熱可塑性ポリウレタン（TPU）は、弾力性、透明性、耐油性、耐グリース性、耐摩耗性で知られる万能ポリマーです。そのユニークな特性により、医療機器から消費者向け電子機器まで、さまざまな産業で広く使われています。しかし、TPUの安全面を理解することは、その効果的で責任ある応用にとって極めて重要です。
TPUとは？
TPUは熱可塑性エラストマーの略で、ゴムとプラスチックの両方の性質を持つ素材。ジイソシアネートとジオールの重付加反応により、柔軟で耐久性のある素材ができる。TPUは、TPU射出成形や押出成形などの従来の方法で加工できるため、さまざまな製造要件に対応できる。
キー・プロパティ
- 硬度範囲 60A-80D (ショアスケール)
- 温度耐性：-40℃～120
- 伸び 300-700%
TPUの組成
TPUの主な成分は以下の通り：
- ジイソシアネート： ポリマー鎖の剛性を高める。
- ポリオール（ポリエーテル系またはポリエステル系）： 柔軟性と弾力性を与える。
- 鎖延長剤： TPUの硬度と機械的特性を変える短鎖ジオール。
このためTPUには汎用性があり、これらの成分の比率を変えることで、特定の用途に硬度や弾性、その他の特性を与えることができる。
材料の安全性：
- BPA/フタル酸エステル不使用： PVCとは異なり、TPUは内分泌かく乱作用のある添加物を使用していません。
- REACH適合： 化学物質の安全性に関するEU基準を満たしています。
TPUプラスチック製造工程
TPUはいくつかの加工段階を経て製造される：
- 重付加反応： 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生成する。
- 鎖延長： プレポリマーを鎖延長剤と反応させ、所望の分子量と特性を得る。
- コンパウンド： 製造されたTPUは冷却され、取り扱いと加工が容易なペレットに加工される。
- エネルギー使用量：80～100 MJ/kg（シリコンの150 MJ/kgより低い）。
これにより、材料の特性を微調整し、目的の特性を高精度で再現可能な製品に仕上げることができる。
TPUは食品に安全か？
TPUは、食品と接触する用途では確かに安全であると評価されている。ホルムアルデヒドや可塑剤などの有害物質を含まないため、食品包装や台所用品に使用することができます。TPUはこのように加工されても有害物質を放出しないため、人の健康は潜在的な化学的危険から守られます。
FDAコンプライアンス：
- 21 CFR 177.1680： 食品に接触する用途に認可。
- 条件 劣化を防ぐため、100℃を超える温度は避ける。
アプリケーション
- 再利用可能なフードポーチ、哺乳瓶の乳首。
- 溶出試験 <0.01ppmの重金属（FDA制限：0.1ppm）。
TPUが医療業界で最高の素材となりうる理由
このためTPUは、生体適合性と弾力性が最も重要な医療用途にも最適です。TPUは、カテーテル、手術器具、チューブなどの医療機器に幅広く使用されています。また、劣化することなく滅菌技術に耐えることができるため、患者の健康を損なうことなく、治療器具の寿命を延ばすことができます。
TPUプラスチックの環境への影響
TPUは環境に優しいことで知られている：
- リサイクル性： TPU素材は非常にリサイクルしやすく、この過程で発生する廃棄物はリサイクルして再利用できるため、環境汚染の問題を軽減できる。
- 分解性： TPUは特定の条件下で、従来の多くのプラスチック素材よりも高い分解性を示すため、土壌や水源の長期的な汚染を最小限に抑えることができる。
- 環境規制への適合： 多くのTPU素材製品は、EUのREACH規制やRoHS指令などの厳しい環境規制に準拠しており、生産と使用による環境への影響を最小限に抑えています。
| ファクター | TPU | PVC |
| リサイクル性 | 機械的にリサイクル可能 | めったにリサイクルされない |
| 生分解性 | なし（ただしリサイクル可能） | いいえ |
| カーボンフットプリント | 3.2 kg CO2/kg | 5.8 kg CO2/kg |
TPUは人体に安全か？
