工具の通販モノタロウ 化学製品・高分子製品の基礎講座 主要な高分子材料の種類と特長

化学製品・高分子製品の基礎講座

私たちは、あらゆるところで多種多様な「化学製品」に囲まれています。 それらの化学製品、あるいは化学物質について、知っておくべきこととは何か。 本連載では、製品の成分や仕様説明に記載されている化学物質、高分子材料について理解できるよう、 化学製品の基礎知識をご紹介していきます。
第5章 主要な高分子材料の種類と特長

5-5 PET繊維・樹脂

PETの正式名はポリエチレンテレフタレートです。長い名前なので英語の頭文字を取って略号で呼ばれています。PETはエチレングリコールとテレフタル酸を重合させてつくられます。繊維に使われる際にはポリエステル繊維と呼ばれていますが、プラスチックとして使われる場合にはポリエステル樹脂とは呼びません。ポリエステル結合でつくられるプラスチックにはPET樹脂以外にも、ポリブチレンテレフタレートPBT、ポリエチレンナフタレートPEN、ポリ乳酸などの生分解性脂肪族ポリエステル、不飽和ポリエステル樹脂、ビニルエステル樹脂、ジアリルフタレート樹脂、ポリアリレート(全芳香族系ポリエステル)、液晶性芳香族ポリエステルなど多数のプラスチックが工業化されているためです。繊維に関してもテレフタル酸とトリメチレングリコールを重合させたポリトリメチレンテレフタレートPTTというポリエステル繊維が20世紀末頃に工業化され、植物由来の合成繊維として華やかに売り出されました。しかし、PTTはその後大きく成長することはなく、ポリエステル繊維と言えばPETによる合成繊維と言ってもほとんど間違いありません。

PETは融点265℃、ガラス転移点75℃の結晶性高分子です。ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリ塩化ビニルの四大汎用プラスチックに比べてはるかに高い融点を持ち、寸法安定性に優れた硬いプラスチックです。結晶性高分子でありながらも急冷によって非晶性のアモルファスPET(A-PET)もつくられています。また優れた結晶核剤が開発されており、PETボトルに見られるように透明性に優れた加工製品もつくられています。電気特性、耐薬品性、ガスバリア性にも優れています。このような優れた性能からPETは汎用プラスチックに次ぐ生産規模にまで成長しました。私たちの身の回りを見ても、毎日手にするPETボトルをはじめとして、たまごパックや薄い透明なプラスチック食品容器(いちごやサラダなどの販売容器)などに広くPETは使われるようになっています。このようなプラスチック容器は、以前はポリスチレンやポリ塩化ビニルでつくられていましたが、いつの間にかPETに代替されています。ただし、ビニル重合でつくることができる汎用プラスチックに対してPETは手間のかかる縮合重合でつくらなければならず、しかもモノマーの製造コストも高いために、生産規模は汎用プラスチックの半分以下にすぎません。

日本の汎用プラスチックとPET繊維・樹脂の生産量推移

PETには図のように大きく4つの使われ方があります。

ポリエチレンテレフタレートの主要な使われ方

一つはポリエステル繊維に代表される繊維用途です。PETは第2次世界大戦後の1950年代初めに工業化された比較的新しい高分子ですが、最初の大きな用途が繊維でした。結晶性高分子の強みを存分に生かした用途です。合成繊維としてはナイロンが1940年代初めに工業化されていました。ナイロン繊維が絹糸の代替需要、PETと同じころに工業化されたポリアクリロニトリルによるアクリル繊維が羊毛の代替需要を中心に成長したのに対して、ポリエステル繊維は市場規模が大きい綿糸の代替需要を中心に成長したので、世界中で特に大きく成長しました。しかもポリエステル繊維は短繊維として綿花や羊毛との混紡に適し、また加工糸技術(長繊維にクリンプを持たせてかさ高性や伸縮性を与える)の開発によって長繊維としても市場が伸びたことにより、1970年代には早くも合成繊維の王座の地位につきました。さらに1990年代以後はナイロン繊維、アクリル繊維の市場を奪い取って現在では世界の合成繊維市場では圧倒的な地位を確立しています。

PETの2つ目の大きな使われ方はフィルムやシートです。PETが工業化された当初からフィルム用途は開発されました。X線撮影用のフィルム、磁気テープやフロッピーディスク用ベースフィルムです。現在ではこれら製品の市場が競合技術や競合品の出現によって縮小してしまいました。しかし、透明性に優れたPETの二軸延伸フィルムやA-PETシートなどによって食品包装、電気絶縁、金属蒸着、太陽電池バックシートなどの幅広い用途を得ています。

3つ目の使われ方はエンジニアリングプラスチックとしての用途です。この使われ方ではガラス繊維がしばしば混合され、電気部品、自動車などの機械部品になります。

そして1980年代以後大きく伸びたのが4つ目の用途であるボトルです。ボトルの製造法としてポリエチレンやポリプロピレンに普通使われる吹込成形ではPETは肉厚の偏りなどの不具合が多くなかなか工業化できませんでした。しかし延伸吹込成形技術が開発されたことによってPETボトルは工業化されました。PETボトルはガラスボトルに比べて軽量です。また汎用プラスチックに比べてPETはガス透過性が低く、しかも強度が高いために、それまでなかなか日本では普及しなかったプラスチックボトルを一挙に普及させるようになりました。ヨーロッパでは以前からガラスビンやポリ塩化ビニル製ボトルによってミネラルウォーターを買う文化が普及していました。日本では水は無料のイメージが強かったのですが、PETボトルの普及と並行してミネラルウォーターを買う文化も普及しました。ある化学製品の出現が一つの文化、国民の習慣を変えた例です。

一方、1970年代からプラスチック廃棄物が社会的に問題視されるようになっており、PETボトルの導入はプラスチック廃棄物問題を深刻化するとの懸念がありました。このため1997年に容器包装リサイクル法が制定されました。しかし、この法律が制定されるよりも前の1993年に、PETの製造業界、PETボトルの成形業界ばかりでなく、PETボトルを利用する清涼飲料水、酒類、醤油などの業界も参加したPETボトルリサイクル推進協議会が設立されてPETボトルの導入・普及と同時に回収、リサイクルにも取り組みました。現在ではPETボトルの回収率は90%に及び、一般のプラスチック(84%)よりも高い回収率になっています。しかも、回収PETをもう一度PETとして利用する再生PETの比率が高いのが一般のプラスチック(サーマルリサイクル主体)との大きな違いです。用途に応じて様々な分子量の高分子が使われている縮合重合によるプラスチックの強みです。ビニル重合による高分子では、このような芸当はなかなかできません。半面、再生PETの普及によってボトル用PET樹脂の生産量は2005年の34万トンから2016年には8.4万トンに大きく減少しました。フィルム、シート用とエンジニアリングプラスチック用の生産量合計が2005年34.5万トンから2016年は33.5万トンと横ばいになっていることに比べて、急成長してきたボトル用の生産量の急激な落ち込みが目立ちます。再生PETの普及ばかりでなく、PET樹脂やボトル成形技術の向上によってボトルの薄肉化が進んできたことも反映しています。資源循環型社会実現のための重要な柱のひとつであるリデュース(資源節約)の成果とも言えます。

執筆: 日本化学会フェロー 田島 慶三

『化学製品・高分子製品の基礎講座』の目次

第1章 化学製品を理解するための基本

第2章 化学製品の利用に当って留意すべき法規制

第3章 化学製品の基本

第4章 高分子製品を理解するための基本

第5章 主要な高分子材料の種類と特長

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