概要
| 材料名 | 不飽和ポリエステル樹脂 |
|---|---|
| 略記号 | UP |
| 英語名 | Unsaturated Polyester Resin |
| 分類 | 熱硬化性樹脂、FRP用樹脂 |
| 構造・主成分 | 不飽和ポリエステルをスチレン等で架橋硬化する樹脂 |
| 主な用途 | 浴槽、浄化槽、タンク、船舶、ボタン、重防食塗料 |
不飽和ポリエステル樹脂は、不飽和ポリエステルをスチレン等で架橋硬化する樹脂である。常温常圧成形、大型成形、FRP適性、電気特性、耐食性が良い。
材料選定では、硬化収縮、スチレン臭、耐アルカリ性に注意。用途、温度、荷重、薬品、成形方法に応じてグレードを選定する必要がある。
特徴
- 常温常圧成形、大型成形、FRP適性、電気特性、耐食性が良い
- 耐熱性が良い
- 電気的特性にすぐれている（フェノール樹脂とポリスチレンとの中間の性能を有する）。
- 耐薬品性や耐水性、耐溶剤性にすぐれている。
- 強酸、強アルカリ性に対しては耐性が弱く、侵される。
- 硬化収縮、スチレン臭、耐アルカリ性に注意
- グレード、充填材、共重合成分、硬化条件により物性が大きく変化する。
- 実使用では温度、湿度、応力、薬品接触時間を含めて評価する必要がある。
- 機械的性質がすぐれており、特にガラス繊維強化ポリエステルは、耐衝撃性にすぐれている。
長所
- 常温常圧成形、大型成形、FRP適性、電気特性、耐食性が良い
- 用途に応じたグレード展開がある。
- 金属、ガラス、汎用樹脂の代替材料として使える場合がある。
短所
- 硬化収縮、スチレン臭、耐アルカリ性に注意
- 高温、応力、薬品、吸水、添加剤の影響で性能が変化する。
- 量産前にはメーカー物性表と実使用条件での確認が必要である。
成形加工
不飽和ポリエステル樹脂の加工性は種類とグレードにより異なる。熱可塑性樹脂では射出成形・押出成形が中心となり、熱硬化性樹脂では注型、圧縮、積層、硬化成形が中心となる。
化学
| 加工方法 | 適性 | 主な製品例 |
|---|---|---|
| 射出成形 | ○ | グレードにより成形部品、電気電子部品、機械部品に使用する |
| 押出成形 | ○ | シート、フィルム、チューブ、板材に使用する |
| 圧縮・注型・硬化成形 | △〜◎ | 熱硬化性樹脂や高粘度材料では主要加工法となる |
| 切削加工 | ○ | 丸棒、板材、試作部品、治具に使用する |
構造式
不飽和二塩基酸由来の二重結合を架橋したポリエステル網目。構造中の官能基、結晶性、架橋密度、芳香族骨格、充填材の有無により、耐熱性、耐薬品性、機械的性質、成形性が変化する。
種類
標準グレード
| 名称 | 標準不飽和ポリエステル樹脂 |
|---|---|
| 構成 | 不飽和ポリエステルをスチレン等で架橋硬化する樹脂 |
| 特徴 | 常温常圧成形、大型成形、FRP適性、電気特性、耐食性が良い |
| 主な用途 | 浴槽、浄化槽、タンク、船舶、ボタン、重防食塗料 |
特徴
- 標準的な物性バランスを持つ。
- 汎用的な成形・加工用途に使いやすい。
強化・改質グレード
| 名称 | 強化・改質不飽和ポリエステル樹脂 |
|---|---|
| 構成 | ガラス繊維、炭素繊維、難燃剤、耐候剤、潤滑剤、共重合成分などで改質したグレード |
| 特徴 | 剛性、耐熱性、耐候性、難燃性、摺動性、寸法安定性などを改善する |
| 主な用途 | 電気電子部品、自動車部品、機械部品、構造部品、機能部材 |
特徴
- 標準グレードより特定性能を高めた材料である。
- 充填材により比重、成形収縮、異方性、耐薬品性が変化する。
代表的な物性値又は機械的性質
| 項目 | 単位 | 標準 UP樹脂 | GF強化 UP樹脂 | 耐食 UP樹脂 | 難燃 UP樹脂 |
|---|---|---|---|---|---|