広範な研究により、TPUは毒性がなく、人体に安全であることが示されている。フタル酸エステル、ラテックス、ビスフェノールA（BPA）などの有害な化学物質を含まないため、ウェアラブル機器や医療機器など、直接肌に触れる用途に適しています。また、低アレルギー性であるため、繊細な用途にも適しています。
- 皮膚接触： 非刺激性（OECD439認証）。
- 吸入リスク: <120℃の処理では、VOCは最小限である。
- 毒性： LD50 >2,000 mg/kg（非毒性に分類）。
TPUの安全な使用のための規制と標準化
TPUの安全な使用を維持するために、いくつかの規制や基準が設けられている：
- ISO 10993：中国では、医療グレードのTPU製品は、使用前にISO 10993生産基準に適合しなければならない。
- FDA（食品医薬品局）のコンプライアンス： TPUベースの素材は、食品と接触する素材が潜在的な健康リスクを引き起こしてはならないため、FDAの規制に適合している場合のみ、米国で食品と接触する用途に使用できる。
これらの基準に適合することで、TPU素材の製品は意図された用途に対して安全であり、消費者や患者に危険を及ぼさないことが保証されます。
TPEとTPUの比較： 安全性の比較
熱可塑性エラストマー（TPE）と熱可塑性ポリウレタン（TPU）はどちらも安全な素材と考えられていますが、それぞれ異なる特徴があります：
| プロパティ | TPE | TPU |
| 硬度範囲 | 0A～100A | 60Aから70D |
| 柔軟性 | よりソフトで柔軟 | 剛性は高いが、耐荷重性に優れる |
| 耐薬品性 | 耐摩耗性、耐グリース性、耐油性、耐薬品性、極端な温度への耐性が低い。 | 耐摩耗性、耐グリース性、耐油性、耐薬品性、極端な温度への耐性が高い。 |
| アプリケーション | 柔らかさと柔軟性を必要とする製品に適している（玩具、グリップなど） | 耐久性が要求される高性能用途に最適（工業用部品など） |
安全性に関しては、どちらの素材も毒性がなく、環境規制に準拠しています。TPEとTPUのどちらを選択するかは、用途の具体的な要件によります。
最適な用途
TPU： 医療機器、自動車用シール
TPE：消費財、ソフトグリップハンドル。
射出成形におけるTPU材料のコスト
射出成形におけるTPU材料のコストは、材料グレード、加工要件、生産量など、いくつかの要因によって異なります。以下は、コストに関する考慮事項の内訳である：
| ファクター | コストへの影響 |
| 原材料費 | 標準的なプラスチックより高いが、グレードによって異なる |
| 処理の複雑さ | 正確な温度と圧力のコントロールが必要 |
| 金型費用 | 金型設計はコスト効率に影響する |
| 生産量 | 大量生産で単価を下げる |
TPUは従来のプラスチックよりも高価ですが、耐久性、柔軟性、安全性に優れているため、長期的な用途では費用対効果の高い選択肢となります。
- 材料費: 3-8/lb(医療用:3-8/lb(医療用:10-15/lb))
- 金型費用：20,000～50,000（複雑な形状）。
- サイクルタイム：30～60秒（シリコンより速い）。
節約のヒント ガスアシスト成形を使用することで、材料の使用量を15%削減できます。
TPUの一般的な用途
TPUには、さまざまな産業に適した貴重な特性がある：
| 産業 | ユースケース | ベネフィット |
| 自動車 | CVJブーツ、シール | 耐油性、耐久性 |
| フットウェア | 靴底 | クッション性、耐摩耗性 |
| エレクトロニクス | スマホケース | 衝撃吸収性、透明性 |
| メディカル | チューブ、カテーテル | 生体適合性、柔軟性 |
- 家電製品： 電話ケースプロテクター、スマートウォッチバンド、ラップトップカバー。
- フットウェア TPUはクッション性と耐久性に優れているため、高機能シューズやインソールに使用されている。
- 自動車： ガスケット、シール、内装部品には柔軟性と耐摩耗性が求められる。
- 主な用途 コンベヤベルト、シール、耐衝撃部品。
- 医療機器： カテーテル、チューブ、ウェアラブル医療機器（TPUは生体適合性を提供する）。
