| 材料名 | ポリエチレンナフタレート |
|---|---|
| 略記号 | PEN |
| 英語名 | Polyethylene Naphthalate |
| 分類 | 熱可塑性ポリエステル、結晶性樹脂、高バリア樹脂 |
| 基本構造 | エチレングリコールとナフタレンジカルボン酸由来のポリエステル構造 |
| 主な種類 | 標準PEN、フィルム用PEN、繊維用PEN、ボトル用PEN |
| 主な用途 | 用途は後述の詳細な利用用途に整理する |
ポリエチレンナフタレート（PEN）は、熱可塑性ポリエステル、結晶性樹脂、高バリア樹脂に分類される材料である。 PETより耐熱性、ガスバリア性、寸法安定性に優れる。高性能フィルム、電気絶縁、包装に使用される。
特徴
- PETより耐熱性、ガスバリア性、寸法安定性に優れる
- 高性能フィルム、電気絶縁、包装に使用される
- 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
ポリエチレンナフタレートの加工性は、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、エチレングリコールとナフタレンジカルボン酸由来のポリエステル構造である。 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
標準PEN
| 名称 | 標準PEN |
|---|---|
| 構成 | ポリエチレンナフタレートの用途別または改質グレードである |
| 特徴 | ポリエチレンナフタレート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
フィルム用PEN
| 名称 | フィルム用PEN |
|---|---|
| 構成 | ポリエチレンナフタレートの用途別または改質グレードである |
| 特徴 | ポリエチレンナフタレート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
繊維用PEN
| 名称 | 繊維用PEN |
|---|---|
| 構成 | ポリエチレンナフタレートの用途別または改質グレードである |
| 特徴 | ポリエチレンナフタレート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
ボトル用PEN
| 名称 | ボトル用PEN |
|---|---|
| 構成 | ポリエチレンナフタレートの用途別または改質グレードである |
| 特徴 | ポリエチレンナフタレート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
| 項目 | 単位 | 代表値・範囲 | 備考 |
|---|---|---|---|
| 密度 | g/cm³ | 1.35～1.37 | PETよりやや高い密度を示す。 |
| 引張強さ | MPa | 200～550 | フィルム配向や厚みにより大きく変動する。高強度材料である。 |
| 引張弾性率 | GPa | 4.0～5.5 | 剛性が高く、寸法安定性に優れる。 |
| 伸び | % | 40～120 | 延伸フィルムでは方向性により値が変わる。 |
| 曲げ強さ | MPa | 120～180 | 成形グレードでは高い曲げ強度を示す。 |
| 曲げ弾性率 | GPa | 3.0～4.5 | 高剛性が必要な部品に適する。 |
| アイゾット衝撃強さ | J/m | 30～80 | 結晶化度、厚み、ノッチ条件により変動する。 |
| ガラス転移温度 | ℃ | 120～155 | PETより高く、耐熱性に優れる。 |
| 融点 | ℃ | 265～270 | 結晶性熱可塑性ポリエステルである。 |
| 荷重たわみ温度 | ℃ | 170～200 | 耐熱用途に適する。 |
| 連続使用温度 | ℃ | 160～180 | 機械特性用途では約160℃、電気特性用途では約180℃が目安である。 |
| 吸水率 | % | 0.1～0.3 | 低吸水であり、高温高湿下の寸法安定性に優れる。 |
| 線膨張係数 | ×10-5/K | 2～4 | フィルムでは配向方向により異方性を示す。 |
耐薬品性
ポリエチレンナフタレートの耐薬品性は、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）
ポリエチレンナフタレートのSP値は、約22〜24 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 |
|---|---|---|
| PEN（標準グレード） | 22.5～23.5 | 芳香環密度が高く、PETより耐薬品性・耐加水分解性に優れる。 |
| PEN（高結晶グレード） | 22.8～23.8 | 結晶化度上昇により有機溶剤への耐性が向上する。 |
| GF強化PEN（GF30%） | 22.0～23.0 | ガラス繊維補強により寸法安定性と耐溶剤クラック性が向上する。 |
| CF強化PEN（CF20～30%） | 21.8～22.8 | 炭素繊維補強により剛性と耐薬品性が向上する。 |
| 二軸延伸PENフィルム | 22.5～23.5 | 高配向化により耐溶剤性およびバリア性が向上する。 |
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 | PEN耐性 | 備考 |
|---|---|---|---|
| 水 | 47.9 | ◎ | 吸水は比較的小さく、常温水には安定である。 |
