Cu は最 小二乗 法で求め ら れ る

。

吸 光 度 比 ：

Ar

の_推定値 と観 測 値の差の 二乗和が最 小になるよ うな

，Cu ，

α

、

　

Eu

の組み合わ せを選 び

，

差の 二乗の平 均 値の_平方根で定 義 さ れ る 誤 差 と

，

吸 光 度 比の観 測 値と推 定値の_{重 相 関 係 数} と と もに表

一2

に示 し た。 吸 光 度 比の観 測 値 と  の在来 法によ る推定値と

，

  の小 池

・

田中モ デル によ る推 定 値 の相 関を 図

一

2に示 す

。

　

積 算 紫 外線量で解 析す る 

，

  の手 法に よ る と誤 差が 大 きく

，

吸光 度比の_観測 値と推 定 値の間の_相関はほと ん ど認め ら れ ない _（図

一

2の上 図 を参照）

。

これ は

，

屋 外 ば く ろ試 験に よ る特性 変 化に対す る促 進 耐候性 試験 機の 促 進 率 を

．

紫外 線量で説 明する とい う考え方 を否 定する もの で あ るg　 I

　

熱に よ る促 進 効 果 を考 慮 し ない モデル の 

_，

 

_，

  の べ _{キ 乗 数は そ れ}ぞ れ 1

，

0

．

5

，

α で_， 順に誤 差 が_小さ く なる

。

この_{傾 向}は

，

熱による促 進 効果 を と りいれ た 

，

  ，   の系で も同じで

，

ベ キ 乗 数 を導入 す ることで

，

誤 差が小さ く なっ て いる。 同じベ キ 乗 数の モデル であ る  p コ

の

旧

占

．

掣

訟

蝦 郎

．

コ 3 占

、

坦 2

．

5 試料：SB

一

隱

一

PE

一

  （JISK7200） ば く ろ場 所 ：_{建設 省建 築研 究所 屋 外}ば くろ 試験 場 ば くろ期 間：1鰓6／11／01  1鰡 ！11！Ol 2

．

0 ば くろ方 向：H

，

S30

’

，

S90「試料 数：四

＝

72 Ar_勉 L_．尸4_乞選｝x10

−

5（ΣUu） 　Uv：10分間 紫外 腺量 凡r

・

“17151Azo3 。

「

卩

　

　

　

　

　

　

　

　

9

△昌r

＝

0

．

4芻 r

＝

0

．

4450

卩

．

．

1．

5

、

・

・

卩

nr。 飢、

・

0

．

訂1昌r

。

b

。

‘＋0

．

566

昌

．

凾

_●

・

■

1

．

0

幽

駻

・

　・

冒

．

■

黜

．

「

，　　 　

■

．

■

．．

_，，

_卩

0

，

5 　 、

■

　

．

紫 外縁 量に比  する 00 0

．

5　 　 　1

．

01

．

5

　　 　2

．

0 吸 光 度 比の観渕値

，

AfObSd_，

一

2．

5 2

．

0Uv ：10分間 紫外畭量 B；気体 定 数；Tp；試料 温 度還 鳥r¢創 4

＝

L29x103

〔ΣUvo

’

o

吶

65g ：ρ

．

〔

一

鑢

．

2！RTp）〕

■

△凸ト 0

．

076　卜0

．

嬲 2 　 　 　 1　 　 　 1 貞r。 ．げ 1

．

000Ar

。

M

−

0

．

006　 　

■

・

1

．

5

．

■

　　卩

　　．

　

　

　

　

　

巳

　 ご

・

　

．

　　　　　

