“生地屋”の機能性解説　～UVカット素材・遮光素材・遮熱素材とは？～ | 繊維のあれこれ

2020.07.31

“生地屋”の機能性解説　～UVカット素材・遮光素材・遮熱素材とは？～

＜目次＞
・UVカット素材って何？遮熱・遮光素材って何？それって必要？
・UVカット・遮光・遮熱素材の“原理”
・UVカット・遮光・遮熱素材の“用途”
・UVカット・遮光・遮熱素材の“基準値”
・マスダの“UVカット・遮光・遮熱ラインナップ”

sky

■UVカット素材って何？遮熱・遮光素材って何？それって必要？

　太陽の光は私達の生活に不可欠であり、多くのものをもたらしてくれます。その一方で、酷暑による熱中症被害が問題になったり、日焼けによる肌へのシミが原因となったりと、紫外線対策は特に女性にとって敏感なところだと思います。そこで、当サイトで「UVカット素材・遮熱素材・遮光素材」の必要性・重要性を解説したうえで、それらに対処する最適素材の選び方と当社の素材ラインナップを紹介していきます。

　これらの素材の必要性を理解するには、まず太陽光について正しく理解する必要がありますので、簡単に太陽光の解説を進めていきます。

　太陽光には、人の目で見ることのできる「可視光線（かしこうせん）」と目に見えない「紫外線」と「赤外線」が含まれています。「可視光線」は一見白色に見えますが、実は7色（赤・橙・黄・緑・青・藍・紫）の色が含まれており、それらが混ざり合って白色になっているように見えています。このことは虹が７色に見える理由でもあることからよく知られています。では、太陽光に含まれる「紫外線」や「赤外線」とはどういったものでしょうか？

　「赤外線」とは赤外線は可視光線の中で波長が最も長い「赤」色の「外」にある光「線」という意味であり、太陽光が暑さや暖かさをもたらす元になっており、人の身体をポカポカにする熱作用をもたらします。英語ではinfrared rays（赤の下にある光）といい、赤外線通信のことをIR通信と呼ぶように、IRと略します。

　それに対して、「紫外線」は、体内でビタミンＤを作ってカルシウムの吸収を助ける一方で、肌に当たることでシミや日焼けの原因となり、人の身体に対して有益・有害ともに化学作用をもたらします。可視光線の中で波長が最も短い「紫」色の「外」にある光「線」という意味合いで、英語では、ultraviolet rays（紫を越えた光）といい、UVと略します。

　ここまでの解説を下記の画像にまとめました。

　このように、太陽光には「可視光線」と「紫外線」と「赤外線」があり、これらそれぞれに対応するものが「遮光素材」「UVカット素材」「遮熱素材」です。眩しさに関わる「可視光線」を防ぐには遮光素材、日焼け等に関わる「紫外線」を防ぐにはUVカット素材、太陽光の暑さに関わる「赤外線」を防ぐには遮熱素材ということです。ここから分かることは、同一視あるいは混同されやすいこれらの素材は、同じ太陽光からの影響を軽減するものではありますが、必ずしも全て防げるものでもないという事です。特に、熱・熱さを避ける赤外線対策素材（遮熱素材）と日焼けを防ぐ紫外線対策素材（UVカット素材）は同一視されがちだと思うので、注意が必要です。

　この３つの素材のうち、特に人間に害をもたらす「紫外線」対策に関してもう少し深く掘り下げます。

　フロンガスによってオゾン層が破壊されているといった話は皆さんも耳にしたことがあるかと思います。オゾン層とは、地上から20km以上の距離にある成層圏にある厚さわずか３ミリの空気層ですが、オゾン層には有害な紫外線UV-C（下記解説参照）を吸収する力があり、もしオゾン層が無くなれば陸上の生物は死滅すると言われています。冷蔵庫・エアコン・自動販売機などの冷媒や半導体の洗浄剤などによって利用されてきたフロン（代表的なフロン、CFCについて記述。）は、放出され成層圏に達すると強い紫外線を浴び塩素を放出しオゾン層を破壊していきます。オゾン層の破壊が進むとどうなるのでしょうか？「オゾン層の破壊が10％進むと皮膚ガンは26％増加する」とUNEP（国連環境計画）から警告が出されています。事実、世界で毎年200～300万人が皮膚ガンになっていて、320万人が紫外線による白内障になっているそうです。また植物の生育不良やプランクトン減少にもつながる為、世界規模の食糧危機も予測されています。フロンガスの排出に対しては、既に生産の規制が進み、回収が義務付けられるなどしていますが、大気中に放出されたフロンガスは、分解されることなく、30～50年間、対流圏内で存在し続けます。また、CFC以外にもオゾン層を破壊する物質はあり、紫外線との戦いは人類にとってはまさに現在進行形の課題であると言えます。実際に私たちの身近なところにおいても熱中症により毎年命を落とす方もいらっしゃり、皮膚がんに罹患される方の増加も懸念されています。こうした状況の中で生み出された繊維素材が「UVカット素材」であり、我々の生活のいたる所にその活躍の場がある素材です。

