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合成樹脂は、工業的に生産される、通常は粘性のある物質で、硬化プロセスによって硬質ポリマーに変化します。これらは、二塩基性有機酸と多価アルコールの反応によって形成されます。硬化するために、樹脂は通常、アクリレートやエポキシなどの反応性基を含んでいます[ 2 ]。一部の合成樹脂は天然植物樹脂と似た性質を持っていますが、多くはそうではありません[ 3 ] 。
合成樹脂にはいくつかの種類があります。有機化合物のエステル化によって製造されるものもあれば、熱硬化性プラスチックで、「樹脂」という用語は反応物、生成物、またはその両方を指す場合もあります。「樹脂」は、エポキシ樹脂のように、共重合体中の1つまたは複数のモノマーを指す場合があり、他のモノマーは「硬化剤」と呼ばれます。モノマーが1種類しか必要としない熱硬化性プラスチックの場合、モノマー化合物が「樹脂」となります。例えば、液体のメタクリル酸メチルは、重合して「硬化」する前の液体状態では、「樹脂」または「鋳造樹脂」と呼ばれることがよくあります。硬化後、得られたポリ（メタクリル酸メチル）（PMMA）は、「アクリルガラス」または「アクリル」と改名されることがよくあります（プレキシグラスやルーサイトなどの商標名があります）。
合成樹脂は、現場硬化パイプ用途でも広く使用されています。米国の運輸省も、道路や橋のオーバーレイとしての使用を指定しています。この用途では、ポリエステルコンクリートオーバーレイ（PCO）として知られています。これらは通常、イソフタル酸をベースに、スチレンを高濃度（通常最大50%）で希釈したものです。合成樹脂は、エポキシ系材料も使用されていますが、アンカーボルト接着剤にも使用されています。[ 4 ]多くの企業は、主に臭気の問題、そしてスチレンが潜在的な発がん性物質であるという懸念から、スチレンフリーシステムを導入してきましたし、今後も導入し続けます。飲料水用途でも、スチレンフリーが好まれます。
ビス-GMA含有樹脂をベースとした歯科修復材料[ 5 ]は、関連化合物であるビスフェノールAに分解したり、ビスフェノールAで汚染されたりする可能性があり、ビスフェノールAは潜在的な内分泌かく乱物質である。しかし、歯科用樹脂におけるビス-GMAの使用による健康への悪影響は発見されていない。[ 6 ] [ 7 ]
エポキシ樹脂にはいくつかの種類があります。その一つは、重合反応（付加重合または縮合重合）によって製造されるエポキシ樹脂で、接着剤や複合材料用の熱硬化性ポリマーとして使用されます。[ 8 ] [ 9 ]そのため、1960年代以降は主に工業用床材として使用されてきました。しかし、2000年以降は、エポキシ樹脂とポリウレタン樹脂は、主に西ヨーロッパで内装にも使用されています。ポリウレタンは、合成樹脂のもう一つの種類です。[ 10 ]
ディスプレイ対象物をプレキシガラス／ルーサイト（ PMMA）に埋め込むための合成鋳造用「樹脂」は、メタクリル酸メチル液に重合触媒を添加して混合することで「硬化」（重合）させるものです。この重合によってPMMAプラスチック（「アクリルガラス」）のブロックが形成され、その中にディスプレイ対象物が透明なブロック内に保持されます。
同じ一般的なカテゴリーで呼ばれることもある別の合成ポリマーはアセタール樹脂です。しかし、他の合成樹脂とは対照的に、繰り返し単位が−[CH 2 O]− の単純な鎖状構造を持っています。イオン交換樹脂は、水の浄化や有機反応の触媒に使用されます。（ AT-10樹脂、メラミン樹脂も参照。）特定のイオン交換樹脂は、主に脂質低下剤として、胆汁酸吸着剤として医薬品にも使用されますが、コレステロールを下げる以外の目的で使用される場合もあります。溶媒含浸樹脂（SIR）は、多孔質マトリックス内に追加の液体抽出剤を含む多孔質樹脂粒子です。含まれている抽出剤は、樹脂粒子の容量を高めると考えられています。PVCの製造には、重合度の異なる「塩化ビニル樹脂」の製造が含まれます。[ 11 ]
シリコーン樹脂はシリコーンをベースとしたポリマーで、耐候性（耐久性）、誘電性、撥水性、熱安定性、化学的不活性など、さまざまな有用な特性を示します。[ 12 ]
