発泡ポリスチレン

項目	内容
材料名	発泡ポリスチレン
略記号	EPS、PSフォーム、発泡PS
IUPAC	Poly(1-phenylethene) を主成分とする発泡体
英語名	Expanded Polystyrene、Foamed Polystyrene、Polystyrene Foam
日本語名	発泡ポリスチレン、ビーズ法発泡ポリスチレン、発泡スチロール
分類	発泡プラスチック、熱可塑性樹脂発泡体
プラスチック分類	プラスチック、汎用プラスチック
化学式または代表構造	[-CH₂-CH(C₆H₅)-]_n を主骨格とするポリスチレン発泡体
CAS No.	9003-53-6（ポリスチレン）
構造・主成分	ポリスチレン樹脂を主成分とし、内部に多数の独立気泡を有する軽量発泡体である。
主な用途	緩衝包装材、魚箱、食品容器、断熱材、建築用断熱材、模型材、浮力材など

概要

発泡ポリスチレンは、ポリスチレンを発泡させた軽量材料であり、一般に発泡スチロールとも呼ばれる。樹脂部分はポリスチレンであるが、実際の材料体積の大部分は空気で構成されるため、非常に低い密度、良好な断熱性、優れた緩衝性を示す。

狭義には、予備発泡したポリスチレンビーズを金型内で加熱融着させるビーズ法発泡ポリスチレンを指すことが多い。一方、押出成形により連続的に発泡板を製造するものは、一般に押出発泡ポリスチレンと呼ばれる。両者は同じポリスチレン系発泡体であるが、気泡構造、吸水性、圧縮強さ、寸法安定性、用途が異なる。

発泡ポリスチレンは、包装材、保冷箱、建築断熱材などで広く用いられるが、耐熱性、耐溶剤性、耐衝撃性、耐候性には制限がある。実使用では、グレード、発泡倍率、密度、温度、荷重、応力、接触薬品、使用時間を確認する必要がある。

特徴

項目	内容
長所	非常に軽量で、断熱性、緩衝性、成形性、切削加工性、コストバランスに優れる。
短所	耐熱性が低く、芳香族炭化水素、ケトン、エステル、塩素系溶剤に弱い。燃焼しやすく、屋外長期使用では劣化に注意が必要である。
外観	白色の軽量発泡体が一般的である。グレードにより灰色、黒色、着色品もある。
耐熱性	一般に高温には弱く、連続使用温度はおおむね60〜75℃程度が目安である。荷重下ではさらに低温でも変形する場合がある。
耐薬品性	水、希酸、希アルカリ、低級アルコールには比較的安定であるが、有機溶剤、とくにトルエン、キシレン、アセトン、酢酸エチル、塩素系溶剤には不適である。
加工性	金型成形、熱線切断、切削加工、接着加工が可能である。熱変形しやすいため、加工温度と荷重管理が重要である。
分類上の注意	発泡ポリスチレンは材料名としてはポリスチレン系発泡体であり、EPS、XPS、PSPなどを含めて使われる場合がある。用途や物性比較では製法による区別が必要である。

構造式

発泡ポリスチレンの樹脂骨格は、ポリスチレンと同じスチレンの付加重合体である。代表的な構造単位は以下のように表される。

項目	内容
代表的な構造単位	[-CH₂-CH(C₆H₅)-]_n
モノマー	スチレン：C₆H₅CH=CH₂
主成分	ポリスチレン樹脂および気泡内の空気を主体とする。
発泡構造	多数の独立気泡を有する。ビーズ法では発泡ビーズ同士が融着した粒状構造を示す。
共重合体・変性グレード	耐衝撃性を改善したポリスチレン系樹脂、難燃剤添加品、帯電防止品、黒鉛添加断熱グレードなどがある。