−

’ 1

．

0 0

．

5

．

　 　 ，

　 ，

「

■

岬

雪 紫外 線 劣化 が熱により促進 きれ る 00 ₀

_．

₅ 　　　　　1

．

0　　　　　1

．

5　　　　　2

．

0　　　　　

2．

吸光度 比の観 測値

，

ArebSd

，一

図

一

2 ボリエ チ レン試料の屋外ば く ろ試験後の_{吸 光 度 比}の観 測 　 　 　 値と推 定 値 と 

，

  と 

，

  と  を比較す る と

，

そ れ ぞれ 熱に よ る 促 進 効 果 を導入 す ること で誤 差が小さ く重相関 係 数が大 表

一

2 各 種 劣 化予測モ_デルに よ る

，

ボ リエ チレ ン試料の屋外ば 　 　 　 く ろ試 験で の吸 光 度 比の推 定結果の 比較 　 　 　 試 料 ： SR

−

LS

−

PE

−

89ひ4（JIS　K　7200 _） 　 　 　 ば く ろ場所 ：建 設 省建築 研究 所屋 外 ば く ろ試験場 　 　 　 ばくろ期間：1996／11！01

〜

1988／11！

01

（1か月毎に回 収 ） 　 　 　 ば く ろ 方 向 ：H

，

S30

’

．

　S90

’

_{試 料 数 ：}N

＝

72 推 定 式 誤 差：　 観 測値と推 定値 △Ar

’

　 の重 相 関係数   肚

・

4

．

53x10

−

s （ΣOv｝   Ar

＝

7

．

27×10

冒

3 （ΣVv）o

・

s   Ar

−

1

．

76x10

’

‘ （ΣUv°

’

5 ）   Ar

＝

4

．

C

¢ XIO

−

‘ （ΣUvo

・

1：9_）   肚

・

1

．

銘 〔ΣUv帥 （

−26．

2

！Mp）〕   Ar

盂

S8

．

1〔ΣUvo

’

5emp く

一

30

．

6ノ町p｝〕   Ar

・

1

．

29x103 〔ΣUve

’

Oi

−

s 帥 （

−

36

。

跚 p）〕 ばくろ方 向：Hの み （試 料数：N

・

2_の

  Ar

＝

2

．

66XlO5 〔ΣSoo

°

zss　erp （

−39，

6／RT．） 〕

嫺 姻 姻 跚 姻 跏 備 0000000 0

．

 ₄ 0

．

44500

．

41320

．

5〔s20

．

7η00

．

74970

．

圏120

．

98a20

．

9E｝99 Ar：ポ リエ チレ ン試 料の屋 外 ば くろ試験 後の赤 外線吸 収ス ペ ク トル の カルポニ 　 　ル基C＞C

・

O）とメ チ レ ン基 （

一

  2

−

）の吸 光度 比

，

A

■

71slAiO30 で定義

寧

_△Ar ： 一 　で定 義；　Uv：10_{分 閥鑑 外線 量}

，

　KJ／ml； Tp：10分毎の試料湿 度

，

　K；　 R：気 体 定 数

，

8

．

314XIO

−

1_K 亅！圏ol ／N； SD ；日積算 水平 面 日 射 量

，

旧 ノ♂；　TD ：昼間平均外 気 温度t ℃； To

・

（Ts／2＋Tg＋丁塵2＋T

．

s＋T匚e！2）／

4

で定義 （添 字は 時 刻 ） き く なる

。

任 意のべ _{キ乗数 と 熱}に よる促 進 効 果 を導入 して い る  で は_{， 著}し く推 定 精 度が 向 上 して い る （図

一

2の_下図を参照）

。

冬 季 の 小さ な吸 光 度 比と比較す る と

，

誤 差は

一

見 大 き な もの に 見 え る が， 重 相 関 係 数が

0．

9882

で

，

観 測 値 と推 定 値の 回帰直 線の こ う配が 1

．

000 で切 片も小さいな ど

，

全 体 的に

_．

みてか なり満 足で き る_{推 定結 果}が得 られて い る

。

これ らの結 果は

_，

屋外 ばく ろ試 験で のポ リエ チ レ ン試 料の吸光 度比変 化を

，

小 池

・

田 中モ デ ルによっ て表 現できる こ と を示 して い る

。

　

