熱可塑性エラストマーとは？

熱可塑性エラストマーの定義

熱硬化性プラスチック、熱可塑性プラスチック、エラストマーは市場で一般的に使用される樹脂です。それぞれの樹脂の特長は以下の通りです。

熱硬化性樹脂：熱硬化性樹脂の代表的な例としてウレタン系とエポキシ系があります。耐溶剤性、耐熱性、高い強度を有することが、これら材料の特長で、反応性のオリゴマーや樹脂が、熱と圧力の下で架橋剤と反応して形成される架橋ネットワークに由来します。

熱可塑性プラスチック：熱可塑性プラスチックは、容易に溶融して成形できる樹脂です。熱を加えると溶け、冷えると固まります。代表的なものには、ナイロン、ポリエステル、ポリオレフィンなどがあります。これらの素材に架橋ネットワークは含まれません。

エラストマー：エラストマーは、弾性的な性質を持つ天然または合成樹脂です。引張変形や圧縮変形した後、弾性的に元の形状に戻ることができます。エラストマーの代表的なものとして、天然ゴムやシリコンゴムが挙げられます。

熱可塑性エラストマー(TPE)：熱可塑性エラストマーは、熱可塑性プラスチックとエラストマーの特性を併せ持つ素材です。プラスチックのような加工性と同時に、ゴムのような優れた性能特性を示します。

熱可塑性エラストマーの種類

SBC / TPE-S / TPS

スチレンブロック共重合体（Styrene Block Copolymers, SBC）は、熱可塑性エラストマー素材の中で汎用性の高い材料です。硬いスチレンのハードブロックと、ブタジエンやイソプレンなどからなる柔軟なミッドブロックで構成され、独自のミクロ相分離構造 を持ちます。一般的に、ミクロ相分離構造 は、ポリ（スチレン-b-ジエン-b-スチレン）構造であり、これは、ブロック共重合によって得られます。

SBCは、樹脂や添加剤、フィラーなど多くの素材との相性が良いため、様々な用途で使用されています。高い弾性、引張強度、耐摩耗性を特長とし、無色透明で、幅広い硬度の製品を生産可能です。広い温度範囲で機能するように、また、適切な粘着性や衝撃吸収性を有するように設計することができます。

熱可塑性エラストマーの特性は、ブロック構造によって異なり、分子構造の調整によって特性を変化させられます。

SBCの主な種類は以下の通りです。

• SEP: スチレン-エチレン-プロピレンブロック共重合体
• SEPS: スチレン-エチレン-プロピレン-スチレンブロック共重合体
• SEEPS: スチレン-エチレン-エチレン-プロピレン-スチレンブロック共重合体
• S*EEPS*-V: S*-エチレン-エチレン-プロピレン-S*ブロック共重合体（S*: 架橋性ハードブロック）
• SBS: スチレン-ブタジエン-スチレンブロック共重合体
• SEBS: スチレン-エチレン-ブチレン-スチレンブロック共重合体
• SIS: スチレン-イソプレン-スチレンブロック共重合体

さらに、ビニル結合割合が高い熱可塑性エラストマーがあります。これらをポリプロピレンと配合することで、可塑剤を使用することなく、ポリ塩化ビニルの代替として利用できます。

• V-SIS: ビニル結合の割合が高いSIS
• V-SEPS: ビニル結合の割合が高いSEPS
• V-SEEPS: ビニル結合の割合が高いSEEPS

クラレのスチレン系ブロック共重合体 〈セプトン〉、〈ハイブラー〉 は、熱可塑性エラストマーコンパウンド、樹脂改質、粘接着剤、軟質ポリ塩化ビニル代替、制振性付与など、幅広い用途や分野で、使用されています。

TPV / TPE-V / EA

動的架橋型熱可塑性エラストマー（Thermoplastic vulcanizates , TPV）は、ポリプロピレンとEPDMゴムのコンパウンドで、動的に加硫されています。この樹脂はゴムのような特性を有し、熱可塑性プラスチックに適用される容易でコスト効率の高い加工方法で加工可能です。

従来の熱硬化性加硫ゴムに代わるかたちで、TPVの使用量が増加しています。高温に強いため、130℃までの高耐熱性が求められる用途での使用が可能です。また、耐薬品性や耐油性にも優れているため、自動車のエンジンルームにもこの素材が活用されています。

アクリル系エラストマー

アクリルとは、アクリル酸エステルなどのアクリル基を持つ化学物質と、そのポリマーの総称です。アクリル基は化学的な架橋の基礎となるもので、アクリレートの名は、アクリル酸の刺激的な臭いに由来しています。

