紫外線吸収剤について

質問

紫外線吸収剤は、主にベンゼン核を持つ有機物で、紫外線を熱エネルギーに変換することで吸収し、変換した熱エネルギーを放出するということを繰り返していると言うメカニズムであると知りました。
しかし、ベンゼン核を有する樹脂である、PETやPEN、エポキシなどはなぜUV吸収をしないのでしょうか？
化学的なメカニズムなども含めて詳しくご教授頂けると幸いです。
宜しくお願い致します。

回答No.3

kaitou_1

当方、紫外線吸収剤などの実用面は素人ですが、分子科学の専門家として、ご質問の文章から、推測される事を述べます。

まず、質問文でご説明された紫外線吸収剤の働き「紫外線を吸収し、熱として逃がす」という課程には二つの課程が含まれている事にお気づきでしょうか。つまり紫外線を吸収する課程、熱として逃がす課程です。

紫外線のエネルギーは少なくとも3eVと分子の結合エネルギーに迫る大きさであるので、もし分子が紫外線を吸収した場合何らかの形でエネルギーを逃がさないと、分子が解離してしまいます。その課程として「熱に逃がす」という課程があります。

さて、ご質問文からベンゼン核を持つ分子が紫外線吸収剤としてよく用いられるということですが、ベンゼン核はこの「熱に逃がす」課程（Internal Conversion、内部転換とよばれます）を促す作用があると言われています。ので、この作用によってベンゼン核が紫外線吸収剤に適しているという事ではないかと思います。

さて、紫外線吸収についてですが、有機分子がNo2さんのおっしゃるUVAを吸収するためには、長い共鳴構造（二重結合がつながっった構造）が必要です。（物理化学の教科書の電子遷移又は紫外線吸収の項、特にヒュッケル近似の項を読んで頂ければ書いてあると思います）ベンゼンだけではその共鳴構造の長さは足りず300nmまでしか吸収しないのですが、ベンゼンにさらに二重結合をいくつもつなげた分子（場合によってはさらにベンゼン環をつなげたようなもの）では300nm以上の波長も吸収出来ます。また、もっと容易に紫外線を吸収する物としてはある種の金属があります。ベンゼン核を持った分子に金属を錯体として付加したような分子も長い紫外線を吸収する事ができるでしょう。

紫外線吸収剤の正確な分子構造を当方は知りませんので、推測の域を超えないのですが、紫外線吸収剤はこのような長い共鳴構造を持つ分子又は金属が付加された分子ではないだろうかと推測します。ご質問のPET樹脂などでは、ベンゼン環があるものの、それぞれは両側が単結合で共鳴構造がとぎれとぎれに切れてしまっているために300nm以上の波長を吸収する事が出来ないのではないかと思います。

お礼

遅くなりましたが、ご回答ありがとうございます。
非常に参考になりました。
また、宜しくお願いいたします。