6

．

気象因子に よ る劣 化 現 象の解 析 　紫 外 線 量と試 料温 度の_{観 測 値}か ら

，

屋 外ば く ろ試験の_{結 果 を劣 化 予 測}モデル によっ て解 析で き る が

，

ば くろ地 点で劣 化

茵

子が観 測さ れ ていない_{場 合}は

，

付 近の気 象 観測 結 果 を参

一

₁₃

一

2

．

5

　 　 12

・

0

臼

”

凵

● U と 1

．

5

．

覃 e1

．

0 0

．

5 　 　 　 　

5

　 　 　 吸光 度比の観測 値

，

Ar。bSd

，一

図

一3

　ポ リエ チレ ン試 料の屋外ば く ろ試 験 後の吸 光 度 比の観測 　　　値と 日積 算日射量 と 昼 間 平均 気温に基づ く 推定値 照 す ることにな る

。

紫 外 線 量に関 連す る要 素 としては水 平 面 全 天 日射量が あり_， 太 陽 高 度に よっ て若 干 変 動す る が

，

その 約

1

／

20

が紫 外 域の 日射量で あ る9〕

_。

試 料 温 度 は 日射量 と 気 温 との相 関が高いc そ こで

，

水 平 面にば く ろ さ れ た試料を対 象に し て

，

全 天日射量 と気温 とい う2 つ _の気象_因子によっ て解 析を試み た。

　

屋 外 ばく ろ試 験 結 果の _解析に は全 国 各 地で の観 測結果 は

，66

カ所で の日積 算 値 ：

SD，

　

MJ

／mt が利 用で きる

。

AMeDAS

システム で は毎 時値が， 地 域 気 象 観 測 地 点で は毎

3

時間の気 温が磁 気テ

ー

プに収 録され て い る が

，

日 射量 が 日積算 値であるこ と との 整 合 性を考 慮し て

，

日射 の あ る 6

，

9

，

12

，

15

，

18 時の気温 か ら次の よ うに定 義 さ れ る 昼 間平 均 気 温 ：T．

，K

を 用い ることにする。

　　　 T

，

＝

（Te／2十Tg十

T

，t十

TiS

十

1

「iS／2）／4 　そ し て

，

  の モ デル に準じ て

，

　

  日積算日射 量のべ キ乗に比 例す る劣 化 を 昼 間 平 均

　　

気温 で促 進するもの と して解析

　　　 Ar；Cs

［Σ］

SD

γ exp （

− Es

／

RTD

）］

　

こ こで

， Cs

：日射による劣 化特性値

，

　　　　　　γ ：日射による劣 化 特 性 値

，

　　　　　 Es

：

H

射 と 気 温に よる劣化の活 　　　　　　　 性 化エ _ネル ギ

ー，KJ

／moi 　　　　　　R ：気 体 定 数

，

8

．

　314 × 10

−

3 　　　　　　　 KJ／mol _／

K

とい うモ デル に よっ て解 析 を 行う。 日射に よ る劣 化を昼 間 気 温で促進する と い う相乗効果 を考 慮し ている

。

　

水平面にば く ろ さ れ た試料の みを 対 象に し て

，

1日 ご とに特性変化 量を 求めて積 算す る が

，

積 算期 間に はばく ろ開 始 時刻 が午前の 場 合は その 日を 含み

，

午 後の場合は そ の 日 を含 ま ない よ うに し

，

ま た ばく ろ終 了 時 刻が午前 の_場合はその 日 を含ま ず

，

午 後の場 合 は その 日を含む よ う に し た

。

　

や は り

，

吸 光 度 比 ：

A

，の推 定値と観測 値の差の 二乗 和が最小に な る よ うな

，Cs，

γ

，

　

Es

の組み合わ せを選び

，

誤 差と， 吸光 度 比の観 測 値と推定 値の重相関 係 数を表

一

2 に

，

相 関 を 図

一

3に示す。 誤差 も少な く相 関 係 数が

O．

　

