塑料专业知识日文.docx
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塑料专业知识日文
ポリエチレンとは？
（イギリスでは、ポリエチレンと呼ばれアメリカなどではポリマーと呼ばれています。
）
【ナフサとは】
汎用樹脂や合成ゴムなど石油化学製品の出発点となる液体の基礎原料。
原油を蒸留・精製し、ガソリン、灯油、軽油、重油などと共に分留される。
ナフサは石油化学コンビナートで高温で分解し、エチレン、プロピレンなど石化製品の原料になる。
日本（2007年現在）では、中東などからの輸入ナフサが約６割、日本の石油精製会社が輸入原油から生産した国産品が約４割を占める。
石油化学工業協会によると、日本の化学業界は原油のナフサ依存度は９７％と米国の２３％、欧米の６７％を大きく上回る。
ポリエチレンやポリプロピレンは、CnH2ｎで表される仲間（オレフィン系高分子化合物）で、総称してポリオレフィンと読んでいます。
ポリエチレンのちょっと”まめ知識”
ポリエチレンはPechmannのドイツの化学者ハンスによって最初に合成されました。
そして、ジアゾメタンを熱している時に、ハンスは1898年に偶然にそれを見つけました。
彼の同僚オイゲンバンベルガーとフリードリヒTschirnerが白（彼がつくったすべすべの物質）に特徴づけました。
CH2-は鎖をつくって、それをpolymethyleneと呼びました。
ポリエチレンは、「空気」「湿気」「油」「ガス」などを透過してしまいます。
ポリエチレン単層では、限界があります。
この透過を出来るだけ少なくする事により、商品の腐敗や劣化・酸化をある程度防ぐことが出来ます。
これが、機能性フィルム（ラミネートフィルム）になります。
※ポリエチレン、OPP、CPP、PVCなどのフィルムの詳細はこちらをご覧ください。
..
ポリの袋とビニール袋は、違うのですか？
.日常生活で見かけるプラスチックフィルム袋、たとえば食品を包装している袋や、買い物袋などは、「ポリ袋」です。
塩化ビニール樹脂製の袋が「ビニール袋」ですが、現在は袋としては殆ど使われていません。
一般的にビニール袋と言われている物の殆どはポリエチレン製の「ポリ袋」です。
そのため、ビニール袋はポリ袋と呼ぶのが正しいと言えます。
日本では,塩化ビニール樹脂の方が歴史が古く、そのためビニール袋と呼ぶのが一般化したと考えられます。
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ポリエチレンは、燃やした場合は水と炭酸ガスになり無害です。
....
●
塩化ビニールを燃やした場合は塩化水素などの有害ガスを発生します。
■..ポリエチレン：
単一分子をイメージした図
■..ポリエチレン：
連結分子をイメージした図
..
ポリ袋の特徴とは？
薄く、軽く、丈夫、防水性、防湿性が高く、油や薬品にも強く、衛生的で毒性を含まず安全です。
コストも安く経済性に優れ、透明度もあり、着色や印刷も自在に出来ます。
少ない資源で、重い物や水分を含んだ物にも安全に包むことが出来るので、食品包装やごみ袋などに最適な素材です。
...
ポリ袋に炭酸カルシウムを混ぜると、炉を傷めないと言うのは本当か？
ポリ袋に炭酸カルシウムを混入させると、焼却場の炉を傷めないと言われていますが、現実には、ごみの組成は一様でなく、燃え方も違うので、効果が得られるとは考えられません。
全国のごみ焼却場では、ダイオキシン対策が取られ、高温で連続的に焼却することが可能な設備が多くなっています。
ポリ袋に炭酸カルシウムを入れた場合、１ｇあたりの発熱量は減少しますが、強度が落ち、ポリエチレンをより多く必要とするために、１枚あたりの総発熱量は増加します。
炭酸カルシウムは焼却できませんので、残灰とともに埋め立てられ環境にも良くありません。
【炭酸カルシウムを入れた袋と入れない袋の比較】
...
