数ブラウズ：0 著者：サイトエディタ 公開された： 2025-11-04 起源：パワード
TPU (熱可塑性ポリウレタン)、CPU (キャスト ポリウレタン)、MPU (マイクロセルラー ポリウレタン) などのポリウレタン エラストマーは、現代の材料科学の主力製品です。弾力性、耐摩耗性、成形性の比類のない組み合わせが評価され、産業用鉱山スクリーンから消費者向けスマートフォン ケース、さらには医療用カテーテルに至るまで、あらゆるものに使用されています。しかし、その最大の可能性は、加水分解という重大な欠陥によって長い間妨げられてきました。高温の EV エンジン ベイ、湿気の多い熱帯電子機器、酸性の鉱山スラリーなどの複雑な環境では、水分子がこれらのエラストマーのエステル、ウレタン、尿素基を攻撃し、急速な劣化を引き起こします。引張強度の低下、弾性の喪失、早期破損。ここで、 カルボジイミド抗加水分解剤が 状況を変えます。分子レベルで加水分解を中和することで、TPU、CPU、MPU のパフォーマンスを維持し、従来のアプリケーションの限界を突破し、産業、消費者、医療分野で新たな扉を開きます。
カルボジイミド抗加水分解剤がどのようにポリウレタン エラストマーに革命をもたらすかを理解するには、まず、なぜこれらの材料が加水分解に対して非常に弱いのかを解明する必要があります。それらの劣化はランダムではなく、その化学構造に根ざしており、過酷な環境条件によって増幅されます。
すべてのポリウレタン エラストマーは、加水分解ホットスポットとして機能する官能基を共有しています。
エステル基: ポリエステルタイプの TPU および CPU に多く含まれており、これらの基は水の攻撃に対して最も影響を受けやすいです。湿気にさらされると、エステル結合 (-COO-) がカルボン酸 (-COOH) とアルコールに分解されます。これらのカルボン酸は触媒として機能し、自己触媒サイクルでさらなる結合切断を加速します。単一の酸分子がさらに数百のポリマー鎖を切断する可能性があります。
ウレタン/尿素基: すべてのポリウレタン エラストマー (ポリエーテル タイプ TPU も含む) に存在し、これらの基 (–NHCOO– または –NHCONH–) も加水分解しますが、エステルよりもゆっくりです。その結果は依然として破壊的であり、分子量が減少し、材料の完全性が弱まります。
各タイプのポリウレタン エラストマーは、加水分解によって引き起こされる特有の破損を示し、その使用が直接的に制限されます。
TPU: 熱可塑性プラスチックで、押出成形 (ケーブル ジャケットなど) や射出成形 (電話ケースなど) で広く使用されています。加水分解により最初は軟化しますが、その後脆くなり、60℃の水中で 1,000 時間放置すると引き裂き強度が最大 60% 失われます (室温よりも 3 ～ 5 倍早く劣化します)。
CPU: 採掘スクリーン パネルや工業用ブッシングなどの厚くて耐久性のある部品に鋳造されます。加水分解により、表面の亀裂や内部の空隙が生じます。酸性鉱山スラリー (pH 4.0 ～ 5.0) では、未処理の CPU はわずか 3 か月で故障する可能性があります。
MPU: マイクロセルラー (発泡体状) で、消費財 (靴の中敷きなど) や医療機器 (創傷被覆材など) に使用されます。加水分解により圧縮永久歪み (圧力後の永久変形) が増加し、構造の崩壊を引き起こします。未処理の MPU インソールは 1 年間の湿気の多い使用でクッション性の 50% を失います。
加水分解は真空中では起こりません。特定の条件がその影響を増幅させ、保護されていないエラストマーが機能しない「複雑な環境」を作り出します。
高温 (>50℃): 水とポリマーの反応がスピードアップします。10℃上昇するごとに加水分解速度が 2 倍になります。
高湿度 (>85% RH): ポリマー マトリックスへの吸湿量が増加します。これは熱帯地域の消費者製品にとって特に重要です。
酸性/アルカリ性媒体: 工業環境 (鉱業、廃水処理など) や医療用途 (体液など) によく見られるこれらの環境は、中性条件よりも早くエステル/ウレタン基を分解します。
