ポリウレタンの応用分野

米国エネルギー省のデータによると、家庭での暖房および冷房にかかるコストは、平均的なアメリカ家庭で使用されるエネルギーの約56％を占めています。化学構造の特性により、ポリウレタンは困難な課題の解決に適応可能であり、特殊な形状に成型することが可能で、産業製品および民生品を向上させることが可能です。

ポリウレタンは、ポリオール（分子あたり2つ以上の反応性水酸基を有するアルコール）とジイソシアネートまたはポリマー性イソシアネートを、適切な触媒および添加剤の存在下で反応させて形成されます。さまざまなジイソシアネートおよび広範囲のポリオールを使用してポリウレタンを製造できるため、特定の用途における必要条件を満たす幅広い材料を提供することが可能です。

ポリウレタンの種類:

✦ 柔軟なポリウレタンフォーム
柔らかいポリウレタンフォームは、ベッド類、家具、自動車内装、カーペットの下敷きおよび包装材を含む、さまざまな消費者用および商業用製品のクッション材として使用されています。柔らかいフォームはほぼあらゆる形状や硬さで製造することが可能です。軽量で耐久性があり、サポート性と快適性に優れています。柔らかいポリウレタンフォームは、北米のポリウレタン市場全体の約30パーセントを占めており、主にベッド類、家具および自動車業界で使用されています。

✦ 硬質ポリウレタンフォーム
硬質ポリウレタンおよびポリイソシアヌレート（ポリアイソ）フォームは、世界で最も人気があり、エネルギー効率が高く多用途な断熱材の一つです。これらのフォームはエネルギー費用を大幅に削減し、商業施設や住宅の省エネルギー化と快適性向上に寄与します。米国エネルギー省によると、一般的な米国の家庭におけるエネルギー使用の約56％は暖房および冷房に使われており、これが多くの家庭において最大のエネルギー支出となっています。住宅や商業施設において温度を均一に保ち、騒音レベルを低減するために、建設業者は硬質ポリウレタンおよびポリイソシアヌレートフォームを使用しています。これらのフォームは屋根や壁の断熱材、断熱窓、ドア、空気遮断用シーラントなど、さまざまな用途に有効な断熱材です。

✦ コーティング、接着剤、シーラントおよびエラストマー（CASE）
コーティング、接着剤、シーラントおよびエラストマー（CASE）市場におけるポリウレタンの用途は、幅広く、成長している応用範囲と利点を提供します。ポリウレタン系コーティングは製品の外観を向上させ、寿命を延ばすことができます。ポリウレタン系接着剤は強力な接合性能を発揮し、ポリウレタン系シーラントはより確実なシール性を提供します。ポリウレタンエラストマーはほぼすべての形状に成型可能で、金属よりも軽量であり、優れた耐応力回復性を備えており、多くの環境要因にも耐えることができます。

✦ 熱可塑性ポリウレタン（TPU）
熱可塑性ポリウレタン（TPU）は、さまざまな物理的特性の組み合わせと加工用途を備えています。高い弾力性と柔軟性があり、摩耗性、衝撃性および耐候性に優れています。TPUは着色が可能であり、多様な製法により製造することが可能です。これにより、製品全体の耐久性を高めることができます。TPUは完全に熱可塑性であるエラストマーです。あらゆる熱可塑性エラストマーと同様に、TPUは弾力性があり溶融加工が可能です。さらに、押出成形機、射出成形機、ブロー成形機および圧縮成形機などでも加工できます。真空成形や溶液コーティングにも適しており、幅広い製造方法に適応しています。TPUは多くの物理的特性の組み合わせを提供するため、建設業界、自動車業界、靴業界など数十種類の用途に適した非常に柔軟な素材です。

✦ 反応射出成形 (RIM)
自動車用バンパー、電気機器ハウジングパネル、コンピュータおよび通信機器のエンクロージャーなどは、反応射出成形（RIM）を用いてポリウレタンで製造される部品の一部です。デザインの自由度を高めるこのポリウレタンRIMプロセスは、一般的な射出成形プロセスでは製造が困難な部品 達成可能 例えば、厚肉・薄肉部品、内蔵部品の封入、発泡コア構造などを可能にします。高い強度と軽量性に加えて、ポリウレタンRIM部品は耐熱性、断熱性、寸法安定性、高い動的特性を示すことができます。自動車、建設、家電、家具、レジャーおよびスポーツ用品などの市場や用途において、RIM技術が利用されています。

