ポリウレタン（PU）とポリエステル（PET）の加工方法と適用分野

ポリウレタン（PU）とポリエステル（PET）の基礎知識

ポリウレタンはイソシアネートとポリオールの反応によって得られる高分子です。
弾性が高く、柔軟性と耐摩耗性を兼ね備えています。
一方、ポリエステルは酸とグリコールを縮合重合させて得る熱可塑性樹脂です。
耐薬品性や機械的強度に優れ、成形しやすい点が特長です。
両者とも汎用プラスチックとして広く利用されますが、化学構造の違いにより加工条件や適用分野が大きく異なります。

PUとPETの加工プロセスの全体像

ポリマーの加工は、原料の供給から最終製品の仕上げまで複数工程を経て進みます。
PUとPETは熱履歴に対する挙動が異なるため、温度管理と添加剤選定が最重要項目です。
具体的な加工方法を以下で整理します。

PUの代表的加工方法

PUは熱可塑性タイプと熱硬化性タイプに大別されます。
熱可塑性PUは溶融押出と射出成形で加工され、リサイクル性が比較的高いです。
熱硬化性PUは液状原料を型に注入し、化学反応を伴う発泡成形、RTM（レジントランスファーモールディング）などで製品化します。
発泡成形では発泡剤として水やフロン代替ガスを使用し、セル構造を制御することで断熱性と軽量性を調整します。
コーティング用途ではDMFなどの溶剤に溶解させてウェットコーティングを行い、フィルムや合成皮革を製造します。
スピニング工程では溶液紡糸または溶融紡糸によりスパンデックス繊維が作られます。
硬度や反発性を変えたい場合は、ポリオールの分子量や鎖延長剤の種類を変えて配合設計を最適化します。

PETの代表的加工方法

PETは結晶化度が加工性に影響するため、予乾燥と温度制御がカギです。
射出成形では樹脂温度270～290℃、金型温度20～80℃が一般的条件です。
延伸ブロー成形はペットボトル製造に用いられ、170～200℃でパリソンを延伸後、高圧エアでブローします。
フィルム成形ではTダイ押出ののちバイアックス延伸を行い、機械方向（MD）と横方向（TD）で二軸配向させます。
繊維化では溶融紡糸後の延伸工程で結晶化を促進し、強度と寸法安定性を確保します。
リサイクルPET（rPET）はフレークを再重合または固相重縮合し、粘度を回復して再利用します。

加工工程における品質管理

PUは水分に敏感で、含水率が高いと発泡セルが粗大化し物性が低下します。
乾燥機を使い原料水分を0.05％以下に抑えることが望まれます。
反応型PUでは等量比（NCO／OH比）をモニタリングし、過剰NCOは脆化を引き起こします。
PETは加水分解による分子量低下が課題で、乾燥工程でppmレベルの水分管理が必要です。
インライン粘度計やIV（Intrinsic Viscosity）測定で分子量を管理するとリサイクル材でも安定加工が可能になります。

適用分野の比較

PUとPETは得意領域が異なり、製品要件に応じた使い分けが重要です。

PUの主な適用分野

合成皮革やスパンデックス繊維は伸縮性と肌触りの良さから衣料分野で広く採用されます。
フットウェアのミッドソールには発泡PUが用いられ、クッション性と軽量性を提供します。
自動車業界ではシートクッション、インパネカバー、遮音材として需要が拡大しています。
医療機器ではチューブやカテーテルに使用され、生体適合性と柔軟性が求められます。
電気・電子分野ではポッティング材やシール材として耐候・耐油性能が評価されます。

PETの主な適用分野

飲料ボトルは軽量かつガスバリア性が高く、グローバルで最大の市場を形成します。
食品トレイやブリスターパックでは透明性と耐油性が重視されます。
フィルム用途では磁気テープ基材、液晶ディスプレイの光学フィルム、太陽電池バックシートなど多岐にわたります。
繊維分野ではポリエステル繊維が衣料、工業用ベルト、タイヤコードとして普及しています。
3Dプリンター用フィラメントや高強度複合材マトリックスとしても活用が進んでいます。

環境対応とサステナビリティ

PU業界ではジオールを植物由来原料へ置き換えるバイオPUの開発が活発です。
溶剤型コーティングから水系分散体への転換でVOC排出を抑制する動きが加速しています。
熱可塑性PUはマテリアルリサイクルが可能で、廃材を粉砕後再押出する方式が実用化されています。
PETはメカニカルリサイクルとケミカルリサイクルが両輪で進み、ボトルtoボトル循環が実現しつつあります。
酵素分解による低エネルギーリサイクルも研究段階にあり、カーボンフットプリント低減が期待されます。

選定時のポイントと比較チャート

機械的強度、柔軟性、耐熱性、コストの4軸で評価すると次のようになります。
PUは柔軟性と衝撃吸収性が突出していますが、耐熱上限は80～90℃程度です。
PETは耐熱性120℃、機械的強度も高い一方、低温域の衝撃特性や伸縮性は限定的です。
コスト面では汎用PETが有利で、特殊グレードPUは原料価格が高めです。
最終用途の温度環境、荷重条件、デザイン自由度を総合的に判断することが重要です。

加工トラブルと対策

PU成形で気泡欠陥が発生した際は原料乾燥不足、撹拌不良、型温度不均一をチェックします。
硬化不良は触媒濃度調整やポストキュア工程の追加で改善可能です。
PET射出成形で銀条が生じる場合は素材乾燥温度を上げる、背圧を高めるなどして揮発成分を排除します。
延伸ブローで白化が起きるときは延伸速度を下げ、予熱ゾーン温度を微調整すると透明性を保持できます。

今後の技術動向

PUは無溶剤UV硬化型の開発によって瞬時成膜と低エネルギー硬化を実現しつつあります。
さらに、3Dプリンター向けに光硬化性PUレジンが市場投入され、カスタム医療デバイスへの応用が期待されます。
PETでは炭素繊維強化PET（CFR-PET）が自動車軽量化素材として注目されています。
また、化学的リサイクルで得た原料を高純度化し、バージン材と同等性能を確保する技術が進展しています。
両材料とも機能性フィラーやナノ粒子を添加し、導電性、難燃性、バリア性を向上させる研究が活発です。

まとめ

ポリウレタンとポリエステルは、加工法と適用分野が補完関係にあります。
PUは高い柔軟性と快適性を活かし、衣料や衝撃吸収材として選ばれます。
PETは耐熱性と透明性、リサイクル性を武器にパッケージやフィルムで主流素材となっています。
それぞれの特性を理解し、加工条件を適切に管理することで、高付加価値製品の創出が可能です。
今後は環境負荷低減と機能高度化の両立が鍵となり、バイオ原料やリサイクル技術のさらなる革新が期待されます。