CR-39

2022.10.24
材料名CR-39
略記号CR-39
英語名CR-39, Columbia Resin #39
分類熱硬化性光学樹脂、アリルカーボネート系樹脂
基本構造ジエチレングリコールビスアリルカーボネート架橋構造
主な種類標準CR-39、高屈折改良品、染色対応品、ハードコート品
主な用途用途は後述の詳細な利用用途に整理する

CR-39はジエチレングリコールビスアリルカーボネートから製造されたポリマー。熱硬化性光学樹脂、アリルカーボネート系樹脂に分類される材料である。 眼鏡レンズ用透明樹脂として代表的材料である。

1940年に Colombia Chemical Division 社で光学材料として開発された。CR-39 という名前は、コロンビア・レジン・プロジェクトで39番目に開発されたことに由来する。現在では、PPG IndustriesによってCR-39は商標登録されている。

モノマー（ジエチレングリコールビスアリルカーボネート）を重合する事で、架橋したホモポリマーまたはコポリマーの共重合体系を生成する事が出来る。この化合物は二官能性化学中間体としても有用であり、二重結合はアリル分子に特徴的な反応を示す。

特徴

  • CR-39が一般的な名称で使用されている。
  • 眼鏡レンズ用透明樹脂として代表的である
  • 材料特性はグレード、添加剤、架橋、充填材、分子量により変化する
  • 耐薬品性は温度、濃度、接触時間、応力状態で変化する
  • メーカー物性表と実使用試験による確認が重要である
長所
  • 用途に応じた物性設計が可能である
  • 材料固有の耐熱性、耐薬品性、機械特性、柔軟性、透明性などを活用できる
  • 成形品、フィルム、シート、複合材料、コーティングなどに展開できる
  • 改質、共重合、充填材配合により性能を調整できる
短所
  • 耐薬品性、耐熱性、耐候性はグレードにより大きく異なる
  • 成形条件や硬化条件の管理が必要である
  • 応力、温度、薬品濃度により劣化挙動が変わる
  • 採用時にはメーカー資料と実使用試験で確認する必要がある
成形加工

CR-39の加工性は、熱可塑性、熱硬化性、ゴム、複合材料の分類により異なる。 熱可塑性材料では溶融成形、熱硬化性材料では加熱硬化、ゴムでは混練・加硫、複合材料では含浸・積層・硬化が基本となる。

加工方法適性主な製品例
射出成形○熱可塑性グレードの成形品、機構部品、筐体、精密部品
押出成形○フィルム、シート、チューブ、板材、丸棒
圧縮成形△〜○ゴム、熱硬化性樹脂、複合材料、切削素材
注型・含浸△〜○熱硬化性樹脂、光学樹脂、FRP、コーティング
切削加工○板材、丸棒、治具、精密部品
接着・塗装△表面処理、プライマー、専用接着剤が必要な場合がある

構造式

構造の基本は、ジエチレングリコールビスアリルカーボネート架橋構造である。 既存サイト内の構造部分と同じ考え方で、主鎖、側鎖、官能基、共重合成分、架橋構造、充填材の有無が、耐熱性、耐薬品性、機械特性、吸水性、透明性、電気特性に影響する。

種類

CR-39
名称CR-39
構成CR-39の用途別または改質グレードである
特徴CR-39の基本特性を用途に合わせて調整したタイプである
主な用途成形品、部品、フィルム、シート、複合材料、改質材など
特徴
  • 標準品に対して用途別に物性を調整した材料である
  • 耐熱性、耐薬品性、柔軟性、強度、成形性、外観性のいずれかを改善する
  • 採用時にはメーカーグレードごとの物性表を確認する必要がある
高屈折改良品
名称高屈折改良品
構成CR-39の用途別または改質グレードである
特徴CR-39の基本特性を用途に合わせて調整したタイプである
主な用途成形品、部品、フィルム、シート、複合材料、改質材など
特徴
  • 標準品に対して用途別に物性を調整した材料である
  • 耐熱性、耐薬品性、柔軟性、強度、成形性、外観性のいずれかを改善する
  • 採用時にはメーカーグレードごとの物性表を確認する必要がある
染色対応品
名称染色対応品
構成CR-39の用途別または改質グレードである
特徴CR-39の基本特性を用途に合わせて調整したタイプである
主な用途成形品、部品、フィルム、シート、複合材料、改質材など
特徴
  • 標準品に対して用途別に物性を調整した材料である
  • 耐熱性、耐薬品性、柔軟性、強度、成形性、外観性のいずれかを改善する
  • 採用時にはメーカーグレードごとの物性表を確認する必要がある
ハードコート品
名称ハードコート品
構成CR-39の用途別または改質グレードである
特徴CR-39の基本特性を用途に合わせて調整したタイプである
主な用途成形品、部品、フィルム、シート、複合材料、改質材など
特徴
  • 標準品に対して用途別に物性を調整した材料である
  • 耐熱性、耐薬品性、柔軟性、強度、成形性、外観性のいずれかを改善する
  • 採用時にはメーカーグレードごとの物性表を確認する必要がある