✦ バインダー
ポリウレタンバインダーは、さまざまな種類の粒子や繊維を互いに接着するために使用されます。主な用途は、合板製造、ゴムまたはエラストマーフローリング材、および鋳造業界における砂型鋳造です。ポリウレタンバインダーがもっとも大量に使用されるのは、構造用集成材（OSB）の製造です。これらの木材パネルは、構造用被覆材や床材、住宅建材、ジョイストやビーム、および工場パネルに使われます。リボンドカーペット裏打ち材の製造では、ポリウレタンバインダーを使用して、柔軟性のあるポリウレタンフォームなどの端材を互いに接着しています。

✦ 水系ポリウレタン分散液 (PUDs)
水分散ポリウレタンディスパージョン（PUD）は、水を主な溶媒として使用するコーティング剤および接着剤です。揮発性有機化合物（VOC）や有害大気汚染物質（HAP）の排出量に関する連邦規制が強化されていることから、PUDは産業および商業分野での利用が広がっています。

ポリウレタンの用途：

✦ アパレル
科学者がポリウレタンを極細繊維に加工できる可能性を発見したとき、ナイロンと組み合わせて軽量で伸縮性のある衣料品が作られるようになりました。年月が経つにつれ、ポリウレタンは改良され、スパンデックス繊維、ポリウレタンコーティング剤、熱可塑性エラストマーへと発展してきました。今日のポリウレタン技術の進歩により、製造業者は人工皮革や合成皮革からなる幅広いポリウレタン製衣料品を、服飾用、スポーツウェア、さまざまなアクセサリー用途において生産することが可能になっています。

✦ 家電
ポリウレタンは、消費者が毎日使用する家庭用電化製品において重要な構成要素です。家庭用電化製品におけるポリウレタンの最も一般的な用途は、冷蔵庫および冷凍庫の断熱システムに使われる硬質発泡体です。硬質ポリウレタンフォームは、家庭用冷蔵庫や冷凍庫で必要とされるエネルギー効率基準を満たすために不可欠かつ費用対効果に優れた素材です。硬質ポリウレタンフォームの優れた断熱特性は、微細な閉鎖セル構造と熱伝導を抑えるセル内ガスとの組み合わせによるものです。

✦ 自動車
ポリウレタンは自動車全体に使用されています。シートのクッション材としてのフォームだけでなく、バンパー、インテリアの「ヘッドライン」天井部分、車体、スポイラー、ドアおよび窓などもすべてポリウレタンを使用しています。ポリウレタンにより、自動車メーカーは軽量化と燃費向上、快適性、耐腐食性、断熱性および吸音性を高めることで、ドライバーや乗客に大幅な「走行距離」を提供できるようになります。

✦ 建築
現代の住宅には、強度がありながらも軽量で、性能に優れながらも設置が容易であり、耐久性がある一方で多用途性を持つ、高性能素材が求められています。ポリウレタンは、優れた比強度、断熱性、耐久性および多用途性を備えており、建築・建設分野のさまざまな用途で頻繁に使用されています。また、自然資源の節約やエネルギー消費の削減による環境保全にも貢献しています。こうした汎用性の高い素材の手頃さと、住宅所有者に提供する快適性によって、ポリウレタン製品は世界中の住宅に不可欠な存在となっています。ポリウレタンは住宅のあらゆる場所で使われています。床材では、柔軟性のあるフォームパッドがカーペットにクッション性を提供します。屋根では、ポリウレタンフォーム上の反射性プラスチック被覆材により、日光と熱を跳ね返し、家の中を涼しく保つとともにエネルギー消費の削減に役立ちます。ポリウレタン建材は、新築住宅やリフォームプロジェクトにおいてデザインの自由度を高めます。フォームコアパネルは壁や屋根に多彩な色合いとデザインを提供し、フォームコア入りの玄関ドアやガレージドアも、さまざまな仕上げやスタイルから選ぶことができます。

