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熱可塑性樹脂、または熱軟化性プラスチックとは、ある一定の高温で柔軟または成形可能になり、冷却すると固化するプラスチックポリマー材料のことである。 [ 1 ] [ 2 ]
ほとんどの熱可塑性樹脂は高分子量です。ポリマー鎖は分子間力によって結合しており、温度の上昇とともに急速に弱まり、粘性のある液体になります。この状態では、熱可塑性樹脂は再成形することができ、射出成形、圧縮成形、カレンダー加工、押出成形などのさまざまなポリマー加工技術によって部品を製造するために一般的に使用されます。[ 3 ] [ 4 ]熱可塑性樹脂は、硬化プロセス中に不可逆的な化学結合を形成する熱硬化性ポリマー（または「熱硬化性樹脂」）とは異なります。熱硬化性樹脂は加熱しても溶けませんが、通常は分解し、冷却しても再形成されません。
熱可塑性樹脂は、ガラス転移温度以上かつ融点以下では、相変化を伴わずに物性が劇的に変化します。一部の熱可塑性樹脂は、ガラス転移温度以下では完全に結晶化せず、非晶質特性の一部または全部を保持します。非晶質および半非晶質プラスチックは、波長よりも大きな結晶子によって光が強く散乱されるため、高い光学的透明度が必要な場合に使用されます。非晶質および半非晶質プラスチックは、結晶構造を持たないため、化学攻撃や環境応力による亀裂に対する耐性が低くなります。
可塑剤を添加することで脆性を低減できます。可塑剤は非晶質鎖セグメントの可動性を高め、ガラス転移温度を効果的に低下させます。共重合によるポリマーの改質、または重合前にモノマーに非反応性側鎖を付加することによっても、脆性を低減できます。これらの技術が用いられる以前は、プラスチック製の自動車部品は低温にさらされるとひび割れることがよくありました。これらは、加熱すると軟化し、冷却すると硬化するという性質を繰り返す、線状またはわずかに分岐した長鎖分子です。
今日のアクリル産業は、ポリアクリル酸（PAA）とそのエステル誘導体（PAc）市場とポリ（メタクリル酸メチル）（PMMA）市場の2つの明確に異なる数十億ドル規模の市場に分けられます。[ 5 ] PMMAは、Lucite、Perspex、Plexiglasなどの商標名でも知られています。水槽、ボタン、オートバイのヘルメットのバイザー、航空機の窓、潜水艇の観察窓、自動車の外部ライトのレンズなどのアイテムのガラスの丈夫な代替品として使用されています。文字やロゴなどの看板を作るのに広く使用されています。医療では、骨セメントや眼のレンズの代替として使用されています。アクリル塗料は、水中に懸濁したPMMA粒子で構成されています。
PMMAは、数十年にわたり世界中で生産される主要なメタクリル酸エステルです。PMMA市場の主要企業は、三菱レイヨン（日本）、アルケマ（フランス）、LG MMA（韓国）、奇美（台湾）、住本化学（日本）、エボニック・インダストリーズ（ドイツ）、BASF（ドイツ）、ダウ・ケミカル（米国）、アクゾノーベル（オランダ）、クイン・プラスチックス（英国）、サイテック・インダストリーズ（米国）です。PAAおよびPAc市場に関しては、日本触媒（日本）、アルケマ（フランス）、ダウ・ケミカル（米国）が主要メーカーです。
アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン（ABS）は、ポリブタジエンの存在下でスチレンとアクリロニトリルから合成される三元共重合体であり、ポリブタジエンの長鎖がポリ（スチレン-co-アクリロニトリル）の短鎖と交差した構造を持つ。ABSは軽量で、高い耐衝撃性と機械的靭性を示す。通常の取り扱いにおいては、人体への健康リスクは低い。玩具、家電製品、電話機など、多くの消費財に使用されている。
ナイロンはポリアミドと呼ばれるポリマーの一種です。パラシュート、ロープ、帆、防弾チョッキ、衣類などの製品において、主に麻、綿、絹の代替品として使用されてきました。ナイロン繊維は、布地、ロープ、カーペット、楽器の弦の製造に利用されています。バルク状のナイロンは、機械ねじ、歯車、電動工具の筐体などの機械部品に使用されます。さらに、耐熱複合材料の製造にも用いられています。
ポリ乳酸（ポリラクチド）は、トウモロコシデンプン（米国）、テンサイパルプ（ヨーロッパ）、タピオカの根、チップ、デンプン（主にアジア）、サトウキビなどの再生可能な資源から作られる、堆肥化可能な熱可塑性脂肪族ポリエステルです。溶融堆積モデリング技術を用いた3Dプリンティングで最も一般的に使用される材料です 。