ほとんどの合成樹脂は、通常はスチレンである反応性希釈剤中のポリエステルの溶液からなる粘性のある淡色の液体であるが、[ 13 ]ビニルトルエンやさまざまなアクリレートも含まれる場合がある。[ 14 ] [ 15 ]
不飽和ポリエステルは、複数のアルコール基またはヒドロキシ基を有するポリオール（多価アルコールとも呼ばれる）から形成される縮合重合体です。これらは不飽和二塩基酸、場合によっては飽和二塩基酸で処理されます。使用される典型的なポリオールは、エチレングリコール、プロピレングリコール、ジエチレングリコールなどのグリコール類です。典型的な酸は、フタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸、無水マレイン酸です。エステル化反応の縮合副生成物である水は、蒸留によって連続的に除去され、エステル化を促進します。不飽和ポリエステルは、一般的に、反応性希釈剤中の樹脂溶液として部品メーカーに販売されます。スチレンは最も一般的な希釈剤であり、業界標準です。希釈剤は、樹脂の粘度を制御するとともに、硬化反応に関与します。最初は液体の樹脂は、架橋によって固体に変換されます。架橋は、フリーラジカル開始剤によって誘発されます。不飽和結合は一般的にポリマー鎖に沿ってマレイン酸塩とフマル酸塩の形で存在します。マレイン酸塩/フマル酸塩は一般的にラジカル反応によって自己重合しませんが、スチレンとは容易に反応します。無水マレイン酸とスチレンは交互共重合体を形成することが知られており、実際、この現象の教科書的な例です。この相溶性は、カリフォルニア州のプロポジション65などの代替物質の取り組みが増加しているにもかかわらず、スチレンが業界標準の反応性希釈剤として市場で代替するのが非常に困難であった理由の1つです。最初のフリーラジカルは、フリーラジカルに容易に分解する化合物を添加することによって誘発されます。この化合物は業界では触媒[ 16 ]として知られていますが、開始剤という用語の方がより適切です。遷移金属塩は通常、連鎖成長架橋反応の触媒として添加され、業界ではこの種の添加剤は促進剤として知られています。促進剤は一般的に、ラジカル開始剤の結合解離エネルギーを低下させるものと理解されています。コバルト塩は最も一般的に使用されるタイプの促進剤です。一般的に使用されるラジカル開始剤は、過酸化ベンゾイルや過酸化メチルエチルケトンなどの有機過酸化物である。[ 17 ]
合成樹脂は熱硬化性樹脂であり、他の樹脂と同様に発熱反応によって硬化します。そのため、特に触媒が存在する場合、開始剤を過剰に使用すると、硬化中に炭化や発火を引き起こす可能性があります。また、触媒の過剰使用は、製品の破損やゴム状物質の形成を引き起こすこともあります。
不飽和ポリエステル（UPR）は、さまざまな産業関連市場で利用されていますが、一般的には、さまざまなタイプの複合材料のマトリックス材料として使用されます。ガラス繊維強化複合材料は、UPRが使用される最大のセグメントであり、SMC、BMC、プルトルージョン、現場硬化パイプ（ヨーロッパではリライニングとして知られています）、フィラメントワインディング、真空成形、スプレーアップ成形、樹脂トランスファー成形（RTM）によって加工できます。風力タービンブレードにもUPRが使用されています[ 18 ]。また、他にも多くのプロセスがあります。UPRは、非強化用途にも使用されており、一般的な例としては、ゲルコート、シャツボタン、鉱山ボルト、ボウリングボールのコア、ポリマーコンクリート、人工石/人造大理石などがあります[ 19 ]。
有機化学において、エステルはカルボン酸とアルコールの縮合生成物として生成され、縮合副生成物として水が生成される。エステルはアシルハライドとアルコールからも生成することができ、その場合、縮合副生成物はハロゲン化水素となる。