| メタノール | 29.7 | ○ | 短時間接触では安定であるが、高温では注意が必要である。 |
| エタノール | 26.0 | ○ | アルコール類に対して比較的良好な耐性を示す。 |
| イソプロパノール | 23.5 | △ | PENのSP値に近く、長時間接触で膨潤の可能性がある。 |
| アセトン | 20.0 | △ | 応力が存在するとクラック発生の可能性がある。 |
| MEK（メチルエチルケトン） | 19.3 | △ | ケトン系溶剤では表面白化や膨潤に注意が必要である。 |
| 酢酸エチル | 18.6 | △ | 長時間接触で物性低下の可能性がある。 |
| トルエン | 18.2 | ○ | 芳香族炭化水素に対してPETより良好な耐性を示す。 |
| キシレン | 18.0 | ○ | 常温では比較的安定である。 |
| ヘキサン | 14.9 | ◎ | 脂肪族炭化水素には高い耐性を示す。 |
| ガソリン | 14.0～15.5 | ◎ | 非極性溶剤には比較的強い。 |
| 鉱物油 | 14～16 | ◎ | 工業油や潤滑油への耐性は良好である。 |
| NMP | 23.1 | × | SP値が近く、高温で急速な膨潤・劣化を起こす可能性が高い。 |
| DMF | 24.8 | × | 極性アミド系溶剤により侵されやすい。 |
| DMSO | 26.7 | × | 高極性溶剤では軟化や膨潤が起こりやすい。 |
| フェノール | 24.9 | × | 高温条件では溶解に近い状態となる可能性がある。 |
◎：非常に良好 ○：概ね良好 △：注意が必要 ×：不適
※耐溶剤性評価は、PENのSP値中央値（約23 MPa1/2）を基準として、SP値差および実際の化学的相互作用を考慮した目安である。
※特にNMP、DMF、DMSO、フェノールなどの高極性溶剤は、PENとSP値が近く、膨潤・応力割れ・軟化を引き起こしやすいため注意が必要である。また、アセトンやMEKなどのケトン系溶剤でも残留応力部では環境応力割れが発生する場合がある。
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
2,6-ナフタレンジカルボン酸またはジメチルエステルとエチレングリコールを重縮合する。基本反応：NDC + EG → PEN + H2O。 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 | 2,6-ナフタレンジカルボン酸またはジメチルエステルとエチレングリコールを重縮合する。基本反応：NDC + EG → PEN + H2O | 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
| 比較材料 | 違い | 選定ポイント |
|---|---|---|
| ナイロン | ポリアミド系材料は耐摩耗性と靭性に優れる | 耐摩耗・機械部品では比較対象にする |
| ポリオキシメチレン | 低摩擦、寸法安定性、機構部品に強い | ギアや摺動部品で比較する |
| シクロオレフィン・コポリマー | 透明性、低吸水、低複屈折に優れる | 医療・光学用途で比較する |
| ポリビニリデンフルオライド | フッ素樹脂で耐薬品性と成形性のバランスが良い | 薬液配管や電池用途で比較する |
| ポリ乳酸 | バイオマス由来で透明性と剛性を持つ | 環境対応用途で比較する |
代表的なメーカー
| メーカー | 代表的な製品・商品名 | 備考 |
|---|---|---|
| 帝人 | 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 |
| 東洋紡 | 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 |
| Dupont Teijin Films | 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 |
| Kolon | 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 |
概要
略記号：PEN
英語名：polyethylene naphthalate
日本語：ポリエチレンナフタレート
化学式：
1945 年にイギリスのインペリアル・ケミカル・インダストリーズ（ICI)によって開発された樹脂である。
特性
- 結晶性
- 比重 1.33
- 融点 265℃
- ガラス転移点 118℃
- 耐熱性やガスバリア性がポリエチレンテレフタレート PET より高い
- 重量平均分子量約70,000 が一般的
- これら以外の特性はポリエチレンテレフタレート PETと似通っている
- 値段が高い（PETの４~５倍）
製法
2,6ナフタレンジカルボン酸ジメチルとエチレングリコールをエステル交換反応にてビスヒドロキシエチレン-2,6-ナフタレートにした後、重縮合反応によって製造。
生産の形式もPET と同様に溶融重合反応法で実施し、その後必要に応じて、溶融重合によって得られた樹脂を、ペレット状態のまま固相重合を実施する。
重合触媒としてPETと同様にアンチモン系、ゲルマニウム系が使用される
構造
利用用途
- 高密度磁気記録テープベースフィルム
- 液晶ディスプレイ輝度向上フィルム
- 耐熱コンデンサー
- 繊維としてタイヤコード
- ドライヤーキャンバス。
- 学校給食や病院給食の食器
- 麻酔薬用ボトル、
- 化粧品容器
- ペットボトル（再利用可能な）