熱可塑性ポリウレタンエラストマー

説可塑性エラストマーのパッキン
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熱可塑性ポリウレタンエラストマーの概況

熱可塑性ポリウレタンエラストマーの製品概況

 熱可塑性ポリウレタンエラストマー(TPU:Thermoplastic Polyurethane)はウレタンエラストマーの一種で、ポリウレタンによるハードセグメントとポリオールなどのソフトセグメントから構成されるポリマーです。原料の選択や合成方法によって物性や付加機能を選択することが可能です。優れた耐摩耗性、耐屈曲性、耐油性、耐ガソリン性、耐熱性、耐加水分解性、耐薬品性、耐寒性、ゴム弾性、自己補修性、リサイクル可能、着色が容易であるなど多くの特徴がありバランスが良いため、自動車部品や工業部品、ホース・チューブ、フィルム、電線ケーブル、医療・衛生用品、スポーツ用品等広く採用されています。

熱可塑性ポリウレタンエラストマーの原料

 熱可塑性ポリウレタンエラストマーは原料として使用するポリオールの種類によって発現する特性が異なります。

 ポリカーボネート系では耐水性、耐熱性等耐久特性が向上し、PTMG(ポリテトラメチレングリコール)などのポリエーテルポリオールを使用した場合耐加水分解性、耐カビ性、低温特性に優れます。ポリエステルポリオールを使用した場合、機械特性、耐油性、耐熱性、耐摩耗性、製造コストのバランスに優れます。ポリカーボネートジオール(PCD)を使用した場合、耐熱性、耐加水分解性、耐候性に優れるがコストが高くなっています。ジイソシアネートをジフェニルメタンジイソシアネート(MDI)から4,4 ́ ジシクロヘキシルメタンジイソシアネート(H12MDI)やヘキサメチレンジイソシアネート(HDI)や1,4−X6HDIに変更することで紫外線による黄変を抑えることが可能になります。

 ポリオールの主な供給流通メーカーはBASF社、Covestro社、COIM社、DOWが挙げられます。イソシアネートの主な供給流通メーカーはBASF社、Covestro社、Hunstsman社が挙げられます。

 主剤に対し、使用される主な硬化剤を以下の表に示します。

主剤硬化剤
PPGMDI・TDI・HDI・H12MDI・その他
PTMGMDIが主な組み合わせ。TDI・HDI・H12MDI・その他
PEPMDIが主な組み合わせ。TDI・HDI・H12MDI・その他
PCLMDIが主な組み合わせ。TDI・HDI・H12MDI・その他
PCDMDIが主な組み合わせ。TDI・HDI・H12MDI・その他
その他MDI・TDI・HDI・H12MDI・その他
<熱可塑性ポリウレタンエラストマー主剤・硬化剤の組み合わせ>

熱可塑性ポリウレタンエラストマーの製造方法

 熱可塑性ポリウレタンエラストマーはワンショット法又はプレポリマー法で製造します。ワンショット法はポリオール、イソシアネート、鎖延長剤を一括混合して製造する熱硬化ウレタンエラストマーです。ワンショット法で製造した熱可塑性ポリウレタンエラストマーは操作が容易で工業生産に適しています。一方プレポリマー法ではポリオールとジイソシアネートを事前反応させた後、低分子ジオールを撹拌混合させる方法です。ワンショット法より分子量分布の狭いハードセグメントが形成される特徴があります。

<熱可塑性ポリウレタンエラストマーの製造方法>

 熱可塑性ポリウレタンエラストマーは各種グレードにより多様な成形法で成形することができます。

  • 射出成形:金型に樹脂を射出する成形法
  • ブロー成形:樹脂の塊の中に空気を吹き込み金型に張り付かせる成形法
  • 押出成形:樹脂をシリンダーに入れ混練しながら口金から押し出す成形法
  • カレンダー成形:複数のロールで混練する成形法
  • インフレーション成形:樹脂で膜を作りそこに空気を当て膨らませて薄膜を作る成形法
  • パウダースラッシュ成形:熱した金型に粉状の樹脂を入れると溶け金型に張り付くので金型を回転させ全面に樹脂を溶かしつける成形法
  • 溶媒:溶媒を加え液化した樹脂をコーティングやバインダーで成形する成形法