ポリ袋の環境問題については？
ポリエチレンは、燃やした場合でも、水と炭酸ガスになり、無害です。
また、焼却して発電やその他の熱利用によりエネルギーの回収が可能です。
ポリ袋は軽く、薄く、丈夫なので少量の資源で衛生的です。
また、ポリ袋と紙袋を比較した場合にも、製造に必要なエネルギー量も少なくて済み、水質汚濁などの心配もありません。
【ポリ袋と紙袋の消費エネルギー比較】
■ポリエチレンの原料について
多くのプラスチックは加熱すると溶け流れ、冷却すると固まりこれを繰り返す事が出来ます。
（熱可塑性といいます）
また、一度固まると熱を加えても溶けて流れない性質を持つプラスチックもあります。
（熱硬化性といいます）そのため、ポリエチレンは再生して再利用することが簡単に出来ます。
熱可塑性の代表的なプラスチックとしては、下記のものがあります。
・ポリエチレン、・ポリプロピレン、・ポリスチレン、ポリ塩化ビニル、ポリエチレンは、フィルム状にて包装材料として利用されるほかバケツや洗剤ボトルなどの容器等にも使われています。
ポリエチレンの原料は、色々な種類（グレード）があり用途により色々な種類の原料を使用しています。
■ポリエチレンの分類と呼び方
・密度による分類・・・高密度ポリエチレン（HD）、低密度ポリエチレン（LD）
・構造による分類・・・リニアポリエチレン、ポリエチレン
（リニアポリエチレン＝線状又は直鎖状、ポリエチレン＝分岐状）
※リニア＝線状
・ポリエチレンは、エチレンが鎖状につながってできますが枝（分岐）をつくることにより密度が下がります。
従って、高密度ポリエチレンは枝が少なくリニア（線状）ポリエチレンですが、低密度ポリエチレンは短い枝を持つリニアポリエチレンと短い枝と長い枝を持つ分岐ポリエチレンに分類されます。
■一般的な種類の名前
・低密度ポリエチレン：
通称ローデン（LowDensityPolyethyene:
LD）
・リニア低密度ポリエチレン：
通称リニア（LinearLowDensityPolyethylene:
LLD）
・高密度ポリエチレン：
通称ハイデン（HighDensityPolyethylene:
HD）
・PP・・・ポリプロピレン
・CPP・・・キャストポリプロピレン（無延伸ポリプロピレン）
・OPP・・・オリエンテットポリプロピレン（延伸ポリプロピレン）
※それぞれ、製造方法が異なります。
■一般的なポリエチレンの比重
・LDPE・・・0.915～0.930
・LLDPE・・・0.900～0.940
・HDPE・・・0.950～0.970
・PP・・・・・・・0.902
上記の範囲になります。
一般的に0.94未満のものを低密度ポリエチレン、それ以上の物を高密度ポリエチレンといいます。
また、0.940付近を中密度（MDPE）、0.910以下をウルトラ低密度（ULDPE）と呼ぶことがあります。
最近は生産方法が改善されLLDPEやHDPEの中で短い分岐の場所を調整して強度を上げたり、密度を下げることが出来るようになっています。
これらは、インサイト触媒又はシングルサイト触媒（ISS）メタロセンという商品名で販売されています。
■ポリエチレンの性質
1）密度（Density）
これは、先に述べたように、ポリエチレンの鎖につくる短い枝の数に影響します。
沢山の枝をつけるとかさばって緻密な結晶ができないので低密度となります。
短い枝と言っても長さが影響し、エチレン１個２個の枝を付けるより4個,6個の枝を付けたほうが強度が良くなります。
密度は溶ける温度（融点）、硬さ（剛性、もろさ（脆性）、滑り性に影響します。
※密度が高くなると下記のような特徴があります。
・融点:
高くなる
・融点:
高くなる
・硬さ:
硬くなる
・もろさ:
もろくなる
・滑り性:
