PEプラスチック原料

PE原料：特性、生産、多様な用途を備えた汎用プラスチック

体育（ポリエチレン）は、エチレンモノマーを重合して得られる熱可塑性樹脂です。世界最大の汎用プラスチックとして、1930年代の工業化以来、その優れた総合性能、低コスト、幅広い応用範囲により、生産・生活の様々な分野に浸透してきました。日常の買い物袋から産業用パイプライン、食品包装から農業用フィルムまで、PEはその独自の優位性により現代社会に欠かせない基礎素材となり、高分子材料産業の発展を促進してきました。

1、PEの分子構造とコア特性

PEの分子構造は、-CH ₂ -CH ₂ -の繰り返し単位を持つ直鎖または分岐した炭素水素鎖です。分子鎖の規則性と分岐度によって性能が異なります。分子構造の違いにより、低密度ポリエチレン（低密度ポリエチレン）、高密度ポリエチレン（HDPE）、直鎖状低密度ポリエチレン（LLDPE）に分類されます。

LDPE分子鎖は分岐度が高く、結晶度が低い（50％〜60％）ため、柔軟性と透明性に優れ、密度は0.91〜0.925g / cm³で、手触りが柔らかく、耐寒性に優れ、-60℃でも靭性を維持できます。HDPEは分子鎖の規則性が高く、結晶度は80％〜95％、密度は0.941〜0.965g / cm³です。剛性が強く、強度が高く、LDPEよりも硬度と耐摩耗性に優れていますが、柔軟性はわずかに低くなります。LLDPEはエチレンとアルファオレフィンの共重合により短い分岐鎖を形成し、LDPEの柔軟性とHDPEの強度を兼ね備え、引き裂き抵抗と突き刺し抵抗に優れています。

PEは全体として優れた特性を持っています。化学的安定性に優れ、酸、アルカリ、塩、ほとんどの有機溶剤に耐性があり、常温では強酸化剤以外の物質と反応しません。電気絶縁性に優れ、誘電率が低いため、電線やケーブルの絶縁層に適しています。加工性も良く、ブロー成形、射出成形、押出成形などのプロセスで成形でき、加工温度範囲が広く、エネルギー消費量が少ないです。無毒、無臭で、食品接触基準に準拠しており、食品包装に広く使用されています。しかし、PEは耐熱性が限られており、通常は-40～60℃の温度で使用されます。酸化や老化しやすいため、酸化防止剤を添加して改善する必要があります。

2、PEの製造工程と原材料

PE生産はエチレンを主原料とし、主に石油分解（ナフサ分解）と天然ガス処理（エタン脱水素化）から得られます。近年、バイオマス発酵技術を駆使したバイオベースのエチレン生産が進み、PEのグリーン化の可能性が高まっています。生産プロセスは、PEの種類に応じて圧力に応じて高圧法、中圧法、低圧法に分けられます。

高圧法は主にLDPEの製造に用いられ、酸素または過酸化物を開始剤として、100～300MPa、150～300℃でエチレンモノマーをラジカル重合させることで生成されます。高圧環境下では分子鎖に多数の分岐が生じ、低密度で柔軟性の高い製品が得られます。このプロセスはエネルギー消費量が多いものの、製品純度が高く、薄膜などの分野に適しています。

低圧法（中圧法を含む）は、HDPEおよびLLDPEの製造に用いられ、チーグラー・ナッタ触媒またはメタロセン触媒を用い、0.1～5MPa、60～100℃の条件下で重合を行います。低圧環境下では分岐が少なく、高結晶性のHDPEが得られます。また、ブテンやヘキセンなどのαオレフィンを添加して共重合することでLLDPEが得られます。低圧法はエネルギー消費量が少なく、触媒効率が高く、製品の分子量と密度を正確に制御できる現在主流のプロセスです。

重合後に得られたPE溶融物は、押出成形により粒状原料に造粒され、必要に応じて酸化防止剤、潤滑剤、着色剤などの添加剤が添加され、加工性や耐候性が向上します。添加剤の選択は用途シナリオの要件を満たす必要があり、食品グレードPEでは添加剤の種類と含有量が厳しく制限されています。

3、PEの分類と改質技術

PEは密度と構造に基づいて3つのカテゴリーに分類され、それぞれに独自の特性と適用可能なシナリオがあります。性能限界は、改良技術によってさらに拡大できます。

低密度ポリエチレン（低密度ポリエチレン）は、分岐度が高く、結晶度が低く、柔軟性、透明性、加工流動性に優れています。メルトインデックス（溶融指数）の範囲が広く、ブロー成形フィルム（食品保存袋やプラスチックフィルムなど）、射出成形用小物製品（玩具やボトルキャップなど）、押出コーティングに適しています。しかし、強度が比較的低く、耐溶剤性もやや劣ります。

HDPE（高密度ポリエチレン）は、LDPEに比べて結晶性が高く、剛性が強く、引張強度、硬度、耐熱性に優れています。優れた耐薬品性・耐腐食性を有し、中空容器（ミネラルウォーターボトルやケミカルドラムなど）、パイプライン（水道管やガス管など）、板材、重包装フィルムなどの製造に適しています。HDPEの加工は流動性が低く、より高い加工温度が必要です。