熱可塑性ポリウレタンエラストマーの主参入企業

 熱可塑性ポリウレタンエラストマーの主な参入企業と製品(ブランド)は下記の通りです。

企業製品・ブランド特徴
BASFElastollan日本・中国・
台湾・米国・
ドイツ
シート、フィルウ、ホース、チューブに使用
Elasollanと独自開発のNeopolenを組み合わせた
Infinergyを展開していてスポーツ用品や
コーティング剤として使用される
CovestroDesmopan
Texin
Pandex
日本・中国
台湾・インド・
米国
バンパー、チューブ、ホース、各種シートに使用
ドイツではDsmpopan、北米ではTexinを展開
ディーアイシーコペストロポリマーとの合弁事業
Pandexを展開
LubrizolEstane
Tecoflex
Pearlthane
Pearlbond
中国・マレーシア
米国・ベルギー
スペイン
競合他社のTPU事業の買収を重ね多数のTPU
ブランドを展開
HuntsmanLrogran
Irotsic
Avalone
Krystalflex
Krystalfran
smartLite
中国・米国
ドイツ
MDI大手メーカー
フィルム/シートに使用
ドイツT.Michel Formenbau社とe-TPUを開発
Avalone AB DIシリーズはスポーツ用品に使用
smartLiteは発泡TPU
CIOMLARIPUR中国・米国・
その他アジア・
欧州・南米
大手PEPメーカー
欧州が主拠点とされている
日本ミラクトランミラクトラン日本医療用など高機能品に注力
生産ラインを分けユーザーのニーズに応えている
大日清化工業レザミンP日本幅広い用途で展開
押出成形品への注力
クラレクラミロンU日本ウレタン製品では皮革も手掛ける
三井化学フォルティモ日本高弾性・高耐熱・無黄変性
1,4-H6XDIを使用しているので自動車、3D プリンタ
フィルム、シート等各種用途展開を進めている
煙台万華聚氨酯
Yantai Wanhua Polyurethane
Huafon TPU中国MDI、TDI、PPGから一貫生産
中国での高いシェアを占め、東南アジアや
南米へ輸出が増加している
浙江华峰热塑性聚氨酯
Zhejiang Huafon
Thermoplastic Polyurethane
中国中国大手スパンデックス企業傘下
汎用、中価格帯のグレードの展開を進めている
山東美瑞新材料
Shandong Miracll Chemicals
Mirathane中国近年特殊グレードの占める割合が増加
三晃股份
Sunko Ink
Kuotane台湾
高鼎精密材料股份
Coating P.Materials
台湾
Songwon IndustrialSONGTOMER韓国ポリオール原料から一貫生産
<熱可塑性ポリウレタンエラストマー主要参入企業※当サイト推定値>

中国では過去最大で100社ほどが参入していましたが、環境規制の強化と企業間競争を経て淘汰が進み、2021年4月現在市場に参入している企業は数十社といわれています。シューズメーカーで自消用としてで1万MT/Yの生産能力を持つケースも登場しています。熱可塑性ポリウレタンエラストマーの生産拠点は東アジア、米国、西ヨーロッパに集中しています。2010年以降中国は生産能力増設幅が大きく、世界の生産能力の半数を占める生産国となりました。

