化学製品・高分子製品の基礎講座

私たちは、あらゆるところで多種多様な「化学製品」に囲まれています。 それらの化学製品、あるいは化学物質について、知っておくべきこととは何か。 本連載では、製品の成分や仕様説明に記載されている化学物質、高分子材料について理解できるよう、 化学製品の基礎知識をご紹介していきます。
第5章 主要な高分子材料の種類と特長

5-6 ナイロン繊維・樹脂

ナイロンは1939年に最初の合成繊維としてアメリカのデュポン社によって工業化され、大成功を収めたので、合成繊維の王座をすでにポリエステル繊維に奪われたとは言え、現在でも合成繊維の代名詞になるほど有名です。その一方で、5-7で述べるエンジニアリングプラスチックとしても、ポリカーボネートに次ぐ第2位の地位にナイロンはありながら、プラスチックとしての用途にPETボトルのような身近なものがないためか、ポリエステル(PET)に比べて一般社会にはほとんど知られていません。5-5で述べたようにPETが工業化当初から合成繊維とプラスチック用途のひとつであるフィルムの両方に使われたのに対して、ナイロンは合成繊維としての成功があまりに華々しすぎて、プラスチックとしての利用は遅れました。エンジニアリングプラスチック第1号の栄冠も、同じデュポン社が1956年に工業化したポリアセタールに取られてしまっています。

高分子の名前には、ポリエチレン、ポリ塩化ビニルのような原料モノマーに由来するものと、ポリエステル、ポリウレタンのように高分子の分子構造に由来するものがあります。しかし、ナイロンはこの両方に該当しません。ナイロンは本来、デュポン社の商品名(商標)なのです。それがあまりに普及したので、一般に使われるようになりました。ナイロンは、分子構造に由来する名前としてポリアミド、略称PAと呼ばれることもあり、こちらが本来の正式名です。

ポリエステルがグリコール(分子内にアルコール基を2つ持つ物質)とジカルボン酸(分子内にカルボン酸基を2つ持つ物質)の反応からつくられ、エステル結合を持つように、ナイロンもジアミン(分子内にアミノ基を2つ持つ物質)とジカルボン酸の反応からつくられアミド結合を持ちます。

ナイロンとポリエステルの原料の違い

このため5-5で述べたポリエステルと同様にナイロンにも多くの種類があります。しかし、合成繊維ではナイロン66とナイロン6がほぼ100%を占め、プラスチックとしても、この2つで9割を占めます。そのほかに生産量の多いナイロンとしてはナイロン11、ナイロン12、ナイロン46、ナイロン610などがあります。ナイロンxyという名称は炭素数xのジアミン、炭素数yのジカルボン酸からつくられていることを示します。一方ナイロンzという数字ひとつの名前の場合には、分子内にアミノ基とカルボン酸基を持つ炭素数zの原料モノマー、またはアミノ基とカルボン酸基が分子内で反応してアミド結合を持つ環状ラクタムという原料モノマーからつくられていることを示します。

ナイロンXYとナイロンZの違い

ナイロン6とナイロン66は、合成繊維としての性能はそれほど大きく違いませんが、面白いことにアメリカではナイロン66が好まれるのに対して、欧州や日本ではナイロン6が好まれ、つくられてきました。プラスチックとしては融点(ナイロン6が220℃、ナイロン66が260℃)をはじめとしていくつかの物性が微妙に異なるので、日本でもアメリカでもナイロン6と66の両方が使われています。

ナイロンは優秀なプラスチックですが、ナイロンだけでは他のエンジニアリングプラスチックに比べてそれほど際立った特長があるわけではありません。むしろプラスチックの中では飛び抜けて吸水性が高いために寸法安定性が悪いなどの欠点が目立ちます。ところがナイロンは、ガラス繊維や無機充填材による強化とか、異種の高分子の配合による改質(ポリマーアロイ化)によって性能が著しく向上するという大きな特長を持っています。改質としては変性エチレンプロピレンゴム(変性EPR)とのポリマーアロイによる高衝撃ナイロン、ポリフェニレンエーテル(PPE)とのポリマーアロイによる耐熱性ナイロンが有名です。また、ガラス繊維強化ナイロンは強度、耐熱性の著しい向上はもちろん、吸水率や寸法安定性も著しく改善しています。

ナイロン11やナイロン12は、ナイロン6、ナイロン66に比べて吸水性が低いことが特長です。しかし、ナイロン6、ナイロン66の原料が安価なベンゼンなのに対して、ナイロン11、ナイロン12の原料はひまし油やブタジエン誘導体なので価格が高くなります。

ナイロンのプラスチックとしての第1の用途は自動車部品です。それに次ぐ用途は電気・電子部品や機械部品なので、一般社会人には身近な存在でありません。ナイロンは耐油、耐アルコール性能が高く、しかもガラス繊維強化によって耐熱性も良好になるので自動車部品の中でもラジエータ(冷却水系)タンクやエンジン周辺に、また高密度ポリエチレンとの多層ブロー成形品としてガソリンタンクに、さらにオイル系部品、吸気系部品などに使われています。これらの自動車部品は自動車の専門家でなければ分からないので、プラスチックとしてのナイロンが有名になれない要因なのでしょう。

身近な用途としてはナイロンフィルムによる包装用途があります。無延伸のナイロン6フィルムは、プラスチックフィルムの中では抜きんでて透湿度が高い半面、窒素や酸素の透過率が逆に抜きんでて低いという面白い特長があります。二軸延伸のナイロンフィルムは窒素、酸素の透過性がさらに低下します。この特長を生かしてナイロンはポリエチレンとのラミネートフィルムなどとして食品包装によく使われています。

世界の合成繊維の生産が中国に集中し、日本、アメリカ、欧州の合成繊維の生産が大きく減少しました。2016年のナイロン繊維の生産量は89千トンとピーク(1973年)の3分の1以下になりました。一方、プラスチックとしてのナイロンの生産量は217千トンであり、現在ではナイロンは合成繊維からプラスチックに生まれ変わっています。

執筆: 日本化学会フェロー 田島 慶三

『化学製品・高分子製品の基礎講座』の目次

第1章 化学製品を理解するための基本

第2章 化学製品の利用に当って留意すべき法規制

第3章 化学製品の基本

第4章 高分子製品を理解するための基本

第5章 主要な高分子材料の種類と特長

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