概要
| 項目 | 内容 |
|---|---|
| 材料名 | ポリスチレン |
| 略称 | PS（GPPS：汎用ポリスチレン／HIPS：耐衝撃性ポリスチレン） |
| IUPAC名 | Poly(1-phenylethylene-1,2-diyl) ※慣用名 Polystyrene が一般的に用いられる |
| 英語名 | Polystyrene |
| 日本語名・別名 | スチロール樹脂、ポリスチロール（旧称）、汎用ポリスチレン（GPPS）、耐衝撃性ポリスチレン（HIPS）、発泡ポリスチレン（EPS） |
| 分類 | 汎用プラスチック（コモディティプラスチック） |
| プラスチック分類 | 汎用プラスチック（非晶性熱可塑性樹脂） |
| 化学式・代表構造 | 繰り返し単位：[-CH2-CH(C6H5)-]n（詳細は「構造式」の項を参照） |
| CAS No. | 9003-53-6（ポリスチレン）／原料モノマーのスチレンは 100-42-5 |
| 構造・主成分 | スチレンモノマーのラジカル付加重合により得られる非晶性の炭化水素系樹脂。主鎖はエチレン骨格、側鎖にフェニル基（ベンゼン環）を有する |
| 主な用途 | 食品容器・包装、家電製品筐体、OA機器部品、日用雑貨、発泡緩衝材・断熱材（EPS）、光学・照明カバー（GPPS透明グレード）など |
ポリスチレン（PS）は、スチレンモノマーを重合して得られる汎用プラスチックの代表的な樹脂である。ベンゼン環を側鎖に持つ非晶性樹脂であり、透明性・剛性・寸法安定性・電気絶縁性に優れる一方、耐衝撃性・耐薬品性・耐候性の面では一般に他の汎用樹脂と比較して劣る傾向がある。成形加工性が良好で着色も容易なため、食品容器から家電筐体、OA機器部品、発泡断熱材まで極めて幅広い分野で使用されている。
ポリスチレンは大きく分けて、無変性の透明な汎用ポリスチレン（GPPS：General Purpose Polystyrene）と、ポリブタジエンゴムをグラフト共重合させて耐衝撃性を高めた耐衝撃性ポリスチレン（HIPS：High Impact Polystyrene）の2系統がある。さらに発泡剤を含浸させたビーズ法発泡ポリスチレン（EPS：Expandable Polystyrene）も広く流通しており、用途によりGPPS・HIPS・EPSを使い分けるのが一般的である。いずれもグレード、成形条件、使用環境により物性が大きく変動するため、実使用にあたってはグレード、温度、荷重、応力、使用時間、接触薬品を個別に確認することが必須である。
価格が比較的安価で成形性に優れる反面、耐薬品性・耐衝撃性（GPPS）・耐候性に課題があるため、用途によってはABS樹脂、AS（SAN）樹脂、ポリプロピレン（PP）などとの比較検討が行われることが多い。以下、代表的な特性・グレード・成形条件・耐薬品性・製法・用途・比較材料について、一般に公開されている技術資料をもとに整理する。
特徴
| 長所 | 透明性に優れる（GPPS）／剛性・寸法安定性が高い／電気絶縁性が良好／成形加工性・着色性に優れる／比較的安価で汎用性が高い／発泡成形により軽量な断熱材（EPS）が得られる |
| 短所 | 耐衝撃性が低い（特にGPPSは脆性的に破壊しやすい）／耐薬品性が乏しく、多くの有機溶剤・油類で膨潤・溶解・応力割れを生じやすい／耐候性（紫外線）が低く屋外使用には不向き／耐熱性が中程度にとどまる／燃焼しやすく多量の煤煙を発生する |
| 外観 | GPPSは無色透明でガラスに近い光沢を有する。HIPSはゴム成分により白濁した不透明な外観となる。着色は自由度が高く、多彩な色調・意匠を実現できる |
| 耐熱性 | 一般に連続使用温度の目安は60～80℃程度、荷重たわみ温度（0.45MPa）は90～100℃程度である。明確な融点を持たない非晶性樹脂であり、ガラス転移温度（Tg）は約95～105℃が目安となる |
| 耐薬品性 | 水・希薄な酸・アルカリ水溶液には比較的安定であるが、芳香族炭化水素、ケトン、エステル、塩素系溶剤、油類・燃料には溶解・膨潤しやすく、耐薬品性は総じて低い部類に入る（詳細は「耐薬品性」の項を参照） |