| 比重 | なし | 1.10〜1.25 | 1.40〜2.00 | 1.15〜1.30 | 1.25〜1.60 |
| 引張強さ | MPa | 40〜80 | 100〜300 | 40〜90 | 35〜80 |
| 引張伸び | % | 1〜4 | 1〜3 | 1〜5 | 1〜3 |
| 曲げ強さ | MPa | 70〜130 | 150〜450 | 80〜150 | 60〜130 |
| 曲げ弾性率 | GPa | 2.5〜4.5 | 7〜25 | 2.5〜5.0 | 3.0〜6.0 |
| 圧縮強さ | MPa | 100〜220 | 180〜500 | 100〜250 | 100〜220 |
| アイゾット衝撃強さ ノッチ付き | kJ/m2 | 2〜6 | 8〜30 | 2〜8 | 2〜8 |
| バーコル硬さ | なし | 35〜50 | 40〜55 | 35〜50 | 35〜50 |
| ロックウェル硬さ | なし | M80〜M110 | M90〜M120 | M80〜M110 | M80〜M110 |
| ガラス転移温度 | ℃ | 60〜120 | 70〜140 | 80〜140 | 70〜130 |
| 荷重たわみ温度 | ℃ | 60〜120 | 80〜160 | 80〜160 | 70〜150 |
| 連続使用温度 | ℃ | 60〜100 | 80〜130 | 80〜140 | 70〜120 |
| 線膨張係数 | ×10-5/K | 5〜10 | 1〜3 | 4〜8 | 4〜8 |
| 成形収縮率 | % | 4〜8 | 0.2〜1.0 | 3〜7 | 3〜7 |
| 吸水率 | % | 0.1〜0.5 | 0.1〜0.4 | 0.1〜0.4 | 0.1〜0.5 |
| 体積固有抵抗 | Ω・cm | 1012〜1015 | 1011〜1014 | 1012〜1015 | 1011〜1014 |
| 絶縁破壊強さ | kV/mm | 10〜20 | 8〜18 | 10〜20 | 8〜18 |
| 比誘電率 | なし | 3.0〜4.5 | 3.5〜5.5 | 3.0〜4.8 | 3.5〜5.5 |
| 誘電正接 | なし | 0.01〜0.04 | 0.01〜0.05 | 0.01〜0.04 | 0.01〜0.05 |
| 熱伝導率 | W/m・K | 0.15〜0.30 | 0.25〜0.70 | 0.15〜0.35 | 0.20〜0.50 |
| 難燃性 | UL94 | HB〜V-2 | HB〜V-2 | HB〜V-2 | V-2〜V-0 |
| 耐薬品性 | なし | ○ | ○ | ○〜◎ | ○ |
| 耐候性 | なし | △〜○ | △〜○ | △〜○ | △〜○ |
| 透明性 | なし | 透明〜半透明 | 不透明 | 透明〜半透明 | 半透明〜不透明 |
耐薬品性
水・弱酸に比較的良好。強アルカリ・溶剤・高温水に注意。
| 薬品・溶剤 | 耐性 | 備考 |
|---|---|---|
| 水 | ○ | 多くは常温で比較的安定であるが、吸水・加水分解型材料では注意する |
| 酸 | △〜○ | 強酸では劣化する材料がある |
| アルカリ | △〜○ | ポリエステル、PC、熱硬化性樹脂では高温・高濃度に注意する |
| アルコール | ○〜△ | 応力クラックや膨潤は材料により異なる |
| ケトン | △〜× | 非晶性樹脂や塗料系樹脂では膨潤・溶解に注意する |
| 芳香族溶剤 | △〜× | 膨潤、白化、クラックの可能性がある |
| 油・燃料 | ○〜△ | ポリアミド、POM、PBT、PPS、PEEKなどは比較的良好な場合が多い |
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）