金属イオン汚染: 微量金属 (採掘装置からの鉄など) が触媒として作用し、劣化をさらに加速します。
カルボジイミド抗加水分解剤は、加水分解に対する単なる「絆創膏」ではなく、分解をその原因から止める目的を絞った解決策です。従来の安定剤（エポキシやアミンベースの添加剤など）よりも優れているため、ポリウレタン エラストマーにとって理想的な選択肢となります。
この薬剤の力は、反応性 –N=C=N- 基によって定義されるその独特の化学構造にあります。そのメカニズムを段階的に説明します。
有害な副産物を遮断する: 加水分解によりカルボン酸 (分解の主な触媒) が生成されると、-N=C=N- 基がこれらの酸と反応します。
安定した結合の形成: 反応により、反応性カルボン酸の代わりに不活性尿素結合 (–NHCONH–) が生成されます。これにより自己触媒サイクルが排除され、さらなる鎖切断が停止します。
壊れた鎖の修復: ポリマーカルボジイミド (薬剤の主要な変種) はさらに一歩進んで、その長いポリマー鎖が部分的に壊れたポリウレタンセグメントを再結合し、分子量と機械的特性を回復します。
このメカニズムは、他のメカニズムよりもはるかに効果的です。たとえば、エポキシベースの安定剤はカルボン酸を一時的に「キャップ」するだけですが、カルボジイミドはカルボン酸を永久的に中和し、長期的な保護を提供します。
カルボジイミド抗加水分解剤が TPU/CPU/MPU に最適な選択肢である理由を強調するために、それを一般的な代替品と比較しました。
| 特徴 | カルボジイミド 加水分解防止剤 | エポキシ系安定剤 | アミン系安定剤 |
|---|---|---|---|
| カルボン酸との反応性 | 高 (急速、永久中和) | 中程度（一時的な上限） | 低い（反応が遅い） |
| エラストマーの弾性への影響 | なし (柔軟性を維持) | 弾性が低下する可能性があります（過剰架橋） | 脆化の原因となることが多い |
| 熱安定性 | 優れています (330℃まで安定、TPU 押出にも安全) | 不良（250℃以上で劣化） | 中程度（280℃以上で分解） |
| 加工との互換性 | 高 (押出、鋳造、発泡に使用) | 低い（鋳型の詰まり） | 限定（低温発泡のみ） |
| 長期的な保護 | エラストマーの寿命が 2 ～ 3 倍長い | 1.2～1.5倍の寿命延長 | 最小 (≤1.2x 拡張) |
当社独自の Bio-SAH™ シリーズは、これらの利点を例示しています。Bio-SAH™ 342Liquid (ポリマーカルボジイミド) および Bio-SAH™ 362Powder (モノマーカルボジイミド) は、ポリウレタンエラストマー用に調整されており、業界をリードする加水分解保護を提供しながら弾性の損失を保証しません。
カルボジイミド抗加水分解剤の真価は、現実のアプリケーションで発揮されます。過酷で複雑な環境でも TPU/CPU/MPU のパフォーマンスを維持することで、産業用および消費者向けメーカーの長年の問題点を解決します。
産業用途では、高温、化学薬品、継続的な摩耗に対応できるエラストマーが求められますが、未処理のポリウレタンではすぐに劣化してしまいます。
鉱業および建設 (CPU):
課題: CPU スクリーン パネルとライナーは、酸性の水ベースのスラリー (pH 4.0 ～ 5.5) と 60 ～ 80℃ の温度にさらされます。未処理の CPU は、ひび割れや粉化により 3 ～ 4 か月で故障します。
解決策: CPU 配合物に Bio-SAH™ 342Liquid を 1.5 ～ 2.0 phr (樹脂 100 分の 1) 加えます。
結果: CPU の寿命は 9 ～ 12 か月 (3 倍) に延長され、スラリーに 1,000 時間浸漬した後も元の引き裂き強度の 90% が保持されます。
自動車およびEV (TPU/CPU):
