プラスチックやエンプラ材料を選ぶとき、「ナイロンは強い」「ポリエチレンは油に強い」など、材料ごとの特性を単に覚えるのは大変です。
実は、プラスチックの特性の多くは『極性』というたったひとつのキーワードでまとめて理解できます。今回は機械設計者向けに、極性を軸にプラスチックの特性を整理してみましょう。
『極性』とは？
極性とは「分子内での電荷の偏り」のことです。原子間の電子を引きつける力（電気陰性度）の差が大きいと電荷が偏り、極性が生まれます。
水はプラスの電気を帯びる水素と、マイナスの電気を帯びる酸素でできており、配置が対象ではないので極性強いわけです。
樹脂も極性が強いものと弱い（極性が無い）ものがあり、性質に大きな影響があります。
- 極性が強いと分子同士の結合力が高いので強度や耐熱性に優れる。
- 極性が強いと水や湿気と強く引き合うため、水に溶けたり湿気を吸収しやすくなる。
- 極性が弱いと耐油性・耐薬品性に優れる。
などの特性が生まれます。詳しくは後ほどご説明します。
なぜ極性の強さで性質が決まるのか？
実際の分子レベルでの動きをイメージすると理解しやすくなります。
人間社会にたとえると・・・
仲間同士のつながりはとても強く（水素結合）、まとまりがあって安定しています。（高強度、高耐熱）
外部から来た「似た者（水）」に対してもウェルカムで、仲間に引き入れてコミュニティが膨張していきます（膨潤）。
ところが、興味は似ているけれども変な人（酸）のような相手も受け入れてしまうので、仲間内でのトラブルが発生し（分解や劣化）、まとまりが崩れてしまうことがあります。
また、全く異なる性質の人（油）のような異質な人に対しても、受け入れてしまうので、グループのまとまりが乱れて結束がゆるみ（軟化）、やがてコミュニティの活力が低下してしまいます。（強度低下）
個人個人は、お互いに強く結びつくことはなく（分子間力が弱い）、適度な距離感を保ちながら干渉を避けています。
外から誰が来ても、基本的に無関心なので（水や油に反応せず）、トラブルに巻き込まれにくく平穏な日々をおくっています。（耐酸性や耐油性が有り、吸水性が無い）
こういう人たちに仕事をさせようとすると（強度や耐熱性アップ）、人数を増やして（高分子量化）、軍隊のような統率（結晶性向上）が必要です。
極性のあるプラスチックの耐油性が悪い理由
化学では、「似たものは似たものと溶けあう」と言われ、 分子構造が似ているもの同士の方が、似ていな いものより良く溶けます。 水とエタノールは良く溶け合うが， 水と油は溶け合わないわけです。
このことから、極性があるナイロンなどに吸水性があることはイメージできます。
一方、無極性のポリエチレンは、油と同じ無極性の炭化水素鎖（–CH₂–CH₂–）から構成されている似た者同士なのに、なぜ油に溶けないのでしょうか？
これは、油もポリエチレンも無極性なので、反応する理由が無いからです。
極性のあるもの同士は、電気的に引きあう力が働きますが、油とポリエチレンには反応するための力が働かないわけです。
しかも、ポリエチレンは分子同士が結晶化して緊密に結びついており、油の分子が入り込む隙間が非常に少ないため、油が染み込みにくく、溶けたり膨潤しないという特徴もあります。
極性が高い樹脂は、無極性の油に触れると、分子間の水素結合が油によって乱され、分子間に油が入り込みやすくなり、『膨潤（ふくらみ）』や『軟化（柔らかくなる）』が起きます。
以上が、極性のあるプラスチックの方が耐油性が悪い理由です。
極性と透明性
プラスチックの透明性は、実は極性と深い関係があります。特に『中程度の極性』を持つプラスチックは透明性が高いことが多いのです。
極性が強すぎると、分子同士が強く引き合い、規則正しく結晶化しやすくなります。結晶化が進むと光が結晶界面で散乱し、不透明になります（例：ナイロン）。
極性が弱すぎる（無極性）と、逆に分子が自由に結晶化し、やはり光が散乱されて不透明や半透明になります（例：ポリエチレン）。
『中程度の極性』を持つ材料（ポリカーボネートやアクリル樹脂など）は、結晶化が抑制されて『非晶質（アモルファス）』構造となり、光をきれいに透過します。これが透明性を生む理由です。
① 中程度の極性
↓
② 分子間力が適度な強さになる
↓
③ 結晶化が抑制され、非晶質（アモルファス）構造になる
↓
④ 非晶質構造が光を透過させやすく、透明性が向上する
極性と強度
プラスチックの強度にも極性が関係しています。極性が強いほど、分子間に『水素結合』のような強力な結びつきが生まれ、分子間がしっかり固定されます。その結果、『引張強度』や『靭性』などが高くなります。
ナイロンは極性が強く、水素結合が多いため、非常に高い強度・靭性を持ちます。
ポリエチレンは無極性で分子間力が弱いため、比較的柔らかく強度が低めです。
強度の高いスーパーエンプラ、エンプラは極性が高いものがほとんどで、汎用プラスチックは無極性となっています。
極性と耐熱性
耐熱性は『分子間の結びつきの強さ』で決まります。極性が強い材料は分子同士が強く引き合っているため、熱を加えても分子がばらばらになりにくく、高い耐熱性を持ちます。
