【Ｑ＆Ａ】ＡＢＳ樹脂って・・・

パナ・ケミカルの技術顧問を務めさせて頂いています本堀です。

この会員ページでは、会員の皆様からの御質問を随時お受けしています。内容に応じて、パナ・ケミカルの担当者や各分野の専門家がお答え致します。

以前、成形加工業者のお客様の元へ技術指導にお邪魔した際に、「ＡＢＳ樹脂ってアクリロニトリル（Ａ）とブタジエン（Ｂ）とスチレン（Ｓ）の共重合体だよね。でも、無理に共重合させなくてもそれぞれのポリマーをブレンドするなりアロイ化するなりして同じ様なものは作る事は出来ないの？」との御質問を頂きました。

そこで、技術を担当させて頂いています私がこのご質問にお答え致します。

確かに共重合は反応の制御が難しいため、それぞれの由来するポリマーをブレンドやアロイなどの手法で混ぜ合わせる事で調整できれば楽ですよね。

でも、これは”化学の眼”から見るとかなり難しい話なのです。

良い機会ですので、ＡＢＳ樹脂という素材についておさらいしながらこの質問に答えていきたいと思います。

ＡＢＳ樹脂は、スチレン系樹脂の中でも特に耐衝撃性や耐熱性、耐薬品性に優れる非常に便利なプラスチックです。

また流動性が良いために加工しやすく、射出成形、押出成形、ブロー成形など様々な成形法を用いる事が可能です。更に着色や電解メッキなどの二次加工（加飾）も施しやすく、様々な分野で利用されています。

ＡＢＳ樹脂はマテリアルリサイクルにも適した素材であり、自動車や家電に由来する廃棄ＡＢＳ樹脂のマテリアルリサイクルが盛んに行われています。

質問の内容にもありましたが、ＡＢＳ樹脂とは、「アクリロニトリル（Ａｃｒｙｌｏｎｉｔｒｉｌｅ）」、「ブタジエン（Ｂｕｔａｄｉｅｎｅ）」、「スチレン（Ｓｔｙｒｅｎｅ）」の３種類のモノマーが結合した「三元共重合体」の事で、それぞれのモノマーの名称の頭文字を繋ぎ合わせて「ＡＢＳ」としています。

ＡＢＳ樹脂の優れた物性は、構成する３種類のモノマーの特性に由来しておりまして、アクリロニトリルは機械的強度や耐熱性を、ブタジエンは耐衝撃性を、スチレンは流動性を付与しています。

先に述べました様にＡＢＳ樹脂は３種類のモノマー単位からなるのですが、技術的にはポリスチレンに代表される「スチレン系樹脂」に分類されています。

ポリスチレンは流動性（成形加工性）に優れるものの、機械的強度や耐熱性では劣るため、様々な改質技術が検討されてきました。実はＡＢＳも、その改質技術の成果の一つです。

ポリスチレンの耐衝撃性を上げるために、ゴム成分を添加するという手法は古くから行われてきました。

その代表例が、「耐衝撃性ポリスチレン（ＨＩＰＳ）」であり、ゴム成分には「ポリブタジエン」を用い、これにスチレンをグラフト共重合させたものです。

他方、ポリスチレンの機械的強度を上げる手法として用いられたのは、「アクリロニトリル」を共重合するという手法で、「アクリロニトリル―スチレン樹脂（ＡＳ樹脂）」は使い捨てライターのガスボンベ部分などに用いられています。

ＡＢＳ樹脂は、この「ゴム成分を添加する」という手法と、「アクリロニトリルを共重合する」という手法を組み合わせる事で、耐衝撃性や機械的強度、耐熱性の向上に成功し、ポリスチレンの弱点を克服した材料なのです。

特に耐衝撃性（アイゾット衝撃強さ）については、ＡＢＳ樹脂はポリスチレンの４０倍もの大きさを誇り、改質の効果が存分に発揮されています。

このＡＢＳ樹脂における物性というものは、３種のモノマーの共重合により得られる訳ですが、一口に共重合といいましても、様々な形式が存在します。

モノマーがランダムに配列した「ランダム共重合体」、モノマーが交互に配列した「交互共重合体」、連続するモノマー単位（ブロック）同士が結合した「ブロック共重合体」、あるブロックから別のブロックが枝分かれした「グラフト共重合体」などの形式が挙げられます。当然、共重合の形式により、物性は大きく変わります。

