プラスチック原料の種類とは？特性～製造工程まで解説！-都市環境サービス

皆さんこんにちは。都市環境サービスの前田です。今回のテーマは「プラスチック原料の種類」です。毎日使っているペットボトルやレジ袋、スマートフォンのケースなど、身の回りにあふれるプラスチック製品、これらがどんな原料から作られているか気になったことはありませんか？

 

 

実は、プラスチック原料には数多くの種類があり、それぞれ異なる特性を持っているんです。適切な原料を選ぶことで、より良い製品が生まれるんですよ。本記事では、プラスチック原料の基礎知識から最新の環境対応技術まで、分かりやすく解説していきます。

 

目次は以下の通りです。

 

 

プラスチック原料の知識は、持続可能な社会づくりにも役立つ重要な情報なんです。ぜひ最後までご一読ください。

プラスチック原料とは何か

まずは、プラスチック原料の基本的な知識から見ていきましょう。

天然樹脂と合成樹脂

プラスチックと聞くと、皆さんは何を思い浮かべますか？実は、プラスチックの正式名称は「合成樹脂」と呼ばれているんです。これは人工的に作られた樹脂という意味で、天然の樹脂とは区別されています[1]。

 

天然の樹脂とは、松の木から出る松脂や漆のような、自然界に存在する樹液のことです。これらは水に溶けにくく、固まった後は形を保つ性質があります。昔から人々は、これらの性質を活かして塗料や接着剤として使ってきました。

 

一方、プラスチック原料は石油などから人工的に作られます。分子が長く連なった構造を持つ「高分子化合物」という物質で、分子量が1万以上のものを指します[2]。この高分子という構造が、プラスチックの特別な性質を生み出しているんですよ。

プラスチックの特性

プラスチック原料の大きな特徴は、熱を加えると柔らかくなり、冷やすと固くなることです。この性質のおかげで、様々な形に加工できるんです。また、軽くて丈夫、電気を通さない、水を吸わない、錆びないなど、多くの優れた特性があります。

 

現在、私たちの身の回りには数え切れないほどのプラスチック製品があります。食品包装から電子機器、自動車部品まで、幅広い分野で活用されているのは、これらの優れた特性があるからなんです。

石油系プラスチック原料

現在、ほとんどのプラスチック原料は石油から作られています。その製造工程を詳しく見てみましょう。

ナフサからの製造工程

プラスチック原料を作るための基本的な流れを理解することが大切です。石油からプラスチックができるまでには、いくつかの重要な段階があります。

 

まず、地下から掘り出された原油を石油精製工場に運びます。ここで原油を約350度に熱して、蒸留塔という設備で成分を分けるんです[3]。原油は様々な成分の混合物なので、沸点の違いを利用して分離します。この過程で取り出される成分の一つが「ナフサ」です。ナフサの沸点は30度から180度で、プラスチック原料の元になる重要な物質なんですよ。日本では、ナフサの約7割を海外から輸入しています[4]。

 

次に、ナフサを石油化学工場に運んで、さらに高温で分解します。ナフサクラッカーという設備で約850度まで熱すると、ナフサが気体になって分解されます[5]。この気体を蒸留することで、エチレンやプロピレン、ブタジエンなどの基礎化学品が取り出されるんです。

 

最後に、これらの基礎化学品を重合という化学反応でつなぎ合わせます。例えば、エチレンをたくさんつなげるとポリエチレンができ、プロピレンをつなげるとポリプロピレンができます。こうして作られた原料を、運搬しやすいように3〜5mmの粒状にしたものが「ペレット」です[6]。

基礎化学品の種類

ナフサから作られる基礎化学品には、主要なものが4つあります。それぞれが異なるプラスチック原料の元になっているんです。

 

エチレン系誘導体は以下になります。

 

 

プロピレン系誘導体は以下になります。

 

 

ベンゼン系誘導体は以下になります。

 

 

 

ブタジエン系誘導体は以下になります。

 

 

 