課題: TPU シール (バッテリー エンクロージャ用) と CPU ブッシュ (サスペンション システム用) は、120℃ 以上のフード下の温度と (EV バッテリーからの) 電解液蒸気にさらされます。未処理の TPU は 6 か月で引張強度が 40% 失われます。
解決策: TPU は 0.8 ～ 1.2 phr Bio-SAH™ 362Powder を使用します。 CPU は 1.2 ～ 1.8 phr Bio-SAH™ 342Liquid を使用します。
結果: TPU シールは圧縮永久歪みが 5% 未満 (未処理の場合は 25%) を維持し、EV バッテリーの安全性にとって重要な電気絶縁性を維持します。 CPU ブッシュは、フード下の環境で 2 倍長持ちします。
海洋工学 (TPU):
課題: ボートの TPU ホースとガスケットは、塩水 (3.5% NaCl) と周期的な湿気にさらされています。未処理の TPU は塩による加水分解により 1 年で劣化します。
溶液: TPU 中の Bio-SAH™ 342Liquid 1.0 ～ 1.5 phr。
結果: 5,000 時間の塩水噴霧試験後、TPU は 92% の引張強度を保持し (未処理の場合は 40%)、表面亀裂は見られません。
消費者製品は、快適さと美しさのためにポリウレタン エラストマーに依存しています。加水分解による脆化や変色が顧客からの苦情や返品につながります。
フットウェアおよびスポーツギア (TPU/MPU):
課題: TPU 靴底と MPU インソールは、汗 (pH 5.0 ～ 6.5)、雨、温度サイクル (10 ～ 40℃) にさらされます。未処理の MPU インソールは 1 年でクッション性が 50% 低下します。
解決策: TPU ソールには 0.5 ～ 0.8 phr Bio-SAH™ 362Powder が使用されています。 MPU インソールには 0.8 ～ 1.0 phr Bio-SAH™ 342Liquid が使用されています。
結果: MPU インソールは 2 年間の使用後も圧縮永久歪みを 10% 未満に維持し、脆化を回避します。 TPU ソールには黄ばみやひび割れが見られません。これはブランドの美観にとって重要です。
エレクトロニクス (TPU):
課題: 熱帯地域 (相対湿度 95%、35 ～ 40℃) では、TPU 電話ケースと充電ケーブル ジャケットは表面にひび割れが発生し、柔軟性が低下します。未治療の TPU ケースは 8 ～ 10 か月で機能しなくなります。
溶液: TPU 中の 0.6 ～ 0.9 phr Bio-SAH™ 362 パウダー。
結果: TPU ケースは、湿気の多い状態で 18 か月間使用した後も、亀裂が発生することなく、98% の破断点伸びを維持し、製品寿命が 2 倍に延長されました。
医療機器 (MPU/TPU):
課題: MPU 創傷被覆材と TPU カテーテル チューブは、体液 (pH 4.0 ～ 8.0) および滅菌サイクル (121℃ のオートクレーブ滅菌) にさらされます。未処理の MPU は 30 日で構造的完全性を失います。
解決策: MPU は 1.0 ～ 1.2 phr FDA 準拠の Bio-SAH™ 372N を使用します。 TPU は 0.8 ～ 1.0 phr Bio-SAH™ 362Powder を使用します。
結果: MPU ドレッシングは、体液に 30 日間浸漬した後でも 95% の引張強度を維持します。 TPU カテーテルは、50 回を超えるオートクレーブサイクルに劣化せずに耐え、医療機器の基準を満たしています。
カルボジイミド抗加水分解剤が登場する前は、ポリウレタン エラストマーは低リスク環境 (屋内消費財など) に限定されていました。現在、このエージェントは、2024 年の業界トップ トレンドに合わせて、以前は立ち入りが禁止されていたセクターに十分な回復力を TPU/CPU/MPU に与えることで、新しい高価値アプリケーションのロックを解除します。