不飽和ポリエステル樹脂のSP値はグレード、結晶化度、架橋密度、充填材により変動する。溶解性はSP値だけでなく、温度、応力、薬品濃度、接触時間で判断する必要がある。
| 材料 | SP値（δ） | 特徴 |
|---|---|---|
| オルソ系不飽和ポリエステル樹脂 | 約18〜21 MPa1/2 | 汎用FRP用途で広く使用される標準タイプである |
| イソ系不飽和ポリエステル樹脂 | 約19〜22 MPa1/2 | 耐水性、耐薬品性、耐熱性を向上させたタイプである |
| ビスフェノール系UP樹脂 | 約20〜23 MPa1/2 | 耐食性、耐薬品性、耐熱性に優れる |
| ビニルエステル系 | 約19〜22 MPa1/2 | エポキシ系由来で耐食性と機械強度に優れる |
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
| 溶媒・薬品 | SP値（δ） MPa1/2 | 耐性 | 備考 |
|---|---|---|---|
| 水 | 47.9 | ○〜◎ | イソ系やビスフェノール系は耐水性が高い |
| 熱水 | 47.9 | △〜○ | 長期高温では加水分解に注意する |
| エタノール | 26.0 | ○〜◎ | アルコール系には比較的強い |
| IPA | 23.5 | ○ | 長期接触では膨潤する場合がある |
| メタノール | 29.7 | ○ | 高温長期では注意が必要である |
| アセトン | 19.9 | △〜× | ケトン系溶剤には比較的弱い |
| MEK | 19.0 | × | 強い膨潤や軟化を生じる場合がある |
| 酢酸エチル | 18.6 | △ | 長期では劣化する場合がある |
| THF | 18.5 | × | 膨潤しやすい |
| クロロホルム | 19.0 | × | 塩素系溶剤に弱い |
| ジクロロメタン | 20.2 | × | 強い膨潤や白化を生じる場合がある |
| トルエン | 18.2 | △ | 芳香族溶剤で膨潤しやすい |
| キシレン | 18.0 | △ | 長期では軟化する場合がある |
| ヘキサン | 14.9 | ◎ | 脂肪族炭化水素には比較的強い |
| ガソリン | 15〜18程度 | ○ | 短期では比較的安定である |
| 鉱物油 | 15〜17程度 | ◎ | 耐油性は比較的良好である |
| フェノール | 24〜25 | × | 高極性芳香族化合物に弱い |
| DMF | 24.8 | × | 高極性溶剤で影響を受けやすい |
| NMP | 23.1 | × | 膨潤や劣化を生じる場合がある |
| 希酸 | – | ○〜◎ | イソ系、ビス系は耐酸性が高い |
| 濃硫酸 | 高極性 | × | 加水分解や炭化が発生する |
| 弱アルカリ | – | ○ | 短期では比較的安定である |
| 強アルカリ | – | × | エステル結合が加水分解される |
| 次亜塩素酸ナトリウム | – | △ | 酸化劣化に注意する |
| 過酸化水素 | – | △ | 高濃度では酸化劣化する場合がある |
◎：非常に良好 ○：概ね良好 △：注意が必要 ×：不適
実務上の注意
- SP値は溶解・膨潤予測の一次判断であり、耐久性そのものではない。
- 成形残留応力がある場合は、短時間の薬品接触でもクラックが発生する場合がある。
- 最終判断は実使用条件での浸漬試験、応力負荷試験、温度サイクル試験で行う。
製法
- 不飽和ポリエステル（アルキド）の製造と、このアルキドの架橋剤となるモノマーとの混合の2工程からなる。
- 代表的な配合例は、プロピレングリコール1.01モル、無水マレイン酸0.5モル、無水フタル酸0.5モルでアルキドを製造する。
- 反応終了後、重合禁止剤を加えて溶解槽に移して、所定量のスチレンを加えて製品とする。
硬化及び成形法
