合成繊維(高分子化学)マインドマップ

有機化学 聞き流し 三大合成繊維:ナイロン・ポリエステル・アクリル ★ 共通テスト・二次試験対策
基礎理論①
縮合重合

2つの単量体が小さな分子(H₂O・HClなど)を脱離しながら結合を繰り返す。ポリアミドやポリエステルに使われる。

モノマーA + モノマーB → ポリマー + nH₂O(脱水縮合)
基礎理論②
開環重合

環状単量体(ラクタムなど)が開環してつながる。ナイロン6の合成で使う。縮合重合と異なり脱離小分子がない

ε-カプロラクタム + H₂O(少量) → ナイロン6
基礎理論③
付加重合

二重結合をもつ単量体(ビニル基 CH₂=CH–)が次々と付加して高分子になる。アクリル繊維・ビニロンに使う。

nCH₂=CH–R → –[CH₂–CH(R)]ₙ–
基礎理論④
重合度・分子量の計算

繰り返し単位の分子量(式量)× 重合度 n = 平均分子量。縮合重合では厳密には両端の補正が必要(n が大きければ無視可)。

分子量 ≒ 式量 × n
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ナイロン66(6,6-ナイロン)
ポリアミド系 / 縮合重合 / 世界初の合成繊維(1935年 カロザース)
ポリアミド系
合成(縮合重合)
ヘキサメチレンジアミン(H₂N-(CH₂)₆-NH₂)
   ↕ 縮合重合(脱水)
アジピン酸(HOOC-(CH₂)₄-COOH)
n H₂N-(CH₂)₆-NH₂ + n HOOC-(CH₂)₄-COOH → [–(CH₂)₆–NH–CO–(CH₂)₄–CO–]ₙ + 2nH₂O 結合:アミド結合 –CO–NH– 名前の由来:ジアミン(炭素数6)+ジカルボン酸(炭素数6)→ 66
性質と用途
天然繊維との比較絹に似た肌触り・光沢
機械的性質高強度・高弾力・耐摩耗性
化学的性質耐薬品性(酸・アルカリに比較的強い)
用途衣類・ストッキング・ロープ・歯ブラシ
★ 試験頻出ポイント 「6」の意味はジアミンとジカルボン酸の炭素数。界面重合(アジピン酸ジクロリド使用)は実験室的手法として記述問題頻出。アミド結合の確認→ビウレット反応はタンパク質と同じ反応を示す。
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ナイロン6(6-ナイロン)
ポリアミド系 / 開環重合 / ナイロン66との違いに注意
開環重合
合成(開環重合)
ε-カプロラクタム(環状アミド・ラクタム)に少量のH₂Oを加えて加熱
   ↓ 開環重合(脱離小分子なし)
ナイロン6が生成
ε-カプロラクタム (C₆H₁₁NO) → 開環重合 → [–NH–(CH₂)₅–CO–]ₙ (ナイロン6) 繰り返し単位の分子量:113 結合:アミド結合 –CO–NH–(ナイロン66と同じ)
ナイロン66との比較
原料1種類(ε-カプロラクタム)
重合形式開環重合(縮合重合ではない)
繰り返し単位炭素数6のアミノ酸型
性質ナイロン66とほぼ同等
★ 試験頻出ポイント ナイロン6とナイロン66はどちらもアミド結合。違いは合成法(開環重合 vs 縮合重合)と原料の数(1種 vs 2種)。ラクタム=環状アミドと覚える。
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ポリエチレンテレフタラート(PET)
ポリエステル系 / 縮合重合 / ペットボトルと同一素材
ポリエステル系
合成(縮合重合)
テレフタル酸(HOOC–C₆H₄–COOH)=ベンゼン環含む二価カルボン酸
   ↕ 縮合重合(脱水)
エチレングリコール(HO–CH₂–CH₂–OH)=二価アルコール
n HOOC–C₆H₄–COOH + n HO–CH₂CH₂–OH → [–CO–C₆H₄–CO–O–CH₂CH₂–O–]ₙ + 2nH₂O 結合:エステル結合 –COO– 繰り返し単位の分子量:192
性質と用途
吸湿性低い(速乾性 → スポーツウェア)
シワシワになりにくい
強度ベンゼン環で高強度
用途衣類・ペットボトル・フィルム
★ 試験頻出ポイント 親水基(-OH,-COOH)がエステル結合に使われ吸湿性低い=速乾性という流れを答えさせる問題が頻出。PETとポリエステル繊維が同一素材であることも確認。分子量計算でベンゼン環の式量(76)を忘れずに。
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アクリル繊維(ポリアクリロニトリル・PAN)
ポリビニル系 / 付加重合 / 三大合成繊維の一つ
付加重合
合成(付加重合)
アクリロニトリル(CH₂=CH–CN)の付加重合
   ↓ 付加重合
ポリアクリロニトリル(PAN)完成
nCH₂=CH–CN → [–CH₂–CH(CN)–]ₙ ニトリル基(–CN)を側鎖に持つ アクリロニトリル成分85%以上:アクリル繊維 アクリロニトリル35〜85%:モダクリル繊維
性質と用途
天然繊維との比較羊毛(ウール)に似た肌触り
軽さ・柔らかさ軽くて柔らかい・保温性あり
疎水性染色しづらい→酢酸ビニル等の共重合で改善
用途セーター・毛布・カーペット