熱可塑性ポリウレタンエラストマーの用途

 熱可塑性ポリウレタンエラストマーの用途例は以下の表のように分類されます。

分野用途例
ホース・
チューブ
高圧ホース、消防ホース、空圧チューブ、油圧チューブ、農薬用ホース、
塗装用ホース、燃料チューブ
フィルム・
シート
自動車関係(ヘッドレスト、シートカバー、傷つき防止フィルム、エアマット)、
キーボードシート、ラバースクリーン、ガスケット、合成皮革
伸縮シート、柔軟フィルム、衣装、ホットメルト、オムツ用品、梱包の緩衝フィルム
工業品各種ギア、各種グリップ、各種タイヤ、ローラー、防振・防音部品、
ポンプ周辺部品、建材、ギア、シール材、パッキン、キャップ、
コネクター、ラバースクリーン、グリスカバー、ダストカバー
自動車インストルメントパネル表皮、ギアノブ表皮、コンソールボックス表皮、レザーシート
バンパー・サイドモール、テールランプシール、ブッシュドアーロックストライカー、
スプリングカバー、ペダルストッパー、スプリングカバー、防振部品
ベルトコンベアベルト、タイミングベルト、丸ベルト、Vベルト、平ベルト
電線・
ケーブル
電力・通信ケーブル、自動車用ABSセンサーケーブル、ロボットケーブル
産業用ケーブル、コンピュータ配線
その他靴、階段滑り止め、道路歩行分離ポール、ローラースケートホイール、各種タグ、
接着剤、各種ロープ、バインダ、コーティング剤、医療用ドレッシング材カテーテル、
医療用ロープ、医療用チューブ、医療用テープ、絆創膏
<熱可塑性ポリウレタンエラストマーの用途>

 熱可塑性ポリウレタンエラストマーは耐候性、耐油性、耐摩耗性に優れるため、工業部品で広く採用されています。欧州圏は自動車部品が、アジア圏では自動車部品にゴム類の採用が多かった経緯があり地域による市場規模に差がついています。また熱可塑性ポリウレタンエラストマーは機械的強度、屈曲性に優れた特性を活かして電線・ケーブルに採用されています。耐衝撃性や耐黄変性を強化したグレードはスマートフォンやタブレット端末などのカバーケースに使用され、ウエアラブル端末のリストバンド部分に採用例があります。その他靴材や道路走行分離ポール・コーン、医療器具で採用があります。成形用途以外ではバインダー、接着剤、コーティング材として用いられています。

 工業・産業分野に提供されるホース・チューブの販売メーカーは日本ピスコ、エスエムシー、千代田エンジニアリングが挙げられます。工業部品、自動車内装材、雑貨、衣類などに提供されるフィルム・シートの販売メーカーはBASF社(自消)、Covestro社(自消)、鼎基先進材料、大倉工業、シーダム、日本バルカー工業、日本マタイ、日清紡テキスタイル(自消)が挙げられます。コンパウンダーとして海外でHexpol社、日本ではアロン化成、リケンテクノス等が挙げられます。

熱可塑性ポリウレタンエラストマーの競合材料・技術トレンド

熱可塑性ポリウレタンエラストマーの競合材料

熱可塑性ポリウレタンエラストマーはポリアミド系エラストマー(TPAE)・ポリエステル系エラストマー(TPC)・水添スチレン系熱可塑性エラストマー(SEBS)といった材料と競合関係にあります。

 TPAEとスポーツ用品や産業用チューブで競合関係にあります。TPAEは耐屈曲性、耐久性、低音域での耐衝撃性、軽量性などで優位にあるため競技用スキーブーツ、スキー板、スノーボードでの採用されています。チューブ類では性能が良いため主に日系メーカーの熱可塑性ポリウレタンエラストマーが採用されています。しかし、耐加水分解性、耐黄変性の機能が要求される場合TPAEが採用されます。

 TPCは衣装、シート、コンベアベルト向け用途等で競合関係にあります。日本では熱可塑性ポリウレタンエラストマーが採用されることが多いのですが、欧米では耐熱性や耐薬品性が必要な場合TPCが採用されています。

 SEBSは靴材で競合関係にあります。SEBSは耐摩耗性に優れているため置き換わるケースもあります。

熱可塑性ポリウレタンエラストマー技術トレンド

 熱可塑性ポリウレタンエラストマーでは耐黄変性という技術課題があります。ポリオール原料をポリカーボネートジオール(PCD)に替えることで耐黄変性に優れ、力学的物性が高くなる利点があります。イソシアネートを芳香族から脂肪族や脂環族に変更することで耐黄変性が高くなります。三井化学の製品フォルティモでは脂環式構造を持つため、高耐熱性と無黄変性を両立しています。また新規開発動向として、次の様な動きがあります。

  • ホース・チューブ類特性を向上させた低硬度グレードの開発
  • 加硫ゴムやPVCの代替材料としての難燃グレード
  • 非石油由来材料への転換としてバイオ由来TPUの開発
  • 耐久性や耐衝撃性の高いTPUとCF(カーボンファイバー)の組み合わせの樹脂開発
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