ブログ について TPU vs シリコン：特性と用途の比較

日常生活において、我々は様々な材料に遭遇しますが、その中でも熱可塑性ポリウレタン（TPU）とシリコーンは、広く使用されている2つのポリマーとして際立っています。スマートフォンケースから医療機器まで、これらの材料は至る所に存在します。しかし、TPUとシリコーンは、物理的特性、加工特性、および用途分野において著しい違いを示します。適切な材料を選択することは、製品の性能と寿命に直接影響します。この記事では、百科事典的な視点からTPUとシリコーンを詳細に分析し、読者がこれらの材料をより良く理解し、活用できるよう、材料選択のガイダンスを提供します。

熱可塑性ポリウレタン（TPU）は、ゴムのような弾性とプラスチックのような加工性を兼ね備えた熱可塑性エラストマーの一種です。これは、ジイソシアネート、ポリオール、および鎖延長剤の反応によって合成されるポリマーです。TPUの分子構造には、柔軟なセグメントと剛性のあるセグメントの両方が含まれており、独特の物理化学的特性を付与しています。原料と配合によって、TPUは様々な硬度、弾性、耐摩耗性、および耐薬品性を示すことができます。

TPUは主に段階的成長重合によって合成され、ジイソシアネートがポリオールと反応してプレポリマーを形成し、次に鎖延長剤による鎖延長が行われて最終的なTPUポリマーが生成されます。ポリオールの種類に基づいて、TPUはポリエステル系TPUとポリエーテル系TPUに分類できます。ポリエステル系TPUは優れた耐油性と耐溶剤性を提供しますが、耐加水分解性は低く、一方、ポリエーテル系TPUは優れた耐加水分解性、低温性能、および反発弾性を示します。

硬度に応じて、TPUは軟質（ショア硬度60A-80A）、中硬度（80A-95A）、または硬質TPU（95A以上）に分類できます。

• 高い弾性と柔軟性： TPUは優れた弾性回復性を示し、伸張または圧縮後、元の形状にすばやく戻ります。その柔軟性により、スマートフォンケース、履物、ケーブルなど、高い弾性を必要とする用途に適しています。
• 優れた耐摩耗性： TPUの耐摩耗性は、天然ゴムおよびほとんどの合成ゴムを上回り、一部のエンジニアリングプラスチックに匹敵します。これにより、靴底、コンベアベルト、シールなど、耐摩耗性コンポーネントに最適です。
• 優れた耐薬品性： TPUは、油、溶剤、酸、塩基など、様々な化学物質に耐性があり、化学、自動車、機械産業で価値があります。
• 調整可能な硬度： TPUの配合は、軟質エラストマーから剛性エンジニアリングプラスチックまで、硬度を調整できます。
• 優れた加工性： TPUは、射出成形、押出成形、ブロー成形によって加工でき、大量生産を可能にします。
• 優れた耐候性： 特殊なTPU配合は、紫外線、オゾン、および酸化に耐性があり、屋外用途に適しています。

• 家電製品： スマートフォンケース、タブレットカバー、スマートウォッチバンド
• 履物： ソール、アッパー、エアクッション
• 自動車産業： 内装部品、シール、ケーブルシース
• 医療機器： カテーテル、輸液チューブ、手術器具のハンドル
• スポーツ用品： 運動靴のソール、保護具、ジム機器のグリップ
• 工業用途： コンベアベルト、ホース、シール、ケーブルシース

シリコーン、または有機シリコーンエラストマーは、シリコン-酸素骨格と有機側鎖を持つ合成ポリマーです。その独特の特性—温度耐性、耐候性、および生体適合性—により、医療、食品、および電子用途で価値があります。硬化方法に基づいて、シリコーンは付加硬化型と縮合硬化型に分けられます。

シリコーンは、通常、シランから加水分解と重縮合反応によって合成され、シロキサンオリゴマーが形成され、次に硬化剤と触媒で架橋されます。付加硬化型シリコーンは、白金触媒を使用して高速で副産物なしに硬化し、高精度用途に適しています。縮合硬化型シリコーンは、スズ触媒を使用し、一般的な工業用途に費用対効果が高くなっています。

用途別に、シリコーンは汎用、医療グレード、食品グレード、または電子グレードに分類でき、それぞれ特定の規制要件を満たしています。

• 優れた耐熱性： シリコーンは-60℃から230℃まで性能を維持し、特殊な配合ではこれらの限界を超えます。
• 優れた耐候性： 紫外線、オゾン、酸化、および加水分解に耐性があり、屋外での使用に最適です。
• 優れた生体適合性： 無毒で低アレルギー性であり、医療用インプラントおよびデバイスに適しています。
• 優れた電気絶縁性： 電気漏れを防ぎ、電子機器の封止に役立ちます。
• 疎水性： 水をはじき、湿気による損傷から保護します。
• ソフトな触感： 哺乳瓶の乳首やマッサージツールなど、製品に快適さを提供します。

• 医療機器： カテーテル、関節インプラント、乳房プロテーゼ、注射器シール
• 食品産業： ベーキングモールド、氷トレイ、食品容器、乳首
• 電子機器： 部品封止、シール、キーボードキー、熱伝導材料
• 家庭用品： キッチン用品、バスルーム製品、シーリングストリップ、滑り止めマット
• 自動車産業： シール、ショックアブソーバー、点火ワイヤー

TPUとシリコーンのどちらかを選択する際には、以下を考慮してください。

• 用途環境： 温度、湿度、および化学物質への暴露
• 機械的要件： 弾性、強度、および耐摩耗性
• 生体適合性： 医療または食品接触製品に不可欠
• 加工方法： 製造能力に材料を合わせる
• 費用対効果： 性能と予算制約のバランスを取る

TPUとシリコーンは、それぞれ異なる利点を持つ高性能ポリマーです。TPUは、要求の厳しい機械的用途において、弾性、耐久性、および耐薬品性に優れており、一方、シリコーンは、敏感な用途において、比類のない温度安定性、生体適合性、および安全性を提供します。これらの材料の特性を理解することで、情報に基づいた選択が可能になり、製品の性能と寿命を最適化できます。