基本反応式は以下のように表される。

n C₆H₅CH=CH₂ → [-CH₂-CH(C₆H₅)-]_n

種類

種類の名称	主成分または特徴	長所	短所	主な用途
EPS	ビーズ法発泡ポリスチレン。予備発泡ビーズを金型内で融着成形する。	軽量、緩衝性、成形自由度、量産性に優れる。	吸水経路ができやすく、表面強度や耐溶剤性に制限がある。	包装材、魚箱、食品容器、緩衝材、断熱材
XPS	押出発泡ポリスチレン。押出機で連続発泡させる板状発泡体。	断熱性、圧縮強さ、吸水しにくさに優れる。	形状自由度はEPSより低く、厚物成形や複雑形状には制限がある。	建築断熱材、土木用断熱材、冷凍冷蔵設備
PSP	ポリスチレンペーパー。薄い発泡シートを熱成形して用いる。	軽量で成形しやすく、食品容器用途に適する。	耐熱性、耐油性、耐溶剤性に制限がある。	トレー、食品容器、簡易包装材
難燃EPS	難燃剤を配合したEPSグレード。	一般EPSより燃焼抑制性を付与できる。	完全な不燃材料ではなく、使用環境と規格確認が必要である。	建築断熱材、設備断熱材、保温材
黒鉛添加EPS	黒鉛などの赤外線吸収・反射成分を含む断熱グレード。	通常EPSより低い熱伝導率を得やすい。	色調が灰色から黒色となり、直射日光下の温度上昇に注意が必要である。	高断熱建材、保冷・保温用途
帯電防止EPS	帯電防止剤や導電性成分を配合したグレード。	静電気によるほこり付着や電子部品への影響を低減しやすい。	湿度、表面状態、経時で帯電防止性能が変化する場合がある。	電子部品包装、精密機器緩衝材

成形加工

加工方法	適性	内容
射出成形	△	樹脂としてのポリスチレンは射出成形可能であるが、発泡ポリスチレン成形体そのものの加工法としては一般的ではない。
ビーズ発泡成形	◎	EPSの代表的な加工方法である。予備発泡、熟成、金型内蒸気加熱、冷却により成形する。
押出発泡成形	◎	XPSやPSPの代表的な加工方法である。押出機内で発泡剤を混合し、ダイから押し出して発泡させる。
ブロー成形	×	発泡ポリスチレン成形体には一般的ではない。
圧縮成形	△	二次加工や再生材の圧縮用途では用いられる場合があるが、一般的な成形法ではない。
真空成形	○	PSPなどの発泡シートでは食品トレーや容器の成形に用いられる。
熱線切断	◎	模型、断熱材、緩衝材の形状加工に適する。発煙や分解ガスへの換気対策が必要である。
切削加工	○	軽切削、NC加工、研削が可能である。ただし、欠け、粉じん、熱変形に注意する。
接着加工	○	水系接着剤、ホットメルト、専用接着剤が用いられる。溶剤系接着剤では溶解や収縮に注意が必要である。

代表的な物性値又は機械的性質

以下の値は代表値・目安であり、発泡倍率、密度、成形条件、試験方法により大きく変動する。実使用では、グレード、温度、荷重、応力、使用時間を確認する必要がある。

項目	EPS低密度品	EPS中密度品	XPS断熱材	単位	備考
密度	0.010〜0.020	0.020〜0.040	0.025〜0.045	g/cm³	発泡倍率により大きく変化する。
引張強さ	0.1〜0.3	0.2〜0.7	0.3〜1.0	MPa	密度、融着状態、気泡構造に依存する。
伸び	1〜5	1〜6	1〜5	%	一般に剛性発泡体であり、大きな伸びは期待しにくい。
曲げ弾性率	3〜10	8〜30	15〜50	MPa	密度が高いほど高くなる傾向がある。
圧縮強さ	40〜100	100〜250	150〜500	kPa	10%変形時の目安。建築・土木用途では重要な指標である。
アイゾット衝撃強さ	低い	低い〜中程度	低い〜中程度	–	発泡体では試験方法により値が大きく異なるため、定性的評価とする。
荷重たわみ温度	60〜80	65〜85	65〜85	℃	荷重条件により大きく変化する。
ガラス転移温度	約95〜105	約95〜105	約95〜105	℃	樹脂相であるポリスチレンの目安である。
連続使用温度	60〜70	60〜75	60〜75	℃	荷重、寸法安定性、熱収縮を考慮する必要がある。
熱伝導率	0.035〜0.045	0.032〜0.040	0.028〜0.036	W/(m・K)	断熱材用途で重要である。黒鉛添加品ではさらに低い場合がある。
吸水率	低〜中	低〜中	低い	–	EPSはビーズ間隙から水が入りやすい場合がある。XPSは一般に吸水しにくい。
体積抵抗率	10¹⁴以上	10¹⁴以上	10¹⁴以上	Ω・cm	一般品は絶縁性が高い。帯電防止品では低下する。