滑りやすくなる
※同じ密度でもLDよりLLDPEの方が、密度が高くなった性質を持っています。
2）メルトインデックス（MI）又はメルトフロレート（MFR）
ポリエチレンはエチレンを鎖状に数千個つなげてできますが、このつながった鎖の長さで性質がかわります。
長いものは加熱しても流れにくいですが、強度があります。
この鎖の長さ（分子量・重合度）を表す指標がメルトインデックスです。
メルトインデックス（以下MI）は190℃で2.09mmの穴（オリフィス）から2.16kgの重さを載せた時、10分間で出てくる重量を表しています。
単位はg/10分です。
従って数字の小さいほうが、鎖が長く（分子量が大きく）流れにくい、粘度は、高いことを表します。
MIは低くすると、「透明度は下がる」、「強度特性は上がる」、成膜ではモーター負担が高くなります。
同じMIでもLD、LLD、HDは溶融した時の粘度は異なりますが、これは分子量分布が違うからで、LLD、HDは粘度が高くなります。
■フィルムに要求されている性質
【透明性、光沢】
フィルムで重要な性質として、外観があります。
異物が無い、ごみが付着してないことはもちろんですが、透明性や光沢がよいことが重要です。
分子量分布が狭い、MIの高い原料が透明性の良いフィルムができます。
LLDPEやHDは、フィルム表面に鮫肌状の模様ができますが、これは分子量分布が狭いため、溶融時の粘度が高く、流動性が破壊されるためです。
※改善するためには、LDをブレンドして専用のスクリューやダイを用いて加工温度を20～30℃高くして改善します。
国産LLDは原料段階でLDを混合されています。
※表面の光沢性は表面の凸凹と不均一相により、光の散乱により決まる。
また、透明性を増すには結晶性を抑えて、不均一を減らすような最適成形条件を取る必要がある。
フィルムの加工温度は、成膜の安定性や透明性を得るため、MIにもよりますが、MIの低いものが成膜温度が高くなります。
※一般には、「LD 140～160℃」、「LL 180～190℃」、「HD 180～200℃」です。
（融点は、高密度PE＝132～135℃、低密度＝105～110℃）
■ヒートシール性
袋状にするため、融点より温度を高くしてフィルムを接着させる。
シール温度範囲が広い方、シール直後、引っ張るとシール部分が伸びないことが要求されます。
（ホットタック性）MIが低いほど分子量分布が狭いほど良い傾向にあります。
（低温における、ヒートシール性は低密度樹脂の方が高密度よりヒートシールしやすい）
■ゲル（フィッシュアイ）
フィルムの中に欠点は、焦げや異物、ゲルによるものがあります。
ゲルは焦げに至らない劣化したポリエチレンで流動性が無く欠点になります。
ゲルに至らないまでの劣化物も流動性に差があると欠点になり、フィッシュアイと呼びます。
（欠点全てをフィッシュアイと呼ぶこともあります）
フィッシュアイは異種の製品の混入、MIの大きく違う原料の混入でもあらわれます。
欠点は外観が好まれないだけでなく、印刷にも影響します。
スタート（立ち上げ）直後は押出し機内の滞留していたポリエチレンが劣化しており、著しいフィッシュアイがでます。
また再生品も、再生品の中身が不明（立ち上げ品・空運転）な為、フィッシュアイがでやすいので注意が必要です。
■ブロッキング
フィルム同士が密着し、開口ができない現象や外面同士が、密着して２次加工時の巻き返しや繰り出しがスムーズに出来ない現象をいいます。
ブロッキングは、ブロッキング防止剤（アンチブロッキング剤）が添加されていない場合や、巻き取り時の張力が大きい場合に発生し、光沢のある製品、高速で引き取る場合も発生しやすい傾向にあります。
第２ピンチローラーで再度膨らませて防止したりしています。
■偏肉