これらの基礎化学品は、それぞれ異なる性質を持つプラスチック原料の出発点となります。化学構造の違いが、最終的な製品の特性を大きく左右するんです。日本では年間約3,600万キロリットルのナフサが消費され、そのうちプラスチック製造に使われるのは全体の約3%程度です[7]。

 

上記は基礎化学品としての分類になります。ここからは、実際のプラスチック原料の種類を説明していきます。原料は大きく以下の分類されます。

 

 

それぞれ詳しく特徴を見ていきましょう。

汎用樹脂って？種類や特徴

石油から作られるプラスチック原料は、性能や価格によっていくつかの種類に分けられます。その中で最も身近で、私たちが日常生活でよく目にする製品に使われているのが「汎用樹脂」です。

ポリエチレン系

ポリエチレンは世界で最も多く使われているプラスチック原料の一つです。作り方によって3つの主要な種類に分かれており、それぞれ異なる特性を持っています。

 

LDPE（低密度ポリエチレン）
柔軟性に優れた特徴があります。レジ袋や食品包装フィルム、ラップなどに使われています。透明性が高く、水や酸素を通しにくいため、食品を新鮮に保つのに適しているんです。

 

HDPE（高密度ポリエチレン）
LDPEよりも硬くて丈夫な性質があります。シャンプーボトルや洗剤容器、牛乳パックの内側のコーティングなどに使用されています。耐薬品性に優れているため、化学製品の容器にも適しています。

 

LLDPE（直鎖状低密度ポリエチレン）
LDPEとHDPEの中間的な性質を持ちます。強度と柔軟性のバランスが良く、農業用フィルムやストレッチフィルムなどに使われています。

その他汎用樹脂

汎用樹脂には、ポリエチレン以外にも重要な種類がたくさんあります。それぞれが独特の特性を活かして、さまざまな製品に使用されているんです。

 

主要な汎用樹脂の種類は以下になります。

 

 

ポリプロピレン（PP）
軽量で耐熱性に優れています。自動車部品や家電製品、食品容器などに幅広く使用されています。また、繊維としても利用され、カーペットやロープなどにも使われているんです。

 

ポリスチレン（PS）
透明性と成形のしやすさが特徴です。発泡させると発泡スチロールになり、断熱材や緩衝材として活用されています。透明な形では、使い捨てカップや食品トレイなどに使用されています。

 

ポリ塩化ビニル（PVC）
耐久性と難燃性に優れています。水道管や建材、電線の被覆材などに使われています。可塑剤を加えることで、柔軟なビニールシートやホースにもなります。

 

ABS樹脂
3つの成分を組み合わせた樹脂で、バランスの良い特性を持ちます。自動車部品、家電製品の筐体、玩具などに使用されています。加工しやすく、表面処理もしやすいため、様々な用途に適用できるんです。

 

これらの汎用樹脂は、使用温度が100度未満で、比較的安価に製造できるという共通点があります[8]。そのため、大量生産される日用品に多く使用されているんですよ。

エンプラの種類と特徴

エンジニアリングプラスチック（エンプラ）は、汎用樹脂よりも高い性能を持つ高機能な原料です。

5大エンプラ

エンプラの中でも特によく使われる5つの種類があります。これらは「5大エンプラ」と呼ばれ、それぞれ独特の優れた特性を持っているんです[9]。

 

ポリアミド（PA・ナイロン）
優れた機械的強度と耐摩耗性を持ちます。自動車のエンジン部品やギア、繊維製品などに使用されています。また、吸水性があるため、湿度による寸法変化に注意が必要です。

 

ポリカーボネート（PC）
透明性と耐衝撃性に優れています。CDやDVD、自動車のヘッドランプ、防弾ガラスなどに使われています。ガラスよりも軽量で割れにくく、光学特性も優秀なんです。

 

ポリアセタール（POM）
寸法安定性と耐薬品性が特徴です。精密な機械部品やギア、ファスナーなどに使用されています。摩擦係数が低く、自己潤滑性があるため、可動部品に適しています。

