ポリウレタンの用途一覧

ポリウレタン製品には多くの用途があります。ポリウレタン製品の世界消費量の 4 分の 3 以上はフォームの形で、柔軟タイプと硬質タイプの市場規模はほぼ同等です。どちらの場合も、フォームは通常他の素材の後ろにあります。柔軟フォームは、商業用および家庭用家具の布張り生地の後ろにあります。硬質フォームは、ほとんどの冷蔵庫や冷凍庫の金属またはプラスチックの壁/シートの間、または建設分野の断熱パネルの場合は他の表面素材の間にあります。衣類での使用は増加しており、たとえばブラジャーのカップの裏地として使用されています。ポリウレタンは、ドア枠、柱、手すり子、窓ヘッダー、ペディメント、メダリオン、ロゼットなどのモールディングにも使用されます。

ポリウレタン配合物は、剛性、硬度、密度の非常に広い範囲をカバーします。^[1]これらの材料には以下が含まれます。

• 低密度の柔軟なフォームは、室内装飾品、寝具、自動車やトラックの座席、屋上や壁面庭園用の新しい無機植物基質などとして使用されます。
• 履物に使用される低密度エラストマー
• 電子機器のベゼルや構造部品として使用される硬質固体プラスチック
• ストラップやバンドとして使用される柔軟なプラスチック
• 農業、軍事、自動車、工業など、さまざまな市場向けの鋳造および射出成形部品。

ポリウレタンフォームは、高弾性フレキシブルフォームシート、硬質フォーム断熱パネル、マイクロセルフォームシールおよびガスケット、耐久性のあるエラストマーホイールおよびタイヤ、自動車サスペンションブッシング、電気ポッティングコンパウンド、シール、ガスケット、カーペット下敷き、硬質プラスチック部品（電子機器用など）に広く使用されています。

次の表は、12 年以上前にある国でポリウレタンがどのように使用されていたかの例を示しています (2004 年の米国データ)。

オープンセルの柔軟なポリウレタンフォームは、多くのキッチンやバスルームのスポンジに使用されています。低コスト、高柔軟性、高耐摩耗性、耐引裂性を兼ね備えたポリウレタンは、洗浄用途に最適な素材です。^[3] ポリウレタンスポンジは、特定の細菌の拡散リスクを軽減することが示されています。^[4]

硬質ポリウレタンフォームは、設備や配管の断熱材としてさまざまな業界で使用されています。特に、ヨーロッパの地域暖房システムの配管は、主に鋼製熱供給パイプ、断熱層（ポリウレタンフォーム）、ポリエチレン（PE）ケーシングで構成され、断熱材で結合された事前断熱パイプサンドイッチアセンブリを使用して断熱されています。硬質ポリウレタンフォームの主な利点の1つは、非常に低い熱伝導率（23mW/m⋅Kという低い値）を提供しながら、埋設パイプシステムが受ける負荷に耐える十分な構造強度を備えていることです。^{[5] [6]}

硬質ポリウレタンフォームの独立気泡構造により、PUR断熱材は吸水性が最小限に抑えられ、適切なカバーと組み合わせることで、細菌の増殖が懸念される用途に特に適しています。ポリウレタン断熱材は、表面温度が-196°Cから148°Cのパイプの断熱に適しています。^[7]

オープンセルのフレキシブルポリウレタンフォーム (FPF) は、ポリオール、ジイソシアネート、触媒、補助発泡剤、その他の添加剤を混合し、得られたフォームを自由に膨らませて作られます。ほとんどの FPF は連続処理技術を使用して製造されますが、比較的小さなフォームブロックを上部が開いた型、ボックス、またはその他の適切な容器で製造するバッチ生産も可能です。フォームはその後、さまざまな家具や調度品の用途に使用するために、希望の形状とサイズにカットされます。

柔軟なポリウレタンフォームの用途には、布張りの 家具クッション、自動車のシートクッションや内装トリム、カーペットクッション、マットレスの詰め物、ソリッドコアマットレスコアなどがあります。

軟質ポリウレタンフォームはリサイクル可能な製品である。 ^[8]

軟質および半軟質ポリウレタンフォームは、自動車の内装部品、シート、ヘッドレスト、アームレスト、ルーフライナー、ダッシュボード、計器パネルなどに広く使用されています。

ポリウレタンは、自動車のシートの製造に驚くほど多用されています。シート製造業者は、シート モデルごとに金型を持っています。金型は閉じられる「クラムシェル」のような構造で、これにより、いわゆる成形フレキシブル フォームと呼ばれるシート クッションを素早く成形できます。このシート クッションは、金型から取り出された後に布張りされます。

