ポリウレタン（PU）とエラストマーの加工技術とその比較【市場対応】

ポリウレタン（PU）とエラストマーとは

ポリウレタン（PU）はイソシアネートとポリオールの重縮合反応により得られる高分子で、硬質フォームから軟質エラストマーまで硬度レンジが広いことが特徴です。
一方、エラストマーは常温でゴム弾性を示す高分子の総称で、天然ゴムや合成ゴムに加え、熱可塑性エラストマー（TPE）など多様なタイプが存在します。

PUは分子構造内にウレタン結合を含み、硬軟セグメントの比率を制御することで物性を自在に設計できます。
エラストマーは架橋構造の有無で熱硬化性と熱可塑性に大別され、加工方法やリサイクル性が異なります。

ポリウレタン（PU）の加工技術

射出成形

PUエラストマーのペレットを可塑化し金型に射出する手法です。
寸法精度が高く複雑形状にも対応でき、ガスベントを設ければ気泡欠陥も抑制できます。

押出成形

チューブ、フィルム、シートなど連続形状の大量生産に適します。
PU特有の高い溶融粘度に対応するため、ネジ長L/Dを35以上とし、シリンダー温度を180〜210℃に設定すると安定押出が可能です。

スピンコーティング・キャスティング

溶剤型または無溶剤型PUを基材に流延させて皮膜やローラーライニングを形成します。
高い耐摩耗性が要求される紙送りローラーや工業ベルトに多用されます。

3Dプリンティング

UV硬化型PUレジンを用いる光造形（SLA）、熱溶融積層（FDM）向けTPUフィラメントが市場に浸透しています。
少量多品種や医療カスタムパーツで採用が進み、後加工としてプラズマ処理やコロナ放電による表面改質が行われます。

エラストマーの加工技術

加硫成形

天然ゴムやNBRなど熱硬化性エラストマーは、プレスや射出成形機で加圧・加熱し硫黄架橋を行います。
金型温度150〜180℃、加硫時間3〜15分が一般的で、圧縮永久ひずみや耐油性などを用途に応じ配合設計します。

TPE射出成形

SBC、TPU、TPO、TPSなど熱可塑性エラストマーは溶融再成形が可能です。
ゲートシステムをホットランナー化するとランナーロスを削減でき、サイクルタイム15〜40秒で高スループットが得られます。

ブロー成形

柔軟性を生かし、スポイトや医療バッグなど中空成形品に利用されます。
TPUを用いた場合、耐ピンホール性が向上し医薬品輸送バッグ市場で需要が拡大しています。

二色成形・インサート成形

TPEとABS、PCなど剛性樹脂を一体成形し、シール性と剛性を両立させます。
モバイル端末ガスケットや電動工具グリップで優れたデザイン自由度を発揮します。

PUとエラストマー加工技術の比較

PU射出成形は硬度90A以上の高弾性品でもフロー性が高く、薄肉0.6mm成形が可能です。対してTPE射出成形は軟質40A以下でも成形温度が低く、熱履歴ダメージが少ない利点があります。

コスト面では、PUは原材料単価がやや高いものの、金型寿命が長いので総トータルコストは量産規模によって逆転します。
加硫ゴムは金型が安価な反面、サイクルが長く、労務コストが嵩みやすい点に留意する必要があります。

環境対応では、TPEやTPUはリサイクル可能ですが、加硫ゴムは難リサイクル。従来PUフォームも熱分解リサイクルが課題でしたが、ケミカルリサイクル技術が実証段階に入り、ライフサイクルでのCO2排出削減が見込まれます。

市場動向と採用トレンド

自動車分野ではEVシフトに伴い軽量化とNVH性能向上が課題となり、PUバスバー絶縁材やTPEモーターマウントが採用されています。
ウェアラブル機器市場ではTPUストラップの耐皮脂性が評価され、年率8%で需要が拡大。
医療分野ではISO10993適合TPUチューブがカテーテルや人工心肺回路に採用され、透明性と耐薬品性が注目されています。

アジア太平洋地域はPUフォームの家具・寝具需要が旺盛で、中国の建築断熱規制強化により高難燃PUパネル市場が拡大しています。
欧州ではサーキュラーエコノミー政策により、TPU再生材を20%以上含む靴底が大手スポーツブランドで上市されています。

加工選択時のチェックポイント

1. 要求物性：耐摩耗性ならPU、耐オイル性ならNBR、ソフトタッチならTPE-Sが優位です。
2. 生産数量：10万個以上の量産は射出成形が有利。試作や多品種少量なら3Dプリンティングや真空注型がコストメリットを生みます。
3. 寸法公差：±0.05mm以内ならPU射出成形、±0.2mm程度であれば加硫プレス成形でも対応可能です。
4. 接着・二次加工：PUはプラズマ処理後のPUR接着が安定。TPEはオーバーモールドに適し、マルチマテリアル化が容易です。
5. 環境規制：RoHS、REACHに加え、VOC規制や医療用グレードではUSP Class VIの適合確認が必須になります。

サステナビリティと今後の技術開発

PUではバイオマス由来ポリオールの採用が進み、トウモロコシやキャスターオイルを原料にした植物系ポリウレタンが商業化されています。
加硫ゴム分野ではシングルステップ脱硫・再架橋プロセスが研究され、リクレーム率を80%まで高める成果が報告されています。

また、超臨界CO2発泡技術により、CFC系発泡剤を用いないPUフォームが実用化され、環境負荷低減と高断熱性の両立が実現しました。
TPEは分子設計による自己修復エラストマーが開発され、スマートフォンケースなど高付加価値用途が期待されています。

まとめ

ポリウレタン（PU）とエラストマーは、物性と加工方法の多様さから幅広い産業で採用されています。
PUは高い耐摩耗性と設計自由度、TPEはリサイクル性と加工スピード、加硫ゴムは耐熱・耐油性能でそれぞれ優位性を持ちます。

市場ではEV、自動化医療、ウェアラブルデバイスの成長が需要を牽引し、サステナビリティ志向からバイオマス材やリサイクル技術が加速しています。

用途要件と生産条件を多角的に検討し、最適な材料と加工技術を選定することが、コスト競争力と環境対応を両立させる鍵になります。