メラミン樹脂の特性と用途 食器から化粧板、スポンジまで

By | 2016年3月17日
スポンサーリンク

メラミン樹脂とは 代表的製品と概要

加熱すると硬化するという特性を持つ熱硬化性樹脂。通常は液体で、加熱していく過程で化学変化を起こし固まり成形することが出来る。この熱硬化性樹脂にはエポキシ樹脂フェノール樹脂(ベークライト)などが代表的な存在だが、その用途は単体の成形品に使用されることは少なく、多くがコーティング塗料や接着剤、コンポジット材料として使用される。

このように熱硬化性樹脂は、その独特の機能性を活かして補助的な使われ方をされるのが主流だが、熱硬化性樹脂が成形品として使用されるケースも存在する。その代表的存在が本日ご紹介するメラミン樹脂だ。メラミン樹脂は、メラミンという有機化合物と、ホルムアルデヒドの縮合重合によって作り出される熱硬化性樹脂で、その代表的なプロダクトが、プラスチック食器が挙げられるだろう。

プラスチック食器は、病院や学校、社員食堂などでよく目にする食器で、安全性が高く長期間使用することができる。また、掃除用品として代表的なメラミンスポンジは汚れがよく落ちるという効果から重宝している人は多いのではないだろうか。メラミン樹脂はさらに、建設材料でもおなじみの素材だ。台所用品や化粧板、家具など住宅建築などで活躍する素材。その代表的な特性は表面硬度が高く、光沢があり傷がつきにくいということが挙げられる。

また、耐熱性に優れ、耐水性、耐候性、耐磨耗性といった特性にも優れた性能を発揮する。こうしたメラミン樹脂が持つ耐久特性が建設材料や、日用品に使用される最大の理由ともなっている。さらにメラミン樹脂は冒頭でご紹介した他の熱硬化性樹脂と同様、塗料や接着剤としても使用される。ただエポキシ樹脂などが電子機器のプリント基板などに使用されるのとは違い、塗料としてのメラミン樹脂は成形品と同様コーティング剤として使用され、光沢性や傷がつかない耐久性が人気だ。本日は食器や建築材料、スポンジなどで多用される素材メラミン樹脂をご紹介しよう。

メラミン樹脂 特性 用途 物性 代表的製品 

メラミン樹脂の歴史

メラミン樹脂を開発したのはアメリカの化学者ウィリアムF.タルボットである。ウィリアムF.タルボットはもともとデュポンの研究員だったが、その後サンケミカルカンパニーを経て、現在のCIAの前身OSS(戦略事務局)のアシスタントディレクターの時に成形品と金型で使用することができるメラミン樹脂を開発した。

その後メラミン樹脂は冒頭でご紹介したとおり、食器や家具、建設材料の材料として利用が開始される。とりわけメラミン食器の利用は1938年に利用が開始されて以来、全世界で利用がされている。特にメラミン食器は1950年代後半から1960年代に爆発的にヒットし、当時はスタイリッシュでモダンな食器として注目され、さまざまなデザインの食器が登場した。その形状もお皿やお椀、カップ、ボウル、プレートなどさまざまで、ファッショナブルな存在として一世を風靡したのである。

今では病院や学食、社員食堂でおなじみの食器として高級感、おしゃれな感じは全くしないが、セラミックの食器が台頭してくる1960年代後半まではメラミン樹脂の成形品として産業プラスチックの中心であったのである。

メラミン樹脂 特性 用途 物性 代表的製品 

メラミン食器はセラミック食器が普及する前は流行の最先端であった。

メラミン樹脂の特性 長所と短所

メラミン樹脂は食器や建設材料などに使用されるとおり、耐久性が高く壊れにくいというのが最大の特長だといえよう。特に引張り強度や硬度、耐衝撃性が高く破損しにくい。同時に、耐水性、耐候性、耐磨耗性にも優れており、こうした長所からメラミン食器が学食や病院、社員食堂で多用されている。