これら 2 つのステップ、いわゆるインサイチュー、フォームインファブリック、または直接成形を組み合わせることが可能です。完全に組み立てられたシートカバーを金型に入れ、金型の小さな穴から吸引された真空によって所定の位置に保持します。真空をより効果的に機能させるために、ファブリックの裏に薄い柔軟なプラスチックフィルムを使用する場合もあります。金属製のシートフレームを金型に入れ、金型を閉じます。この時点で、金型には「中空シート」と見なせるもの、つまり真空によって正しい位置に保持され、金属フレームが配置された空間を含むシートファブリックが含まれています。

ポリウレタン化学薬品は、ミキシング ヘッドによって金型のキャビティに注入されます。次に、化学薬品混合物が発泡して金型を満たし、安定した柔らかいフォームが形成されるまで、金型はあらかじめ設定された反応温度に保持されます。所要時間は、シートのサイズ、正確な配合、および動作条件によって異なりますが、2 ～ 3 分です。その後、通常は金型を少し開いて 1 ～ 2 分間硬化時間を追加し、その後、完全に布張りされたシートを取り外します。

米国フロリダ州の未来的なザナドゥ ハウスの壁と天井 (断熱材だけでなく) は、ポリウレタン フォームで作られています。ドーム型の天井やその他の奇妙な形状は、木材よりもフォームで作る方が簡単です。フォームは、アイランズオブアドベンチャー (米国) テーマ パークのスース ランディング セクションで奇妙な形の建物、彫像、装飾品を作るのに使用されました。硬質フォーム製造業者は、彫刻看板や 3D 地形業界で木材の代わりになるフォームを販売しています。PU フォームは、多くの住宅で断熱材としても使用されています。

ポリウレタン樹脂は、美観を重視する床材として使用されています。継ぎ目がなく耐水性があるため、特に西ヨーロッパでは（モダンな）インテリアへの使用が注目されています。ポリウレタンは、漏れのあるタンクエリアの防水にも使用されます。^[9]

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  住宅建設において断熱材として使用されているポリウレタン（黄色の層）。
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  壁断熱材としてのポリウレタンフォーム
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  ポリウレタンフォームの壁と天井を備えたザナドゥハウス
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  フィラデルフィア近郊のレストランで梁の空洞断熱材として使用されているポリウレタンフォーム。直射日光が当たらない場所にあるため、接合界面で収縮が見られます。
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  燃焼テスト。上部の未処理ポリウレタンフォームは激しく燃えます。下部は難燃剤付きです。

2 つの二成分液体(そのうちの 1 つはポリウレタン (T6 または 16)) を混合して空気を加えると、空間を満たす硬いエアロソリッドに膨張します。

承認されたポリウレタン シーラント (フォームとは異なります) は、1 部、2 部、3 部システムで、カートリッジ、バケツ、ドラムで入手できます。ポリウレタン シーラント ( EZ-Polyなど) は、隙間を埋めて空気や水の漏れを防ぐために使用されます。また、ロックウールやセラミック ファイバーなどの無機断熱材と組み合わせて、防火材として使用することもできます。防火材は、煙やホースの水流の通過を阻止できます。ブラウンズ フェリー原子力発電所では、防火材として可燃性のポリウレタン フォームを使用していましたが、これが誤って発火し、大火災が発生しました。

ポリウレタンフォームは海洋分野では多くの用途で広く使用されています。^[10]

一部のラフト製造業者は、インフレータブル ボートの製造にウレタンを使用しています。AIRE は PVC シェル内の空気保持ブラダーとしてウレタン膜材料を使用し、SOTAR は一部のボートのコーティングとしてウレタン膜材料を使用しています。Maravia は、空気保持力を高め、耐摩耗性を高めるために、PVC 上にスプレー コーティングされた液体ウレタン材料を使用しています。

サーフボードの中には、硬質ポリウレタン コアで作られているものもあります。硬質フォーム ブランクを成型し、仕様に合わせて形を整えてから、グラスファイバー布とポリエステル樹脂で覆います。

ボートの船体の中には、グラスファイバーのスキンの間に硬質ポリウレタンフォームの芯材を挟んだものがあります。フォームは強度、浮力、防音効果をもたらします。

米国海軍やパキスタンの漁船など、一部の船のデッキでは、絶え間ない湿気や厳しい海洋環境から保護するために、特殊なポリウレタン シーラントを使用しています。たとえば、Durabak-M26 では、カスタムの単一成分ポリウレタンを使用して、不要な領域への水の浸入を防止しています。