9899

と高い な ど満 足でき る相 関関係が得られ た

。

  の_耐久 性 予 測モ デル は本 来

10

分 間 隔の 劣 化 因 子を対 象 と し たもの であるが

，

これ を 日積算日射 量 と昼 間 平 均 気 温に適用 し ても ポ リエ チレ ン の吸 光 度 比の変 化 を説 明で き る よ う である

。

　

7．

考 　察 　

1

） 紫 外線 劣化特性値の解 釈

　

小 池

・

田中モ デル に準じた  の モデル によ る解析結果 は満足で き るもの で あっ た

。

た だベ キ乗数 ：a の値が極 端に小さい _。 その意 味 を考 察する。

　

こ の試料の分 子内の 二重 結 合 部 分が酸 化 反 応の_{開 始 点} に な る

。

紫 外 線 量の大 小にか か わ らず

，0．

0165

乗さ れ た紫外線量の_項は 1に近い値と な る。 これ か ら

，

ポリエ チレ ン_{試 料}の_光酸 化 反 応は_， 微か な紫 外 線に よ り開始さ れ た あ と

，

熱によ り促 進さ れ る酸 素の拡散 （こ の拡 散 速 度 もA【rhenius 式で記 述で き る〉がこの反 応系の律 速過 程と なっ ている と考え られる。

　

屋 外 ばく ろ試 験で は， 紫 外 線 量が多い季 節と

，

日 照時 間が長くて気 温も高く_， 試 料 温 度が高く な る 季 節 が

一

致 す る。 こ のポリエ チレン試 料の熱で促 進さ れ る光酸 化 反 応に よ る特 性 変 化 を

，

紫 外 線の照 射量 に よ る効果と混 同 して いるのか も しれ な い

。

　 2） 分割 時間の検 討 　 10分 ご とに 紫 外 線と熱の相乗作 用に よ る特 性 変 化 量 を求め る手法が妥当な もの であ ること がこれ ま でに確 認 さ れ た。 ほ かの屋 外ばくろ試 験 場では

，

毎時積算値を出 力す る仕 様の積 算日射 量 計が使わ れ てい る

。

こ のよ うな 表

一

3　ポ リエ チレ ン試 料の屋 外 ば くろ試 験で の分割時間を変え 　　　た吸光度 比 変 化の推 定 結 果の比較 　 　 　 試料：　　SR

−

LS

−

PE

−

8604　（　JIS　翼　72DO） 　 　 　 ば くろ場所；建設 省 建築研 究所 　屋外ば くろ試 験場 　 　 　 ば く ろ期間 ：1986！11／Ol

・

vl989111 ！

01

（1か月 梅に回収 ） 　 　 　 ばくろ方向：H

，

S30

°

_．

鮒0

’

　 　 試 料 数 ：N

−

72 割 間 分 時 推 定 式 誤 差： 観 測 値 と推 定 値 △Af

察

　 の重相関 係 数 嬲 30h605 ｝ 昌1

・＝

L29×103

。

（20

’