| 加工性 | 流動性が良好で射出成形・押出成形・真空成形（シート成形）ともに加工しやすい。乾燥は多くの場合必須ではないが、吸湿グレードや外観重視の成形では予備乾燥が推奨される場合がある |
| 分類上の注意 | 「ポリスチレン」と一括りにされることが多いが、GPPS（無変性）・HIPS（耐衝撃性）・EPS（発泡用）は物性が大きく異なるため、本ページの数値を参照する際は対象がどのタイプかを必ず確認すること。ABS樹脂・AS（SAN）樹脂はスチレン系樹脂ではあるが、PSとは異なる材料区分として扱う |
構造式
ポリスチレンは、スチレン（C8H8、CAS No. 100-42-5）を開始剤の存在下でラジカル付加重合させることにより得られる。主鎖はエチレン骨格（-CH2-CH-）であり、側鎖の炭素にフェニル基（ベンゼン環、C6H5-）が結合した構造を持つ。このフェニル基の立体規則性（アイソタクチック・シンジオタクチック・アタクチック）により結晶性が変化するが、工業的に流通する一般的なポリスチレンはアタクチック構造を持つ非晶性樹脂である。
代表的な構造単位
- モノマー：スチレン（ビニルベンゼン、C6H5-CH=CH2）
- 繰り返し単位：[-CH2-CH(C6H5)-]n
- 末端基・分子量分布は重合方法・グレードにより異なる
共重合体・変性グレード
- HIPS（耐衝撃性ポリスチレン）：ポリブタジエンゴムをスチレン中に溶解した状態で重合し、グラフト共重合構造・ゴム粒子分散構造を形成させたもの。耐衝撃性が大きく向上する一方、透明性は失われる
- EPS（発泡用ポリスチレン）：GPPSに発泡剤（ペンタン等）を含浸させたビーズ状原料。予備発泡・型内発泡により軽量な発泡体を得る
- SPS（シンジオタクチックポリスチレン）：特殊触媒により立体規則性を高めた結晶性ポリスチレンで、耐熱性に優れるスーパーエンプラ相当の材料。汎用PSとは別材料として扱う（シンジオタクチックポリスチレン（SPS）のページを参照）
- ABS樹脂・AS（SAN）樹脂：スチレンを構成成分の一つとするが、PSとは異なる共重合体として別材料に分類される（ABS樹脂のページを参照）
種類・代表グレード
| 種類 | 主成分・特徴 | 長所 | 短所 | 主な用途 |
|---|---|---|---|---|
| GPPS（汎用ポリスチレン） | 無変性のアタクチックポリスチレン。透明グレードが主体 | 透明性・剛性・寸法安定性に優れる | 耐衝撃性が低く脆い、耐薬品性に乏しい | 透明容器、OA機器の透明部品、CDケース、モデル・玩具 |
| HIPS（耐衝撃性ポリスチレン） | ポリブタジエンゴムをグラフト共重合させたもの。ゴム含有率によりグレードが分かれる | GPPSに比べ耐衝撃性が大幅に向上 | 透明性を失う、耐候性はGPPSより更に劣る場合がある | 家電筐体、OA機器筐体、食品トレー、日用雑貨 |
| EPS（発泡用ポリスチレン） | 発泡剤含浸ビーズ。予備発泡・型内成形で使用 | 軽量、断熱性・緩衝性に優れる | 強度は低く、有機溶剤に極めて弱い | 梱包緩衝材、建築用断熱材、食品トレー、魚箱 |
| 難燃グレード（FR-PS／FR-HIPS） | 臭素系難燃剤等を配合しUL94 V-0～V-2相当の難燃性を付与 | 電気・電子筐体用途に対応 | 難燃剤によりコスト増、衝撃強度がやや低下する場合がある | 電気製品筐体、配電盤部品 |
| 耐候グレード | 紫外線吸収剤・光安定剤を配合 | 屋外使用時の変色・劣化を抑制 | 根本的な耐候性はPP・PMMA等に劣る | 屋外表示物、簡易屋外部材（限定的） |
| 光学・高透明グレード（GPPS） | 低分子量成分や異物を抑制した高透明グレード | 光線透過率・光沢に優れる | 耐衝撃性はさらに低くなる傾向 | 照明カバー、光学部品、化粧品容器 |
| ガラス繊維強化グレード | GF（多くは10～30質量％程度）を配合したグレード。流通は限定的 | 剛性・寸法安定性が向上 | 耐衝撃性が低下、外観が粗くなる | 寸法安定性を要する一部工業部品（採用は限定的） |