耐薬品性

発泡ポリスチレンの耐薬品性は、樹脂相であるポリスチレンの性質に強く依存する。水系薬品には比較的安定であるが、有機溶剤では溶解、膨潤、収縮、表面荒れを起こしやすい。とくに発泡体は表面積が大きく、液体が気泡やビーズ間隙に浸透しやすいため、短時間接触でも変形する場合がある。

薬品分類	代表例	評価	備考
酸類	希塩酸、希硫酸、酢酸水溶液	○	常温の希酸では比較的安定である。濃酸、高温、長時間接触では確認が必要である。
強酸化性酸	濃硝酸、発煙硫酸、クロム酸	×	劣化、酸化、変色、強度低下を起こすおそれがある。
アルカリ類	水酸化ナトリウム、KOH、アンモニア水	○	常温の希アルカリでは比較的安定である。高濃度、高温では確認が必要である。
低級アルコール類	メタノール、エタノール、IPA	○	短時間接触では比較的安定な場合が多いが、添加剤や応力状態により影響を受ける。
高級アルコール類	グリセリン、ベンジルアルコール、MMB	△	種類により膨潤や軟化のおそれがある。ベンジルアルコールなど芳香環を持つ溶剤には注意が必要である。
芳香族炭化水素類	トルエン、キシレン、エチルベンゼン	×	溶解、膨潤、収縮を起こしやすく不適である。
脂肪族炭化水素類	ヘキサン、ヘプタン、ミネラルスピリット	△	種類や接触時間により膨潤、収縮、表面荒れを起こす場合がある。
ケトン	アセトン、MEK、MIBK	×	急速に溶解または崩壊する場合があり不適である。
エステル	酢酸エチル、酢酸ブチル	×	溶解、膨潤、表面荒れを起こしやすい。
塩素系溶剤	ジクロロメタン、クロロホルム、トリクロロエチレン	×	溶解性が高く、不適である。
水・温水	水、温水	○	樹脂自体は水に安定であるが、EPSではビーズ間隙への浸入や乾燥性に注意する。
油	鉱物油、植物油、機械油	△	種類により膨潤や汚染が生じる場合がある。可塑剤や芳香族分を含む油には注意が必要である。

SP値（溶解度パラメータ）

項目	SP値（δ）	単位	備考
発泡ポリスチレン	約18.5〜19.0	MPa^1/2	樹脂相であるポリスチレンの代表値である。
ポリスチレン	約18.6	MPa^1/2	ポリスチレンの代表的な目安値である。

SP値は溶解・膨潤の傾向を推定するための目安であり、耐薬品性を単独で判断するものではない。実際には、結晶性、分子量、発泡倍率、添加剤、応力、温度、接触時間、薬品濃度、気泡構造、表面状態の影響を受ける。

溶解性の目安

SP値差	溶解・膨潤の目安	判定
0〜2	膨潤・軟化しやすい	×
2〜5	条件により膨潤する	△
5〜8	短時間接触では比較的安定	○
8以上	溶解・膨潤しにくい	◎

