UV（紫外線）硬化樹脂とは？特徴や用途などを解説します

UV（紫外線）硬化樹脂は、接着剤やコーティング剤、インキ、電子部品、光学部品などさまざまな分野で使われている素材です。身近なものでは、ジェルネイルを固めるためにも利用されています。

この記事では、UV硬化樹脂の特徴や種類、用途などをわかりやすく解説します。

UV（紫外線）硬化樹脂とは？

UV硬化樹脂とは、紫外線（UV：Ultraviolet）に照らすことで化学反応が起こり、短時間で硬化する樹脂です。紫外線硬化樹脂やUV硬化型樹脂、光硬化性樹脂とも呼びます。

一般的なUV硬化樹脂は、主にオリゴマーやモノマー、光重合開始剤、各種添加剤などから成ります。

紫外線に照らされると光重合開始剤がエネルギーを吸収し、モノマーやオリゴマーの重合や架橋反応が進み、樹脂が硬化します。

熱で固まる熱硬化性樹脂とは違い、紫外線を使って必要な箇所を短時間で硬化させられるため、工業製品の製造過程からジェルネイルにいたるまで幅広く利用されています。

紫外線とは？

紫外線は、人の目で見られる光（可視光線）よりも波長が短い電磁波です。ちなみに可視光線よりも波長が長いものは赤外線と呼びます。

波長は紫外線が100～400nm程度、可視光線が400～770nm程度、赤外線が770～1mm程度です。

UV硬化樹脂に使われるライト

UV硬化樹脂の硬化には、高圧水銀ランプやメタルハライドランプ、UV-LEDなどを使います。

高圧水銀ランプやメタルハライドランプは、複数の波長を含む光を照射します。一方で、UV-LEDは365nm、385nm、395nm、405nmなど特定の波長を中心とした光を照射できます。

UV硬化樹脂には光重合開始剤が配合されており、開始剤によって吸収しやすい波長が異なります。そのため、樹脂を十分に硬化させるには、光重合開始剤の吸収波長と照射装置の波長を合わせることが重要です。

UV硬化樹脂の特徴

UV硬化樹脂には、短時間で硬化することや比較的低温で加工できることなどの特徴があります。

短時間で硬化する

UV硬化樹脂は、UVを当てると短時間で硬化します。樹脂や照射条件によって変わりますが、数秒から数十秒で硬化できるため、作業工程の短縮を図れます。

また、UVを照射するタイミングを自由に調整できるため、塗布後に部品の位置を時間をかけて調整してから硬化させるという工程にも適します。

比較的低温で加工できる

UV硬化樹脂は、硬化に大きな加熱設備を必要としないことが多く、熱による影響を抑えることができます。そのため、熱の影響を受けやすいプラスチックや電子部品などにも多用されています。

溶剤の量を抑えられる

UV硬化樹脂は、一般的な溶剤系樹脂と比較して、有機溶剤ほとんど使いません。溶剤の乾燥、揮発に必要な工程を短縮できるため、作業時間の短縮や省エネルギー化にもつながります。

用途に合わせて性能を調整できる

オリゴマーやモノマー、添加剤などの組み合わせを変えることで、硬さや密着性、耐熱性、耐薬品性、皮膚刺激性、透明性、色味などを用途に応じて調整できます。

UV硬化樹脂の種類

UV硬化樹脂には、大きく分けてアクリル系のものとエポキシ系のものがあります。いずれもUV照射で硬化しますが、反応方法に違いがあり、アクリル系はラジカル重合により硬化し、エポキシ樹脂はカチオン重合によって硬化します。

アクリル系樹脂

アクリル系のUV硬化樹脂は、主にアクリレートやメタクリレートを使い、ラジカル重合により硬化します。

硬化が速く、使えるモノマーやオリゴマーの種類が多いため、硬さや密着性などの調整が容易です。接着剤やコーティング剤、インキなど幅広い用途で使われています。

しかし、空気中の酸素で硬化反応が妨げられる酸素阻害により、条件によっては表面にべたつきが残る場合があります。また、後述するエポキシ系樹脂と比較すると硬化収縮が大きくなる傾向にあります。

エポキシ系樹脂

エポキシ系のUV硬化樹脂は、主にエポキシ基を持つ材料を使い、カチオン重合により硬化します。

前述したアクリル系樹脂と比べると硬化収縮が小さく、酸素による硬化阻害を受けにくいです。しかし、硬化速度はアクリル系よりも遅く、水分の影響により硬化反応が妨げられることもあります。

UV硬化樹脂の用途

UV硬化樹脂は、硬化が短時間であることや、性能を目的に合わせて調整できるため、下記のように、さまざまな用途に使われています。

接着

ガラスや金属、プラスチックなどの接着、電子機器やカメラ、ディスプレイの組み立てに使われています。短時間で硬化できるため、量産工程に適しています。

コーティング

プラスチックや金属、木材、ガラスなどの表面を保護するコーティング剤としても使われています。耐擦傷性や耐薬品性、光沢など対象物に求める性能に合わせて処方を調整できます。

インキ

印刷分野で、UVインキとして使われています。

印刷後にUVを照射すると、従来の溶剤系インキよりも短時間で硬化するため、パッケージやラベルなど、さまざまな印刷物に広く使われています。

電子部品の封止や保護

電子・電気分野では、基板や電子部品の封止や保護、絶縁にも使います。硬化が短時間であることに加え、耐湿性や耐熱性も持たせられるため、部品を保護する役割もあります。

３Dプリンター・光造形

光造形方式の３Dプリンターでは、UV硬化樹脂を使います。光を照射した部分だけを硬化させ、それを積み重ねて立体物を出力します。

ジェルネイル

身近な用途として、ジェルネイルにもUV硬化樹脂が使われています。UV硬化樹脂でできたジェルにUVを照射することで、硬化させ、爪の表面に塗膜を作ります。

歯科材料など医療用

UV硬化樹脂は、生体適合性や精密性、安全性に優れているため、歯科用のレジンや歯科模型、カテーテルの接着などにも使われています。

その他

UV硬化樹脂は、めっきや表面処理、研磨などの工程で使うマスキング剤、部品を加工するときの仮止め剤などにも使われています。

UV硬化樹脂の注意点

UV硬化樹脂の注意点としては、紫外線が届かない場所には使えないということです。

UVを通さない部材同士の接着や紫外線吸収剤を含むプラスチックなどには適していません。

また硬化状態は、UVを照射する時間だけでなくUVの波長や照度、積算光量、照射距離、樹脂の膜厚、樹脂の組成によっても変化します。使用する樹脂とUV照射装置の相性や、使用する環境などに合わせた処方が重要です。

まとめ

UV硬化樹脂は、紫外線などの光を照射することで短時間に硬化する樹脂です。短時間で硬化できることや、比較的低温で加工できること、溶剤の使用量を抑えられることなどから、接着剤やコーティング剤、インキ、電子部品、3Dプリンター、ジェルネイルなど幅広い分野で使われています。

代表的なものにはアクリル系とエポキシ系があり、硬化方法や硬化速度、硬化収縮などに違いがあります。また、十分に硬化させるためには、樹脂に使われている光重合開始剤とUV照射装置の波長を合わせることも重要です。

UV硬化樹脂は、配合によって硬さや密着性、耐熱性などの性能を調整できます。そのため、用途や使用する部材、必要な性能、硬化条件などに合わせて適切な樹脂を選ぶことが大切です。