 

変性PPE（m-PPE）
耐熱性と電気特性に優れています。電子部品や自動車部品、水回りの部品などに使用されています。寸法安定性が高く、加水分解しにくいという特徴もあります。

 

PBT樹脂
耐熱性と電気絶縁性に優れています。電気・電子部品、自動車部品、繊維などに使用されています。結晶化が早く、成形しやすいという利点もあります。

エンプラの性能基準

エンプラが汎用樹脂と区別される明確な基準があります。これらの基準を満たすことで、より過酷な条件での使用が可能になるんです。エンプラの性能基準は以下になります。

 

 

これらの基準により、エンプラは汎用樹脂では対応できない高温環境や、強い力がかかる用途でも使用できます。例えば、自動車のエンジンルーム内の部品や、産業機械の可動部分などです[10]。

 

ただし、これらの高い性能を持つ代わりに、製造コストも高くなります。そのため、必要な性能とコストのバランスを考慮して選択することが重要なんです。エンプラの分子構造には、炭素以外の原子やベンゼン環が含まれています。これらの構造が分子の動きを制限し、高温でも性能を維持できる理由となっています。1960年代から本格的な開発が始まり、現在では様々な産業分野で欠かせない材料となっているんですよ。

スーパーエンプラの特性

スーパーエンプラは、エンプラを上回る超高性能な原料で、最も過酷な環境でも使用できます。

主要なスーパーエンプラ

スーパーエンプラは、連続使用温度が150度以上という極めて高い耐熱性を持ちます。航空宇宙産業や高温の工業プロセスなど、最も厳しい条件で使用される材料です[11]。

 

PPS（ポリフェニレンサルファイド）
優れた耐熱性と耐薬品性を持ちます。自動車のエンジン部品や電子部品、化学プラントの部材などに使用されています。結晶性が高く、寸法安定性に優れているのが特徴です。

 

PEEK（ポリエーテルエーテルケトン）
最高クラスの機械的特性を持ちます。航空機部品や医療機器、半導体製造装置などに使用されています。放射線や化学薬品に対する耐性も非常に高く、極限環境でも性能を発揮します。

 

PAI（ポリアミドイミド）
高温での機械的強度に優れています。ジェットエンジン部品や高温用ベアリング、電子部品などに使用されています。耐摩耗性も優秀で、長期間の使用に耐えます。

 

PEI（ポリエーテルイミド）
透明性と耐熱性を両立しています。航空機の窓材や医療機器、電子部品などに使用されています。難燃性も高く、安全性が重視される用途に適しています。

フッ素樹脂

フッ素樹脂は、スーパーエンプラの中でも特別な位置にある材料です。フッ素原子の特殊な性質により、他の材料では実現できない機能を持っているんです。主要なフッ素樹脂は以下になります。

 

 

PTFE（テフロン）
最も有名なフッ素樹脂です。摩擦係数が極めて低く、ほとんどの化学物質に侵されません。フライパンのコーティングや化学プラントの配管などに使用されています。

 

PFA樹脂
PTFEに近い特性を持ちながら、溶融成形が可能です。半導体製造装置や化学分析装置などの精密な用途に使用されています。透明性も高く、内部を観察できる配管などにも使われます。

 

ETFE樹脂
機械的強度に優れたフッ素樹脂です。建築用の膜材料や電線被覆材などに使用されています。優れた透光性と耐候性により、大型建築物の屋根材としても注目されています。

 

PVDF樹脂
圧電性という特殊な性質を持ちます。圧力を加えると電気を発生する特性があり、センサーやアクチュエーターなどに使用されています。また、優れた耐薬品性により、化学プラントでも重要な材料となっています。

 