※ ガラス繊維強化PSはPA・PBT・PP等ほど一般的ではなく、流通グレードはメーカー・地域により限られる。採用検討時はメーカーへの個別確認を推奨する。
成形加工
| 加工方法 | 適性 | 備考 |
|---|---|---|
| 射出成形 | ◎ | 最も一般的な加工方法。流動性が良好で薄肉成形も比較的容易 |
| 押出成形（シート） | ◎ | 食品トレー・包装用シートの製造に広く使用 |
| 真空成形・圧空成形 | ◎ | 押出シートを用いた真空成形（食品容器等）に多用される |
| 発泡成形（ビーズ法） | ◎ | EPSによる型内発泡成形。断熱材・緩衝材の製造に用いる |
| ブロー成形 | △ | 実施例はあるが、PP・PET等に比べ採用は少ない |
| 圧縮成形 | △ | 一般的な加工方法ではない |
| 切削加工 | ○ | 板材からの切削加工は可能だが、割れ・欠けに注意が必要 |
| 溶着（超音波・熱板） | ○ | 同種材料同士の溶着は比較的良好 |
| 塗装・印刷 | ○ | 表面処理なしでも印刷は可能だが、密着性向上には表面処理が有効な場合がある |
成形条件（乾燥温度、シリンダー温度、金型温度、成形収縮率等）はグレード・メーカーにより異なるため、代表的な目安として、シリンダー温度は180～240℃程度、金型温度は20～60℃程度、成形収縮率は0.3～0.6％程度が目安とされることが多い。実際の成形にあたっては、使用するグレードのメーカー技術資料に従うこと。
代表的な物性値又は機械的性質
| 項目 | 単位 | GPPS（汎用）代表値 | HIPS（耐衝撃性）代表値 | 備考 |
|---|---|---|---|---|
| 密度 | g/cm³ | 1.04～1.06 | 1.03～1.06 | グレードにより変動。代表値、規格不明 |
| 引張強さ（降伏または破断） | MPa | 35～60 | 17～35 | GPPSは破断強さに近い値、HIPSは降伏強さが目安。規格・グレードにより差が大きい |
| 引張破断伸び | % | 1～3 | 20～65 | HIPSはゴム含有率により大きく変動する |
| 曲げ弾性率 | GPa | 2.8～3.3 | 1.8～2.4 | ISO 178またはASTM D790相当の代表値 |
| アイゾット衝撃強さ（ノッチ付き） | kJ/m² | 1.5～2.5 | 5～15 | 試験規格・試験片厚さにより変動。GPPSは低温・高速荷重下でより脆くなる |
| 荷重たわみ温度（HDT・0.45MPa） | ℃ | 90～100 | 80～95 | 荷重条件により値が異なるため要確認 |
| 荷重たわみ温度（HDT・1.80MPa） | ℃ | 75～90 | 70～85 | 同上 |
| ガラス転移温度（Tg） | ℃ | 約95～105 | 約95～105（マトリックス樹脂部） | 非晶性樹脂のため明確な融点は「該当なし」 |
| 連続使用温度 | ℃ | 60～80 | 60～80 | 熱老化・強度保持率等により評価が異なる一般的目安 |
| 吸水率（24時間） | % | 0.03～0.1 | 0.05～0.2 | 吸湿による寸法変化はPA等より小さい |
| 体積抵抗率 | Ω・cm | 10¹⁶～10¹⁸ | 10¹⁵～10¹⁷ | 優れた電気絶縁材料 |
※ ガラス繊維強化グレード・難燃グレードは上記の標準グレード値とは別に評価する必要がある。GF強化グレードでは曲げ弾性率が4～7GPa程度まで向上する例が報告されているが、含有率・メーカーにより差が大きいため個別データを確認すること。上表はいずれも非強化・標準グレードの代表値または代表範囲であり、実設計では使用グレードのメーカー技術資料（規格・試験条件・試験片厚さ）を確認のうえ採用すること。
耐薬品性
| 薬品分類（代表薬品） | 評価 | 備考 |
|---|---|---|
| 水・温水 | ◎ | 常温～温水では概ね安定。長期の熱水浸漬では強度低下の可能性あり |
| 無機酸（希塩酸・希硫酸等） | ○ | 希薄な無機酸には比較的耐性を示すが、濃酸・酸化性酸（濃硝酸等）には注意が必要 |
| アルカリ類（NaOH、KOH等） | ○ | 希薄なアルカリ水溶液には概ね耐性あり |