鴨 3s_） 　 　 　 　 z 　 xΣ 〔（ΣUv）山 o宦ss_{emp （}

−

₃₆

_．

_{2／RTp）〕} 矗r　

＝

　1

．

29XlO3

，

（30

・

“e：s ）

　　　　コ

　 x Σ　〔（ΣUv》o

．

0165  επρ（

−

36

＿

2／RTp）　〕 Ar

二

1

。

禦〕xlos

・

（6°

・

叩 3s_） 　 　 　 　 り 　 × _{Σ 〔（}ΣUv）o

・

o匚65　_{e 蝉}》_（

−

36

．

2〆RTp） 〕 O

．

α「6 0

．

〔ng 0

．

α92 0

．

9885 0

．

98830

．

腦 弸 Ar ：ポ リエチ レ ン試 料の屋 外 ば く ろ 試 験復の赤 外 線吸 収スペ _{ク ト}ル _{の カ}ル ボ； 　 　ル基 （兄

・

0）と メ チ レ ン基 （

−

CHr ）の吸 光度比

，

　Al7塵s！A！OiO で定 義 申 △Ar　t　Σ（Ar。bsd

−

ArCALd　 N　で 定 義；　 Uv；10分間 紫外線 量，　KJ！ml； Tp：時間 分割 内の平均 試料 温度

，

　K；　R：気体定 数

，

8

．

314XIO

−

3 　KJ／co1 ／K

一一14 一

　 　 1　 コ ε 占

ハ

壽

些

農

習

蘯

　 　 　 5 　 　 　 図

一

4　ポリエ チ レン試 料と屋 外ば くろ 試験 後の吸 光度 比の観測 　 　 　値と時 間 分割を60 _分と した時の シミュ レ

ー

ショ ン結 果 　 　 　 　 　 　 　 　 セ 　 　

_胸

擱

  言 9 と 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　

　

　 　 　 　 　 　 　 　 　

．

〔

塞

灘 魚 踵 壇

）

撃 製 貍 9 ヨ 遡 螺

　　　

図

一

₅ポリエ チレ ン試 料の屋外ば く ろ試験 後の吸 光度比予測の 　 　 　時 間分割の異な る シ ミュ レ

ー

ショ ン結 果の比 較 毎 時 デ

ー

タを利 用す ること を目的として

，

本 報の手 法 を 測 定 間 隔 を 変えた劣 化因子デ

ー

タに_{適 用}する ことを検 討 する

。

　分 割 時 間 を u 倍す る と

，

  の モデル は 　　　 Ar

＝Cu

（ul

一

α ）［Σ］（Σ］

U

．） α 　exp _（

−

Eu_／RT _；）］ と変 形で き る

。

こ こ で試 料温度 ：

TS

は

，

　u 倍さ れた分 割 時 間 内の平 均 的な温 度で あ る

。

時 間 分 割が

20，

30

，

60

分

_ζ

な るよ う

，

u を2， 3， 6 と し た 場合の 吸 光 度 比 の観 測 値と推 定 値の誤 差，重 相関係数 を表

一

3に示した

。

分 割 時 間 が20， 30分 とし て も推定 精度は あ まり落 ち な い

。

60

_分では多 少 誤 差は大き く な るが， 図

一

_{4に 示す よ} うに実用 上 十 分満足で き る結 果である

。

ま た

10

分 値 と 60分値に よ る推定値を図

一

5で比 較 する と

，

60分値に よ る もの が

10

分値に よ る もの より許 容で きる程 度の 1

．

04倍とわずか に大き く

，

重相関係数が0

．

9999 と完 全 に対 応が ある

。

日の出や 日の入に近い _{時 刻}での _{特 性 変化} 　 　 3

．

　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 2

．

　 　 　 　

　　

Lf

　 　 　 　 　 摯 _L 　 蟹1

．

　饗

　 　 　 　 　 　 　 　

　　

O

．

　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　吸 光度比の観測値， 肚。bsd

，一

図

一

6



ポ リエ チレ ン試料の_筑波以外で の屋 外ば く ろ 試験 後の吸 　　　光度比の_{観 測値 と}日積算日射量 と昼 間 平 均 気 温に基づ く 　 　 　 推 定値 を

，

10分 値 を導入 す る ほ う が よ り正確に推 定できる た め で ある

。

本 報で

10

分 値に よる解 析で_得た劣化 特 性 値 に基づき_， ほ か の_{場 所}で観 測 され た紫 外線と試料温 度の 毎 時 値 を使っ て も特 性変化を予 測でき ること を示_唆して い る

。

　 3） 気 象 因 子に基づ く各地の_試料の _{特 性 変 化 推 定} 　今 回 用いた もの と同じポリエ チレ ン試 料の吸 光 度 比の 変化か ら

，

紫 外 線 量 を 推定す る こ と が試み られて お り

，

旭 川

・

銚 子

・

那 覇で屋外ば く ろ試 験が行われ_， その _吸光 度 比の_観測値が報告さ れて いる1°）

_。

そこで

，

筑 波にある 建設省建 築 研 究 所で行わ れたば くろ試 験結果か ら得ら れ た推 定 式に_{， 各}ば く ろ地 点の 日積 算日射 量 ：

SD

と 昼間 平 均 気 温 ：

T

_，を代人 して推 定さ れた もの との 比較を試 みた

。

　