TPU 射出成形と材料選択に関する 10 の FAQ
1. TPU素材とは何ですか？
熱可塑性ポリウレタン（TPU）は、弾性、耐摩耗性、化学的安定性を兼ね備えています。ショア硬度の範囲（60A-80D）と基材（金属、プラスチックなど）との接着能力により、グリップ、シール、柔軟な部品のオーバーモールドに最適です。
2. TPUは射出成形用のTPEやシリコーンと比較してどうですか？
| プロパティ | TPU | TPE | シリコーン |
| 引張強度 | 30–60 MPa | 10–30 MPa | 5–10 MPa |
| 耐摩耗性 | 素晴らしい | 中程度 | 低い |
| コスト | $3–8/kg | $2–5/kg | $10–25/kg |
| TPUは高ストレス用途（工業用ベルトなど）に優れ、シリコーンは極端な温度に適している。 |
3. TPU射出成形から最も恩恵を受ける産業は？
- 自動車用： 制振マウント、CVJブーツ。
- 医療用： カテーテル、生体適合性チューブ（ISO 10993認証）。
- 消費財： スマホケース、スポーツ用品
4. TPU射出成形の最適な加工条件は？
- 溶融温度： 180-220℃（TPUグレードにより異なる）。
- 金型温度：反りを防ぐため20～60℃。
- 射出圧力：500～1,500psi（低圧成形により内部応力を低減）。
5. TPU部品のエアトラップやヒケなどの欠陥を減らすにはどうすればよいですか？
- 金型の設計： ベントチャンネル（0.02～0.03mm）と適切なゲートサイズを使用する。
- プロセス制御： 冷却速度を一定に保つ（±2℃）。
- 材料の乾燥： TPUペレットを80～100℃で4時間予熱し、水分の泡を避ける。
6. TPUを他の素材にオーバーモールドできますか？
TPUはよく接着する：
- 金属： アルミニウム、ステンレス鋼（機械的インターロックによる）。
- プラスチック： ABS、PC、ナイロン（プラズマ処理後の化学結合）。
- 用途 工具ハンドル、医療機器グリップ
7. 医療や食品に接触する用途でのTPU素材の安全性を保証する認証は？
- 医療用：ISO 10993、USP Class VI。
- 食品接触： FDA 21 CFR 177.1680、EU 10/2011.
- 一般： REACH、RoHS対応。
8. TPUリサイクルの仕組みと費用対効果は？
- 機械的リサイクル： 廃TPUを粉砕してペレットにする（10～15％の特性を失う）。
- ケミカルリサイクル： TPUを解重合して原料にする（コストが高い）。
- コスト： リサイクルTPUのコストはバージン材より20～30％安いが、品質検査が必要。
9. TPU金型では、どのような金型を考慮する必要がありますか？
- 金型材質： 高摩耗部分用の硬化鋼（H13など）。
- 表面仕上げ：フローラインを隠すSPI-C1（テクスチャー加工）。
- 排出システム： 柔らかいTPUパーツの損傷を防ぐストリッパープレート。
10. TPU射出成形サプライヤーの専門知識をどのように評価すればよいですか？
- ポートフォリオ TPUオーバーモールディングや医療グレードのプロジェクトの例をリクエストする。
- 試験能力： 引張試験、FTIR分析、疲労試験を実施していることを確認する。
- コンプライアンス： ISO13485（医療）またはIATF16949（自動車）の認証を確認する。
結論
TPU（熱可塑性ポリウレタン）：汎用性が高く、柔軟性、耐久性、安全性に優れた素材。食品包装、医療用途、消費財、工業部品の一般的な素材です。人体への安全性が認められ、国際的な安全法とも調和しているため、多くの産業で活躍する優れたツールとなっています。
TPUとTPEの比較：TPUの方が強度が高く、摩耗や引き裂きに対する耐性が高い。TPUは通常、TPEよりも安全で毒性の低い素材なので、両者はよく似ており、TPUの方がより高性能なもの向けだと考えてほしい。また、TPUは射出成形業者にとってより高価な選択肢であることが多いのですが、長期的な利点を考えれば、価格上昇に見合う価値があります。
製造業者や製品デザイナーは、安全で高性能な素材であるTPUを今でも求めている。
