ポリエチレン

概要

略記号:PE

英語名:polyethylene

化学式:

ポリエチレン

 

  • 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0.94~0.970.91~0.930.92~0.940.97
(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
20~3310~2310~202.91~3.68 GPa
(Spectra fiber)
引張伸び%8~1020202.8~3.5
(Spectra fiber)
曲げ強さMPa38~60
圧縮強さMPa19~25
アイゾット衝撃強さ
(ノッチ付き)
J/m5~200破壊せず破壊せず破壊せず
シェア硬さD60~70D41~50D45~50D60~70
荷重たわみ温度
(0.45MPa)
60~8238~7446~6668~82
体積固有抵抗Ω・cm>1016>1016>1016>1016
誘電率
106Hz2.30~2.352.25~2.352.25~2.352.3
絶縁破壊強さkV/mm18~2018~4018~28

耐薬品性

ポリエチレン

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。
    ポリエチレンの製法
  • 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。
    ポリエチレンの構造
  • 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0.91~0.930.960.94~0.95
二重結合数/1,000 炭素数0.61.50.7
側鎖数総計/1,000 炭素数21.51.5以下3
結晶化度(%)649387
カルボニル基 C=O0.120.020.02

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