- 不飽和ポリエステルは、加熱又は紫外線照射することで硬化する。
- 一般的には有機化酸化物や促進剤を加えて、室温又は加熱により架橋して硬化させる。
（触媒促進剤は下表参照）
| 触媒 | 促進剤 |
|---|---|
| ・過酸化ベンゾイル ・エチルメチルケトンペルオキシド ・シクロヘキサノンペルオキシド ・ラウリルペルオキシド ・アゾビスイソブチロニトリル | ・ジメチルアニリン ・ナフテン酸コバルト （加熱硬化） （加熱又は紫外線硬化） |
成形法
- 不飽和ポリエステルは、硬化時に揮発性の副生物を生じることなく、常温常圧でも成形が可能である。
- 安価な型を用いて、大型の成形物を作成することが出来る。（船の本体やタンクなど）
- 典型的な低圧（常圧）成形樹脂であることから、成形法も注型、塗装、ライニング、ガラス繊維との積層品、プリミックスコンパウンドによる成形など種々の成形法が適用される。
詳細な利用用途
代表用途
- 浴槽
- 浄化槽
- タンク
- 船舶
- ボタン
- 重防食塗料
工業用途
- 電気電子部品
- 自動車部品
- 機械部品
- 耐熱・耐薬品部材
- フィルム、シート、塗料、接着、複合材用途
関連材料との比較
代表的なメーカー
| メーカー | 代表的な製品・商品名 | 備考 |
|---|---|---|
| 日本ユピカ | 代表グレード又は関連製品 | 詳細はメーカー技術資料で確認する |
| DIC | 代表グレード又は関連製品 | 詳細はメーカー技術資料で確認する |
| 昭和電工 | 代表グレード又は関連製品 | 詳細はメーカー技術資料で確認する |
| AOC | 代表グレード又は関連製品 | 詳細はメーカー技術資料で確認する |
| Polynt | 代表グレード又は関連製品 | 詳細はメーカー技術資料で確認する |
概要
略記号：UP
英語名：unsaturated polyester resin
化学式：
特性
- 機械的性質がすぐれており、特にガラス繊維強化ポリエステルは、耐衝撃性にすぐれている。
- 耐熱性が大きい。
- 電気的特性にすぐれている（フェノール樹脂とポリスチレンとの中間の性能を有する）。
- 耐薬品性や耐水性、耐溶剤性にすぐれている。
- 強酸、強アルカリ性に対しては耐性が弱く、侵される。
耐薬品性
耐薬品タイプ
強化タイプ
- [[耐薬品性一覧]]はこちら
製法
- 不飽和ポリエステル（アルキド）の製造と、このアルキドの架橋剤となるモノマーとの混合の2工程からなる。
- 代表的な配合例は、プロピレングリコール1.01モル、無水マレイン酸0.5モル、無水フタル酸0.5モルでアルキドを製造する。
- 反応終了後、重合禁止剤を加えて溶解槽に移して、所定量のスチレンを加えて製品とする。
硬化及び成形法
- 不飽和ポリエステルは、加熱又は紫外線照射することで硬化する。
- 一般的には有機化酸化物や促進剤を加えて、室温又は加熱により架橋して硬化させる。
（触媒促進剤は下表参照）
| 触媒 | 促進剤 |
|---|---|
| ・過酸化ベンゾイル ・エチルメチルケトンペルオキシド ・シクロヘキサノンペルオキシド ・ラウリルペルオキシド ・アゾビスイソブチロニトリル | ・ジメチルアニリン ・ナフテン酸コバルト （加熱硬化） （加熱又は紫外線硬化） |
成形法
- 不飽和ポリエステルは、硬化時に揮発性の副生物を生じることなく、常温常圧でも成形が可能である。
- 安価な型を用いて、大型の成形物を作成することが出来る。（船の本体やタンクなど）
- 典型的な低圧（常圧）成形樹脂であることから、成形法も注型、塗装、ライニング、ガラス繊維との積層品、プリミックスコンパウンドによる成形など種々の成形法が適用される。
構造
利用用途
- 化粧版
- ボタン
- 塗料（重防食塗料）
- 成形品（浴槽、小型船、ボート、浄化槽、タンク類、浴室ユニット）