では、ＡＢＳ樹脂はどの形式の共重合体なのでしょうか？

実は以前、高分子化学を専攻している大学院生に講義した折にこの質問をしたのですが、意外に多くの学生さんが「ブロック共重合体」であると答えました。

これは間違いです。正解は「グラフト共重合体」なのです。

そこで、ＡＢＳ樹脂の製造法を見てみましょう。

ＡＢＳ樹脂の製造法には、大きく分けて、（１）ブレンド法、（２）グラフト法、（３）グラフトブレンド法の３法が存在します。

ブレンド法は、予め共重合しておいたＡＳ樹脂とアクリロニトリル―ブタジエンゴム（ＮＢＲ）を添加剤存在下で混合する事によりＡＢＳ樹脂とする方法です。

グラフト法は、ポリブタジエンラテックス（ゴム成分）に、スチレンとアクリロニトリルを加え、グラフト重合させる事でＡＢＳ樹脂とする方法で、ゴム成分の割合やグラフト率（＝枝分かれの割合）などにより物性が大きく変化します。

グラフトブレンド法は、ブタジエンの比率がかなり高いラテックス状のＡＢＳ樹脂をグラフト法で作り、これにラテックス状のＡＳ樹脂を混合する方法です。

製造法の詳細は割愛しますが、グラフト化によりＡＢＳ樹脂を構成する３成分が巧みに結合される事で、それぞれの有する特性が発現されるという事になります。

逆に、グラフト化を行わず、単にポリブタジエンとＡＳ樹脂を混ぜたとしても、この混合物は脆く、機械的強度も低くて、とても使い物にはなりません。

この違いは、一体何なのでしょう？そこで、ＡＢＳ樹脂のミクロ構造を見てみましょう。

ＡＢＳ樹脂をミクロレベルで見てみると、ＡＳ樹脂の中に球状のゴム成分が散らばった構造をしています。

ゴム成分は、グラフト化により生成した「ポリブタジエンゴム（ＢＲ）」、「スチレンーブタジエンゴム（ＳＢＲ）」、「アクリロニトリルーブタジエンゴム（ＮＢＲ）」などが混ざった状態となっています。

まるでＡＳ樹脂の「海」にゴム成分が「島」の様に浮いています。この様な構造を、「海島構造」と言います。

ミクロレベルでは、ＡＳ樹脂とゴム成分は分子レベルで混じり合わず、２つの相に分離しているのです（二相不均一系）。

しかも、島の部分のゴム成分の内部にも海の部分と同じＡＳ樹脂が入り込んでいます。特にこの様な構造を「サラミ構造」と呼んでいます。

このサラミ構造を持つが故に、ＡＢＳ樹脂は耐衝撃性や耐熱性を発現するのです。

ＡＳ樹脂中にゴム成分が均一に分布する事で、どの方向から外力が与えられたとしても、ゴム成分がひずみ（力学的なエネルギー）を吸収する事が可能となります。

また、ゴム成分にＡＳ樹脂が入り込んでいる事は、ＡＳ樹脂中にゴム成分を固定する“アンカー”の役割をしており、ゴム成分の分散状態を維持し、加熱時における安定性をも担保しています。

このサラミ構造は、グラフト化によって達成される構造であり、ＡＢＳ樹脂の優れた物性を発現する源泉であると言えます。

ＡＢＳ樹脂は物性面で優れるのみならず、製造コストも安いという実に有難いプラスチックなのですが、一つだけ問題があります。

「耐候性」に乏しいのです。

これは、ＡＢＳ樹脂の分子内のブタジエンユニット（Ｂの部分）に残存する二重結合が、空気中の酸素や太陽光に含まれる紫外線の影響による酸化や架橋などの反応を受けやすいためです。

そこで、ＡＢＳ分子内のブタジエンユニットについて、二重結合を含まない他のゴム成分に置き換える事が行われています。

例えば、「塩素化ポリエチレン（ＣＰＥ）」や、「エチレン―酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）」などのゴム成分が挙げられます。

この様なＡＢＳ樹脂のゴム成分を代替した樹脂の事を「ＡＸＢ樹脂」と言います。

ここまでお話しさせて頂きました様に、ＡＢＳ樹脂はミクロレベルで構造が制御された素材であり、この制御構造は共重合体、それもグラフト共重合体であるが故に構築されているのです。

従って、ご質問の様に単にポリアクリロニトリル（Ａ）とポリブタジエン（Ｂ）とポリスチレン（Ｓ）を混ぜてもこの様なミクロレベルで制御された構造は得られず、ＡＢＳ樹脂の持つ優れた物性を発現する事は出来ないのです。