学食や病院、社員食堂では、連日多数の人が利用し、同時に繰り返し洗浄される。そうした長期間の使用に耐えうるのも、落としても割れることはなく、繰り返しの洗浄にも耐えられるのもメラミン樹脂ならではだといえるだろう。また表面硬度が高く長期間使用しても傷がつきにくく、古くならないという印象を与えることからも最適な素材だ。このような特性は、食器だけではなく化粧板などで重宝される理由の一つでもある。

ちなみにメラミン樹脂が成形品として使用される理由の一つには高い光沢性も上げられる。この光沢性はメラミン塗装としても効果を発揮し成形品以外の塗料としての使われ方もされる。そのほか、放電による材質の劣化に対する耐性である耐アーク性や耐トラッキング性、電気絶縁性、難燃性に優れることからコネクターやスイッチ、電子基板の素材としても最適だ。ちなみに以下のメラミン樹脂の加工と用途の部分でご紹介するが、発泡成形で作られるメラミンフォームはメラミンスポンジとして高い研磨性から掃除用にも多用される。

以下、代表的なメラミン樹脂の長所と短所である。

メラミン樹脂の長所

  • 耐衝撃性:耐衝撃性が高く破損しにくい。
  • 表面硬度:表面硬度が高く、傷などがつきにくい。
  • 引張強度:引張り強度も高く耐久性が高い。
  • 耐熱性:耐熱性にも優れる。
  • 難燃性:燃えにくく自己消化性がある。
  • 電気絶縁性:電気絶縁性が高く電気を通さない。
  • 耐アーク性・耐トラッキング性:放熱時の耐久性が高く電気火災の安全性が高い。
  • 光沢性:艶があり光沢がある。
  • 着色性:優れた着色性をもち、成形材料として最適。
  • 耐水性:耐水性が強く、食器や化粧板に最適。
  • 耐候性:耐候性にも優れる。
  • 耐磨耗性:耐磨耗性にすぐれ磨耗しにくい。

メラミン樹脂の短所

  • 耐酸性:強酸や強アルカリに弱く分解する
  • 熱水性:熱水に弱く分解が促進される。

メラミン樹脂の製法

メラミン樹脂はアルカリ環境下においてメラミンとホルムアルデヒドとの重縮合により製造される。そのため正式名称は、メラミン・ホルムアルデヒド樹脂という。こねアルカリ環境下で作り出されたメラミン樹脂(メチロールメラミン)を溶剤に溶かし、充填剤と混ぜ加熱し成形するのが一般的である。

また、メラミン樹脂は成形品以外にも、さまざまな形態に加工が可能だが、ポリエステル系のアルキド樹脂と混合するとメラミン樹脂塗料になる。更に、断熱材や吸音材、掃除用のスポンジとして多用されるメラミンフォームは、発泡剤やガスによって加工される発泡成形によって作り出される。このメラミン樹脂のさまざまな使い方や代表的な製品は、以下のメラミン樹脂の加工と用途で詳しくご紹介しよう。

メラミン樹脂の加工と用途

メラミン樹脂の用途は冒頭でご紹介してきたとおり、成形品としてメラミン食器が有名だが、その製品としての用途は形態を変えさまざまな目的に使用される。ここではメラミン樹脂の代表的な製品と用途、その加工方法についてご紹介しよう。メラミン樹脂は熱硬化性樹脂の中では比較的安価で利用できることから、大量に生産されるものに適している。

また、その形態も前段のメラミン樹脂の製法の部分でも述べたが、成形方法によって大きく異なるのが特長だ。その製品を大きく大別すると、成形品としての使用、発泡成形によるメラミンフォームとしての使用、塗料としての使用に分類することができる。それぞれ、形態が全く異なるがメラミン樹脂ならではの特性を活かした使われ方がされているといえよう。

