ポリエステル（PET）とポリウレタン（PU）の耐薬品性比較と市場導入技術

ポリエステル（PET）とポリウレタン（PU）の基礎特性

ポリエステル（以下PET）はエチレングリコールとテレフタル酸を主原料とする熱可塑性樹脂です。
高い結晶性と機械強度、透明性を兼ね備え、食品包装や繊維、ボトル用途で広く利用されています。
一方、ポリウレタン（以下PU）はポリオールとイソシアネートの反応によって生成される高分子で、硬質フォームからエラストマー、塗料まで多彩な形態を設計できる点が最大の特徴です。
柔軟性、耐摩耗性、接着性に優れるため、自動車内装材やスポーツシューズ、医療チューブなどに採用されています。

分子構造の違い

PETはエステル結合を主骨格とし、剛直なベンゼン環を含むため結晶化しやすい構造です。
PUはウレタン結合（−NH−CO−O−）とソフトセグメント、ハードセグメントが相分離した構造で、可塑性と弾性を調整しやすい利点があります。

耐薬品性のメカニズム

耐薬品性は高分子鎖の化学的安定性、結晶性、極性基の有無、架橋密度などに依存します。
PETのエステル結合はアルカリによる加水分解を受けやすい一方、芳香族環の存在が酸化劣化を抑制します。
PUはウレタン結合が酸・アルカリ両方に対して加水分解を受けやすく、特に高温多湿下での分解速度が顕著です。

酸に対する耐性

PETは希酸に対しては安定ですが、強酸中では加水分解とエステル切断が進行します。
PUは硫酸や塩酸などの無機酸によりウレタン結合が切断され、機械強度が低下します。

アルカリに対する耐性

PETはアルカリ加水分解でテレフタル酸二ナトリウムとエチレングリコールに分解されやすく、フィルム表面が白化します。
PUはアルカリ条件下でも比較的速やかにウレタン結合が切断され、軟化や崩壊が発生します。

溶剤に対する耐性

PETはアセトン、トルエンなど多くの有機溶剤に不溶であり、高い耐溶剤性を示します。
PUは分子内に極性基を持つため、N,N-ジメチルホルムアミド（DMF）やメチルエチルケトン（MEK）で溶解・膨潤が起こりやすいです。

定量評価方法

耐薬品性評価は質量変化率、引張強度保持率、外観変化観察の三指標が多用されます。
ASTM D543やISO 175では、規定薬品に浸漬後の重量差と機械特性変化を測定する手順が詳細に定義されています。

重量変化率測定

試験片を一定温度、一定時間薬液に浸漬し、表面を軽く拭取った後の質量を測定します。
吸収、膨潤、溶解を総合的に評価できるシンプルな手法です。

機械特性保持率

引張試験(ASTM D638)や引裂試験などで初期値と比較し、強度保持率を算出します。
機械的劣化が使用環境での寿命を左右するため、製品設計段階で重要な指標となります。

化学分析

FT-IRによる官能基解析、DSCによる結晶性変化、GPCによる分子量分布測定などで分解・架橋の進行度を定量化します。

用途別耐薬品性の実例

食品包装

PETボトルは炭酸飲料やアルコール飲料にも高いバリア性と耐溶媒性を示しますが、アルカリ洗浄が必要なリターナブルボトルでは表面エロージョンが課題です。
PUコーティングフィルムは油脂や調味液に対して柔軟性を保持しつつ密封性を向上させるため、レトルトパウチのシーラント層に採用されています。

医療デバイス

PUチューブは低温プラズマ滅菌やEOガス滅菌に耐える一方、強酸性消毒液には注意が必要です。
PET製カテーテルは比較的化学安定ですが、繰返し使用時のアルカリ洗浄により脆化する可能性があります。

自動車・産業資材

PET繊維補強ベルトはエンジンオイルや冷却液に対して寸法安定性を保ちます。
PUホースは溶剤系塗料や燃料にさらされる環境下で膨潤が懸念されるため、フッ素化PUやハイブリッド共重合が検討されています。

市場導入における技術課題と解決策

加水分解対策

PUの耐水解性向上にはポリエーテル系ポリオールの使用、ウレタン結合の安定化添加剤、表面コーティングが有効です。
PETでは結晶化度を高める熱処理や、表面にシランカップリング剤を用いてバリア層を形成する方法が採用されています。

マルチレイヤー化技術

異種樹脂を多層化することで、各層の耐薬品性と機械特性を最適化できます。
PET/エチレンビニルアルコール共押出フィルムは酸素バリアを高め、PUホットメルト接着剤により層間接着を強化できます。

リサイクル適合性

PETはメカニカルリサイクルが確立していますが、多層化や添加剤が増えると分別コストが上昇します。
PUはケミカルリサイクルが研究段階にあり、グリコール分解や超臨界メタノール法が注目されています。

環境規制とサステナビリティ対応

欧州のREACH規制や中国のGB規格では、有害溶剤や重金属の残留管理が強化されています。
PETは再生樹脂含有比率の法制化が進み、ボトルtoボトルのクローズドループ化が求められます。
PUは揮発性有機化合物（VOC）排出規制を背景に、水系PUディスパージョンや生分解性ポリオールの採用が急速に拡大しています。

LCA視点での材料選定

ライフサイクルアセスメントでは製造時エネルギー、使用段階の寿命、廃棄時の回収効率を総合比較します。
耐薬品性向上により長寿命化すれば、原料由来のCO₂排出を分散できるため環境負荷低減に寄与します。

まとめ

PETは高結晶性による耐溶剤性と機械強度に優れますが、アルカリに対しては加水分解しやすいという弱点があります。
PUは柔軟性と設計自由度が魅力ですが、酸・アルカリや極性溶剤で劣化しやすいため、添加剤や多層化による保護が不可欠です。
市場導入では、耐薬品性評価の標準化、リサイクル適合設計、環境規制対応が成否を分けるポイントになります。
適切な材料選定と表面改質技術を組み合わせることで、PETとPUの長所を最大化し、医療・食品・自動車など多様な分野での競争力向上が可能です。