プラスチックの基礎分類

プラスチックの種類は、普通「熱可塑性プラスチック」と「熱硬化性プラスチック」の二つに分けられるが、これは熱を加えたときの性質によって分類したもので、それ以外に、いかに示すような結晶性か非晶性か、重合方式、原料、分子構造、天然か合成か、等々の分類がある。

プラスチック
1.熱可塑性プラスチック
  A. 非結晶性プラスチック  PS, SAN (AS) ,ABS, PC, PMMA, PVC
  B. 結晶性プラスチック  PE, PP, PA, POM, PTFE, PETP 他
2.熱硬化性プラスチック  PF, UF, MF, UP, SI,EP 他

* 熱可塑性プラスチック
加熱により溶融し、冷却するともとの固体にもどる性質(熱可塑性)を示す樹脂のことで、溶解性や熱可塑性を利用して容易に成形することができる。

*熱硬化性プラスチック
低分子量で液体、粘稠なペーストまたは低融点の固体が硬化することにより不溶、不融性の三次元高分子になる。 成形は硬化前の樹脂を硬化させると同時に成形する。

*非晶性プラスチック
分子の配列に規則性がない。

*結晶性プラスチック
分子が規則的に配列した比較的結合の強い部分と軟らかい非晶性の部分が結ばれている。

高分子化合物において、原子や分子が規則正しく配列した状態を「結晶」といい、プラスチックは多少なりとも結晶性をもち、ポリ塩化ビニール(PVC)のように結晶性の低いものでも20%程度の結晶部分がある。
(参考:天然ゴムは、結晶部分の全くないもつれあった集合体である。 一方、繊維になるとプラスチックよりも結晶度が高く、ナイロンでは最高70%、セルロースでは90%にも達する。)

熱可塑性プラスチックの特徴と用途

種別 判別方法 樹脂名 特徴 主な用途
非結晶性樹脂 透明性、叩くと高い音 ポリスチレン 高光沢 TV・エアコン等の外枠
ポリカーボネイト 高透明性・耐衝撃性 アーケードの屋根、ヘルメット
メタクリル樹脂 高透明性・高級感ある光沢 子供用マグカップ
結晶性 樹脂 しっとり感ある、叩くと柔らかい音 ポリプロピレン 成形し易い、軽い PPバンド、フィルム、不織布
ポリエチレン 腰が強い スーパーの袋、灯油缶
ナイロン 耐磨耗性高い 繊維、フィルム


* ポリオレフィン(Polyolefim)
オレフィンとはアルケン族(CnH2n)の呼称で炭化水素の分子中に二重結合が1個あるもの(CnH2n)をモノオレフィン、2個あるもの(CnH2n-2)をジオレフィン、3個あるもの(CnH2n-4)をトリオレフィン、多数個mあるもの(CnH2n+2-2m)をポリオレフィンという。
・ 結合手が1本のもの(1価):このような結合手をもつ原子は大きな分子には成長しない。
・ 結合手が2本のもの(2価):鎖状の長い分子に成長し、熱可塑性樹脂になる。
・ 結合手が3本のもの(3価):網目の分子に成長し、熱硬化性樹脂になる。
・ 結合手が4本のもの(4価):網状の分子に成長し熱硬化性樹脂になる。

* 重合度と分子量

・ 重合度
ポリエチレンの例をとってみると、ポリエチレンは、エチレンが多く集まって鎖状に結合したものである。

  H H      H H H H H
  |  |       |  |  |  |  |
  C--C--   --C-C-C-C-C--
  |  |       |  |  |  |  |
  H H      H H H H H
  エチレン      ポリエチレン

このように、ポリエチレンは、エチレンの単量体が集まってできたとみることができる。  すなわち、n個のエチレンの単量体が集まってポリエチレンができあがり、このn個が重合度にあたる。

・ 分子量
エチレン単量体の分子量を計算してみると、炭素原子量(12)X炭素原子数(2)+水素原子量(1)X水素原子数(4)
=エチレン単量体分子量(28)
これがn個集まって、ポリエチレンの分子になるから、ポリエチレンの分子量=28X nとなる。  つまり、重合度がわかれば分子量は簡単にわかり、分子量がわかれば重合度も容易に算出される。

・ 分子量分布
プラスチックはモノマーを重合させてつくるので、全部同じ重合度となっていることはない。  いろいろな重合度のもののまじり合ったものであり、製造方法によって低分子量のものから高分子量のものの分布曲線は異なってくる。  分子の大きさと物性挙動としては、低重合度分子は溶解樹脂の粘度を下げる。  プラスチックは分子量が大きくなると動きにくくなる。  短い分子よりも長い分子のほうがからみ合って強くなる。等々

主要プラスチックの略号・名称
略号 一般名称 通称等
PP  ポリプロピレン ピーピー
HDPE 高密度ポリエチレン ハイデン・ポリエチ
LDPE 低密度ポリエチレン ローデン・ポリエチ
LLDPE 低密度ポリエチレン リニア・ポリエチ
PS ポリスチレン スチレン・ポリスチ
FS 発泡ポリスチレン 発泡スチロール
EPS 発泡ポリスチレン フォームポリスチレン
PA ポリアミド・ナイロン ナイロン
PET ポリエチレンテレフタレート ペット
EVA エチレン酢酸ビニール エバ・イーブイエー
PVC ポリ塩化ビニール 塩ビ
PVDC ポリ塩化ビニリデン サラン
MF メラミン樹脂 メラミン
PF フェノール樹脂 ベークライト
UF ユリア樹脂 ユリア

 