一部の水タンクは、水温を長期間維持するためにポリウレタン化学物質（ポリオールとイソシアネート）で断熱されています。

ポリウレタンは、ヨネックス スーパー グリップ、ウィルソン プロ オーバーグリップなど、数多くのテニス オーバーグリップの製造に使用されています。これらのグリップは伸縮性に優れており、ラケットのハンドルにグリップがきちんと巻き付くようになっています。

ポリウレタンは、一般的にステンレススチールであるメイン素材の上に時計のブレスレットを黒く包むために使用されます。快適性、スタイル、耐久性のために使用されます。

ポリエステル織物に薄いポリウレタン仕上げのフィルムを追加してポリウレタンラミネート（PUL）を作り、その防水性と防風性からアウターウェア、おむつ、シャワーカーテンなどに使用されています。PUは、競泳選手の浮力を高めるために最先端の水着に使用されています。浮力により水泳のパフォーマンスが向上するため、制限があります。^{[引用が必要]}

繊維におけるポリウレタンのさらに一般的な用途は、スパンデックスの形での使用です。これはエラスタンまたはデュポンのブランド名ライクラとしても知られています。スパンデックスの形のポリウレタン繊維は、最大600％伸びても元の形に戻ります。スパンデックスは、綿、ナイロン、ポリエステルなどの他の繊維と紡がれ、スポーツやファッションの衣類に欠かせない伸縮性のある繊維を作り出します。^[11]

ポリウレタン材料は、木材を保護または密封するための仕上げコート用の塗料やワニスとして一般的に配合されています。この用途により、硬くて耐摩耗性があり、耐久性のあるコーティングが生まれます。これは堅木張りの床に人気がありますが、家具やその他の細かい部分の仕上げには難しい、または不適切であると考える人もいます。油やシェラックのワニスに比べて、ポリウレタンワニスはより硬いフィルムを形成し、熱や衝撃を受けると剥離し、フィルムが割れて白い斑点が残ります。この傾向は、松などの柔らかい木材に塗布するとさらに強くなります。これは、ポリウレタンが木材に浸透しにくいことも一因です。この問題を克服するために、特定の油ワニス、指定された「脱蝋」シェラック、透明浸透エポキシ、またはこの目的のために設計された「油変性」ポリウレタンの使用など、さまざまな下塗り技術が採用されています。ポリウレタンワニスには、亜麻仁油や桐油などの乾性油の「手でこすった」ような光沢がない場合もあります。しかし、対照的に、この塗料ははるかに速く、より厚い膜を「形成」することができ、オイルを何度も塗布する必要があるものを 2 回の塗布で実現できます。ポリウレタンは、オイル仕上げの上に塗布することもできますが、オイルの硬化時間が比較的遅いこと、硬化時に揮発性の副産物が存在すること、およびオイルを酸素に長時間さらす必要があることなどから、オイルがポリウレタンを受け入れるのに十分に硬化するように注意する必要があります。

乾性油やアルキド樹脂は溶剤の蒸発後、空気中の酸素と反応して硬化しますが、ポリウレタン コーティングは溶剤の蒸発後、元の混合物内のさまざまな化学物質の反応、または空気中の水分との反応によって硬化します。一部の製品は「ハイブリッド」で、親コンポーネントのさまざまな側面を組み合わせています。「油変性」ポリウレタンは、水性でも溶剤性でも、現在最も広く使用されている木製床仕上げ剤です。

ポリウレタン ワニスを屋外で使用すると、紫外線(UV)にさらされると劣化しやすいため、問題が生じる可能性があります。透明または半透明のワニス、およびすべてのフィルムポリマーコーティング (ペイント、ステイン、エポキシ、合成プラスチックなど) は、程度の差はあれ、この損傷を受けます。ペイントやステインの顔料は UV による損傷から保護しますが、ポリウレタンやその他のワニス (特に「スパー」ワニス) には UV 吸収剤が添加され、UV による損傷に対抗します。ポリウレタンは、通常、水への曝露、高湿度、極端な温度、およびカビや白カビに対して最も耐性があり、これらもワニスやペイントの性能に悪影響を及ぼします。