5G 基地局とミリ波アンテナには、屋外の高湿度環境 (90% RH、45℃) で機能するエラストマー ガスケットと断熱材が必要です。以前は、加水分解による絶縁損失のため、TPU は避けられていました。 Bio-SAH™ 342Liquid を使用すると、TPU ガスケットは 10⊃1;⊃2; Ω を超える電気抵抗を 3 年間維持できるようになり、これは 5G 信号の完全性にとって重要です。大手通信メーカー (ファーウェイ、エリクソンなど) は、2024 年の基地局導入に向けてこのソリューションを採用しました。
バイオベースの素材 (ヒマシ油由来の TPU など) への移行は、持続可能性の重要なトレンドです。ただし、バイオベースの TPU は石油ベースの TPU よりも加水分解を受けやすいです。カルボジイミド抗加水分解剤はこの問題を解決します。0.8 ～ 1.2 phr Bio-SAH™ 362Powder をバイオベース TPU に添加すると、生分解性を維持しながら、1,000 時間の加水分解試験後も引張強度の 90% が維持されます (ASTM D638 による)。これにより、バイオベースの TPU は、使用中の湿気に耐える必要がある使い捨て消費財 (生分解性の靴底など) に使用可能になります。
MPU および TPU は、埋め込み型デバイス (関節クッション、薬物送達チューブなど) でますます使用されています。しかし、体液中での加水分解により、その寿命は 2 ～ 3 年に制限されます。 FDA 準拠の Bio-SAH™ 372N を使用した MPU インプラントは、ISO 10993 生体適合性テスト (細胞毒性なし、炎症なし) に合格し、5 年以上構造的完全性を維持できるようになりました。これにより、ポリウレタン エラストマーは長期にわたる整形外科および心臓血管用途に拡大されます。
半導体工場の産業用ロボットは、湿度が管理された150℃のクリーンルームで稼働します。以前、CPU ロボット グリッパーは高温加水分解により 6 か月で故障しました。 1.8 ～ 2.0 phr Bio-SAH™ 342Liquid を使用すると、CPU グリッパーの寿命が 18 か月になり、チップ メーカーのメンテナンス コストが削減されます。
TPU/CPU/MPU 用カルボジイミド抗加水分解剤の利点を最大化するには、メーカーはエラストマーの種類と最終使用環境に合わせて選択と適用を調整する必要があります。
ポリウレタン エラストマーが異なれば、必要なカルボジイミド配合も異なります。薬剤をエラストマーの加工方法および構造に適合させることが重要です。
| エラストマータイプ | 推奨カルボジイミド剤 | 主な理由 | 最適な添加量 (phr) |
|---|---|---|---|
| TPU（押出・成型） | Bio-SAH™ 362パウダー（モノマー） | 乾燥した TPU ペレットに容易に分散します。押出温度（200～250℃）で安定 | 0.5～1.2 |
| CPU（キャスト） | Bio-SAH™ 342液体 (ポリマー) | 液体ポリオール成分とシームレスに混合します。金型の詰まりがない | 1.2～2.0 |
| MPU（発泡） | Bio-SAH™ 372N (ポリマーパウダー) | 低臭気。泡沫細胞の構造を破壊しません | 0.8～1.5 |
適切なエージェントであっても、適切な統合がなければ失敗します。均一な保護を確保するには、次のヒントに従ってください。
ポリオール コンポーネントに追加: CPU および MPU の場合、硬化前にカルボジイミドをポリオール (イソシアネートではない) に混合します。これにより、エラストマー マトリックス全体に均一に分散します。
処理温度の制御: モノマーカルボジイミド (例: Bio-SAH™ 362Powder) の場合は 270℃、ポリマー変種の場合は 300℃ を超えないようにしてください。高温は薬剤の分解を引き起こします。
酸化防止剤と組み合わせる: 高温用途 (例: EV フード下) の場合は、カルボジイミド抗加水分解剤と一次酸化防止剤 (例: Irganox 1010) を組み合わせて、熱酸化劣化を防ぎます。これにより、熱と湿気に対する「二重シールド」が形成されます。