| 低級アルコール類（エタノール、IPA等） | ○ | 短時間接触では比較的安定だが、応力下では白化・クラックの可能性あり |
| 高級アルコール・多価アルコール類（グリセリン等） | ◎ | 一般に影響は小さい |
| 芳香族炭化水素（トルエン、キシレン等） | × | 溶解・著しい膨潤を生じる。PSはSP値が近く、溶剤として作用しやすい |
| 脂肪族炭化水素（ヘキサン、ガソリン等） | △ | 芳香族ほどではないが膨潤・軟化のおそれがある |
| ケトン類（アセトン、MEK等） | × | 溶解しやすく、接着・溶剤溶着にも利用されるほど溶解力が強い |
| エステル類（酢酸エチル等） | × | 溶解・膨潤しやすい |
| 塩素系溶剤（ジクロロメタン等） | × | 強い溶解性を示す |
| 油類（鉱物油・植物油） | △ | 油種・温度により膨潤・応力割れが生じる場合がある |
| 燃料（ガソリン等） | × | 膨潤・軟化しやすく、燃料系部品には不適 |
SP値（溶解度パラメータ）
ポリスチレンの代表的なSP値（δ）は、概ね 17.5～19.0 MPa1/2 の範囲で報告されており、代表値として約 18.5 MPa1/2 が目安として用いられることが多い（文献により数値に幅があり、参考値である）。ただし、SP値はあくまで溶解性の目安の一つであり、実際の耐薬品性は結晶性の有無（PSは非晶性）、応力の有無、温度、濃度、接触時間、添加剤の抽出・移行など多くの要因に左右されるため、SP値のみで最終的な耐薬品性を判断してはならない。
溶解性の目安
| SP値差（MPa1/2） | 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
| 溶剤名 | 溶剤のSP値（MPa1/2目安） | PSとのSP値差 | 評価 | 備考 |
|---|---|---|---|---|
| トルエン | 約18.2 | 約0.3 | × | PSと極めて近く、強い溶解性を示す |
| MEK（メチルエチルケトン） | 約19.0 | 約0.5 | × | PS溶剤系接着・溶着にも利用される |
| 酢酸エチル | 約18.6 | 約0.1 | × | 溶解性が高い |
| エタノール | 約26.0 | 約7.5 | ○ | 短時間接触では比較的安定 |
| ヘキサン | 約14.9 | 約3.6 | △ | 条件により膨潤する可能性 |
| 水 | 約47.8 | 約29 | ◎ | SP値差が大きく溶解・膨潤しにくい |
※ 溶剤のSP値は文献により数値の幅があり、上表は代表的な目安値である。評価基準：◎非常に良好、○概ね良好、△注意が必要、×不適。実使用では必ず実薬品による浸漬試験・応力下での確認試験を行うこと。
製法
ポリスチレンの工業的製造は、スチレンモノマーをラジカル重合開始剤（有機過酸化物等）の存在下でラジカル付加重合させることにより行われる。代表的な重合方式には、モノマーを溶剤なしで重合する塊状重合法（連続塊状重合法）、水中に懸濁させて重合する懸濁重合法、溶剤を用いる溶液重合法などがあり、いずれの方式もメーカー・グレードにより採用が異なる。
重合反応は一般に100～180℃程度の温度域で進行し、反応後は未反応モノマーを減圧脱揮工程で除去・回収する。HIPS（耐衝撃性ポリスチレン）の場合は、あらかじめポリブタジエンゴムをスチレンモノマーに溶解させた状態で重合を行うことで、グラフト共重合構造とゴム粒子の分散構造を形成させ、耐衝撃性を付与する。得られた樹脂は必要に応じて滑剤・帯電防止剤・難燃剤・着色剤等の添加剤を配合したのち、ストランド状に押し出して水冷し、カッティングしてペレット化される。
代表的な重合反応式は次のとおりである（開始剤による水素引き抜き・連鎖成長反応を簡略化した代表例）。
C6H5-CH=CH2（スチレン） + 開始剤（ラジカル発生） → [-CH2-CH(C6H5)-]n（ポリスチレン）
※ 上記は代表的な反応経路を簡略化したものであり、実際の重合機構（開始・成長・停止反応、連鎖移動反応等）はより複雑である。一般化が困難な部分については代表的な反応経路として示した。