旭 川の_{北 海 道 東 海 大 学 構 内}で

，

1988 年

4

_月

5

_日か ら

10

月

10

日 まで の 6カ月 間で 6試 料， 銚子の 日本ウェ ザ リン グ テス トセ ン タ

ー

で 1986 年 9_月 4 _日か ら1988年 ユ0_月 2_日までの _間に 25試 料

，

沖 縄の琉球大学 構 内で は

1987

年 10月 2 日か ら 1988年 9月

30

日 まで の 間に 12 試料の吸 光度比 が得ら れ たe 付近 にある旭 川

・

銚 子

・

那 覇気象台で観 測さ れ た 日積 算日射 量と気温 デ

ー

タ か ら吸 光 度 比を推定し

，

その相 関 を 図

一

6に示す

。

両者の相 関 係 数は

0、

9847

と相 当 高い

。

し か し_観測値と推定 値の差 の_{；乗 和}の _{平 均}の平 方 根で 定 義さ れ る誤差 ：

AAT

は

o．

2il

と や や大きい

。

回 帰 直 線の切 片は小さいがこ う配 は 1

．

17Z と なっ てい る

。

推定 値が観 測 値の 1

．

17 倍になっ た と い うこ と で_， ユ7％ を許 容でき る誤 差 範 囲 内と す れ ば気 象 因 子に基づいて特性変化を予 測で きた ことにな る。 　ユ7％ の 誤 差を生 じ た の は_{， 以 下}の ような原 因 が 考え ら れ る

。

ま ず建 設 省建 築 研 究 所と気 象 庁で使 用して い る

一 15 一

日射 量 計の感度が異なっ てい た 可 能性が ある

。

建設省 建 築 研 究 所の 日射量計の感 度が落ちて い れ ば， C

。

や γ の 値が正しい 日射量のデ

ー

タに よるものと 比べ て_， 大 き め の_値にな る

。

気 象 庁の デ

ー

タを導入 する際に そ の影 響が 現れ

，

推定 値が観測値より大き く な る

。

　 次に

，

図

一6

を見ると気 温 が 高い那 覇の推 定 値が最 も 誤 差が大き く

，

気温 が低く なる銚子

・

旭 川の順に誤 差が 少な く なっ ている。 試料温度は日射に より気 温より高く な る が

，

日射が多く な れば試料温 度は さ らに高 温にな り

，

試 料の特性 変 化が さ らに促 進 さ れ る

。

筑 波で観 測さ れ た 日積 算日射 量と昼 間 平 均気温デ

ー

タか ら劣化特 性値を求 めて いる が

，

筑 波で は観 測さ れ ない大き な 日射 量や高温 に な る地 域に適用す る と

，

特性 変 化 を や や 過 大に推 定 す る の か もし れ ない。 　毎 時 日射 量が得ら れ れば

，

太 陽高度か ら紫外線量 を推 定1e ）で き_，　AMeDAS の気温 と 風 速の毎 時値を 導 入 して

，

試 料の熱 収 支か ら毎 時 試 料 温 度も求め ら れ る11｝ 。 す る と 時 間 分 割 を60分と し た劣化シ ミュ レ

ー

ショ ンが可能と な り， 推 定 精 度の向上 が図ら れ る。 残 念な が ら日射量の 毎時値はデ

ー

タベ

ー

ス化 されておら ず

，

そこ までの_{解 析} は不可能である

。

現 段 階では 日積 算 日射 量に基づい て特 性 変 化を推 定す るの が限 界であ る

。

　

