合成樹脂

I

プロローグ

人工的につくられた高分子材料。通常は合成高分子の中でも合成繊維と合成ゴムをのぞいた、成形品やフィルム、接着剤などとして利用されるものをさす。一定の形状にしあげられる成形品としてつかわれる合成樹脂のことをプラスチックと慣用的によぶことが多い。

合成樹脂にはさまざまな種類があるが、その性質からポリエチレンやポリプロピレンなど熱可塑性樹脂と、フェノール樹脂やメラミン樹脂など熱硬化性樹脂に大きく分類できる。また使い方によって、安価で幅広い用途につかう汎用樹脂(はんようじゅし)と、高価だが耐熱性などにすぐれ、特定の用途にもちいるエンジニアリングプラスチックにわけることもできる。生産量からポリ塩化ビニル、ポリスチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンを4大プラスチックとよぶこともある。この4つはいずれも熱可塑性の汎用樹脂である。

合成樹脂の最大の特徴は成型のしやすさにある。プラスチックという言葉の語源はギリシャ語で可塑性をあらわすPlastosに由来するといわれる。製品になる前の樹脂はチップ(細片)、粉末、液体などの形で、これを射出成型、押出成型などの方法で思いどおりの形の製品にできる。大量生産にむいており、石油化学産業の発展で樹脂原料が大量・安価に供給できることとあいまって、第2次世界大戦後に合成樹脂製品が急速に普及した。木材など従来の素材より軽く丈夫で、カラフルな色がつけられるのも利点である。ポリバケツ、食品などを収納する密閉容器、ラップフィルムなど家庭内から、自動車の内装材やドーム球場の屋根材、ビニルハウス、使い捨て注射器など広い産業で利用されている。その半面、大量消費と使い捨てがゴミ処理の問題をひきおこしている。

II

開発の歴史

合成樹脂の先駆けをなすのは、ワタ(綿)や木材の繊維であるセルロースを元につくられた半合成樹脂のセルロイドで、1868年にアメリカのハイヤット兄弟によって発明された。アメリカの企業が賞金1万ドルをかけて、象牙製ビリヤード玉にかわる安価な人造新素材を募集、ハイヤット兄弟が賞金をねらって開発した。玩具(がんぐ)や文房具などに利用されたが、燃えやすいのが難点で、すぐれた合成樹脂が登場するとほとんど姿をけした。なお現在も卓球のボールやギターピックなどには使用されている。

1907年、アメリカのベークランドがフェノール樹脂の発明を特許出願、ベークライトの商品名で工業生産をはじめた。実質的にはこれが最初の合成樹脂といえる。主要な原料は石炭を乾留してできる石炭酸(フェノール)で、耐熱性や電気絶縁性(→ 絶縁体)にすぐれるため、電球のソケットやプラグ(→ コンセント)など電気製品向け材料として普及した。つづいて20年代になると、尿素樹脂が開発された。フェノール樹脂製品は着色性が悪く、黒か茶褐色であったのに対し、尿素樹脂は白く清潔なイメージがあり、食器類などに利用された。しかし尿素とホルマリン(→ ホルムアルデヒド)を反応させてつくったことから、製品を加熱するとホルマリンが微量にとけだすことがわかり、しだいに食器としては使用されなくなった。

1920～30年代に、高分子化学が新しい科学の分野として発展しはじめると、その理論的な裏付けをうけて、ポリ塩化ビニルや塩化ビニル、アクリル樹脂といった新しい合成樹脂が次々と誕生。戦後の石油化学工業の成長にともない、ポリエチレンやポリプロピレンなどさらに新しい樹脂が開発され普及する。→化学工業の「高分子化学工業の発展」：プラスチックの「歴史」

III

4大プラスチック

ポリエチレンは軽くやわらかで、ポリバケツや洗剤・シャンプーの容器、冷蔵庫用の密閉容器、ビールのコンテナなど、日常生活のさまざまな場面で利用されている。高温高圧下でつくる軟質の低密度ポリエチレンは、1939年にイギリスではじめて工業化された。53年にドイツの化学者であるカール・チーグラーが開発した触媒(チーグラー=ナッタ触媒)によって常温で合成可能な高密度ポリエチレンの生産が可能になり、生産量が飛躍的にのびるきっかけとなった。→ポリエチレンの「合成法の歴史」

ポリプロピレンは水より軽い素材で、浴用の桶(おけ)や洗面器、病院や学校の給食用食器としておなじみのほか、自動車のバンパー、梱包用(こんぽうよう)の紐(ひも)やロープとして使用されている。イタリアの化学者、ジュリオ・ナッタが1954年に合成に成功した。チーグラーとナッタは63年にノーベル化学賞を受賞している。

ポリ塩化ビニルは、1934年にドイツではじめて工業化された。薬品に強くさびないため、工場や水道の配管などに利用された。第2次世界大戦後に、ドイツの化学工場を見学した連合国の担当官が工場内で多数利用されていた塩ビ配管をみておどろいたといわれる。可塑剤(かそざい)という薬品をまぜることで硬度を自由にかえられるのが特徴。ビニル風呂敷(ふろしき)からレインコート、電線の被覆材(ひふくざい)、温室(ビニルハウス)用材料までさまざまな用途に使用されている。

ポリスチレンも1930年にドイツで工業化された。射出成型によってさまざまな形の製品がつくられ、ラジオのキャビネットなどに利用された。ただポリスチレン系の樹脂が家電製品のキャビネットなどとして広く普及するのは、54年にアメリカでポリスチレンをゴムと結合させ耐衝撃性をます改良に成功したABS樹脂が登場してからのことである。アクリロニトリル(→ ポリアクリロニトリル)、ブタジエン、スチレンの頭文字をとったこのABS樹脂は、丈夫で加工性が高いことから電気製品の部品に広く採用されている。

IV

そのほかの合成樹脂

「有機ガラス」などの別名があるアクリル樹脂は、1929年にドイツで工業化され、航空機の風防につかわれた。ガラスに匹敵する透明度と屈折率をそなえるため、光学用部品として活用され、小型カメラやCDプレーヤーのピックアップ(読み取り部)のレンズにつかわれている。

またCDの基板に使用されている透明な樹脂はポリカーボネートである。1958年に開発され耐熱性と耐衝撃性にすぐれた丈夫な樹脂で、積層すれば銃弾もくいとめることができることから防弾材料としても使用されている。

ポリウレタンは1937年にドイツで開発され、クッションや断熱材、寝具のマットに利用されている。