フィルムの厚みが均一であることが要求されます。
厚みのばらつき（偏肉）があると巻き取り原反に硬い膨れた部分（コブ）が発生し、印刷性やヒートシール時に問題をおこします。
ダイのリップのギャップ調整やエアリングで調整したりします。
■強度
強度を測る荷重の早さが大きく影響しますので、注意が必要です。
通常、衝撃試験強度と引っ張り試験強度で示されます。
強度を上げるためにはMIの低い、分子量分布が狭い原料を選ぶ必要があり、また、密度の高いフィルムは衝撃強度は弱くなります。
フィルムは横方向と引き取り方向のバランスで強度が変わり、ブロー比がほぼ決まっています。
ブロー比の小さいフィルムは縦裂けしやすいフィルムになります。
HDはこの為高ブロー比で成膜します
■黄変（おうへん）
フィルムを長期に保存した場合、耳（折り返し部分）の部分などが黄色く変色していることがよくあります。
原因の一つとしては、原料に添加している、安定剤の１部が酸化して黄色く変色したものです。
現在、黄変しない熱安定剤は一般的には市販されていません。
また、黄変の原因は他にもあります。
■添加剤について
無添加の原料もありますが、必要に応じて下記の添加剤が添加された原料を選定するか、必要とする添加剤が含有されたマスターパッチを添加します。
殆どの添加剤は冷却後、表面に析出して効果を発揮するので、成膜直後は効果がすくなく、また厚みのある商品は少量で効果があります。
添加剤が多いとコストアップばかりでなく、表面コロナ処理、印刷、ヒートシールに悪影響します。
・熱安定剤
加工中の焦げ、ゲル等の生成防止
・酸化防止剤
LLD、HDPEには通常は混入しています。
・アンチブロッキング剤
フィルム表面の密着を防止する。
・静電防止剤
ポリエチレンの静電気防止
・紫外線吸収剤
耐候性を改善する
・顔料
生地を着色するための着色剤
インフレーション法
LDPEのインフレーション
HDPEのインフレーション
シートのインフレーション
■インフレーションの構成
図の通り、インフレーション成膜機は、押出し機、原料ホッパー、ダイ、エアリング（空冷リング）、安定板、第一ピンチローラー、ガイドローラー、巻き取り機の構成に成っています。
また、原料に顔料（カラーパッチ）や添加剤を添加する定量フィダー、印刷するための処理機、折幅を自動調整するチューブレギュレーターなどが付属されます。
■押し出し機
押出し機は、原料ホッパーから供給された原料（通常：
ペレット状）を溶融混錬させ、一定速度でダイを押出す圧力を発生させます。
主な構成は、駆動装置とシリンダーとスクリューです。
■駆動部分
スクリューを回転させて、溶融樹脂を押出すためのモーターと減速機からなっています。
押出し量を変えるためには、回転数にて行ないます。
スタート時には、定格以上の電流が流れます。
そのため、短時間で繰り返しスタート作業を行なうとモーターコイルを破損します。
■スクリューとシリンダー
樹脂はシリンダー内部の摩擦により、スクリュー表面を滑って流れて行きます。
押出し機の大きさはスクリューの直径で呼びます。
シリンダーは通常、加熱・冷却ゾーンを分けて温度制御を行なっています。
スクリューは、品質・押出し量に影響するので、種々の形状のものが開発されています。
スクリューは供給部（フィードゾーン）、圧縮部（コンプレッションゾーン）、計量部（メタリングゾーン）に分かれます。
スクリューの性能は長さと溝の深さに影響します。
性能は、長さ（L）と直径（D）の比はL/Dで表します。
性能的には、長いものが要求されます。
押出し量を増やすためには、回転数を上げますが、押出し量が増えると樹脂の滞留時間が短くなり、加熱が不足し、品質を下げてしまいます。
このため、スクリューを長くし、滞留時間を増加させる傾向にあります。
