ポリエチレン

定義

本品は、エチレンの重合体であり、次の化学式で表される。

製造方法

電気絶縁性，耐水性，耐寒性がすぐれ，押出し，射出，吹込み，真空成形などの成形加工もきわめて容易なので，代表的な熱可塑性樹脂として各種容器，電線被覆，パイプ，繊維，包装材料などに多く用いられる．ポリエチレンの工業的製法としては，高圧法，中圧法，および低圧法がある．

(1)高圧法(図(a))では，まずエテンを100～300 MPa に加圧し，酸素，有機過酸化物などの開始剤を加え100～200 ℃ に加熱後，冷却管つきの管状重合反応器に送り込む．重合の進行に伴い反応熱(106 kJ mol－1，25 ℃)のために反応系は150～300 ℃ に昇温する．反応器を出てくる混合物は減圧後，ポリマーとワックス状の低分子量体を除去し，未反応エテンは再使用される．水などの溶媒を用いる懸濁重合法もある．このような高圧法で得るポリマーは，0.915～0.935 g cm－3 の低密度ポリエチレンである．

(2)中圧法(数 MPa)には，8％ 程度の酸化モリブデンをアルミナに担持した触媒を用いる標準法と，酸化クロムをアルミナに担持した触媒を用いるフィリップス法(図(b))とがある．後者の場合，重合は不活性溶媒中で行われ，重合温度が130 ℃ 以上ではポリマーが可溶なため溶液重合に，また130 ℃ 以下では不溶なため懸濁重合となる．重合終了後，未反応のエテンは，気液分離器で分離され再使用される．一方，ポリマーを含む液相部は熱溶媒で希釈され，沈殿触媒を除去後，溶媒を分離する．ポリマーは押出成形を経て製品となる．なお，溶媒を用いない気相重合も可能である．このような中圧法で得られるポリマーは，0.960～0.970 g cm－3 の高密度ポリエチレンである．

(3)低圧法(常圧)(図(c))では，チーグラー触媒が用いられ，炭化水素溶媒中，常圧付近60～100 ℃ で懸濁重合が行われる．重合終了後，アルコールなどを用いて触媒を分解分離し，ポリマーを濾別する．このような低圧法で得られるポリマーは，0.940～0.965 g cm－3 の高密度ポリエチレンである．

(4)以上の方法のほか，ユニオンカーバイド社の，0.7～2 MPa，60～100 ℃ の条件下で気相重合により触媒分離を必要としない(無脱灰)低密度ポリエチレンの製造法(図(d))がある．

解説

ポリエチレン,ぽりえちれん,本来はエチレンCH2=CH2の重合体（ポリマー）すべてをさすが、現在ではプラスチックなどに用いられる高重合体のみをいう。ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、ポリスチレンとともに、四大プラスチックの一つ。PEと略称される。エチレンは天然ガスや石油のクラッキング（重質石油を分解して沸点の低い軽質石油を製造すること）で得ている。エチレンの重合方法によって性質の異なったポリエチレンになる。普通は密度の値で区別しているが、重合法の発明者の名前や、方法の特徴などでよばれることもある。

用途

もっとも生産量の多いプラスチックであり、その生産量は日本国内では2002年で約318万トンに達している。用途はフィルム、シート、瓶、タンクなどの中空容器、パイプ、電線被覆として海底電線ケーブルや電話架線、ラジオ、テレビ、レーダーなどの高周波絶縁材料、合成繊維など多方面にわたっている。

構造

ポリエチレンは炭素-炭素二重結合を有するエチレン(C2H4)を重合することで得られます。以下の通り、炭素原子と水素原子のみから成る単純な構造を有します。

図1. ポリエチレンの構造

先ほど紹介した低密度ポリエチレンと高密度ポリエチレンの違いは密度です。両者は製法が異なり、低密度ポリエチレンの場合は重合反応中に分岐を有する分子鎖を多数生成します。そのため、高分子同士が整列しにくく結晶化度が低下し、密度も小さくなります。

一方、高密度ポリエチレンは重合反応中に分岐鎖を生じにくく、直鎖状の高分子が並びやすく、結晶化度、密度が高くなります。

このように高次構造が異なるLDPEとHDPEは物性も大きく異なります。LDPEは加工しやすく、透明で柔らかいですが耐熱性は低めです。一方でHDPEは耐熱性、耐薬品性、耐衝撃性が高いですがレジ袋のように白く濁っており、透明性はLDPEよりも劣ります。