メラミン樹脂 特性 用途 物性 代表的製品 

熱硬化性樹脂のなかでは成形品としての利用も盛ん。形状や加工方法もさまざま。

メラミン樹脂の代表的製品、メラミン食器と圧縮成形

メラミン樹脂の代表的製品といえば、第一にメラミン食器が挙げられる。メラミン食器は今では病院、社員食堂、学食などでおなじみの食器。また乳幼児向けの食器としても使われており、割れない、壊れにくいという点からも重宝されている。メラミン樹脂の歴史の部分でもご紹介したが、メラミン樹脂が最初に工業利用されたプロダクトがこのメラミン食器で、実際に商用化が開始されたのが1938年。

その後1950年代から1960年代にかけて、食器の最先端プロダクトとしてセラミックにその座を奪われるまで君臨していたといっても過言ではない。現在ではメラミン食器は長期間利用される学食や社食、子供向けの食器として使用されているがその全盛時代は流行の最先端の食器として認識され、スタイリッシュでモダンな食器として認識されていた。

ちなみにメラミン食器は、メラミン樹脂の原料でもあるホルムアルデビドの溶出について安全性をとう声も昔は存在したが、基本的に安全で使用しても問題ない。現在でも日本だけではなくアメリカ、イギリス、ドイツなどが国の規制値以下としてその使用を許可している。その成形方法は熱硬化性樹脂の成形で多用される圧縮成形によって作り出される。圧縮成形とはプラスチック成形の中においても最も古くから使われている成形方法の一つで、金型内に熱硬化性樹脂をいれて圧力をかけながら加熱し、成形する方法。

メラミン食器の場合は金型の温度を160℃から170℃ほどに加熱し圧縮する。この圧縮成形の特長は金型の構造が単であることから、安価に利用できるのが特長。ただし、射出成形などと比べ成形に時間がかかることから少量生産品に適している。メラミン食器の場合、食器の表面にデザインを施したい場合は、この圧縮成形の工程後に、再度絵柄をプリントしメラミン樹脂に浸したフォイル紙を貼り付けて圧縮を行い、その後コーティング用の透明なメラミン樹脂を貼り付け圧縮し完成する。

現在市場に流通しているほとんどのメラミン食器はこの3回の圧縮工程を経て生産されるわけだ。メラミン食器の特長については、「メラミン樹脂の特性」の部分でも述べたが、表面に光沢があり傷がつきにくく、長期間の使用に耐えうる。

メラミン樹脂 特性 用途 物性 代表的製品 

メラミン樹脂の代表的製品の一つ、メラミン食器。圧縮成形で加工されさまざまなデザインを施せる。

建築材としてはおなじみのメラミン化粧板

もう一つ、メラミン樹脂の成形品として有名なのがメラミン化粧板だ。ちなみに化粧板とは、家や建物の内装や家具などの外装に用いられるボードのこと。もともと板を貼り合わせた合板が使用されていたが、最近でプラスチックを貼り付けたプリント合板が主流で、その中でもメラミン樹脂によって作り出されるメラミン化粧板はその傷がつきにくく光沢があるという特性から中心的な存在である。

このメラミン化粧板は、ベースとなる素材はクラフト紙がベースになっている。クラフト紙に液状のメラミン樹脂を浸し乾燥させ裁断したものが化粧板の元となる化粧紙だ。その後この化粧紙を何枚も積層し、プレス加工機で加熱加圧し一枚の化粧板を作り出す。このメラミン化粧紙の積層にはフェノール樹脂を浸した化粧紙と組み合わせるのが一般的で、化粧板の内部のコア層はフェノール樹脂の合紙で構成され、表面層は傷がつきにくいメラミン化粧紙で構成される。

このようにして作られたメラミン化粧板は耐熱性や耐水性にすぐれ、表面に傷がつきにくいという特性を持つ。この傷がつきにくく、強度が高いというメラミン化粧板の特性は、同じ化粧板の材料として使用される塩ビシートや、ポリエステル化粧板、ウレタン塗装板などと比べても優れた機能を発揮する。

また表面の柄やデザインが豊富なのもメラミン化粧板の特長的。こうした建築材料として最適な機能を持つことから、メラミン化粧板は内装用パネルや家具の外装として多用されている。また最近ではDIY用のツールとしても利用が盛ん。

