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【高分子の化学的性質】耐熱性を理解する【プラスチックシリーズ】

耐熱性は、高分子の大きな特徴の一つです。

プラスチックにも、電子レンジに入れていいものとそうでないものがあります。

高分子の耐熱性は、しっかり理解しておきましょう。

物理的耐熱性

耐熱性と高分子

耐熱性とは、加熱による物性の変化が起こらないことです。

ガラス転位温度がその指標となります。

プラスチックなどの高分子は、もともと耐熱性が低いものであり、用途が限られていました。

そこから用途拡大のため、耐熱性の向上が図られてきました。

耐熱性が高まることによって、高分子が発展したと言っても過言ではありません。

物理的な変性

高分子の熱による変性には、2種類あります。

物理的な変性と化学的な変性です。

物理的な変性とは、分子構造の変化を伴わない変性のことです。

すなわち、高分子の集合状態の変化に伴う変性のことを言います。

分子運動と耐熱性

耐熱性で重要となってくるのは、ミクロブラウン運動とマクロブラウン運動です。

ミクロブラウン運動とマクロブラウン運動については、こちらの記事で説明しています。

ミクロブラウン運動のときは、固体状態を保っているので、材料として使用することができます。

それに対し、マクロブラウン運動のときは、材料として使用できないどころか、形状さえ保てなくなります。

分子構造とガラス転位点

分子構造とガラス転位点には、以下のような関係があります。

化学的耐熱性

物理的な変性が可逆変化なのに対し、化学的な変性は不可逆変化です。

したがって、化学的な変性は、絶対に防がなければいけません。

化学的な変性を防ぐためには、高分子鎖をつくる化学結合の結合エネルギーを高める必要があります。

そのためには、以下の方法が有効です。

  1. 主鎖にケイ素などの無機元素を導入する
  2. 分子骨格を剛直にする

有機化合物においては、特に後者の方法が採られます。

その場合、具体的には以下のような方法を用います。

難燃性

高分子の用途の一つに、合成繊維があります。

合成繊維は、衣服やカーテンなど、非常に多く使われています。

これらは、燃えてしまうと、命にかかわります。

そこで、高分子には難燃性が求められます。

高分子の燃焼

高分子は、加熱されることで分解し、一部が揮発します。

その揮発した成分に引火すると、本格的な火災に発展するのです。

ですから、高分子を難燃性にするためには、化学結合を強める必要があります。

高分子の種類と燃焼性

燃焼に必要なのは、酸素です。

したがって、高分子中の酸素濃度が高いほど、燃焼性が高いということになります。

逆に、酸素濃度が低ければ、難燃性を示します。

特に、ハロゲンなどの反応しづらい元素が含まれていると、燃えづらいです。

以下に、高分子の種類とその燃焼性を示します。

  1. 難燃性
    • テフロン
    • ポリ塩化ビニル
    • フェノール樹脂
  2. 自己消火性
    • ナイロン66
    • ポリカーボネート
    • ポリビニルアルコール
  3. 延焼性
    • セルロース
    • ポリエチレン
    • ポリオキシメチレン

最後に

高分子において、耐熱性はとても重要な性質です。

色々な種類のプラスチックの耐熱性を調べてみてください。