概要
略記号：PE
英語名：polyethylene
化学式：
- エチレンを重合して得られる結晶性樹脂。
- 圧力、触媒などの重合条件により高密度ポリエチレン(HDPE)、高圧法低密度ポリエチレン(LDPE) 、直鎖状低密度ポリエチレン(L-LDPE)に分類される。
- 密度、分子量、分子量分布、分子構造(分岐の種類、分岐度分布など)によって成形性や製品物性に特徴が現れる。
特性
- 軽くて柔らかいために傷かつきやすく、機械的性質は常温では軟質塩化ビニルと同等の特性を持っている。
- 低温では、軟質塩化ビニルでは-20℃位までが使用限界温度だが、低密度ポリエチレンで-60℃、高密度ポリエチレンで-80位まで使用が可能である。
- 非極性構造であるため、電気的性質は非常に優れており、高周波領域の誘電率及び力率が極めて小さい。
- 吸水率が小さいため湿度環境に影響されにくい。
- 化学的性質が非常に安定しており、室温では全ての酸、アルカリ、塩類に対して安定している。
- 有機溶剤に対しては、60℃以下の環境下ではほとんどの種類に対して不溶で安定している。
- 80℃以上の芳香族炭化水素及び塩素化炭化水素などには溶解する。
- 結晶/非晶性：結晶性(Tm：低密度PE：108～122℃、高密度PE：127～134℃)
- 外観は結晶化度と関係しており、高密度ポリエチレンでは結晶サイズも大きく、半透明となる。
- 結晶化度の小さい低密度ポリエチレン、直鎖状低密度ポリエチレンでは透明性が高くなる。
- 化学的特性は、比重が大きくなるほど良好になる。
- ポリエチレンの比重と分子量によって特性が異なる。
- 比重が増加すると、硬度、耐熱性、機械的性質、ガス及び水蒸気の不透過性が向上
- 比重が増加すると、耐衝撃性、耐ストレスクラッキング性が低下
- 分子量が増加すると、低温脆化性、耐ストレスクラッキング性が向上
- 分子量が増加すると、加工性が低下
- PPと比較して成形収縮率は大きくなる。
- 表面張力は極めて低く、接着・印刷がしにくい。
- 接着・印刷を行うためには、コロナ処理や火炎処理等で表面改質を行う必要がある。
- 超高分子量ポリエチレン（粘度法による平均分子量：100万～500万）は、他のポリエチレンに比べて耐摩耗性、耐衝撃性、自己潤滑性が優れている。
| 性質 | 単位 | 高密度 （HDPE） | 低密度 （LDPE） | 直鎖状低密度 （LLDPE） | 超高分子量 （UHMW-PE） |
|---|---|---|---|---|---|
| 比重 | 0.94～0.97 | 0.91～0.93 | 0.92～0.94 | 0.97 （Spectra fiber) | |
| 吸水率 | % | <0.01 | <0.01 | <0.01 | <0.01 |
| 引張強さ | MPa 超高分子量はGPa | 20～33 | 10～23 | 10～20 | 2.91～3.68 GPa （Spectra fiber) |
| 引張伸び | % | 8～10 | 20 | 20 | 2.8～3.5 （Spectra fiber) |
| 曲げ強さ | MPa | 38～60 | |||
| 圧縮強さ | MPa | 19～25 | |||
| アイゾット衝撃強さ （ノッチ付き） | J/m | 5～200 | 破壊せず | 破壊せず | 破壊せず |
| シェア硬さ | D60～70 | D41～50 | D45～50 | D60～70 | |
| 荷重たわみ温度 (0.45MPa) | ℃ | 60～82 | 38～74 | 46～66 | 68～82 |
| 体積固有抵抗 | Ω・cm | >1016 | >1016 | >1016 | >1016 |
| 誘電率 | 106Hz | 2.30～2.35 | 2.25～2.35 | 2.25～2.35 | 2.3 |
| 絶縁破壊強さ | kV/mm | 18～20 | 18～40 | 18～ | 28 |
耐薬品性
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製法
- 原料のエチレンの製法には多くの方法があるが、一般的には石油の熱分解によって製造される。
- 製造方法は、大きく分けて高圧法、中圧法及び低圧法の3種類で製造される。
- 高圧法は99.9％に精製したエチレンに酸素や過酸化物を添加し、200～300℃環境下で1,000～3,000気圧をかけてラジカル重合によって製造する。
- 高圧法で製造されたポリエチレンは、長鎖分岐のある低密度ポリエチレン（LDPE)が得られる。
- 遷移金属触媒の下、α-オレフィンを添加して、直鎖状低密度ポリエチレン（L-LDPE）を製造する事も可能となる。
- 中・低圧法は、チーグラー触媒（チタン系）又はフィリップス触媒（クロム系）などを用いて、50～250℃の環境下で50～200気圧をかけてエチレン重合をさせる方法で製造される。
- 中・低圧法で製造されたポリエチレンは、直鎖状の高密度ポリエチレン（HDPE)が得られる。
- 上記の方法にエチレンに少量のα-オレフィンを共重合することで、生成ポリエチレンの比重をコントロールすることが可能となる。
- 高活性のチーグラー触媒が開発されており、マグネシウム化合物にTi+3を担持した触媒は、Tiの1モル当りポリエチレン収量が30~50kgと4倍程活性が向上する。
構造
- ポリエチレンは、エチレンの重合体でもっとも簡単な直鎖状高分子であり、下記のような化学構造となる。
- 実際には、製法や製造条件によってかなり異なってくる。
- 高圧法が均一相で起こるラジカル重合であるが、中・低圧法は液中に分散（不均一相）した触媒の表面で起こるイオン重合であり、重合度や分岐度、二重結合数、結晶化度などがラジカル重合と異なる。
- 一般に二重結合、分岐度（側鎖数）、カルボニル基の大きいものほど結晶化度は小さくなり、比重も小さくなる。（下表参照）
各種ポリエチレンの分子構造比較
項目 低密度ポリエチレン 高密度ポリエチレン 高密度ポリエチレン 高圧法
（ICI)中圧法
（フィリップス法）低圧法
（チーグラー法）比重 0.91～0.93 0.96 0.94～0.95 二重結合数/1,000 炭素数 0.6 1.5 0.7 側鎖数総計/1,000 炭素数 21.5 1.5以下 3 結晶化度（％） 64 93 87 カルボニル基 C=O 0.12 0.02 0.02
利用用途
高密度ポリエチレン（HDPE)
- 買い物袋
- バケツ、たらいなどの日用品
- 電線ケーブルなどの保護管
- パイプライン用パイプ
- ビールケース・ビン運搬用ケース
- 荷物運搬用コンテナパレット
低密度ポリエチレン（LDPE)
- 電線の被覆
超高分子量ポリエチレン（UHMW-PE）
- 機械部品（歯車、パッキン）
- スキー板（裏面）、スノーモービル
- 船舶用ロープ及び登山用ザイル
- 防刃製品
- 車部品、車用燃料タンク
中・低圧法
