熱可塑性樹脂と熱硬化性樹脂の違い:構造・耐熱性・成形・リサイクルを比較
熱可塑性樹脂は、鎖状の分子が分子間力でまとまっているだけなので、加熱すると溶けて流れ、冷やすと固まり、何度でも成形し直せます。熱硬化性樹脂は、成形のときの硬化反応で分子どうしが共有結合でつながった3次元の網目になるので、一度固まると加熱しても溶けません。そのため、大量に作る容器・フィルム・部品やリサイクルのしやすさには熱可塑性樹脂、耐熱性・寸法安定性・電気絶縁性が要る基板・封止材・CFRPの母材には熱硬化性樹脂が向きます。日本の樹脂生産量の約9割は熱可塑性樹脂です。
| 項目 | 熱可塑性樹脂 | 熱硬化性樹脂 |
|---|---|---|
| 分子のつながり方 | 線状や枝分かれの鎖状の分子が、分子間力でまとまっている | 主剤と硬化剤などの反応で、分子どうしが共有結合で架橋した3次元の網目 |
| 加熱したとき | 軟化・溶融して流れ、冷やすと固まる。何度でも繰り返せる | 一度硬化すると溶けない。Tgを超えると弾性率が1〜2桁下がって軟らかくなり、さらに加熱すると溶ける前に分解する |
| 成形のしかた | 溶かした樹脂を型に入れ、冷やして固める。射出成形、押出し、ブロー成形など | 流れる状態の材料を型の中で硬化反応させる。射出成形では加熱筒を約100℃以下に保ち、170〜180℃前後に加熱した金型の中で硬化させる |
| 耐熱性を決めるもの | 非晶性の樹脂はTg、結晶性の樹脂は融点Tmで、使える温度の上限の目安になる。例えばPSのTgは約100℃ | 架橋の密度と硬化の程度。エポキシ樹脂のTgは、硬化剤と硬化の条件で100℃前後から200℃を超えるものまである |
| 溶剤に対して | 溶剤に溶けるものが多い。ポリスチレン、アクリル、ポリカーボネートなどの非晶性の樹脂は、結晶性の樹脂より溶剤に弱く、応力がかかった状態で溶剤に触れると割れる(ソルベントクラック)ことがある | 架橋しているので溶けず、膨潤するだけ |
| リサイクル | 加熱して成形し直せるので、マテリアルリサイクルしやすい。ペットボトルを繊維やシートにするなど | 溶かして成形し直せない。粉砕して充填材にするか、熱で回収するか、熱分解・化学分解で繊維などを取り出す |
| 日本の生産量(2024年、プラスチック循環利用協会の資料) | 樹脂生産量853万tのうち約91% | 約74万tで、約8.7% |
| 代表的な樹脂 | ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、ポリスチレン、PET、ポリカーボネート、ナイロン | エポキシ樹脂、フェノール樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、メラミン樹脂 |
| 主な用途 | 包装フィルム、レジ袋、容器、ペットボトル、文房具、家電や自動車の樹脂部品 | ガラスエポキシのプリント基板(FR-4)、半導体の封止材、接着剤、塗料、メラミンの食器、電気部品 |
| 炭素繊維の複合材料の母材として | CFRTP(母材に6ナイロンなど)。熱プレスで成形でき、破砕して再成形する研究が進んでいる | CFRPの母材の主流はエポキシ樹脂。リサイクルでは、樹脂を熱分解して炭素繊維だけを回収する方法が中心 |
数値は代表的な目安で、世代や製品によって異なります。