ポリプロピレンの概要

製造プロセス

ポリプロピレンの製造プロセスは技術の進歩に応じて三つの世代に分類される。

1. 第一世代:溶媒(スラリー)プロセス 初期には、重合媒体の性質・重合反応系の取扱いの容易さから溶媒重合プロセスがとられた。 これは触媒の重合活性・生成ポリマーの立体規則性が低いため、ポリマー中の残存触媒の除去工程・低立体規則性のAPP除去工程が必要になる。 そしてこれらの除去のために、アルコールや水をプロセスに注入するため、溶剤の回収工程も含む複雑なプロセスとなっている。 これらの溶剤は、廃水等の発生源となり、またスチーム等のエネルギー消費の多い工程であった。

      モノマー回収                                              重合 ― 脱モノマー ― 脱灰 ― 乾燥 ― 造粒 ― PP                            溶媒回収 ― (触媒残渣・APP)

2. 第二世代:無脱灰溶媒プロセス・無溶媒バルク法プロセス                      A.無脱灰溶媒プロセス:高活性担持型触媒を用いることにより脱灰工程を省略したものである。

      モノマー回収                                              重合 ― 脱モノマー ― 乾燥 ― 造粒 ― PP                                   溶媒回収 ― (副生APP)

B.無溶媒バルク法プロセス:中活性・高規則性触媒を液体プロピレン中で使用することにより活性を高め触媒残渣の除去とAPPの除去を簡略化した。

      モノマー回収 ― (触媒残渣・副生APP)                                       重合 ― 抽出 ― 造粒 ― PP

3. 第三世代:気相プロセス                                          高活性・高規則性触媒を用いることにより、重合後、失活するだけの簡単な工程でPPが得られる究極のプロセスといえる。                                            

重合 ― 造粒 ― PP

気相重合プロセスと称されるものには大きく分けて二つの流れがある。 ひとつは完全気相法プロセスであり、もうひとつは無溶媒バルク法+気相法の混合プロセスである。 前者の例として、Amoco(およびチッソ)法、BASF法、UCC法等、後者の例としては、三石法、Himont法等がある。

経済性の比較                                            

プロセス世代 モノマー原単位 エネルギー消費 建設費
  (t/t-PP) (相対比) (相対比)
第一世代  1.10以上  1.0  1.0
第二世代 約1.02  約0.5 約0.8
第三世代  1.01以下  0.4以下  0.7以下

種類と特徴

1. 種類

ポリプロピレンには、ホモポリマーとコポリマーがあり、更にコポリマーにはランダムコポリマーとブロックコポリマーがある。 ホモPPはプロピレンの単独重合体である。 ポリエチレン(エチレンの単独重合体)と比較して、耐低温衝撃性が劣り、これを改良するために、エチレン―プロピレン共重合体が開発された。

ホモPP

ポリプロピレン単体のみからなる重合体であり、結晶性は高い。 ホモPPでも触媒の選択・プロセスの相違・更には各メーカーの市場性格の差異によりその物性は微妙に異なるが、ブロックPPほどの品質差は出せない。

ランダムPP

共重合モノマーとしては、エチレンが一般的であるが、1−プテンを使う共重合体もフィルム分野を中心に実用化されている。 ランダムPPの場合、少量のエチレン(通常4〜5wt%以下)がプロピレン連鎖中にランダムに取り込まれている。 従ってエチレンは規則正しいプロピレン連鎖を阻害する形で入るため、ポリマーの結晶性は低下する。

ブロックPP

共重合モノマーとしては、エチレンが一般的である。 実際に工業生産されるブロックPPは、混合物の形を採っている。 実際には、本来のブロック成分はほとんどないと言われている。

○○○○○○○○○○○○○ ホモPP                                    ●○●○●○●○●○●○● EPR(エチレン−プロピレン ラバー)                   ●●●●●●●●●●●●● PE                                       (○○○○●●●●○○○● ブロックPP:ほとんどない)

混合物に各成分は、それぞれ独立した成分として存在し、マトリックス(PP)―ドメイン(共重合部=EPR成分とPE成分)構造を採る。 この共重合部の量・分子量・分子量分布・組成比率・ドメインの大きさ等によりブロックPPの様々な特徴が引き出される。 いかに特徴あるブロックPPを安いコストで生産することができるかがPPメーカーの技術開発力指標のひとつである。

2. 特徴

ホモPPを基準に、ランダムPP・ブロックPPお一般的特性を比較すると下記のようになる。

ホモPPに対するランダムPP及びブロックPPの特性比較

特性
ランダムPP
ブロックPP
剛性
◎〜△
耐衝撃性
表面硬度
荷重撓み温度
透明性
光沢
難白化性
ヒートシール性
主な用途
フィルム・透明衣装缶等
自動車・家電部品

* ◎優れる ○同等 △劣る

ランダムPP                                                     ランダムPPはブロックPPのようにマトリックス−ドメイン構造をとらない均一な組成を採る。 従って、コモノマーであるエチレンの含有量によって融解温度及び結晶性が低下する。 その結果、剛性や耐熱性・表面硬度が低下するが、常温での耐衝撃性・透明性に優れる。 ただし低温での耐衝撃性の改良は顕著ではない。

PPの種類別特徴と用途

  重合形態 結晶性 特徴 用途
ホモPP プロピレンのみで重合 高い 硬い・延伸出来る PPバンド・フィルム・不織布(紙おむつ)
ランダムPP エチレンを重合時に混入 低い 柔らかい・延伸出来る フィルム・日用品(透明衣装ケース)
ブロックPP ホモPP重合時にEPR(ゴム)も同時に重合 結晶部(ホモ)と非結晶部(ゴム)の混合物 耐衝撃性有り 自動車バンパー・スーツケース・洗濯機


資料提供: 出光石油化学株式会社