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発泡スチロール(はっぽうスチロール、foamed styrol)は、合成樹脂素材の一種で、気泡を含ませたポリスチレンである。なお、スチロールとはスチレンの別名である。

別称としては発泡ポリスチレン (foamed polystyrene)、発泡スチレン (foamed styrene)、ポリスチレンフォーム (polystyrene foam)、スチレンフォーム (styrene foam) がある。

◆概要

ポリスチレンを微細な泡で発泡させ硬化させた素材である。軽量かつ断熱性に優れ、また極めて成型や切削しやすく、安価で弾力性があり衝撃吸収性にも優れるので、破損しやすい物品の緩衝・梱包材(→包装・緩衝材)として用いられる他、断熱性を利用して保温・保冷が必要な物の断熱に用いられる。

ポリスチレンは炭化水素なので、燃やすと水と二酸化炭素になる。しかし常温・大気中で燃焼させると、不完全燃焼を起こし大量の煤を発生させやすい。

◇種類

製法が3種類あり、化学的にはほぼ同じだが形状や気泡の特性が違うため、用途も異なる。

・ビーズ法発泡スチロール (expanded polystyrene、EPS)

・ポリスチレンペーパー (polystylene paper、PSP)

・押出ポリスチレン (extruded polystyrene、XPS)

EPSが最初に開発されたこともあって最も広い用途で利用されているため、EPSを特に「狭義の発泡スチロール」という場合があり、それ以外のPSPやXPSを含め「広義の発泡スチロール」とも表現する。ただしこれらは製法が異なるだけであるため、いずれも「発泡させたポリスチレン」である。

ただ性能を追加するために加えられた添加剤により一緒にリサイクルできない場合もあれば、見た目は似ているが別の合成樹脂を発泡させた素材のもあるため、リサイクル上の区分には注意が必要である()。

◇性質

・発泡による特性

  ・断熱性が高い(断熱材としての利用)

  ・軽量

  ・耐衝撃性が高い(ただし、質量比での比較)

・ポリスチレンとしての性質

  ・白色(顔料を素材に混ぜ込むことで着色は可能)

  ・耐熱性は低く、約90℃

  ・燃えやすいが、難燃剤を添加して改良可能

  ・耐水性が高い

  ・テルペン油・エゴマ油・シソ油など一部の食用油や柑橘類に含まれるリモネン、ベンジン・シンナーなどの有機溶媒に溶ける。

  ・アルコール飲料と長期間接すると味を変質させることがある。

なお耐熱性の低さは逆に加工性を高めており、電熱線に乾電池からの電流を流して発生させた熱(ジュール熱)を使って小さな力で切断する器具もあり、様々な手芸用・または短期間展示される彫刻(宣伝用POPなど)の材料としても利用される。

接着に関しては熱による接着もできるが、広い面積どうしでは木工用ボンドなどの有機溶剤を使っていない粘着性の接着剤で接着できる。また危険な中毒性のある有機溶剤を含まない専用の接着剤もある。このことからも、安全に工作できる要素であるため前出の手芸用材料として好まれる。

有機溶剤を含む接着剤では簡単に溶け、また体積の大部分が気体である事から侵食されたようになってしまうため、有機溶剤を利用した接着剤の使用は向かない。同様の理由によりマジックインキ等の油性塗料での塗装もできない。

多孔質で木材に性質がよく似ている(ただし浸透性はない)ので、水溶性の塗料も一定の粘度さえあれば、比較的顔料が乗りやすいため、塗装に使える。特に塗装の際には、表面を紙やすりなどで削り、その上から塗装する事も行われる。1980年代以降に普及した水溶性樹脂塗料等は馴染みがよい。

◆EPS

最も古くからある発泡スチロール素材であり、また様々な用途に利用され、一般でも良く見かけられる素材である。割ると小さな粒が集まって固まったように見えるが、これらはその各々が「ビーズ」と呼ばれる小さなポリスチレンの粒を発泡させたものである。

◇製法

ビーズ法発泡スチロール (EPS) は、ポリスチレンを、主にブタン・ペンタンなどの炭化水素ガスで発泡させて製造される。具体的には、直径1mm程度の細粒状ポリスチレンであるポリスチレンビーズに炭化水素ガスを吸収させ、これに100℃以上の高温蒸気を当てて樹脂を軟化させると共に圧力を加えて発泡させる。発泡したビーズ同士は融着し合い、冷却時に様々な形状となって発泡スチロールとなる。

EPSの発泡率(発泡過程で膨張する割合)は約50倍である。発泡後は、容積の95〜98%が炭化水素ガスである。

◇歴史

1950年にドイツで発明され、日本では1959年より生産が始まった。

◇加工

ポリスチレンは耐熱温度が約80〜90℃なので、それ以上加熱すると軟化・融解する。ほとんどのEPSは、発泡時に金型内で加熱成型され、最終製品か、汎用の板材などに加工される。

軟らかく、熱で容易に融けるため、汎用の製品は刃物や電熱線で切削して、任意の形に加工される。

ビーズを発泡させただけで、成型・切削をまったくしない製品もあり、やはりポリスチレンビーズと呼ぶ。

◇利用

断熱性・耐水性に優れ軽量なので、魚介類(後に一部の農産物も)の輸送にこれで製造された箱(トロ箱)が利用されたほか、軽量で衝撃吸収性に優れるため、精密機械等の梱包材として普及した。日本では年間20万トン近くが生産され、その過半数〜6割が容器として利用され、3割が緩衝材として、残りが建材や海などに於けるフロート(ブイや生簀の浮き)等に利用されている。

希望の形状に一体成型できるため、緩衝素材や保温・保冷箱などといった所定の形状を持つ製品に加工される。

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