ポリベンズイミダゾール（ポリ-[2,2'-(m-フェニレン)-5,5'-ビスベンズイミダゾール]、PBI）繊維は、非常に高い融点を持つ合成繊維です。優れた熱安定性と化学的安定性を持ち、容易には燃えません。この繊維は、高温下でも優れた安定性、剛性保持性、靭性を備えた新素材を追求するアメリカの高分子化学者カール・シップ・マーベルによって初めて発見されました。高い安定性から、ポリベンズイミダゾールは、消防士の装備、宇宙飛行士の宇宙服、高温保護手袋、溶接作業員の作業服、航空機の壁面生地など、高性能な保護服の製造に使用されています。近年では、燃料電池の膜としても応用されています。
ポリカーボネート（PC）熱可塑性樹脂は、Lexan、Makrolon、Makroclear、arcoPlusなどの商標で知られています。これらは加工、成形、熱成形が容易で、電子部品、建築材料、データストレージデバイス、自動車および航空機部品、義肢のチェックソケット、セキュリティガラスなど、多くの用途に使用されています。ポリカーボネートには固有の樹脂識別コードはありません。ポリカーボネート製の製品には、前駆体モノマーであるビスフェノールA（BPA）が含まれている場合があります。紫外線に弱く、露出すると黄変します。劣化は、保護コーティングが剥がれたり、適切な保護コーティングが施されていなかったりするヘッドランプで特に顕著です。
ポリエーテルスルホン（PES）またはポリスルホンは、熱、酸化、加水分解に対する高い安定性と、水性鉱酸、アルカリ、塩溶液、油、グリースに対する優れた耐性を備えた、特別に設計された熱可塑性樹脂の一種です[6]。
ポリオキシメチレン（POM）は、アセタール、ポリアセタール、ポリホルムアルデヒドとも呼ばれ、高い剛性、低い摩擦、優れた寸法安定性が求められる精密部品に使用されるエンジニアリング熱可塑性樹脂です。他の多くの合成ポリマーと同様に、異なる化学会社によってわずかに異なる配合で製造され、デルリン、セルコン、ラムタル、デュラコン、ケピタル、ホスタフォームなど、さまざまな名称で販売されています。
ポリエーテルエーテルケトン（PEEK）は、ポリアリールエーテルケトン（PEAK）ファミリーに属する無色の有機熱可塑性ポリマーで、エンジニアリング用途に用いられています。1980年代初頭に、ビクトレックス社（当時はインペリアル・ケミカル・インダストリーズ社）によって初めて開発されました。耐摩耗性に優れ、難燃性が低く、煙や有毒ガスの排出量が少ないなど、魅力的な特性を備えています。
ビスフェノールA、4,4'-メチレンジアニリン、および3-ニトロフタル酸無水物を用いた新規なニトロ置換反応によって製造されるポリエーテルイミド（PEI）は、高い熱変形温度、引張強度、および弾性率を有する。これらは一般的に、高性能電気・電子部品、電子レンジ、および自動車のエンジンルーム内部品に使用されている。
ポリエチレン（ポリエテン、ポリテン、ポリ、PE）は、密度と分子構造に基づいて分類される類似材料のファミリーです。エチレンの重合によって得られます。製造プロセスによって、低密度または高密度になります。湿気や特定の化学薬品に対して耐性があります。室温および低温で柔軟性があり、ヒートシールできます。安価なプラスチックであるため、さまざまな用途向けに大量生産されています。例えば、次のようになります。
2,6-キシレノールのフリーラジカル段階成長酸化カップリング重合によって得られるポリフェニレンオキシド（PPO）は、高い耐熱性、耐衝撃性、鉱酸や有機酸に対する化学的安定性、低吸水性など、多くの魅力的な特性を有しています。PPOは加工が難しいため、市販の樹脂（ノリル）は、加工温度を下げる目的で、PPOと高耐衝撃性ポリスチレン（HIPS）をブレンドして作られています。
ポリフェニレンスルフィド（PPS）は、パラジクロロベンゼンと硫化ナトリウムの縮合重合によって得られます。PPSは、優れた耐薬品性、電気特性、難燃性、低摩擦係数、マイクロ波に対する高い透過性を備えています。PPSは主にコーティング用途に使用されます。コーティングは、PPS粒子の水性スラリーを噴霧し、370 ℃以上の温度に加熱することによって行われます。特定のグレードのPPSは、300～370℃の温度で射出成形および圧縮成形に使用できます 。この温度では、PPS粒子が軟化し、明らかな架橋反応が起こります。射出成形および圧縮成形されたPPSの主な用途には、さまざまな腐食環境で使用される調理器具、ベアリング、ポンプ部品などがあります。
ポリプロピレン（PP）は、再利用可能なプラスチック製食品容器、電子レンジや食器洗い機対応のプラスチック容器、おむつライナー、生理用ナプキンライナーおよびケース、ロープ、カーペット、プラスチック成形品、配管システム、自動車用バッテリー、電線絶縁材、ガスや液体のフィルターなど、さまざまな製品に利用されています。医療分野では、ヘルニア治療や耐熱医療機器の製造に使用されています。ポリプロピレンシートは、文房具フォルダーや包装、透明な収納容器などに使用されています。ポリプロピレンは、リサイクル可能なプラスチック番号5で定義されています。比較的安定していますが、紫外線に弱く、直射日光に当たると著しく劣化する可能性があります。ポリプロピレンは、ポリエチレン（HDPE、LDPE）ほど耐衝撃性はありません。また、揮発性の高いガスや液体に対してもやや透過性があります。