ポリウレタンは、ソリッドタイヤやホイールの製造にも使用されています。工業用途には、フォークリフトの駆動輪や積荷輪、食料品や産業用カート、^[12]、ジェットコースターの車輪などがあります。現代のローラーブレードやスケートボードは、丈夫で耐摩耗性のあるポリウレタン部品の導入によって初めて経済的になり、1960年代の無名な流行であったものが再び人気を博すきっかけとなりました。ポリウレタンホイールの耐久性により、スケートボードで行われるトリックやスタントの範囲が大幅に広がりました。ポリウレタンは、手押し車、ハンドトラック、芝刈り機、カートなどの芝生や園芸業界の小型機器のタイヤにも使用されています。空気入りタイヤのような弾力性と感触があり、パンクしないという利点もあります。全体がソリッドポリウレタンであるにもかかわらず、重量は空気入りタイヤとほぼ同じです。空気入りタイヤ用に他の構造が開発されており、マイクロセルラーフォームの変種が車椅子、自転車、その他の用途のタイヤに広く使用されています。後者のフォームタイプは、車のステアリングホイールや、バンパーやフェンダーなどの自動車の内装および外装部品にも広く使用されています。

過去 20 年間、自動車業界ではポリウレタンの使用が増加しています。ポリウレタンは、塩分や化学薬品の破片が大量に混入しやすい路面では機能しなくなったり摩耗したりすることが知られている従来のゴム製ブッシングの代わりとして使用されています。

ポリウレタンブッシングを使用すると、キャスター、キャンバー、トーの正しい位置合わせを維持し、全体的な制御とハンドリングを向上させるなど、多くの利点があります。また、寿命が延び、摩耗に対する耐性が向上し、油や同様の道路汚染物質の浸透性が低下します。 ^[13]

ポリウレタン（PU）は、市販されている様々な自動車（乗用車、トラック、SUV）向けの最高品質の空力部品/ボディキット（ボディキット）の製造に広く使用されています。これらの部品には、バンパー、サイドスカート、ロールパン、ワイパーカウルが含まれます。ポリウレタンは、衝撃で簡単に壊れる従来のグラスファイバー（FRP）とは異なり、耐久性のある部品の製造を可能にします。ポリウレタンは非常に柔軟であるため、損傷に強いです。耐久性を含め、評判の良いメーカーが製造したこれらのボディキットは、欠陥が少なく、取り付けやメンテナンスが簡単で、手頃な価格です。^[14]

グラスファイバー製のボディキットに通常の摩耗によるひび割れや欠けが見られるようになったら、良質なポリウレタン製部品は工場で取り付けられたバンパーと同等の耐久性があります。前述のように、評判の良いメーカーが製造した場合、ピンホールや鋳造の欠陥が少なくなる傾向があります。ポリウレタンは柔軟性があるため、作業が簡単です。取り付けは「DIY」プロジェクトとして個別に完了できます。メンテナンスは非常に簡単です。価格については、メーカーによって異なりますが、手頃な価格の範囲に抑えられています。ポリウレタン製ボディキットは、聞こえは良いですが、欠点もあります。グラスファイバーまたはカーボンファイバー製の部品は、ほとんどのポリウレタンキットよりも軽量です。ポリウレタンは柔軟性がありますが、道路での使用に十分な剛性を維持するには、より多くの材料と厚さが必要になることがよくあります。高性能な車両でスピードを求めるドライバーにとって、^[15]これは問題になる可能性があります。また、グラスファイバーとは異なり、ポリウレタンはパッチを当てたり修理したりすることはできません。損傷しにくいですが、損傷が発生した場合は、部品全体を取り外して交換する必要があります。^[14] ポリウレタンキットを購入する際にはさまざまな選択肢があります。

多くの場合、電子回路部品や配線はポリウレタンで包むことで環境の影響や機械的衝撃から保護されます。通常、ポリウレタンは優れた耐摩耗性、良好な電気特性、優れた接着性、衝撃強度、低温柔軟性のために選択されます。ポリウレタンの欠点は、使用上限温度が限られていることです (通常 250 °F (121 °C))。

電子回路基板製造では、2 成分ウレタン (樹脂と触媒) を使用し、これを混合して回路アセンブリに注ぎます (樹脂ディスペンシングを参照)。ほとんどの場合、ウレタンが硬化すると、完成した回路基板は修復できなくなります。ポリウレタン カプセル化 (ポッティング) は、その物理的特性と低コストのため、自動車製造部門で自動車回路やセンサーに使用される一般的なオプションです。

ポリウレタンは接着剤、特に木工用接着剤として使用できます。従来の木工用接着剤に比べてポリウレタンが優れている主な点は、耐水性です。1990年代にゴリラグルーやエクセルとして北米市場に導入されましたが、ヨーロッパではそれよりずっと前から販売されていました。ポリウレタンは、コーキングチューブ形式の建築用接着剤のベースになっています。^[16]