さらに深く：＜紫外線の３つの種類＞

紫外線は、波長の長さによってUV-A・UV-B・UV-Cの3つの区分に分けることができ、それぞれが皮膚に与える影響も異なります。UV-Cは地表に殆ど届かないので、UV-AとUV-Bについての特徴を解説します。

◎UV-A（波長320～400nm）
　・地上に到達する紫外線のうち95%を占め、窓やガラスを通過する。
　・波長が長いため、皮膚の深部（真皮）まで到達する。
　・肌を老化させ、メラニン色素を作って肌を黒く（サンタン）させる。

◎UV-B（波長280～320nm）
　・地上に到達する紫外線のうち5%を占め、窓やガラスを通過しない。　
　・波長が短いため、皮膚の深部（真皮）には到達せず、表皮にのみ影響を与える。
　・日焼け（サンバーン）やシミの原因となる。

このように、「紫外線」と一口に言っても、波長の長さによって我々の身体に与える影響は変わってきます。「UVカット」素材は主にUV-AとUV-Bに対処する素材になります。

■UVカット・遮光・遮熱加工の “原理”

　光の透過しやすさは素材によって異なりますが、基本的にポリエステル等の合繊繊維は綿などの天然繊維に比べて「UVカット」「遮光」「遮熱」に適しています。例えば、夏場に綿の薄いTシャツでは、紫外線を防ぐことは到底できません。綿は紫外線を透過しやすい一方で、ポリエステルは繊維自体がある程度の紫外線を吸収するので透過量も少なくなります。又、合成繊維は、機能性を持たせやすい繊維なので、プラスαの加工を施すことで「UVカット」「遮光」「遮熱」の性能はさらにアップさせることが出来ます。

　機能性を増加させる方法は、遮熱効果のある赤外線反射セラミックや、可視光線や紫外線を反射・散乱させる酸化チタンなどの超微粒子を繊維内部に練り込むというものです。

　また、綿などの天然繊維に対して「UVカット」性などを持たせようとするケースもありますが、こうしたものは紫外線吸収剤を後加工で付着させるものなので、繰り返しの洗濯で効果が薄れていきます。ポリエステル繊維の場合は、糸の製造段階から練り込んでいるので、半永久的な効力を持ちます。

■UVカット・遮光・遮熱加工の “用途”

・ウェア、アームカバー
　炎天下での野外作業、ランニングやウォーキング等での着用が想定されるウェアやアームカバーには、こうした加工を施した素材が適しています。灼熱の炎天下で行われる高校野球でも、あえて長袖を着用する選手が増えてきました。それは、赤外線により上昇した体温を発汗により低下させようとする時に、体力を奪ってしまうからです。日焼け対策のアームカバーも、なるべく紫外線から体から守るため、長袖のものや指先まで覆うものが多いですが、汗をかいた場合でもサラサラとした肌触り（ドライタッチ）をキープしやすい吸水速乾素材を使うなど、夏場でも快適に過ごせる工夫が施されています。

・日傘、帽子
　紫外線から肌を守る女性の必須アイテムといえば日傘です。近年は酷暑と言われるだけあって「日傘男子」という言葉が生まれるほど、男性向け日傘も需要が高まってきました。特に機能を持っていない生地を使用し単に日陰を作るだけの安価なものもあれば、生地にフィルムを貼り合わせることでハイスペックな遮熱効果を持たせたものまであります。

・テント、タープ
　炎天下での長時間の活動は、人の体力を徐々に奪っていきます。テントやタープは、バーベキューやキャンプなどのアウトドアや、運動会などの野外レクリエーションにおける熱中症対策として心強い存在になります。運動会の開催時期については、熱中症対策として10月から5～6月に変更されつつありますが、5月～6月でもかなりの暑さの日もあり、自身の体調変化に気付きにくい小学校低学年の熱中症対策は今後、特に必要性が高まっていくと思われます。