アクリル系熱可塑性エラストマーの例としては、クラレ独自のリビング重合技術を用いて、様々な（メタ）アクリレートをA-BまたはA-B-Aタイプのブロック共重合体にした、新シリーズのアクリルブロック共重合体 〈クラリティ〉, があります。重合プロセスを制御することで、ラジカル重合で製造される従来のアクリルポリマーと比較して、残存モノマーやオリゴマーを最小限に抑え、非常にクリーンな状態を保つことができます。

〈クラリティ〉は優れた透明性、耐候性、自己粘着性、他の極性材料との良好な相容性など、さまざまな特性を発揮します。トリブロックおよびジブロックのアクリル系エラストマーは、粘接着剤、成形品、イルミネーション部材など、様々な用途向けに成形できます。また、極性材料の相容性向上や改質のための添加剤としても使用可能です。

バイオ由来の熱可塑性エラストマー

バイオ由来の熱可塑性エラストマーとは、ポリマーやモノマーの少なくとも一部が、サトウキビやトウモロコシなどのバイオ由来の 原料から作られた原材料でできている製品を指します。ポリマーの残りの部分は、石油化学由来の炭素で構成されていることもあります。熱可塑性プラスチックであるポリヒドロキシアルカノエート（PHA）や多糖類など、独自の100％バイオ由来の素材を製造することは容易ではありません。

バイオ由来熱可塑性エラストマー合成のほとんどが、生物学的・生化学的プロセスに基づいています。注意点として、「バイオベース/バイオ由来」という用語は、必ずしも「生分解性」を意味しません。バイオ由来の熱可塑性エラストマーは生分解性である場合もありますが、そうでない場合もあります。

クラレでは、サトウキビを原料とした水素添加スチレンファルネセンブロック共重合体（Hydrogenated Styrene Farnesene Copolymers , HSFC）を使用した、独自のバイオ由来熱可塑性エラストマー〈セプトン〉 BIO-シリーズ,をご用意しています。

熱可塑性エラストマーの特性

硬度

素材の硬さは、熱可塑性エラストマーの重要な選択基準です。TPEの硬度には、計測基準があり、これはゴム硬度計（デュロメータ 硬度計）を用いて測定されます。具体的には、標準に基づいた圧子に力を加え、素材の抵抗力と圧子の力がバランスした状態での素材への押し込み深さをもとに、硬度を測定します。

ISO 7619-1規格では、それぞれ異なるバネ力と圧子を用いた12種類のデュロメータスケールが認められています。TPE素材の硬さを測るのに最もよく使われるのは、ショアA（鈍角の圧子、中程度のバネ力）とショアD（鋭角の圧子、強いバネ力）の2つです。ショアCはショアAとショアDの中間で、〈セプトン〉J-シリーズ,のような超軟質素材にはショアOOがあります。ただし、他のデュロメータスケールも状況に応じて使用されています。

引張特性

熱可塑性エラストマーの引張特性は、様々な試験方法で測定されます。

熱可塑性エラストマーの破断強度を測定する際は、試験片を破断するまで引き伸ばします。破断強度は、規定の試験片を用いた試験で求められ、通常はメガパスカル（MPa）で示されます。破断強度が高いエラストマーは、値が低いエラストマーに比べて、引き伸ばしても簡単には破断しません。

熱可塑性エラストマーには、使用用途によっては引裂強度も求められます。一般的な測定単位は、psi（ポンド／平方インチ）またはkN/m（キロニュートン／メートル）です。

引張弾性率は、試験片が線形弾性挙動で変形するときの応力とひずみの比で示されます。この試験では、複数のひずみ点にわたり、応力を測定します。

もう一つの重要なパラメータが破断伸度です。これは、エラストマーが「破断するまでにどれだけ伸ばせるか」を示すもので、元の長さに対する割合で示されます。柔らかいエラストマーの場合、1,000%を超えることもあります。

圧縮永久歪み

熱可塑性エラストマー素材の圧縮永久歪みも非常に重要です。圧縮永久歪みとは、熱可塑性エラストマーを圧縮した後、その圧縮荷重を解放したときの変形回復挙動を示す指標です。

圧縮永久歪みは、DIN 53 517、ISO 815またはASTM D 395に従って、一定の変形で測定されます。この測定では、円筒形の試験片を一定の割合で圧縮し、一定の温度で一定時間保管します。「0パーセント」という値は、完全に元の厚さに戻ったことを意味しますが、これは現実には不可能です。「圧縮永久歪み100％」というのは、本体が完全に変形してしまい、回復が見られないことを意味します。

