【化学業界の基礎知識 -化学用語編-】第3回 熱硬化性樹脂とは？

化学業界で仕事をする人なら知っておきたい「化学用語」をおさらいする「化学業界の基礎知識 化学用語編」。今回のテーマは「熱硬化性樹脂」です。

前回の熱可塑性樹脂に対比される樹脂が「熱硬化性樹脂」です。

熱硬化性樹脂は、加熱過程でモノマーが重合反応を起こして硬化します。重合反応によって形成される結合が強固なため、再び加熱しても結合が解けることはありません。高分子鎖同士が網目状につながっているために、加熱しても高分子鎖が自由に運動することができないのです。

代表的な熱硬化樹脂であるフェノール樹脂は、フェノール類とホルムアルデヒドを原料としており、世界で初めて工業化された人工合成のプラスチックです。商品名は「ベークライト」で、ベルギー生まれで米国で活躍した化学者レオ・ベークランドが1907年に発明したことに由来します。日本では1914（大正3）年から試作されました。

フェノール樹脂は、合成時の触媒が「酸性であるかアルカリ性であるか」により反応が異なります。

酸性の触媒下でフェノール類とホルムアルデヒドを縮合重合させると、ノボラックと呼ばれる熱可塑性樹脂が得られます。ノボラック樹脂そのものは加熱しても硬化しないため、硬化させて使用する場合にはヘキサメチレンテトラミンなどの硬化剤を用いる必要があります。

一方、アルカリ触媒下で合成を行うとレゾールと呼ばれる樹脂が得られます。レゾール樹脂は自己反応性の官能基を有するため、加熱することによりそのまま硬化させることができます。

熱硬化樹脂そのものを製品として成型することはまれで、通常は空間を埋めるためのフィラーや、繊維を接着・固定するバインダーなどとして用いられます。また、耐熱性が要求される鍋の取手などの調理用品、自動車部品や、基板などに用いる絶縁体などとしてさまざまな製品に利用されています。住宅用途では、ポリスチレン系の住宅用断熱材に代わる材料として、発泡フェノールフォームが商品化されています。

レゾール樹脂は耐熱性を生かして接着剤や塗料などの主成分として用いられていますが、電子レンジには使えません。樹脂がマイクロ波を吸収し、発熱してしまうためです。

フェノール樹脂を木質材料に含浸させ真空高温で焼成することで、多孔性炭素材料のウッドセラミックスを製造することができます。これまで廃棄されていた木質性の原料が環境に優しい素材になるとして利用されています。

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次回のテーマは「界面活性剤」です。お楽しみに！