SP値から見た耐溶剤性

以下は発泡ポリスチレンのSP値を18.6 MPa^1/2として算出した目安である。発泡体では溶剤が気泡内やビーズ間隙に浸透しやすいため、SP値差が大きい場合でも、薬品の種類によっては変形、収縮、亀裂、強度低下が起こる場合がある。

薬品名	薬品のSP値目安	SP値差	評価	備考
水	47.9	29.3	○	樹脂自体は安定であるが、EPSでは吸水経路に注意する。
エタノール	26.0	7.4	○	短時間接触では比較的安定な場合が多い。
IPA	23.5	4.9	△	条件により表面変化が起こる場合がある。
グリセリン	33.8	15.2	◎	SP値上は安定側であるが、混合成分には注意する。
ヘキサン	14.9	3.7	△	脂肪族炭化水素であり、条件により膨潤や収縮が生じる。
トルエン	18.2	0.4	×	SP値が近く、溶解・膨潤しやすい。
キシレン	18.0	0.6	×	溶解や著しい変形を起こしやすい。
アセトン	20.0	1.4	×	急速に溶解・崩壊する場合がある。
MEK	19.0	0.4	×	ポリスチレンに対する溶解性が高い。
酢酸エチル	18.6	0.0	×	SP値が非常に近く、不適である。
ジクロロメタン	20.2	1.6	×	溶解性が高く、短時間でも変形しやすい。
鉱物油	15〜17	1.6〜3.6	△	油種、芳香族分、添加剤により影響が異なる。

評価基準：◎非常に良好、○概ね良好、△注意が必要、×不適

製法

工程	内容
原料	スチレンモノマーを重合したポリスチレン樹脂を主原料とする。EPSでは発泡剤を含むポリスチレンビーズを使用する。
重合方法	スチレンをラジカル重合してポリスチレンを得る。EPS用ビーズでは懸濁重合により粒子状ポリスチレンを製造する場合が多い。
発泡剤の含浸	ペンタンなどの発泡剤をポリスチレン粒子内に含ませる。近年は環境規制や用途に応じて発泡剤が選定される。
予備発泡	蒸気加熱によりビーズを所定倍率まで膨張させる。密度、気泡径、成形品の強度に影響する。
熟成	予備発泡ビーズを一定時間保管し、内部圧力と空気置換を安定化させる。
金型内発泡成形	発泡ビーズを金型に充填し、蒸気加熱により再膨張・融着させる。その後、冷却して成形品を取り出す。
ペレット化やコンパウンド	一般のポリスチレンではペレット化して成形材料とする。EPSではビーズ状原料が使用される。難燃剤、帯電防止剤、黒鉛、着色剤などを添加する場合がある。
添加剤・充填材	難燃剤、滑剤、核剤、帯電防止剤、黒鉛、顔料などが用途に応じて用いられる。強化繊維を多量に用いる材料ではなく、発泡構造による軽量化が主目的である。