ナイロンやポリアミドなどの極性が強い材料は、耐熱性が非常に高くなります。
ポリエチレンなど極性が弱い材料は、熱によって分子が動きやすくなるため、耐熱性が低めです。
耐熱性を重視する場合、極性の高いプラスチックを候補に選ぶと良いでしょう。
極性と耐水性（吸湿性）
耐水性（吸湿性）も極性が大きく影響します。極性が強い材料は、水分と引き合いやすいため、吸湿性が高く、水によって膨張したり、寸法が変化したりします。
ナイロンは吸湿性が高いため、湿気の多い環境で寸法変化が起きやすくなります。
ポリエチレンなどの無極性材料は、ほとんど水分を吸収せず、安定した寸法を維持します。
湿気の多い環境で使う場合は、無極性の材料や極性が低めの材料を選択すると良いでしょう。
極性と耐薬品性
耐薬品性は極性の差が大きなポイントになります。極性が低い（無極性）材料ほど、多くの薬品や油に対して優れた耐性を持ちます。
ポリエチレンやポリプロピレン（無極性）は、油や薬品とほぼ同じ無極性であり、反応や劣化がほとんど起きません。
極性の強いナイロンやPVAなどは、薬品や油に触れると膨潤や劣化が起きやすくなります。
薬品容器や油を扱う部品には、無極性のプラスチックが最適です。
樹脂の極性の強さによる分類（5段階）
以下にご指定のプラスチックを極性の強さに応じて5段階に分類して整理しました。
極性は「分子構造中の極性官能基の有無・種類・量」と「水素結合や双極子モーメントの強さ」などを総合して評価しています。
★★★★★ 非常に強い極性の樹脂
| 材料 | 主な官能基・特徴 |
|---|---|
| PBI（ポリベンズイミダゾール） | イミダゾール基、水素結合が非常に強い |
| PI（ポリイミド） | イミド基、耐熱性・吸湿性が高い |
| PAI（ポリアミドイミダゾール） | イミド＋アミド基、水素結合が強い |
| PPA（ポリフタルアミド） | アミド＋イミド構造、極性が高い |
| PA（ポリアミド） | アミド基（–CONH–）、吸湿性あり |
★★★★ 強い極性の樹脂
| 材料 | 主な官能基・特徴 |
|---|---|
| PES（ポリエーテルスルホン） | スルホン基（–SO₂–）＋エーテル、強極性 |
| PSU（ポリサルホン） | スルホン基含有、構造はPESに類似 |
| PBT（ポリブチレンテレフタレート） | エステル＋芳香環構造、結晶性あり |
| PET（ポリエチレンテレフタレート） | エステル結合＋芳香環、吸湿性あり |
| PC（ポリカーボネート） | カルボネート結合、透明性と耐衝撃性 |
| POM（ポリアセタール） | ホルミル構造、高結晶性で寸法安定性あり |
| LCP（液晶ポリマー） | 芳香環密集＋エステル系、液晶構造 |
★★★ 中程度の極性の樹脂
| 材料 | 主な官能基・特徴 |
|---|---|
| PMMA（ポリメチルメタクリレート） | エステル結合、透明性が高い |
| AS（アクリロニトリルスチレン） | ニトリル基＋スチレン、中極性 |
| ABS（アクリロニトリルブタジエンスチレン） | 複合構造（ニトリル＋ブタジエン＋スチレン） |
| mPPE（変性ポリフェニレンエーテル） | エーテル＋芳香環、変性により極性調整可 |
| PPS（ポリフェニレンサルファイド） | スルフィド結合（–S–）＋芳香環 |
★★ 弱い極性の樹脂
| 材料 | 主な官能基・特徴 |
|---|---|
| PVC（ポリ塩化ビニル） | 塩素基（–Cl）による弱い極性 |
| PS（ポリスチレン） | 芳香環を含むが全体としては低極性 |
| ETFE（エチレンテトラフルオロエチレン） | 部分的にエチレンを含むフッ素系、弱い極性 |
★ 非常に弱い・無極性の樹脂
| 材料 | 主な官能基・特徴 |
|---|---|
| PE（ポリエチレン） | 炭化水素鎖のみ、完全な無極性 |
| PP（ポリプロピレン） | メチル基付き炭化水素、無極性 |
| PTFE（ポリテトラフルオロエチレン） | フルオロカーボン構造、非極性で耐薬品性抜群 |
| PFA（ペルフルオロアルコキシアルカン） | PTFEに似た構造、柔軟性あり非極性 |
| FEP（フルオロエチレンプロピレン） | フッ素系、耐薬品性と非粘着性が高い |
| PCTFE（ポリクロロトリフルオロエチレン） | フルオロカーボン＋塩素、非常に低い極性 |
注意点：一部の材料（例：ABS、AS、mPPE）は構造が複雑で、成分比やグレードによって極性が前後することがあります。
まとめ：極性を知れば材料選びが楽になる！
このように「極性」を理解すると、プラスチックの性質を直感的に理解し、覚えることができます。
油に触れる用途なら『無極性（PEやPP）』を選ぶ
強靭で耐熱性が必要な場合は『極性の強い材料（ナイロンなど）』を選ぶ
透明性や耐衝撃性が求められるなら『中程度の極性（PCやPET）』を選ぶ
材料選択に迷った時は、「極性」という視点で考えてみてください。きっと設計や材料選びの効率がぐっと上がるはずです。