スクリューの溝の深さは、供給部と計量部の溝の深さの比（圧縮比）で表します。
供給部は固体であり、大きい容積が必要ですが、圧縮部で溶けて容積が小さくなり、このため溝は浅くなります。
圧縮部は段々溝が浅くなって行く部分で、最後は計量部と同じ深さになります。
一般的な圧縮比は、3～4のようです。
樹脂の種類により、溶けやすいもの、溶けにくいもので溶けた後の容積が違うので、樹脂に適したスクリューが必要でHDはLDより溝が深くなります。
■ブレーカープレート
押出し機の先端部分に金網（スクリーンパック）が入っており、混練効果を上げたり、異物などを除去します。
通常60～80メッシュを数枚使用しますが必要に応じ200メッシュまで使われています。
クリーンパックをセットする部分をブレーカープレートと呼んでいます。
金網が詰まると、押出し量の低下、片流れの結果偏肉（厚みのばらつき）、焦げなどの混入の原因となる。
■原料ホッパー
原料を押出し機に供給するためのホッパーです。
下部に供給を停止するシャッターと原料を抜き取るためのノズルが付いています。
上部に吸引式のフィーダーを取り付け、設定時間毎に原料を吸引し原料を供給します。
吸引式のフィーダー内部は流速の差と金網で空気とペレットを分離しますが、金網が粉などで詰まると、空気の流速が下がり、吸引しなくなるので、定期的な清掃が必要です。
■ダイ
目的とする形状を得る為の部分をダイといい、インフレーション成膜機は、環状ダイが、用いられえます。
（下図はスパイラルダイと呼ばれています）
ダイの大きさは押出し機の大きさ（押出し量）により概ね下記の通りです。
押出し機（φmm）
ダイ（φmm）LD
ダイ（φmm）HD
40
...～100
...～50
50
75～150
60～100
65
150～450
100～200
90
450～.....
200～.....
フィルムは膨張させて作りますが、この膨張の程度をブロー比又はブローアップ比、ブローアップレシオ（BUR）で表し、強度、透明性、成膜安定性に影響する重要な要因です。
BUR＝フィルム直径/ダイ口径
＝（フィルム幅×2/π）/ダイ口径
フィルム成形はLD＝1.5～2.5、HD＝3～5のブロー比で成形するのでダイ口径が決まれば、フィルム幅が決まります。
例えば直径50mm（50φ）のダイ（ダイス）で150mm幅のフィルムはBUR＝（150×2/3.14）/50＝1.91
ブロー比が小さいほど、一般的に縦裂けしやすく、フィルムの折り目（耳部）が弱くなります。
ダイから樹脂が出てくる部分をリップといいますが、LDに比較してLL、HDは溶融時の粘度が高いので、リップ幅を大きくします。
LD＝0.5～1.0mm
LL＝1.0～3.0mm
HD＝1.0～1.5mm
リップ幅の狭いダイで高粘度の樹脂を押出すとフィルム表面が鮫肌状の不良となります。
（メルトフラクチャーといいます）
リップは円周方向に同じ幅でないと、厚みのばらつき（偏肉）となります。
そのため、ダイの側に調整ボルトがあります。
■エアーリング
ダイから出てきた溶融チューブを冷却固化させる装置です。
チューブ円周方向に均一に空気を吹き出し、チューブを外側から冷却します。
冷却され固化するチューブの位置をフロストラインと言って風量、風速によって調整します。
（フィルムへの当たり角度は30～45度が適当）
また、外部から冷却する以外に、チューブ内の空気を冷却する（高速加工が可能）方法や水などの液体でチューブを冷やす（透明度の改良）方法もあります。
■安定板
冷却された円筒状のチューブはロールに挟まれて折りたたまれます。
このときにシワが発生しないように、ロールに折りたたんで導入する部分です。
フィルムと接しますのでフィルム表面に、傷や異物が付着する事があります。