適用後、エラストマーをテストして耐加水分解性を確認します。
加速劣化: ASTM D570 (吸水) および ISO 4611 を使用して、1,000 時間で 5 年以上の使用をシミュレートします。
機械試験: 老化前後の引張強度、破断点伸び、圧縮永久歪みを測定します。目標保持率は産業用途では >85%、消費者/医療用途では >90% です。
ポリウレタン エラストマーにおけるカルボジイミド抗加水分解剤の需要は、3 つの主要なトレンドによって急速に成長しており、将来のイノベーションによってその影響はさらに拡大するでしょう。
世界のEV生産は2030年までに3,500万台に達すると予想されており、各EVには5〜10kgのポリウレタンエラストマー（シール、ブッシング、バッテリー絶縁体）が使用されます。自動車メーカーが 8 年以上のバッテリー寿命を目指しているため、耐加水分解性 TPU/CPU の必要性が重要です。当社の Bio-SAH™ シリーズは、すでに Tesla と BYD によって 2025 年の EV モデルに指定されています。この傾向により、エラストマーのカルボジイミド需要が年間 40% 増加すると予想されます。
バイオベースのポリウレタン エラストマーと連携するために、メーカーは植物由来のカルボジイミドを開発しています。当社の研究開発チームは、石油ベースの変種と同等の性能を持ちながら二酸化炭素排出量を 30% 削減するヒマシ油ベースのカルボジイミドをテストしています。これは、完全に持続可能なエラストマー配合を目指すブランドに対応し、2025 年に発売される予定です。
将来のカルボジイミド抗加水分解剤は、加水分解保護と他の利点を組み合わせます。
抗 UV + 抗加水分解: 屋外消費者製品 (パティオ家具 MPU クッションなど) の場合、別途 UV 安定剤を使用する必要がなくなります。
低添加、高効果: 新しいポリマーカルボジイミドは、0.3 ～ 0.5 phr (現在の 0.5 ～ 1.2 phr から減少) で完全な保護を実現し、コストを削減し、ポリマーの変性を最小限に抑えます。
何十年もの間、加水分解によりポリウレタン エラストマーは低リスクの用途に限定され、その可能性が最大限に活用されずに放置されてきました。カルボジイミド抗加水分解剤はそれを変えます。カルボン酸を中和し、自己触媒による劣化を停止し、機械的特性を維持することにより、TPU、CPU、MPU を、EV エンジン ベイから熱帯電子機器、さらには医療用インプラントに至るまで、複雑な環境で成功する材料に変えます。その影響は耐久性を超え、アプリケーションの境界を拡大し、メーカーが 5G やバイオベースのエラストマーなどの高成長分野に参入できるようになります。製品の寿命を延ばし、持続可能性の目標に沿って廃棄物を削減します。また、産業ユーザーのメンテナンスコストの削減、消費者ブランドの返品の削減、厳格な医療基準への準拠など、測定可能な ROI を実現します。ポリウレタン エラストマーを扱うすべての人にとって、メッセージは明確です。TPU、CPU、または MPU 製品に革命を起こすには、カルボジイミド抗加水分解剤から始めてください。
TPU、CPU、または MPU 配合の可能性を最大限に引き出す準備はできていますか?押出、鋳造、発泡プロセスに合わせてカスタマイズされた Bio-SAH™ 製品ラインナップをご覧ください。 EV 固有のテスト データについては、当社の技術データシートをダウンロードするか、当社のチームに連絡してアプリケーションのカスタム エージング テストを実行してください。明日の製品を強化する耐加水分解性ポリウレタン エラストマーを構築しましょう。
A: 加水分解を停止し、弾性/引張強度を維持し、過酷な環境での寿命を延ばします。
A: 用途に合わせてください。TPU 押出および MPU には 362Powder、CPU キャスティングには 342Liquid です。
A: いいえ、悪影響を与えることなく柔軟性を維持します。
A: 0.5 ～ 2.0 phr、エラストマーの種類によって異なります。