毒性

ポリエチレンの毒性と環境への影響

ポリエチレンは不活性な物質で、体内に入っても化学反応を起こすことなくそのまま体外へ排出されます。またポリエチレンは炭素原子と水素原子のみから成るため、燃焼しても基本的に二酸化炭素と水しか発生しません。一方でポリエチレンは世の中で大量に使用されているため、不要なものをすべて焼却処理すると環境への影響が懸念されます。そのため、最近はポリエチレンのリサイクル、リユースも行われています。しかしまだリサイクル率は十分とは言えず、現在もポリエチレンの再利用に関する技術開発が進められています。

化粧品の成分用途

非水系増粘剤、結合剤、口腔ケア剤、皮膜形成剤、乳化安定剤、研磨.スクラブ剤、増量剤、粘着剤

主な用途／役割

エチレンを重合させたもので、重合度による物性の特徴に応じて、ヒートシール用、ホットメルト接着剤原料として使用される。

性質

ポリエチレンは、分子量の大小や重合方法によって分子構造が異なり、そのために性質が異なる。分子量は数千から数十万のものがあり、とくに超高圧法では100万以上の分子量をもっている。さらに低密度ポリエチレンの分子は直鎖状でなく、ところどころ分岐している。規則的な配列をしていないため結晶化しにくいので軟らかい。高密度ポリエチレンはだいたい整然とした直鎖状をしているので結晶部分が多く、硬質になる。各鎖の末端はメチル基-CH3であるから、分子中のメチル基の数によって分岐の程度がわかる。高密度のものは低密度のものに比べて軟化温度が30℃も高く、機械的強度も大きい。しかしフィルムにしたりチューブに押し出す加工の容易さ、フィルムのしなやかさ、透明性などは低密度のほうが優れているので、用途に応じて選択される。

　ポリエチレンの一般的性質としては、乳白色半透明で水より軽く、燃焼するとパラフィンと同様でぽたぽた落ちていく。耐水性、電気絶縁性、耐酸・耐アルカリ性に優れている。熱安定性もよく成形しやすい。欠点としては、軟化点が低いことと、化学的に不活性のため直接に印刷したり、接着させることがむずかしい、などである。接着のかわりには溶着法を用いる。これには、加熱→溶融／冷却→固化という熱可塑性樹脂の性質を利用した熱溶着法がある。熱板を直接プラスチックに接触させる熱板溶着法、振動を加えその摩擦熱で溶融・接合させる振動溶着法などである。

分類と製法

一般に3種類に分類される。日本工業規格（JIS(ジス)）では、低密度（LDPE＝Low Density Polyethylene）および中密度品は軟質で、高密度品（HDPE＝High Density Polyethylene）は硬質としている。

低密度ポリエチレン

エチレンにごく少量の酸素を触媒として加え、1000ないし2000気圧の高圧、100～300℃の温度で重合させるので、高圧法ポリエチレンともいわれる。この製法はイギリスのICI社が開発した方法（1939）で、ICI法ともいわれる。さらに超高圧法（7000気圧）がアメリカのデュポン社で開発されている。日本ではICI法とその改良法が主流で、2002年度（平成14）に約179万トン生産されている。

中密度ポリエチレン

過酸化ベンゾイルを開始剤として約500気圧、115～120℃で重合させるドイツのBASF社の方法が有名である。高密度のものと低密度のものとをブレンドする方法もある。

高密度ポリエチレン

特殊な有機金属触媒（ツィーグラー‐ナッタ触媒）を用い、常圧ないし10気圧程度、60～80℃で重合させる。低圧法といわれている。またアメリカのフィリップス社では30～40気圧、100～170℃でクロミア‐アルミナ系触媒を用いる中圧法、モリブデン酸‐アルミナ系触媒を用いるスタンダード社法という中圧法などが開発されている。日本でも二、三の化学会社で生産されている。HDPEの生産量は2002年度で約118万トンである。