8．

結 論 　本 報は

，

高分 子系建築材料の耐 久 性 予 測の た めの初 期 段 階と して

，

最も簡 単な高分 子材 料で あるポ リエ チ レ ン を研 究 対象に し た

。

熱 劣化 試 験や屋 外 ばく ろ試 験に よっ て生 ずるカルボニ ル基 を

，

赤 外 線 吸 収 分 析によるメチレ ン基との吸光 度 比で_定量化し

，

劣化因 子と_時間， ある い は気 象 因子の関 数で表現す ること を検 討し， 以 下の よ う な結 論を得た。 　 1） 熱 劣 化 試 験で は

，

吸光 度比 ：_ん は試 験温度 ：T と経 過 時 間 ：tの関 数と し て表現で き，

80

，

85

，

90

，

95

， 100℃ の試 験 結 果か ら

，

　 　　 Ar＝ 9

．

53XIO3e　t3

’

3Texp _（

−

330 ／

RT

｝ とい う実 験 式が得ら れ た

。

屋外 ばく ろ試 験で毎 月 試 料 を 交 換す る場 合よ り も 過酷な

，

40℃ _， 800hr とい う条 件 で

A

，

＝

4

．

88

×

10

−

7 _と 非 常に_小さく_{， 今}回の屋 外ばく ろ 試 験 条 件におい て

，

_熱のみ に よ る特性 変 化は無 視できる

。

　 2） 毎 月交換 しな が ら 2年 間， 水 平

・

南30

°・

南 90

°

面で の屋外ば く ろ試 験で は_， 10分 間 紫 外 線量 ：

Vv，

試 料温度 ：

Tp

によ り， 吸 光 度 比は 　 　　 Ar； 1

．

29×103Σ

Uv

°

’

oi6s 　exp （

− 36．

2

／

RTp

） と小 池

・

田 中モ デルを使っ て表 現で き

，

十 分 な推 定 精 度 がある。 　 3） 劣 化 因 子で ある紫 外 線 量

・

試 料 温 度の毎 10分 値 か ら得られ た劣 化 特 性 値を代入 し た 推定 式に

，

劣 化因 子 の _{毎 時 値}を 導 入 して も 吸 光 度 比 を推 定で き る

。

　 4）　日積 算日射 量 ：

SD

と 昼間 平 均 気温 ：

T

。とい う2

16

一

つ の気 象因 子 を 用い て

，

水 平 面にば く ろ さ れた試料の吸 光 度 比 を 次の よ うに表 現でき る。

　 　　

Ar＝

2

．

66×losΣコ

SDo’