詳細な利用用途
| 分野 | 代表的な用途例 |
|---|---|
| 電気・電子 | 家電製品の筐体・内部部品、OA機器（プリンタ・コピー機等）の筐体・トレー、配電盤部品（難燃グレード） |
| 日用品・包装 | 食品容器・トレー、透明カップ、CDケース、化粧品容器、ハンガー、文具、玩具・模型 |
| 建築・設備 | 発泡ポリスチレン（EPS）断熱材、間仕切り材の芯材 |
| 物流・梱包 | 発泡緩衝材、魚箱・保冷ボックス（EPS） |
| 光学・照明 | 照明カバー、光学部品（高透明グレード） |
| 自動車 | 内装トリム部品の一部、シート芯材（EPS）等 ※構造・耐熱部品への採用は限定的 |
| 医療・食品機械 | 使い捨て容器・シャーレ等の一部用途（用途に応じ食品衛生法・FDA等の適合確認が必要） |
関連材料との比較
| 比較材料 | 特徴 | PSとの違い |
|---|---|---|
| ABS樹脂 | スチレン・アクリロニトリル・ブタジエンの三元共重合体 | PSより耐衝撃性・耐薬品性・耐熱性に優れるが、価格はPSより高い |
| AS（SAN）樹脂 | スチレン・アクリロニトリル共重合体 | PSより耐薬品性・耐熱性・耐候性がやや優れるが、透明PSに近い光学特性を持つ |
| ポリプロピレン（PP） | 結晶性ポリオレフィン樹脂 | PSより耐薬品性・耐疲労性・ヒンジ特性に優れるが、透明性・剛性・寸法安定性はPSが有利な場合がある |
| ポリエチレン（PE） | 結晶性ポリオレフィン樹脂 | PSより耐薬品性・靭性に優れるが、剛性・耐熱性・透明性ではPSが有利な場合がある |
| ポリカーボネート（PC） | 非晶性エンジニアリングプラスチック | PSより耐衝撃性・耐熱性が大幅に高く高機能だが、価格が大幅に高い |
| PMMA（アクリル樹脂） | 非晶性透明樹脂 | PSより耐候性・表面硬度・透明度（光沢）に優れるが、耐衝撃性はPSと同様に低い |
| PET（ポリエチレンテレフタレート） | 結晶性・非晶性の両グレードを持つポリエステル樹脂 | PSより耐薬品性・強度・ガスバリア性に優れ、食品容器用途で競合する |
※ 上記の比較材料ページのうち、個別ページの存在・URLが確認できなかった材料については、本ページ内でリンクを設けていない。詳細は各材料の個別ページまたはサイトトップページを参照されたい。
代表的なメーカー
| メーカー | 代表製品・ブランド | 概要 |
|---|---|---|
| PSジャパン株式会社 | PSJポリスチレン | 国内主要ポリスチレンメーカーの一つ。GPPS・HIPS等幅広いグレードを展開 |
| 東洋スチレン株式会社 | トーヨースチロール | 国内のポリスチレン専業メーカーで、GPPS・HIPSを製造・販売 |
| デンカ株式会社 | デンカスチロール | ポリスチレン樹脂を含むスチレン系樹脂を製造・販売する国内化学メーカー |
| INEOS Styrolution | Polystyrol | 欧州系のスチレン系樹脂大手メーカーで、GPPS・HIPSをグローバルに供給 |
| Trinseo | Styron | 米国系の樹脂メーカーで、ポリスチレン・スチレン系樹脂を製造・販売 |
※ 記載したメーカー・ブランド名は代表例であり、これ以外にも国内外に多数のポリスチレンメーカーが存在する。採用検討時は各社の最新の技術資料・認証情報を確認すること。
関連キーワード
- ABS樹脂
- AS（SAN）樹脂
- 耐衝撃性ポリスチレン（HIPS）
- 発泡ポリスチレン（EPS）
- シンジオタクチックポリスチレン（SPS）
- ポリカーボネート（PC）
- SP値（溶解度パラメータ）
- 汎用プラスチック
- 環境応力割れ（ESC）
- UL94難燃性規格
※ 本ページに記載の数値・情報は代表的な目安であり、グレード・メーカー・試験条件・成形条件により変動する。実際の材料選定・設計・使用にあたっては、必ず対象グレードのメーカー技術資料を確認するとともに、必要に応じて実薬品浸漬試験、環境応力割れ試験、熱老化試験、耐衝撃試験などの確認試験を実施すること。