定義

Polyethylene is a flexible waxy translucentpolyalkene thermoplastic made in avariety of ways producing a polymerof varying characteristics. In the ICIprocess, ethene containing a trace of oxygen is subjected to a pressure inexcess of 1500 atmospheres and atemperature of 200°C. Low-densitypolyethene (r.d. 0.92) has a formulaweight between 50 000 and 300 000,softening at a temperature around110°C, while the high-density polythene(r.d. 0.945–0.96) has a formulaweight up to 3 000 000, softeningaround 130°C. The low-density polymeris less crystalline, being more atactic.Polyethene is used as aninsulator; it is acid resistant and iseasily moulded and blown.
Polyethylene is a water-repellent, white, tough, leathery, thermoplastic resin very similar in appearance to paraffin wax. Properties vary from a viscous liquid at low molecular weights to a hard waxlike substance at high molecular weights. It is used as a coating for glass bottles and fiberglass fabrics (special treatments for glass are required to obtain good adhesion between polyethylene and glass) and is also used as an injection-molding material for ceramics.
In the polymerization process, the double bond connecting the carbon atoms is broken. Under the right conditions, these bonds reform with other ethylene molecules to form long molecular chains. Ethylene copolymers, EVA, and EEA are made by the polymerization of ethylene units with randomly distributed comonomer groups, such as vinyl acetate (VA) and ethyl acrylate (EA).

使用

Polyethylene (PE) is a thermoplastic polymer consisting of long hydrocarbon chains. PE is used in a number of applications including flexible film packaging produced by the blown film process. Polyethylene is used to regulate viscosity, suspension properties, and general stability in cosmetic formulations. Typical applications included specialty injection molded parts, in these fields Polyethylene has a wide range of uses:
Injection and blow molded toys, housewares and lids.
Injection molded car seats, mower parts and pails.
Injection molded, thin-walled containers and housewares.
Hot melt coating for paper, additive in cast moldings, candles, oil-based inks and hot melt adhesives.
Additive to unsaturated polyesters, epoxides and other polymers to impart the unique properties of UHMWPE. Used in industrial parts, coatings and wear surfaces at 10-40 wt. %.
Film applications having good drawdown and toughness.
Mold release additive, lubricant in rubber processing, extrusion and calendering aid for PVC and dispersing aid for color concentrates.
Bearings, gears, bushings and other moving parts.
Laboratory tubing; in making prostheses; electrical insulation; packaging materials; kitchenware; tank and pipe linings; paper coatings; textile stiffeners.
polyethylene is used to regulate viscosity, suspension properties, and general stability in cosmetic formulations. It is derived from petroleum gas or dehydration of alcohol.

調製方法

Linear PE is produced by a low-pressure solution or gasphase process that is initiated by a variety of transition metal catalysts. The most common catalysts are Ziegler titanium compounds with aluminum alkyls and Phillips chromium oxide-based catalysts. The gas-phase and slurry processes are used to produce high molecular weight, high-density (HMW-HDPE) products. The highest density linear PEs can be made from an α-olefin comonomer, typically octene for the solution process and butene or hexene for the gas-phase process. Linear PE does not have long-chain branches and is therefore more crystalline. The short-chain branches found in linear PE serve as tie molecules, which give the higher α -olefin copolymers improved puncture and tear properties. Included in the linear PE family are ultra-low-density PE (ULDPE), LLDPE, and HDPE.
HDPE’s main use is in blow-molded products such as milk bottles, packaging containers, drums, car fuel tanks, toys, and houseware. Film and sheet are widely used in wrappings, refuse sacks, carrier bags, and industrial liners. Injection molding products include crates, pallets, packaging containers, houseware, and toys. Extrusion grades are used in pipes, conduit, wire coating, and cable insulation.
LLDPE is a thermoplastic that in many applications replaces its predecessor, low-density polyethylene (LDPE), or is used in blends with LDPE. In particular, LDPE’s shortchain branching gives it higher tensile strength, puncture, and anti-tear properties, making it especially suitable for film applications.

使用用途

ポリエチレンは(C2H4)を重合して得られる高分子で、加工が容易であること、安価であることなどの利点から幅広い用途に使われています。

ポリエチレンは密度によって性質が異なり、低密度ポリエチレン(LDPE)は加工性が良く、ラップフィルムやマヨネーズなどのチューブ容器、ポリ袋などに使われています。

高密度ポリエチレン(HDPE)は衝撃に強く、レジ袋やバケツなどの雑貨、灯油タンクなどに使用されています。その他、機械特性に優れ、のなどに使用される超高分子量ポリエチレン(UHMW-PE)もあります。

农业用途

LDPE is short for low density polyethylene. LDPE sheets are used for lining jute bags in which fertilizers are stored. LDPE acts as a waterproofing material.

安全性プロファイル

Questionable carcinogen with experimental tumorigenic data by implant. Reacts violently with F2. When heated to decomposition it emits acrid smoke and irritating fumes.

発がん性

IARC reports that data available do not allow the evaluation of carcinogenicity of ethylene in humans. Rats exposed to ethylene by inhalation show no increase in tumor incidence.

純化方法

Crystallise it from thiophen-free *benzene and dry it over P2O5 under vacuum.