メラミン樹脂 特性 用途 物性 代表的製品 メラミン樹脂 特性 用途 物性 代表的製品 

メラミン樹脂 特性 用途 物性 代表的製品 

メラミン化粧板は外側をメラミン樹脂の化粧紙でおおうのが特長。

メラミン樹脂 特性 用途 物性 代表的製品 

メラミン化粧板の机なども代表的。

焼付塗装で使用されるメラミン塗装、室内の金属製品で主流

メラミン樹脂のもう一つの使い方が塗料としての用途だ。この場合の塗料は色を塗るのではなく、焼付塗装という塗装方法がとられる。焼付塗装とは金属に塗装する一般的な手法で、液状のプラスチックを金属表面に塗り、加熱して硬化させ一体化させる塗装方法のこと。焼付塗装の中でもメラミン樹脂によるメラミン塗装は比較的安価で手軽に行われる。メラミン樹脂の塗料を塗り120℃から160℃の間で加熱し、その後20分ほど乾燥させることで金属表面を塗装することができる。ただしメラミン樹脂は耐候性や紫外線に弱いため、屋外での使用には向かず、基本的にメラミン塗装で加工される製品は室内での使用が前提となる。メラミン塗装で加工される代表的な製品はロッカーや棚、事務机といった事務用品が中心。

メラミン樹脂 特性 用途 物性 代表的製品 

室内用の事務用品の塗装はメラミン塗装が主流。

メラミンスポンジ(メラミンフォーム)、断熱・防音材から研磨用スポンジまで

メラミン樹脂の製品としてメラミン食器と並ぶほど代表的な存在が、メラミンスポンジだ。別名メラミンフォームとも言われるこの製品は、主に二つの分野において大活躍している。第一が家庭用の掃除用スポンジとして。第二が断熱材や吸音材などの建築素材としての使用だ。メラミンスポンジ(メラミンフォーム)のこうした使われ方は実はかなり古くから行われており、約20年以上も前から実用化されている。

配管などの絶縁材としての使用が盛んであったが、スタジオやサウンドステージ、劇場や講堂などの防音材としても長い歴史を持つ。一方、掃除用スポンジとしては広く普及が進み、現在では100円ショップのダイソーなどでも手軽に購入することができる。もともと掃除用としてのメラミンスポンジ(メラミンフォーム)が一躍有名になったのはP&Gの「Mr. Clean Magic Eraser」という製品がきっかけ。

高い研磨性を持つ掃除用スポンジとして洗剤を使わず水だけで研磨して汚れを落とすことができる。ここではメラミン樹脂のもう一つの代表とも言えるメラミンスポンジ(メラミンフォーム)の用途、特性、代表的製品についてご紹介しよう。

メラミン樹脂 特性 用途 物性 代表的製品 

メラミン樹脂の発泡成形で作られるメラミンスポンジ(メラミンフォーム)。建築材や掃除用まで幅広く使われる。

メラミンスポンジ(メラミンフォーム)の特性と製法

メラミンスポンジ(メラミンフォーム)は、メラミン樹脂の元であるホルムアルデヒド –とメラミンに加え、亜硫酸水素ナトリウムの共重合によって作り出される発泡体である。その特性はメラミン樹脂が持つ耐熱性や断熱性、難燃性、電気絶縁性を踏襲し、同時に発泡体になったことで吸音性や吸水性を備えている。

またメラミン食器などで見られるメラミン樹脂の硬さをもち、研磨スポンジとしての利用はこの硬さが最大限活かされた使い方だろう。さらには発泡体の特長として超軽量ということが挙げられ、メラミンスポンジ(メラミンフォーム)は上記の特性を持つ超軽量素材として、建築、自動車、航空機などあらゆる分野で使用されている。