✦ 複合木材
ポリウレタンは、コンパジット材木材などの現代素材において主要な役割を果たしています。ポリウレタン系の接着剤は、コンパジット材木材製品において、有機性材料を構造用単板積層材（OSB）、中密度繊維板（MDF）、長単板材、積層単板材、さらにはストロー板やパーティクルボードに永久的に接着するために使用されています。

✦ エレクトロニクス
しばしば『封止剤（ポッティング化合物）』と呼ばれる非発泡性ポリウレタンは、電気・電子産業において、圧力に敏感で壊れやすいマイクロ電子部品、水中ケーブル、プリント基板などを封入・密封・絶縁するために頻繁に使用されています。ポリウレタン製の封止剤は、開発者が物理的・熱的・電気的特性の多様な要件に対応できるよう特別に配合されています。これらは優れた誘電性および接着性を提供するとともに、優れた耐溶剤性・耐水性・耐極温性を備え、電子機器を保護することができます。

✦ 床
フォーム状の下地材としてもしくは表面のコーティングとしても、ポリウレタンは私たちが毎日歩く床をより耐久性に優れ、手入れが容易で、美観性の高いものにします。住宅や商業用途において、柔軟なポリウレタンフォームをカーペットの下地材として使用することで、カーペットの寿命を大幅に延ばすことができ、その見た目を保護し、快適さとサポート性を加え、周囲の騒音を低減することができます。ポリウレタンは木材や無垢材からセメントに至るまで、さまざまな床材のコーティングにも使われます。この保護仕上げは摩耗や溶剤に強く、清掃およびメンテナンスが簡単です。ポリウレタン仕上げにより、新しい木材や無垢材、セメントの床はより長持ちし、古くなった床も再加工することで新品同様の見た目になります。

✦ 家具
ポリウレタンは、主に柔軟性のあるフォームの形で、家具、寝具、カーペットの下地材などの家庭用インテリア製品で使用される最も一般的な素材の一つです。張り材付き家具のクッション材として使用される柔軟性ポリウレタンフォームは、家具をより耐久性があり快適かつサポート性の高いものにします。

✦ マリン
毎年何百万人ものアメリカ人がボート遊びを楽しんでいます。ボート人気の持続には、ポリウレタン素材が大きく貢献している、ボート技術の進歩も関係しています。ポリウレタンエポキシ樹脂は、水や天候、腐食および抵抗を増加させ、流体力学特性に影響を与え、耐久性を低下させる要素から船体を保護します。今日、柔軟なポリウレタンフォームのおかげで、ボート利用者は水上でも自宅同様の快適さを享受できます。さらに、硬質ポリウレタンフォームは、騒音や極端な温度変化から船体を断熱し、摩耗および裂けへの耐性を提供するだけでなく、最小限の重量追加で荷重能力を高めます。熱可塑性ポリウレタンもまた、マリン業界での使用に最適です。弾力性があり、丈夫で加工が容易なこの素材は、ワイヤーやケーブル被覆、エンジン用チュービング、駆動ベルト、油圧ホースやシール、さらには船体成形にも適しています。

✦ 医療
ポリウレタンはカテーテルや汎用チューブ、病院の寝具、手術用ドレープ、創傷被覆材、および各種射出成型医療機器など、いくつかの医療用途で一般的に使用されています。最も一般的な用途としては、短期インプラントがあります。医療用途においてポリウレタンを使用することで、より費用対効果が高くなり、耐久性と強度を向上させることも可能です。

✦ 梱包
ポリウレタン包装フォーム（PPF）は、輸送中に安全に固定しておく必要がある物品を独自かつ確実に保護できる、コスト効果に優れたフィット感のあるクッション材を提供します。PPFは電子機器や医療診断機器、繊細なガラス器具や大型の工業部品など、多くの種類の物品を安全に保護・輸送するために広く利用されています。さまざまな包装上の課題に対して柔軟なオンサイトソリューションとなるPPFは、各出荷ごとにジャストフィットのコンテナーを提供することで時間とコストを節約することが可能です。