ポリスチレンは、用途に応じてさまざまな形態で製造され、密度は中程度から非常に低いものまであります。押出ポリスチレン（PSまたはxPS、ピンクや青に着色されている場合もあります）は、使い捨てカトラリー、地面接触定格の硬質断熱フォームボード、CDやDVDケース、自動車やボートのプラスチックモデル、煙感知器の筐体などの製造に使用されます。発泡ポリスチレンフォーム（EPSまたは「発泡スチロール」、白色）は、断熱材や包装材、例えば発泡スチロール製の緩衝材や、壊れやすい製品の緩衝材として使用される成形フォームなどの製造に使用されます。ポリスチレン共重合体は、玩具や製品の筐体の製造に使用されます。
ポリ塩化ビニル（PVC）は、丈夫で軽量な素材で、耐久性があり、かなり硬く、汎用性が高く、酸や塩基にも耐性があります。PVCは、ビニールサイディング、排水管、雨どい、屋根材など、建設業界で使用されています。また、可塑剤を添加することで柔軟な形状に変換され、ホース、チューブ、電気絶縁材、コート、ジャケット、室内装飾品などにも利用されています。柔軟なPVCは、ウォーターベッドやプールのおもちゃなどの膨張式製品にも使用されています。PVCは、ビニール製のアクションフィギュア、特に日本などの国では、いわゆるソフビフィギュア（ソフトビニール玩具[ 7 ]）に広く使用されている一般的な素材でもあります。PVCは曲がりやすく、輸送中に曲がる傾向があるため、この変形を軽減する方法として、プラスチックを加熱して柔軟性を持たせ、その後、目的の形状に成形する方法があります。
PVCは、その化学的および物理的特性に影響を与えるために、さまざまな特殊な改質を施して製造されます。可塑化ポリ塩化ビニル（pPVC）では、成形前に原材料に可塑剤を添加して、より柔軟でしなやかな素材にします。当初、この素材の健康面および環境面については十分に理解されておらず、研究の結果、代替品の開発や製品の販売禁止が行われました。元の形態は、非可塑化ポリ塩化ビニル（uPVC）と呼ばれることが多く、水道、排水、下水管などの配管設備でより一般的に使用されているタイプです。
化学修飾は、特性に劇的な変化をもたらすことが多い。塩素化ポリ塩化ビニル（CPVC）は、PVCを、もともとPVCポリマーを構成するフリーラジカル塩素化反応に継続的にさらすことによって製造される。塩素化反応は、ほとんどの商業用途で総塩素含有量が56～74%の範囲に達するまで、ポリマーの炭化水素主鎖に塩素原子を追加し続ける。 [ 8 ]この元素塩素含有量の増加は、CPVCの塩素ベースの特性、例えば化学的耐久性、酸、塩基、塩に対する耐性、アンモニア系化合物、芳香族化合物、エステル、ケトンに対する感受性、[ 9 ]化学的安定性、熱エネルギー伝達抵抗の増加に寄与する。CPVCは、住宅、商業、産業用途の水、化学薬品、温水および冷水の供給システムに一般的に使用されている。
ポリフッ化ビニリデン（PVDF）は、熱可塑性樹脂のフッ素ポリマークラスに属し、高い化学的不活性と耐性で知られています。PVDFは、フッ化ビニリデンモノマーの重合によって得られます。PVDF熱可塑性樹脂は、エンジニアリング用途のシートやパイプ、溶剤に溶解して製品表面に塗布できる粉末やコーティングに加工されます。PVDFは、腐食性化学物質や高純度液体の配管として化学工業で広く使用されています。PVDF材料は、建設、輸送、化学プロセス、電力、バッテリー、廃水処理に使用されています。[ 10 ]
ポリテトラフルオロエチレン（PTFE）は、テトラフルオロエチレンの合成フッ素ポリマーであり、一般的にテフロンというブランド名で知られています。PTFEは疎水性であり、フッ素の高い電気陰性度によりフッ素系化合物はロンドン分散力が緩和されるため、水性液体が材料を濡らしません。この特性は、調理器具のコーティングにも使用されています。このポリマーは、あらゆる固体の中で最も摩擦係数が低いものの1つであり、そのためベアリングや可動機械部品の支持材として広く使用されています。
熱可塑性複合材料（TPC）は、炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維などで強化された熱可塑性ポリマーマトリックスからなる複合材料の一種です。不可逆的な硬化を起こす熱硬化性複合材料とは異なり、熱可塑性複合材料は複数回溶融して再成形できるため、リサイクルや修理が容易です。高い強度対重量比、耐衝撃性、加工性により、熱可塑性複合材料は航空宇宙、自動車、産業用途で広く使用されています。[ 11 ]
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