メラミンスポンジ(メラミンフォーム)の特性

  • 耐熱性に優れる。
  • 断熱性に優れる。
  • 難燃性に優れる。
  • 吸音性に優れる。
  • 吸水性に優れる
  • 電気絶縁性に優れる。
  • 超軽量素材として使用できる。
  • 耐薬品性に優れる。
  • 耐溶性に優れる。
  • 硬い。
メラミン樹脂 特性 用途 物性 代表的製品 

ミクロレベルに成形され、高い硬度から研磨性が増す。

防音、断熱素材としてのメラミンスポンジ(メラミンフォーム)

上記で述べたメラミンスポンジ(メラミンフォーム)の特性を最大限活かした使われ方が住宅や工場、機械設備、冷暖房設備、自動車用での使用だろう。一般的にはメラミンスポンジ(メラミンフォーム)は掃除用の研磨スポンジとしての認知が盛んだが、本来は工業用での用途において最もその特性を発揮する。

メラミン樹脂特有の耐熱性や断熱性、難燃性といった熱に対する特性から、断熱材・吸音材として最も利用が盛んだ。その範囲は非常に幅広く、一般的な住宅に始まりオフィスビルや工場、講堂や劇場などあらゆる建物に使用される。更にはメラミンスポンジ(メラミンフォーム)の防音、断熱、耐熱性は自動車や航空機といったエンジンをともなう機械の耐熱防音用でも使用され、エンジンルームなどにも使われる。

メラミン樹脂 特性 用途 物性 代表的製品 

断熱材や防音材など建築資材として主流。

掃除用研磨材としてのメラミンスポンジ(メラミンフォーム)

もう一つ、メラミンスポンジ(メラミンフォーム)で広く認知されているのが、掃除用の研磨スポンジとしての使用だ。メラミン樹脂はメラミン食器の部分でも述べたが非常に硬く、表面硬度が優れるのが特長。その特性が発泡体になることで、網の目のように非常に細かくなり、研磨材として使用ができるというもの。

このメラミンスポンジ(メラミンフォーム)はスポンジという名称から柔らかくどのようなものにでも使用できるというイメージがともなうが、実質的にはサンドペーパーと変わらない研磨材であり、掃除用として使用することができる製品は限られる。

メラミン樹脂 特性 用途 物性 代表的製品 

水回りや油汚れの掃除用の研磨スポンジとしても知られる。

メラミンスポンジ(メラミンフォーム)は油汚れや水回りの掃除専用

基本的には洗剤を使用せず水に濡らすことで汚れを削り落とすという使用方法になり、主に頑固な油汚れや水回りの使用に限定される。そのため表面をコーティング加工や塗装されたものに使用するとコーティング素材や塗装を削り取ってしまうため、使用に関しては注意が必要である。

メラミンスポンジ(メラミンフォーム)は各社から製品が発売されているが取り扱い説明書に必ず使用していいものと使用してはいけないものが明記されている。また、油汚れや水垢を落とす目的で使用する場合にもくもり止め加工や表面加工がされていない鏡やタイル、ステンレス、プラスチックに限定され、光沢や塗装、コーティングされているものは傷が付くので使用は控えるべきである。

まとめ 高い物性を活かし成形品にも最適な熱硬化性樹脂

メラミン樹脂はこれまでご紹介してきたように、熱硬化性樹脂のなかでは比較的安価で手軽に利用することができるプラスチック素材だ。また、多くの熱硬化性樹脂が塗料や接着剤、コンポジット材料としての利用が中心である中、メラミン食器やメラミン化粧板といった成形品としての利用が盛んなのも特長の一つでもある。また発泡成形によって作り出されるメラミンスポンジ(メラミンフォーム)は、メラミン樹脂の優れた特性を活かして、建築分野では現在でも主力の素材として使われている。

更には、高い表面硬度から研磨材としても使用され一般的にも水回りや油周りの汚れ落としとして広く認知が進むプラスチックだ。こうした成形品としての利用が進む理由には、高い耐熱性や耐久性、強度、光沢のある表面といったメラミン樹脂独自の強みが起因している。

プラスチックの特性と用途についてはこちらもどうぞ

プラスチックの加工についてはこちらもどうぞ

スポンサーリンク