代表的な物性値又は機械的性質

性質単位標準グレード備考
密度g/cm³1.31 ～ 1.33無機ガラスより軽量である
屈折率–約1.49 ～ 1.50光学レンズ材料として標準的な値である
アッベ数–約58 ～ 59色収差が小さく、光学特性が良好である
光線透過率%約90 ～ 92透明性に優れる
引張強さMPa40 ～ 70硬質で寸法安定性が良い
曲げ強さMPa80 ～ 120レンズ、透明成形品に適する
曲げ弾性率GPa2.0 ～ 3.0剛性は一般的な透明プラスチックと同程度である
ロックウェル硬さMスケールM90 ～ M100表面硬度は比較的高いが、耐擦傷性はハードコートで補強することが多い
アイゾット衝撃強さ
ノッチ付き		kJ/m²1 ～ 3硬質であるが、衝撃性はポリカーボネートより低い
荷重たわみ温度℃80 ～ 100高温環境では変形に注意が必要である
ガラス転移温度℃約90 ～ 110硬化条件により変動する
線膨張係数×10-5/K6 ～ 8温度変化による寸法変化を考慮する必要がある
吸水率%0.1 ～ 0.3比較的低吸水である
体積固有抵抗Ω・cm1014 ～ 1016電気絶縁性は良好である
誘電率–約2.8 ～ 3.2透明絶縁材料として使用可能である

耐薬品性

CR-39の耐薬品性は、温度、濃度、接触時間、応力、分子量、架橋密度、添加剤、充填材により変化する。 下表は一般的な材料特性として、英語圏の材料データシートで示される傾向と日本企業の物性表で用いられる実用表現を合わせて整理した目安である。

薬品・溶剤耐性備考
水○〜△吸水、加水分解、白化、物性変化の有無を確認する
弱酸○〜△多くの場合で短期使用は可能だが、樹脂構造に依存する
強酸△〜×分解、膨潤、架橋劣化、加水分解に注意する
弱アルカリ○〜△材料により安定性が異なる
強アルカリ△〜×エステル、アミド、カーボネート、イミド系では注意が必要である
アルコール○〜△応力下ではクラックや膨潤に注意する
アセトン△〜×非晶性樹脂、極性樹脂、ゴムでは膨潤・溶解に注意する
MEK△〜×強溶媒となる材料が多い
トルエン△〜×芳香族溶剤に弱い材料では膨潤・溶解する
塩素系溶剤△〜×多くの樹脂で膨潤、溶解、クラックに注意する
油・燃料○〜△ゴム系、ポリオレフィン系、ポリアミド系で傾向が異なる

更に詳しくはプラスチックの耐薬品性一覧表を参照。

SP値（溶解度パラメータ）

CR-39のSP値は、約20〜22 MPa1/2が目安である。 ただし、ゴム、熱硬化性樹脂、結晶性樹脂、複合材料では、SP値が近くても直ちに溶解するとは限らない。 一次判断としてSP値を使い、実際には浸漬試験、重量変化、寸法変化、外観、機械強度変化で評価する必要がある。