・カーテン
　部屋の極端な暑さや明るさは、窓からの太陽光による影響が大きいと言われています。寝室やリビングに遮熱・遮光カーテンをつけることで、生活や睡眠の質がぐんと上がります。

■UVカット・遮光・遮熱加工の “基準値”

＜遮光性試験＞

・JIS L 1055 A法
　内部を黒く塗りつぶし、照度計を設置した試験箱を用意します。箱の上部にある穴に生地を置き、その上から照明の光を当てて、試験箱の内部がどれくらい明るくなっているかを計測します。この試験は生地原反の検査だけでなく、製品加工の前後にも光漏れの検査も行います。遮光率が大きいほど、遮光性能が高いことになります。一般社団法人日本インテリアファブリックス協会（NIF）では、下記の判定基準を定めています。

　1級（人の顔の表情が認識できないレベルの暗さ）：遮光率 99.99%以上
　2級（人の顔あるいは表情が分かるレベルの暗さ）：遮光率 99.80%～99.98%
　3級（人の表情は分かるが、事務作業には暗いレベルの暗さ）：遮光率 99.40%~99.79%

＜遮熱性試験＞

・レフランプ法
　レフランプとは、写真撮影等で用いられる電球のことで、ガラス球内にアルミニウムを付着させた反射鏡があり、光を一方向に集中させることのできるランプです。
　試験には、遮熱加工を施した生地と、未加工の生地を用意します。熱線受光体の下に、加工生地・未加工生地を5mmほどの隙間を空けて配置します。そしてレフランプによる光を、任意の時間だけ生地に照射し、透過した熱を熱線受光体に吸収させます。吸収させた後、サーモカメラもしくは熱電対温度センサーにより、熱線受光体の上昇温度をそれぞれ測定します。

　ここで熱線受光体の温度が低いほど、熱を遮る性能が高いことになります。一般社団法人日本インテリアファブリックス協会（NIF）では、加工生地の遮熱率とブランクの遮熱率を比較し、遮熱率が25%以上なら合格と定めています。

・JIS L 1951法
　これまで「遮熱」に関しては、統一された試験方法がありませんでしたが、2019年に制定された新しい生地の遮熱性評価方法として、JIS L 1951が制定されることとなりました。

　試験方法としては、光源として疑似的な太陽光を出せる人工太陽照明灯を照射させたときの温度変化をサーモグラフィにて測定します。下から熱線受光体→スペーサー（空間を確保するための器具）→生地→生地ホルダーの順に重ねていき、上から人口太陽照明灯に配置し、疑似的な太陽光を照射させます。この時の温度変化をサーモグラフィーで測定し、遮熱率を計算式によって求めます。こちらの方法では、レフランプ法のような未加工品との比較が不要になっています。

　算出した遮熱率によって、下記区分記号のいずれかになるかを求めます。

遮熱率	65%以上	55%以上 65%未満	45%以上 55%未満	35%以上 45%未満	25%以上 35%未満	15%以上 25%未満	15%未満
区分記号	S65+	S55	S45	S35	S25	S15	S15-

＜UVカット試験＞

「UVカット」加工では「紫外線遮蔽率」と「UPF評価」の2つを求めるのが一般的です。

・紫外線遮蔽率測定（アパレル製品等品質性能対策協議会ガイドライン）
　測定する波長領域は、280～320nmのUV-Aと、320～400nmのUV-Bの領域です。分光光度計を用いて、生地に紫外線を当てて、どれくらい遮蔽するかを測定します。光を通しやすい白などの淡泊な色目のもので計測されることが多いです。

　評価基準としては、UVカット加工後の透過率が、未加工品の透過率の50％以下で且つ、遮蔽率がどれくらいかによって以下の等級に振り分けて判断します。
　　90％以上の加工品　・・・A級
　　80％以上の加工品　・・・B級
　　50％以上の加工品　・・・C級