製本業者向けの新しい、より優れた接着剤の開発の過程で、1985 年に初めて新しい接着剤システムが導入されました。このシステムのベースはポリエーテルまたはポリエステルですが、プレポリマーとしてポリウレタン (PUR) が使用されています。その特別な特徴は、室温で凝固し、湿気に強いことです。^{[引用が必要]}

初代（1988年）

• 始動時の堅牢性が低い
• 高粘度
• 硬化時間 >3日

第2世代（1996年）

• 始動時の堅牢性が低い
• 高粘度
• 硬化時間 <3日

第3世代（2000年）

• 良好な始動安定性
• 低粘度
• 硬化時間は6～16時間

第4世代（現在）

• 良好な始動安定性
• 非常に低い粘度
• デュアルコアシステムにより数秒以内に治癒に到達

製本業界におけるポリウレタン接着剤の利点:

• PUR は、ほとんどの用途でホットメルト接着剤やコールド接着剤よりも優れています。接着剤に水分が含まれていないため、紙の方向が逆の紙でも問題なく接着できます。印刷された紙やスーパーカレンダー加工された紙でも問題なく綴じることができます。これは最も経済的な接着剤で、理論上の塗布厚さは 0.01 mm です。ただし、実際の使用では、0.03 mm 未満に塗布することは実用的ではありません。
• PUR接着剤は耐候性があり、-40℃（-40℉）から100℃（212℉）の温度範囲で安定しています。^[17]

熱硬化性ポリウレタンは、摩耗に対する保護コーティングとしても使用されます。鋼鉄などの材料にポリウレタンをキャストすると、粒子の衝撃をより効率的に吸収します。ポリウレタンは、コーティングされていない鋼鉄が 8 年未満で侵食されるような摩耗環境でも 25 年以上持続することが実証されています。ポリウレタンは、次のような業界で使用されています。

• 鉱業および鉱物処理
• 集計
• 交通機関
• コンクリート
• 紙加工
• 力
• インフレータブルボート製造

ポリウレタンは、コンクリート建設業界でフォームライナーを作成するためにも使用されます。ポリウレタンフォームライナーはコンクリートの型として機能し、さまざまなテクスチャとアートを作成します。

ポリウレタンは、潜水艦発射型ポラリスミサイルの固体燃料として過塩素酸アンモニウムとともに使用されている。^[18]

ポリウレタン尿素エラストマーは、兵士のヘルメット、フェイスシールド、防弾チョッキの素材としての可能性について、米国陸軍研究所とマサチューセッツ工科大学の研究者によって研究されてきた。 ^[19]

シート状および薄片状の半開放セル親水性ポリウレタンフォームは、屋上庭園や垂直緑化壁面への応用が見出されており、現在市販製品が市場に出回っています。^[20]半開放セルポリウレタンフォーム基材は、土壌基材に比べて密度がはるかに低く、保水能力がはるかに高いです。半開放セル構造は、垂直壁面庭園に必要な植物の根の付着を容易にします。重量が軽減されると建物/壁の支持構造の必要性が減り、保水能力が増加すると植物への散水の必要性が減ります。

クローズドセルポリマーは、1989年以来、コンクリートの道路や橋のアプローチを持ち上げ、支えるために使用されてきました。もともとヨーロッパで開発され、Uretekによって特許を取得したこのコンクリートの水平出し方法は、現在、住宅、商業、自治体の用途で広く使用されています。一般的な用途には、沈下した歩道、車道、パティオ、ガレージの床の修復などがあります。^[21]米国では、スラブジャッキングと呼ばれることもあります。Foam Supplies Incorporatedは、環境に優しいFoamJack™システムを開発しました。

独立気泡ポリウレタンフォームは、コンクリートのような高密度や圧縮強度が必要ない場合の埋め戻し材として使用できます。^[22]コンクリートよりもかなり軽量であることに加え、独立気泡構造のため、支持構造物への水分の移行を防ぎ、腐敗や腐食のリスクを軽減できます。^[23]

環境要因、自然消耗、気象条件はすべてコンクリート防波堤に損傷を引き起こす可能性があります。これらの問題により、時間の経過とともに構造が侵食され、さらに損傷を受けやすくなります。従来、修復にはコンクリートを使用した徹底的なプロセスが必要でしたが、ジオフォームは軽量で長持ちする物質であり、損傷した防波堤の修復にますます人気が高まっています。