代表的な重合反応式は以下のように表される。

n C₆H₅CH=CH₂ → [-CH₂-CH(C₆H₅)-]_n

EPSの代表的な工程は、スチレン重合 → 発泡剤含浸ビーズ製造 → 予備発泡 → 熟成 → 金型内蒸気加熱 → 融着成形 → 冷却 → 乾燥・検査である。

詳細な利用用途

分野	用途例	採用理由	注意点
自動車	衝撃吸収材、内装緩衝材、工具収納材、物流用緩衝材	軽量で衝撃吸収性に優れる。	高温部、燃料・油類接触部、長期荷重部では確認が必要である。
電気・電子	家電包装材、精密機器緩衝材、電子部品搬送材	軽量で緩衝性が高く、形状成形が容易である。	静電気対策が必要な場合は帯電防止グレードを選定する。
機械部品	仮固定材、治具、模型、モックアップ、鋳造用消失模型	切削性、熱線加工性、軽量性に優れる。	寸法精度、熱変形、溶剤接触に注意する。
医療	医療機器の輸送包装、保冷容器、検体搬送箱	断熱性、緩衝性、軽量性を活かせる。	滅菌方法、清拭剤、薬液接触、衛生性の確認が必要である。
食品機械・食品包装	魚箱、食品トレー、保冷箱、使い捨て容器	断熱性、保冷性、軽量性、成形性に優れる。	高温食品、油分、有機溶剤系成分、食品衛生規格への適合確認が必要である。
建築・設備	断熱材、保温材、床下断熱材、屋根断熱材、配管保温材	断熱性、軽量性、施工性に優れる。	防火規制、難燃性能、圧縮強さ、吸水性、長期寸法安定性を確認する。
物流・包装	緩衝包装材、輸送箱、保冷配送箱、角当て材	軽量で衝撃吸収性があり、複雑形状にも対応しやすい。	繰返し使用時の破損、粉落ち、帯電、廃棄・リサイクル性に注意する。
土木	軽量盛土材、地盤軽量化材、凍上対策材	極めて軽量で施工負荷を低減できる。	圧縮クリープ、薬品接触、浮力、火気対策、規格適合を確認する。

比較材料	特徴	発泡ポリスチレンとの違い
ポリスチレン	透明性、成形性、剛性に優れる汎用プラスチックである。	発泡ポリスチレンはポリスチレンを発泡させた材料で、軽量性と断熱性に優れるが機械強度は低くなる。
押出発泡ポリスチレン	押出法で製造される板状のポリスチレン発泡体である。	EPSより吸水しにくく、圧縮強さや断熱材用途で優れる場合が多い。
耐衝撃性ポリスチレン	ゴム成分により耐衝撃性を改善したポリスチレンである。	発泡体ではなく、成形品の剛性と耐衝撃性を重視する用途に用いられる。
ポリエチレン発泡体	柔軟性、耐水性、耐薬品性に優れる発泡体である。	発泡ポリスチレンより柔軟で割れにくいが、剛性や寸法保持性は用途により異なる。
ポリプロピレン発泡体	耐熱性、耐薬品性、繰返し緩衝性に優れる発泡体である。	EPSより耐熱性と耐衝撃性に優れる場合が多いが、コストや成形条件は高くなる傾向がある。
ポリウレタンフォーム	軟質から硬質まで幅広い発泡体がある。	断熱材、クッション材で競合する。硬質ウレタンは断熱性が高いが、材料構成と燃焼性の確認が必要である。
フェノールフォーム	熱硬化性樹脂系の断熱発泡体で、難燃性に優れる。	EPSより耐火・難燃面で有利な場合があるが、脆さやコスト、吸水性に注意が必要である。
発泡ガラス	無機系の断熱材で、不燃性、耐水性、耐薬品性に優れる。	EPSより重く加工性やコストで不利な場合があるが、不燃性と耐久性では優れる。

代表的なメーカー

メーカー	代表製品・ブランド	概要
積水化成品工業	エスレン、ピオセランなど	発泡プラスチック製品を幅広く展開する日本の主要メーカーである。EPS、発泡複合材、包装・建材用途で知られる。
カネカ	カネパールなど	EPSビーズや発泡樹脂材料を展開するメーカーであり、包装材、建材、産業資材用途で使用される。
JSP	スチロダイア、ミラフォームなど	発泡プラスチック材料を展開するメーカーであり、EPS、発泡ポリオレフィン、建築断熱材などを扱う。
BASF	Styropor、Neopor	発泡ポリスチレン原料の代表的なメーカーである。黒鉛添加EPS原料などで知られる。
INEOS Styrolution	EPS系原料製品	スチレン系樹脂を扱うグローバルメーカーであり、ポリスチレンおよびEPS関連材料を展開している。
Synthos	EPS系原料製品	欧州を中心にEPS原料を供給する化学メーカーである。
Sunpor Kunststoff	sunpor EPS、Lambdaporなど	EPS原料を扱うメーカーであり、断熱材、包装材向けの製品を展開している。