ポリエステルは、主鎖内にエステル官能基が繰り返されるポリマーの一種です。ポリエステルは、二官能性（またはそれ以上の次数）の酸またはアシルハライドが二官能性（またはそれ以上の次数）のアルコールと反応する段階成長ポリマーの典型的な例です。ポリエステルは、飽和樹脂と不飽和樹脂の両方として商業的に生産されています。最も一般的で生産量の多いポリエステルはポリエチレンテレフタレート（PET）で、これは飽和ポリエステルの例であり、衣料やカーペットの繊維、食品や液体容器（水やソーダのボトルなど）、フィルムなどの用途に利用されています。[ 20 ]
不飽和ポリエステル（UPR）の化学では、鎖に沿って不飽和部位が存在し、通常は無水マレイン酸の導入によって実現されますが、マレイン酸やフマル酸も使用されます。マレイン酸とフマル酸は異性体であり、マレイン酸はシス異性体、フマル酸はトランス異性体です。これら2つの分子のエステル形態は、それぞれマレイン酸塩とフマル酸塩です。UPRを硬化させる際、フマル酸塩はスチレンラジカルとより速やかに反応することが知られているため、マレイン酸塩をフマル酸塩に変換する合成プロセスでは、N,N-ジメチルアセトアセトアミド（DMAA）などの異性化触媒がよく使用されます。異性化は、反応時間と温度を上げることによっても促進されます。UPR業界では、樹脂の分類は一般的に第一級飽和酸に基づいています。例えば、主にテレフタル酸を含む樹脂はテレ樹脂、主に無水フタル酸を含む樹脂はオルト樹脂、主にイソフタル酸を含む樹脂はイソ樹脂として知られています。ジシクロペンタジエン（DCPD）も一般的なUPR原料であり、2つの異なる方法で組み込むことができます。1つのプロセスでは、DCPDをその場で分解してシクロペンタジエンを生成し、これをポリマー鎖に沿ってマレイン酸/フマル酸基とディールス・アルダー反応で反応させます。このタイプの樹脂はナディック樹脂として知られており、オルト樹脂と多くの類似した特性を持ち、DCPD原料のコストが非常に低いことから、「貧乏人のオルト樹脂」と呼ばれています。もう1つのプロセスでは、まず無水マレイン酸を水または別のアルコールで開環してマレイン酸を生成し、次にDCPDと反応させ、マレイン酸由来のアルコールがDCPDの二重結合の1つに反応します。この生成物は、UPR樹脂の末端をキャップするために使用され、末端基に不飽和結合を持つ生成物が得られる。このタイプの樹脂はDCPD樹脂と呼ばれる。
オルト樹脂は最も一般的なUPR（非弾性樹脂）であり、その多くは汎用樹脂として知られています。オルト樹脂を用いたFRP複合材は、ボートの船体、浴室用品、ボウリングボールの芯材などの用途に使用されています。
イソ樹脂は、イソフタル酸のコストが比較的高いことと、優れた特性を備えていることから、一般的にUPR製品の中でも高価格帯に位置します。イソ樹脂は、ゲルコート用途で使用される主要な樹脂です。ゲルコートは塗料に似ていますが、FRP成形前に金型に吹き付けられ、部品にコーティングを形成します。ゲルコート樹脂は、部品に余分な色を付けないように、または適切に染色できるように、色度を低く（ほぼ透明に）する必要があります。また、ゲルコートは紫外線による劣化や水による膨れに対しても強い耐性を持つ必要があります。
テレフタル酸樹脂は、高弾性率と高強度が求められるが、イソフタル酸樹脂のような低着色性が不要な場合によく使用されます。テレフタル酸は一般的にイソフタル酸よりも安価ですが、どちらもUPR製品と同様の強度特性を示します。テレフタル酸樹脂には、PET UPR樹脂と呼ばれる特殊なサブセットがあり、これは反応器内でPET樹脂を触媒分解してテレフタル酸とエチレングリコールの混合物を生成することによって製造されます。その後、無水マレイン酸とともに追加の酸とグリコールが添加され、新しいポリマーが生成されます。最終製品はテレフタル酸樹脂と機能的に同じですが、スクラップPETを安価に入手できるため、製造コストが低くなることがよくあります。グリコール変性PET（PET-G）を使用すると、PET-Gの製造に使用される特殊な材料により、樹脂に優れた特性が付与されます。テレフタル酸樹脂とPET-UPR樹脂は、現場硬化パイプを含む多くの用途で使用されています。[ 21 ]
合成樹脂には以下の利点があります。
合成樹脂には以下の欠点がある。
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