：35

　exp （

− 39．

6

／

RTo

） 旭 川

・

銚 子

・

那 覇で ば く ろ さ れ た試料の吸光 度 比 を気 象 因子 に基づい て推 定 し た と ころ

，

推定 値は観 測 値の 1

。

17倍 となっ た が

，

両 者の相関は相当高い

。

　現 在

，

ポ リエ _チ レ ン以 外の試料の屋外ばく ろ試 験 を 行っ て お り_， そ の特 性 変 化を解 析し た結 果を 次に報告す る予 定である

。

　 謝 　 辞 　 本報をまとめる に当た り_， 東 京工業 大 学

・

工業 材 料研 究所

・

小 池 迪 夫 教 授， 同

・

田 中 享二助 教 授

，

そ して工業 技 術院 繊 維 高分 子材 料 研 究 所

・

渡辺　寧 氏の御指導を賜 り ま した

。

また_， （財 ） 建 材 試 験セ ンタ

ー

で行わ れ た実 験結 果を引 用 させ て いた だ き ま し た。 これ らの方々

，

お よ び 関係の方々 に対し

，

厚く謝 意を表します

。

参 考 文 献 1＞ 冨 板　崇 ；高 分 子 系 建 築 材 料の耐 久 性 予 測モ デル

，

日本 　 　建 築 学 会 大 会学 術 講 演 梗 概 集 （近 畿）A

_，

_pp

．

677

〜

678

，

　 　 昭 和62年10月 2） 楡 木 　堯

・

岩 井

一

博 ：耐 久 性 能 試 験 方 法に関す る研 究 　 　その 19

，

弾 性を賦 与し た吹 付 材の性 能 変 化

，

日本 建 築 学 　 　会 大 会 学 術 講 演梗 概 集 （北 陸）〈構 造系〉

，

pp

．

575

−

576

．

　 　昭和58年9月 3）竹島鋭機

・

川 野 敏 範

・

高 村 久 雄 ：塗 装 鋼 板の耐 久 寿 命 予 　 　 測 法に関 する研 究 〔第 皿報 〉

，

塩 化ビニ _{ル樹 脂 系 塗装 鋼 板} 　 　の耐 久 寿 命の 予 測

，

色材

，

第56巻 1号

，

pp

．

9

〜

21

，

　 　1983年1月 4） 小池 迪 夫

・

田中 享二 ：合 成 高 分 子 防 水 層の耐 候 性 （そ の 　　7_＞

一

屋 外 暴 露における光と熱の影 響の評価

一，

日本建築 　 　学 会 論文 報 告 集

，

第294号

，

pp

．

13

〜

24

，

昭和55_年8月 5）

JIS

　K　7200

−

1986_耐光 〔_{候 ）}性 試 験 機の照 射エ ネルギ

ー

　 　 校止 用標 準 試 験 片 6） 竹 島 鋭 機

・

川 野 敏 範

・

高 村 久 雄

・

水 木久光 ：塗装 鋼 板の 　 　耐 久 寿 命 予測法に関す る研 究 （第

1X

報 ）

，

塩 化ビニ ル樹 脂 　　系塗 装 鋼 板の耐 久 寿 命 予 測マ ップの作 成

，

色 材

，

第57巻 　 　 4号

，

pp

．

174

〜

185

_，

1984年4月 7） 渡辺　寧

・

吉 川 喜 治 ：耐 候 性 試 験 機の照 射エ ネルギ

ー

校 　 　正 用のボリエ チ レ ン フ ィ ル ム の作 成

，

工業 技 術 院 繊 維 高 　 　分 子 材 料 研 究 所

・

研 究 報告第152号

，

pp

，

9

−

14

．

1986 8） 冨 板　崇 ：パ ソコ ン に よ る

，

耐久性予測モ デルを用いた 　 　 人 工 促 進 劣 化 試 験 結 果の解 析と

，

劣 化シ ミュ レ

ー

ショ ン 　 　によ る寿 命 予測

，

BLCA 　NEWS _第1_巻2_号

，

　PP

．

15

−

23

，

　 　平成元年9月 9） 楡 木　堯

・

冨 板　崇：わ が 国の紫 外 域日射量マッ プの提 　 　案

，

高 分 子系建築材料の耐 久性に関する研 究 （その 1｝

，

　 　 日本 建 築 学 会 構 造 系 論 文 報 告 集

，

第381号

，

pp

．

17

−

Z5

_，

　 　 昭和62年 10月 10）　（財 ）建 材 試 料センタ

ー

：建築 材 料 等の耐 久 性に 関 す る標 　 　 準 化の ための調 査 研 究

，

昭 和63年 度 報 告書

，

平 成 元 年3 　 　 月 ll｝ 冨 板　崇 ：方位

・

角 度 別のブラッ ク

・

ホ ワ イ トパネル温

　　度の測 定

，

屋 外で の熱 劣 化環 境の定 量化 （その 3）

，

日本 　　建築 学会構造系論 文 報 告 集

，

第404号

，

pp

．

7

〜

14

，

1989

　 　 年10月

12｝ Keith　G

，

　 Martin：

Moniten

’

ng　Uttravioiet　Radiatibn_{褊 劼}

polyninylchloricib

_，

　Br

．

　Polym

．

　

J．

　Vo1

．

5

，

　_pp

．

443

〜

₄₅₀

_，

1973

（1989年9月1G日原 稿 受理

，

1990年1月16 日採用 決 定 ）