アクリル樹脂
アクリル樹脂は、アクリル酸およびメタクリル酸のエステルを主骨格とする合成高分子であり、高い可視光透過率、優れた耐候性、加工のしやすさを兼ね備える透明樹脂である。代表例はポリメチルメタクリレート（PMMA）で、ガラス代替、照明拡散板、表示カバー、水槽などに広く用いられる。屈折率が約1.49、可視光透過率が高く、黄変しにくい特性から、屋外サインや建材にも適する。一方で、耐衝撃性はポリカーボネート（PC）に劣り、溶剤や応力に起因するクレージング（微細亀裂）に注意が必要である。
定義と化学構造
アクリル樹脂は、一般にCH2=CH–COORあるいはCH2=C(CH3)–COOR（Rはアルキル基）をモノマーとする連鎖重合体である。メチルメタクリレート（MMA）から得るPMMAが最も著名で、側鎖エステル基により剛直で極性のある高分子鎖となる。自由基重合が主で、過酸化物やアゾ系開始剤で重合し、バルク、溶液、懸濁、乳化など多様な系が採用される。側鎖長や共重合設計により、ガラス転移温度（Tg）、柔軟性、接着性を制御できる。
主な種類
- PMMA：透明性と耐候性に優れる代表的なアクリル樹脂。
- アクリル酸エステル共重合体：ブチルアクリレートなどを併用し柔軟性や接着性を付与。
- メタクリル酸エステル共重合体：流動性、耐熱性、耐薬品性のバランスを調整。
- UV硬化型アクリル：アクリレート官能基で光重合し、塗膜・インキ・3Dプリントに適用。
物性と光学特性
アクリル樹脂の特徴は高い透明性と低ヘイズである。PMMAの可視光透過率は約92%に達し、厚肉部でも光学的均質性を保ちやすい。Tgは代表的に約105℃で、実用耐熱は80～90℃程度が目安である。密度は約1.19g/cm3で、同厚ガラスより軽量。表面硬度はPCより高く擦り傷に強いが、衝撃に対してはPCが優位となる。
耐候性と化学耐性
アクリル樹脂は紫外線による黄変・脆化が比較的起こりにくく、屋外暴露での光学保持性に優れる。希酸・希アルカリには概して安定だが、ケトン類や塩素系・一部の芳香族溶剤に侵されやすい。内部応力や溶剤が重なると応力割れを誘発するため、溶剤洗浄や接着時は条件管理が重要である。耐熱連続使用温度は中庸で、熱歪みを抑える設計が求められる。
成形加工法
- 押出：板・フィルム・押出成形材を連続生産。
- 射出：レンズ、カバー、ディフューザーなどの量産に適する。
- 重合キャスト：厚板や大型透明体に有効で、光学均質性に優れる。
- 熱成形：加熱軟化後の曲げ・真空成形で立体形状を付与。
- 光造形（3Dプリント）：UV硬化型アクリレートを用い精細造形。
応用分野
- 建材・サイン：屋外看板、採光窓、手すりパネルにアクリル樹脂板を使用。
- 光学・照明：LED拡散板、ライトガイド、スクリーン、レンズ。
- 電気電子：筐体窓、保護カバー、表示パネル。
- 自動車：ランプカバー、内装トリム、意匠パネル。
- 医療・理化学：水槽、実験器具、透明シールド。
- 塗料・接着：水系アクリルエマルション、UV硬化クリア。
他材料との比較
アクリル樹脂はガラスより軽く加工しやすく、割れても粒状になりやすい。PCに比べ衝撃性は劣るが、透明性・耐候性・表面硬度で優位。ポリスチレンより耐候性・耐薬品性の面で有利で、脆さも小さい。選定時は光学性能、屋外寿命、衝撃要求、耐薬品、コストのバランスで最適化する。
品質管理と規格
アクリル樹脂製品では、透過率・ヘイズ・ヘイズムラ、厚さ精度、残留モノマー、内部応力、機械特性（引張・曲げ・衝撃）を評価する。板材やレンズでは光学歪みや複屈折も重要である。規格はJISやISOに準拠した試験法が用いられ、ロット間の均質性と耐候性の加速試験結果を指標とする。
加工・設計上の注意
アクリル樹脂は熱膨張係数が金属より大きく、嵌合や長尺板の固定にスライド余裕を持たせる。角部はR付けして応力集中を回避し、穴あけは低応力条件と適切な切削でクレージングを防ぐ。溶剤接着は低応力化と完全乾燥が要点で、ねじ締結は座金や広い座面で面圧を分散させる。
環境・リサイクル
アクリル樹脂はマテリアルリサイクルに加え、メタノリシス等でMMAを回収するケミカルリサイクルも検討されている。光学用途の高透明スクラップは選別が重要で、混入異材は光学欠陥を招く。LCAの観点では長寿命化と補修・再研磨による延命が効果的である。
安全衛生
MMAモノマーは刺激臭を有し、重合や加工時には換気とVOC管理が必要である。粉じんや切削片は飛散しやすく、保護具と集じんを徹底する。アクリル樹脂は可燃性であり、熱源管理と火災対策、発煙時の避難動線設計を配慮する。