永久変形は、特にエラストマーを用いた封止を行う際に重要な指標です。圧縮永久歪みが小さい素材は、封止に適しています。

射出成形

熱可塑性エラストマー素材の加工において、射出成形は重要な技術です。射出成形は生産性が高く、残留物 の少なさが特長です。

射出成形では、溶融した樹脂を金型に注入し、金型の形状に賦形して製品を作成します。 二色成形やインサート成形も可能です。射出成形は主に、大量かつ高精度での生産が求められる工具や部品などの製造に用いられます。

押出成形

押出成形は、熱可塑性エラストマーから、チューブなどの特定の形状を製造する最も一般的な手法の1つです。連続的な工程であり、個別に設計された断面を持つダイに材料を流すことで、成形を行います。

押出成形では、熱可塑性エラストマーペレットが押出機のホッパーに投入され、加熱されたバレル内で回転するスクリューを用いて加熱・溶融されます。スクリューは溶融した樹脂をダイに送り、同じ形状を連続的に生み出し、その後冷却されます。射出成形とは異なり、押出成形では通常、半製品または中間製品が得られ、これらをさらに加工する必要があります。この手法では、非常に複雑な断面を、優れた表面仕上げと高い設計自由度で製造することができます。

押出ブロー成形

もう一つの重要な手法が、空気を用いた熱可塑性エラストマーの押出成形です。この方法では、溶融した樹脂を金型やダイの中に押し出し、その後、金型や工具に空気を吹き込み、最終的な形状を作ります。

主流なのは単軸押出機です。押出ブロー成形は、ボトルや容器などの複雑な中空部品に使用されます。

3Dプリンティング

熱可塑性エラストマー素材のもう一つの活用分野は3Dプリンティングです。この手法では、柔軟性のある熱可塑性エラストマーフィラメントを使用して、スマートフォンカバーなど、柔軟性やカスタマイズ性のある部品を製造できます。熱可塑性ポリウレタン（TPU）は、3Dプリントによく使われる素材です。一方で、PLAやABS（アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン）、PC（ポリカーボネート）を特殊な用途に使用する場合には、添加剤としてクラレの熱可塑性エラストマーも利用可能です。

〈セプトン〉

〈セプトン〉は、クラレが開発したスチレン系熱可塑性エラストマーシリーズです。水添スチレン系ブロック共重合体（Hydrogenated Styrenic Block Copolymers , HSBC）は、スチレン系のハードブロックと水添ジエン系のソフトブロックで構成されています。HSBCは、ポリスチレンのハードブロックがガラス転移温度以下では物理的架橋点として機能し、柔軟なポリオレフィン構造をもつソフトブロックが弾性を発揮するため、ゴムのような弾性を示します。また、〈セプトン〉のようなソフトブロックが水添されたものは、未水添であるスチレン系熱可塑性エラストマーと比べ、耐熱性・耐候性が優れます。

〈セプトン〉 BIO-シリーズ

クラレは独自の水添スチレンファルネセン共重合体（Hydrogenated Styrene Farnesene block Copolymer , HSFC）である〈セプトン〉 BIO-シリーズを提供しています。これにより、クラレは世界で初めてバイオ由来HSBC素材メーカーとなりました。 熱可塑性エラストマー〈セプトン〉 BIO-シリーズは、バイオ由来成分を多く含む新しいコンパウンドや最終製品の製造を可能にする、今までに無い選択肢です。既存の市場を拡大しながら、新しい市場の開拓に貢献します。

〈ハイブラー〉

〈ハイブラー〉は、ポリスチレンのハードブロックと、ビニル-ポリジエンのソフトブロックからなる、クラレ独自のブロック共重合体 です。室温領域にガラス転移温度を有するため、〈ハイブラー〉は高い振動減衰性と衝撃吸収性を発揮します。 〈ハイブラー〉には、耐久性に優れる水添グレードと未水添グレードをご用意しております。

〈クラリティ〉

〈クラリティ〉は、クラレ独自のリビングアニオン重合技術を用いて、様々な（メタ）アクリレートをA-BまたはA-B-Aタイプのブロック共重合体にした、新しいアクリル系ブロック共重合体シリーズです。熱可塑性エラストマー〈クラリティ〉は、優れた透明性、耐候性、自己接着性、他の極性材料との良好な相溶性など、さまざまな特性を持ちます。