項目SP値（δ）
MPa1/2		備考
CR-39（標準）20.5 ～ 21.5極性を有する熱硬化性透明樹脂であり、アルコール・エステル系溶剤に注意が必要である
ADC樹脂 ハードコート仕様20.5 ～ 21.5基材SP値は同等であるが、表面コートにより耐擦傷性および耐薬品性が向上する
ADC樹脂 光学グレード20.8 ～ 21.8高透明性を重視したグレードであり、ケトン系・芳香族溶剤に対して応力割れを生じやすい
ADC樹脂 高架橋仕様21.0 ～ 22.0架橋密度向上により耐溶剤性は改善するが、長時間接触では膨潤する場合がある
溶解性の目安
Δδ挙動
0〜2溶解しやすい
2〜5膨潤・軟化
5以上溶解しにくい
SP値から見た耐溶剤性
溶剤名SP値（δ）
MPa1/2		耐溶剤性評価備考
水47.9◎吸水は小さく、短期接触では安定である
メタノール29.7△長時間接触で白化や微小クラックが発生する場合がある
エタノール26.0△応力集中部でクラックが発生する場合がある
イソプロピルアルコール23.5△表面応力割れに注意が必要である
アセトン20.0×SP値が近く、著しい膨潤・クラックを生じやすい
メチルエチルケトン（MEK）19.3×短時間でも白化や割れが発生しやすい
酢酸エチル18.6×エステル系溶剤には特に注意が必要である
トルエン18.2×芳香族炭化水素により応力割れを生じやすい
キシレン18.0×長時間接触で膨潤・透明性低下が発生する
ベンゼン18.8×透明性劣化およびクラック発生の危険が高い
ヘキサン14.9○脂肪族炭化水素には比較的安定である
シクロヘキサン16.8○短期接触では比較的良好である
グリセリン36.0◎高極性溶媒に対しては比較的安定である
エチレングリコール32.9○高温長期接触では膨潤の可能性がある

◎：非常に良好　○：概ね良好　△：注意が必要　×：不適

耐溶剤性評価は、CR-39のSP値中央値（約21 MPa1/2）を基準として推定した参考値である。

特にアセトン、MEK、酢酸エチル、トルエンなどのSP値が近い溶剤は、短時間接触でも白化、膨潤、クラック、光学特性低下を生じやすいため注意が必要である。眼鏡レンズ用途では、アルコール系洗浄剤や有機溶剤系クリーナーによる応力割れにも注意が必要である。

実務上の注意
  • SP値は溶解性予測の入口であり、耐久性評価そのものではない
  • 架橋樹脂やゴムでは溶解ではなく膨潤として現れる場合が多い
  • 結晶性樹脂では温度上昇により急に膨潤・溶解しやすくなる場合がある
  • 応力下ではSP値差が大きい溶剤でもクラックが起こる場合がある

製法

ジエチレングリコールビスアリルカーボネートを過酸化物開始剤で重合・架橋する。基本反応：アリルカーボネートモノマー → 架橋CR-39。 実用材料では、重合後に安定剤、可塑剤、架橋剤、充填材、ガラス繊維、炭素繊維、難燃剤、顔料などを配合して、用途別の物性に調整する。

工程内容備考
基本反応ジエチレングリコールビスアリルカーボネートを過酸化物開始剤で重合・架橋する。基本反応：アリルカーボネートモノマー → 架橋CR-39代表的な合成・製造経路である
改質・共重合柔軟性、耐熱性、耐薬品性、透明性を調整する用途別グレード
コンパウンド充填材、安定剤、難燃剤、着色剤を配合する成形材料
成形・硬化熱可塑成形、加硫、架橋、注型、含浸、硬化を行う最終製品

詳細な利用用途

電気・電子用途
  • コネクタ
  • 絶縁部品
  • スイッチ部品
  • 筐体
  • 保護材
自動車・輸送用途
  • シール材
  • ホース
  • 内外装部品
  • 機構部品
  • 耐候部品
包装・フィルム用途
  • フィルム
  • シート
  • 容器
  • ラミネート材
  • シール層
工業・機械用途
  • ギア
  • 軸受
  • 治具
  • ライニング
  • 複合材料部品
光学・医療・特殊用途
  • レンズ
  • 医療部材
  • 透明部品
  • コーティング
  • 特殊機能材料

関連材料との比較

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代表的なメーカー

メーカー代表的な製品・商品名備考
PPG代表グレード・用途別材料供給グレードはメーカー資料で確認する
Mitsui Chemicals代表グレード・用途別材料供給グレードはメーカー資料で確認する
レンズメーカー代表グレード・用途別材料供給グレードはメーカー資料で確認する

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