また、シワ・たるみなどの発生原因にもなります。
折り込み（ガゼット）状にする場合は、折り込み案内板を取り付けます。
■ピンチロール
チューブを挟み込み（ピンチ）引き取るロールで、金属のメッキロールとゴムロールの１対からなります。
チューブ中の空気は、このロールで密閉されるので、チューブ上からペタンコに潰されが連続して引き取れます。
また、このロールでの引き取り速度を変更し、フィルムの厚みを調整します。
ロールでチューブを挟み込むので、ロールの傷やロールに付着した異物でフィルムに傷が付くので、いつも綺麗にしておく必要があります。
■巻き取り機
最終のフィルムを巻き取る装置です。
距離計と連動して、設定した採取メーターになると自動的に反転し、溶断ヒーターやカッターにより、フィルムを切断します。
また、シート状にして巻き取るために、耳部を左右15mm程度切り落として2枚のシートに巻き取る2軸方式の巻き取り機もあります。
ボビンで巻取りを行なう場合は、張力が強いと固く巻けますがフィルム同士が密着するブロッキングというトラブルが発生します。
■折幅調節計（チューブレギュレーター）
フィルム折幅を測定し、成膜中のチューブ内空気量を調整します。
フィルムの折幅を測定して自動的にエアーの量を調整し折り幅を調整します。
■コロナ放電処理
ポリエチレンは、極性が無く結晶性であるため、接着が困難です。
そのため、通常のままだと印刷性にかけます。
このためフィルム表面をコロナ放電処理して、表面を改善するのが一般的です。
コロナ放電は、表面を粗くし酸化させ、活性化させています。
コロナ放電処理は電極間（板）に高電圧、高周波数を与えると、通常絶縁状態の空間に存在するガスがイオン化され放電されます。
（コロナ放電といいます）この放電がフィルム表面におこさせます。
処理ゴムロールの絶縁性がなくなるとアーク放電をおこし、大きな電流が流れてコードなどを焼却させます。
周波数が高いほど均一な処理ができ、高電圧ほど処理度は大きくなります。
処理度はフィルムの表面張力をみますが、表面張力の違う液体を塗っていき、塗れる液体の表面張力で処理度を測ります。
ポリエチレンは未処理で30dyn（ダイン）/cmですが38dyn/cmまで大きくします。
38dyn/cmのペンのインキがはじかれず濡れることを確認します。
（水の張力は80dyn/cmですのでポリエチレンに水滴をのせても濡れず水滴になります）
通常、38dynで弱処理、42dynで処理に問題ない程度と考えられます。
処理度は、ポリエチレンの添加物、フィルム速度にも影響し、過度の処理はブロックキングやシール強度の低下を起こします。
熱可塑性樹脂をフィルム化又はチューブにする一般的な方法です。
合成樹脂の射出成形法と同じく、シリンダー内で加熱しスクリューで加圧した溶融状態の樹脂を、押し出し金型の吐き出し口（ダイのリップ）から押し出し、冷却工程を経て成型する。
（ダイ、冷却方法など種類があります）
環状ダイのリップ部分から、チューブ状に材料を押し出して連続的に成型する。
環状ダイの中心には、空気孔があり、ここから空気を送り込んでチューブを適正なブロー比にて膨張させ、ピンチローラーで引っ張りながら、冷却して巻き取る。
「送り込む空気の圧力の調整」にてチューブの折径（幅）を調整し、「ピンチロールの引っ張り速度を調整」にてフィルムの厚みの調整を行います。
通常は、空冷にてフィルムを冷却します。
ポリプロピレン（IPP）又は一部のLLDPEなどは、空冷ではフィルムの透明性が劣ってしまうため、”水冷”にて冷却しています。
この場合は、通常は下から上へフィルム
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