LLDPE（直鎖状低密度ポリエチレン）は、短鎖構造により柔軟性と強度のバランスが取れており、優れた引裂強度、耐穿刺性、耐ストレスクラッキング性を備えています。優れた引張特性を有し、主にストレッチフィルム（包装フィルムなど）、農業用フィルム、重包装フィルム、射出成形品などに使用されています。フィルム性能を向上させるため、LDPEと混合されることがよくあります。

改質技術はPEの性能向上の鍵です。架橋改質は化学的または物理的方法を用いて分子鎖のネットワーク構造を形成し、耐熱性、耐溶剤性、機械的強度を高め、温水パイプやケーブルの絶縁層に使用されます。炭酸カルシウムやタルク粉末などの改質充填剤を添加することでコストを削減し、剛性と寸法安定性を向上させます。改質複合ガラス繊維、炭素繊維などを強化して強度と弾性率を向上させ、構造部品に使用されます。機能改質は抗菌性、難燃性、帯電防止性などの特性を付与し、医療、電子などの分野に広がります。

4、PEの多様な応用分野

PEは多様な性能と低コストにより、包装、農業、工業、日用品などの分野で広く利用され、現代社会の活動を支えています。

包装業界はPEの最大の応用市場であり、LDPEフィルムは透明で柔らかく、密封性に優れた鮮度保持袋やパン袋などの食品包装に多く使用されています。哺乳瓶や洗剤ボトルなどのHDPE製の硬質容器は耐衝撃性とバリア性があり、液体の包装に適しています。LLDPEストレッチフィルムは伸長性が強く、物流の巻き取り包装に使用され、輸送ロスを削減します。PEフォーム素材（パールコットンなど）は軽量で衝撃吸収性があり、電子製品や精密機器の包装に使用されます。

農業分野では、PEフィルムの被覆により水分が保持され、温度が上昇し、作物の成長が促進されます。LDPEフィルムは柔軟性が高く敷設が容易で、LLDPEフィルムは耐穿刺性があり長寿命です。PE温室フィルムは光透過性と断熱性を備え、温室の構築に使用されます。PEメッシュバッグは果物や野菜の包装に使用され、通気性と防湿性に優れています。

工業分野では、HDPE パイプは耐薬品性、低流体抵抗、設置の容易さなどの理由から、都市給水、ガス輸送、工業廃水排出に広く使用されています。体育 シートを使用した貯蔵タンク、ライニング、防食装置の製造。架橋 体育 ケーブル絶縁層は優れた電気絶縁性と耐老化性を備えており、電力伝送の安全性を確保します。

日用品の分野では、体育 製品があらゆるところに使われています。プラスチック製のバケツ、洗面器、おもちゃなどの射出成形製品は軽量で耐久性に優れています。体育 繊維 (ポリプロピレン) は、耐摩耗性と耐候性に優れた漁網、ろ布、カーペットの製造に使用されています。発泡 体育 (スリッパ、ヨガマットなど) は柔らかく快適で、クッション性にも優れています。

医療分野では、食品グレードのPEが輸液バッグや注射器カバーなどに使用されています。無毒で化学的に安定しており、蒸気滅菌が可能です。PEフィルムは手術用ガウンや包装フィルムに使用され、細菌を遮断し、通気性を確保します。

5、PEの環境保護と開発の動向

体育 の環境保護は注目を集めており、白色公害という課題に直面しているものの、リサイクルやグリーン技術の革新を通じて持続可能な開発に向かっています。

PEリサイクルシステムは比較的成熟しており、物理的リサイクルが主な方法です。廃棄PEは選別、洗浄、粉砕、溶融、造粒され、リサイクルされたPEはゴミ箱、リサイクルフィルム、プラスチックトレイなどに使用されます。ケミカルリサイクルはPEを低分子炭化水素に分解し、燃料や化学原料として利用でき、複雑な廃棄物処理に有利です。世界のPEリサイクル率は徐々に上昇しており、政策の推進と技術の進歩が循環型経済の促進に貢献しています。

バイオベースPEは、サトウキビやトウモロコシなどのバイオマスを発酵させて生産されたエチレンを原料とする、環境に優しい開発方向性です。石油由来PEよりも炭素排出量が少なく、生分解性PE（分解促進剤を添加したPEなど）は特定の環境下で自然に分解されるため、長期的な汚染を軽減できます。

体育 の今後の発展は、分子設計と複合技術による高性能開発、高弾性率、高低温耐性 体育 の開発、エンジニアリング用途の拡大、ハイエンドのニーズを満たす抗菌性およびインテリジェント応答 (温度感受性分解など) 体育 の機能研究開発、低炭素化によるバイオベースの原材料の産業化と化学リサイクルの促進、生産消費再生ループの構築、軽量設計の組み合わせによる材料消費の削減という 3 つの方向に重点を置いています。

PEは、基礎的な汎用プラスチックとして、その優れた性能で多分野の発展を支えています。環境課題に対し、リサイクルとグリーンイノベーションを通じて、PEは実用性を維持しながら持続可能な発展を実現し、グリーンで低炭素な社会を支える重要な材料となります。