概要
化学における硬化とは、高分子鎖どうしを結び付け、永続的につながったネットワークを作る一連の反応を指す。これにより、粘性のある液体や柔らかい塊は、高分子間に化学架橋が形成されることで、剛性のある固体または弾性固体へと変化する。特に天然または合成のゴムにこの処理を施す場合は、一般に加硫と呼ばれるが、「硬化」という広い用語は多くの材料群を含む。
機構と方法
硬化は、化学組成や用途に応じてさまざまな機構で進行する。一般的な駆動要因には、加熱、架橋剤、触媒や開始剤、湿気、電磁放射（UV、電子線）などがある。架橋を生じる反応には、付加反応、縮合反応、ラジカル重合、イオン反応が含まれる。硬化速度と温度を制御することは、不完全硬化や過度の発熱を避けるうえで重要である。
代表的な材料と例
多くの高分子系材料が商業的に硬化されている。エポキシ樹脂はアミンや酸無水物で硬化され、コーティングや複合材料に用いられる硬い熱硬化性樹脂となる。不飽和ポリエステルやビニルエステルは、過酸化物で開始されるラジカル反応によって硬化する。2成分系ポリウレタンはイソシアネート化学を通じて架橋し、シリコーンは湿気または白金触媒で硬化することがある。ゴムの加硫では、通常、硫黄または過酸化物を用いて、タイヤやシールに使われる柔軟で弾性のあるネットワークを作る。
用途と重要性
硬化は、構造用複合材料、保護塗膜、接着剤とシーラント、電気封止材、成形部品、硬化インクなど、幅広い製品を可能にする。この過程は、最終的な硬さ、弾性、耐薬品性、熱安定性を左右するため、各用途に必要な性能に合わせて配合と硬化条件が選ばれる。
歴史と技術上の区別
高分子を化学的に安定化するという考え方は、現代高分子科学より前から存在していた。ゴムの加硫は19世紀における画期的な発展であった。現代の実務では、「硬化」は一般に架橋と固化を指し、「重合」はしばしばモノマーから直鎖を形成する過程を意味する。これら2つの段階は、配合中で同時に起こることも、順次起こることもある。
試験、管理、安全性
製造者は、示差走査熱量測定、レオロジー、溶媒膨潤試験などで硬化度を監視する。実用上は、未硬化混合物の保存期間、揮発性副生成物を管理するための適切な換気、厚い材料や急速な硬化で暴走的な発熱を防ぐための熱管理が重要である。適切な取り扱いと硬化手順により、予測可能な性能と安全性が確保される。