・UPF評価：オーストラリア／ニュージーランド規格　AS／NZS 4399
　この試験で測定する波長領域は、280～320nmのUV-Aと、320～400nmのUV-Bの2領域ですが、UPF評価は、紫外線の中でもUV-Bに対してフォーカスした規格であり、UV-Bをよく遮蔽していると、平均遮蔽率が同じでもUPFは高く評価されます。試験方法としては、生地に波長290~400nmの紫外線を当てて、分光光度計を使用して分光透過率を測定し、太陽分光放射照度の相対エネルギー値や、皮膚の影響度合いを表す値などを用い算出します。

　評価基準としては、以下になります。なお10以下はUPFの適用外です。
　　UPF 15～24　・・・Good protection（良）
　　UPF 25～39　・・・Very Good protection（優良）
　　UPF 40～50　・・・Excellent protection（最良）

・JIS L 1925　繊維製品の紫外線遮蔽評価方法
　2019年1月に発行された比較的新しいJIS規格になります。従来は、上記で紹介した２つの評価方法を含め、様々な規格により評価されてきましたが、評価方法が統一されていないことが商品を手に取る消費者を惑わす原因となっていました。これを解消すべく発行された規格が「JIS L 1925」になります。

　「JIS L 1925」では、波長290~400nmの紫外線に対する透過率を測定・計算し、紫外線遮蔽率を求める「紫外線遮蔽率」と、波長290~400nmの紫外線により試料の分光透過率を測定し、太陽分光放射照度の相対エネルギー値や皮膚の影響度合いを表す値などを用いて算出する「UPF」の２つの測定方法が規定されています。

【業界最新情報】紫外線遮蔽加工にも「SEKマーク」が新設されました！（2020.10.1更新）

　「SEKマーク」とは、機能加工・素材の性能を示しているもので、繊維評価技術協議会が認証をしています。その対象としては、当社HPで紹介している「抗菌防臭」加工や「制菌」加工をはじめ（参考リンク：“生地屋”の機能性解説　～抗菌防臭素材・制菌素材とは？～）「抗ウイルス」「防かび」「消臭」「防汚」加工といった清潔さに関するものが中心でした。

　そして、2020年10月1日からは紫外線遮蔽加工にも「SEKマーク」が発行できるようになりました。SEKマークの認証は「JIS L 1925」に基づく試験方法が採用されています。今回、正式にマーク認証がスタートすることで、日本の紫外線遮蔽加工の信頼性がより高まることが期待されます。

参考までに：＜UPF・SPF・PAについて＞

　UPF（UV Protection Factorの略称）とは、「紫外線保護指数」と言い、着用した時の皮膚への影響度を数値化したものです。（例：UPF50と表記がある場合は、肌への影響度1/50）
　世界的に採用されている規格で、スポーツアイテムによく表示されています。一般的な紫外線対策としてUPFは50あれば十分とされており、メーカーがUPF50以上の数字を謳って消費者を惑わすことを防ぐため、UPF50以上でもUPF50＋と表記することになっています。

　UPFと似たような用語で「SPF」という規格を見たことはありませんか？SPF（Sun Protection Factorの略称）は日焼け止めクリームに対しての性能を示す指標です。一見UPFと似ているように見えますが、全く異なります。SPFは、1974年にアメリカの製薬会社とFDA（Food and Drug Administration＝米国食品医薬品局）が共同で制作した規定です。一方のUPFは1990年代に、紫外線量の多いオーストラリアとニュージーランドで定められ、今や世界的な規格になったものです。SPFは人の肌への影響度を計るのに対し、UPFは生地や衣服に対して評価をするものなので、試験方法も全く異なります。（SPFの試験方法は、日本化粧品工業連合会の測定基準 ISO24444に準拠します。）
SPFは、UV-Bをカットする指標です。SPF○○と数字との組み合わせで表記されます。この値が大きいほど効力を発揮します。UPFと同様にSPF51以上のものは50＋と表記しなければなりません。UV-Bではなく、UV-Aをカットする日焼け止めクリームもあります。それはPA（Protection grade of UV-Aの略称）という表記になっています。PAのレベルは数字ではなく、4段階に分けられており、＋が多いほど性能は高くなります。

高「PA++++（UV-A防止効果が極めて高い）」
↑.「PA+++（UV-A防止効果が非常にある）」
↓.「PA++（UV-A防止効果がかなりある）」
低「PA+ （UV-A防止効果がある）」　

UPFと異なり、SPF・PA表記の商品はいずれも、塗り方や塗る量にムラがあると効果が発揮できない可能性があります。また肌への相性も個人差があるので、シチュエーションに応じて慎重に選んだ方が良さそうです。