★ 試験頻出ポイント 炭素繊維(カーボンファイバー)はPANを不活性気体中で熱分解して得る。アクリロニトリル+塩化ビニルの共重合で難燃性繊維(カーテン用)になる点も出題される。
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ビニロン
ポリビニル系 / 付加重合 → けん化 → アセタール化 / 日本初の合成繊維(1939年 桜田一郎)
日本初!記述頻出
4ステップ合成経路
酢酸ビニル(CH₂=CH–OCOCH₃)を付加重合
   ↓ 付加重合
ポリ酢酸ビニル(PVAc)生成
   ↓ けん化(NaOH水溶液で加水分解)
ポリビニルアルコール(PVA)生成 ← 水溶性!繊維として使えない
   ↓ ホルムアルデヒド(HCHO)でアセタール化(OH基の30〜40%)
ビニロン完成(吸湿性保持+耐水性付与)
なぜ直接ポリビニルアルコールを作らないか? → ビニルアルコール(CH₂=CHOH)は不安定で   直ちにアセトアルデヒドに変異(互変異性) → 酢酸ビニル → PVAc → PVA の迂回が必要 アセタール化:OH基2個 + HCHO → –O–CH₂–O– + H₂O アセタール化しない部分 式量88(ビニルアルコール×2) アセタール化した部分  式量100(+CH₂で12増加)
なぜ30〜40%だけアセタール化するか
0%(アセタール化しない)→ 水溶性のまま。繊維として使用不可
30〜40%(適量)→ 耐水性確保 + 残りのOH基で木綿様の吸湿性を保持
100%(完全アセタール化)→ 吸湿性ゼロ。木綿の良さが失われる
計算問題の公式(超頻出)
PVA繰り返し単位を2個1組(式量88)で考える アセタール化率 x% のとき:  アセタール化部分 式量100 × (x/100)  未反応部分   式量88 × ((100-x)/100) ビニロン式量 = 88×(1-x/100) + 100×(x/100) = 88 + 12x/100 必要HCHO量:OH基2mol につき HCHO 1mol (式量30の HCHO が OH基2個分44×2=88 に対応)
★ 二次記述頻出 ①なぜ酢酸ビニルを経由するか(ビニルアルコールの不安定性)②なぜアセタール化を一部だけにするか(吸湿性と耐水性のバランス)③計算:アセタール化率・HCHO必要量・ビニロン分子量
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アラミド繊維(ケブラー)
芳香族ポリアミド / 縮合重合 / 超高強度・耐熱性繊維
芳香族ポリアミド
合成(縮合重合)
n p-フェニレンジアミン(H₂N–C₆H₄–NH₂) + n テレフタル酸ジクロリド(ClCO–C₆H₄–COCl) → [–NH–C₆H₄–NH–CO–C₆H₄–CO–]ₙ + 2nHCl 結合:アミド結合 –CO–NH– ナイロン66との違い:–CH₂– がベンゼン環 –C₆H₄– に置換された構造
性質と用途
強度鋼鉄の5倍(質量比)・超高強度
耐熱性高温でも分解しにくい
柔軟性ベンゼン環→剛直・柔軟性は低下
用途防弾チョッキ・消防服・安全手袋
ナイロン66との構造比較
ナイロン66: [–(CH₂)₆–NH–CO–(CH₂)₄–CO–]ₙ    ↑脂肪族(メチレン基) アラミド(ケブラー): [–NH–C₆H₄–NH–CO–C₆H₄–CO–]ₙ    ↑芳香族(ベンゼン環) ベンゼン環が入ると:  ✅ 強度↑(大きく安定な構造)  ✅ 耐熱性↑  ❌ 柔軟性↓(剛直になる)
★ 試験頻出ポイント アラミドは「芳香族ポリアミド」の略称。ナイロン(脂肪族)と区別する。ベンゼン環置換による強度向上・柔軟性低下の理由を記述できるようにする。
📊 合成繊維 一覧比較表(試験直前チェック)
繊維名 分類 重合形式 原料(単量体) 結合 天然繊維との類似 特徴・用途
ナイロン66 ポリアミド 縮合重合 ヘキサメチレンジアミン+アジピン酸 アミド結合 –CO–NH– 絹に似た肌触り 高強度・耐摩耗。衣類・ロープ・歯ブラシ
ナイロン6 ポリアミド 開環重合 ε-カプロラクタム(1種) アミド結合 –CO–NH– 絹に似た肌触り ナイロン66と同等。開環重合が特徴
ポリエステル(PET) ポリエステル 縮合重合 テレフタル酸+エチレングリコール エステル結合 –COO– 速乾性・シワになりにくい。衣類・ペットボトル
アクリル繊維 ポリビニル 付加重合 アクリロニトリル(CH₂=CH–CN) C–C 単結合(側鎖に–CN) 羊毛(ウール)に似た肌触り 軽くて柔らか・保温性。セーター・毛布
ビニロン ポリビニル 付加重合→けん化→アセタール化 酢酸ビニル(→PVAc→PVA→ビニロン) C–C 単結合+アセタール結合 木綿に似た性質 吸湿性あり。ロープ・魚網・テント。日本初(1939)
アラミド(ケブラー) 芳香族ポリアミド 縮合重合 p-フェニレンジアミン+テレフタル酸ジクロリド アミド結合 –CO–NH– 超高強度・耐熱性。防弾チョッキ・消防服

🎯 共通テストで狙われる知識

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