これらのスーパーエンプラは、非常に高価ですが、他の材料では対応できない特殊な用途に欠かせない存在なんです。

バイオプラスチック原料

環境問題への関心が高まる中、植物由来のバイオプラスチック原料が注目を集めています。

バイオマスプラスチック

バイオマスプラスチックは、植物などの再生可能な有機資源を原料として作られます。石油の代わりに植物を使うことで、環境への負担を減らすことができるんです[12]植物由来原料には、様々な種類があります。トウモロコシやサトウキビ、キャッサバなどの食用作物から、木材の非可食部分まで幅広く利用されています。重要なのは、食料と競合しない原料の開発が進んでいることです。

 

トウモロコシ・サトウキビ系の原料
主にPLA（ポリ乳酸）が作られます。PLAは透明性に優れ、食品容器や包装材などに使用されています。使用後は適切な条件下で生分解するため、環境に優しい材料として注目されています。

 

セルロース系の原料
木材や農業廃棄物から得られます。従来は利用されていなかった部分を有効活用できるため、資源の有効利用につながります。セルロースアセテートやセルロースナイトレートなどが代表的です。

 

微生物産生系
微生物の発酵によって作られる原料です。PHAやPHBなどがあり、完全に生分解する特性を持ちます。製造コストがまだ高いですが、将来性の高い技術として研究が進んでいます。

生分解性プラスチック

生分解性プラスチックは、使用後に微生物によって分解され、最終的に二酸化炭素と水になる特別な材料です。海洋プラスチック問題の解決策として期待されているんです[13]。生分解のメカニズムは以下になります。

 

 

このような段階を経て分解される生分解性プラスチックは、分解される環境によっていくつかの種類に分かれています。それぞれの特徴を詳しく見てみましょう。

 

土壌分解性のプラスチック
土の中にいる微生物によって分解されます。農業用のマルチフィルムなどに使用され、収穫後にそのまま土に鋤き込むことができます。回収の手間が省けるため、農家の負担軽減にもつながります。

 

コンポスト分解性
堆肥化施設のような高温多湿の環境で急速に分解する性質です。生ごみ収集袋などに使用され、有機廃棄物と一緒に堆肥化処理できます。廃棄物の分別や処理工程の簡素化に貢献しています。

 

海洋分解性
海水中でも分解する特殊な性質です。漁網や海洋調査用の機器などに使用され、万が一海に流出しても環境への影響を最小限に抑えることができます。

 

ただし、生分解性プラスチックは分解する環境条件が限定的です。すべての環境で分解するわけではないため、適切な用途選択と処理方法の理解が重要なんです。また、分解に必要な時間も数ヶ月から数年と幅があります。現在、日本で普及している生分解性プラスチックの約7割はバイオマス由来です[14]。技術の進歩により、性能向上とコスト削減が進んでおり、今後の普及拡大が期待されています。

原料選びの基準

適切なプラスチック原料を選ぶためには、様々な要因を総合的に判断する必要があります。

機械的特性での選択

製品に必要な機械的性能を満たす原料を選ぶことが、品質確保の基本になります。用途に応じた適切な強度や柔軟性を持つ材料を選択することが大切です。

 

強度・硬度要件
品が受ける力の大きさを考慮します。自動車部品のように大きな力がかかる用途にはエンプラやスーパーエンプラを、日用品には汎用樹脂を選ぶのが一般的です。引張強度、曲げ強度、圧縮強度などを総合的に評価します。

 

耐衝撃性
急激な力に対する抵抗力です。落下や衝突の可能性がある製品では、この特性が特に重要になります。ポリカーボネートやABS樹脂などが優れた耐衝撃性を持っています。

 

寸法安定性
温度や湿度の変化に対する形の変化しにくさです。精密機器や光学部品では、わずかな寸法変化も問題となるため、POMやPPSなどの安定性の高い材料が選ばれます。

環境条件での選択

製品が使用される環境条件に適した原料を選ぶことで、長期間の安定した性能を確保できます。温度、湿度、化学物質への暴露などを考える必要があります。選ぶ際に注目するポイントは以下になります。

 

 

使用温度範囲は、最も基本的な選択基準です。常温での使用なら汎用樹脂で十分ですが、高温環境ではエンプラやスーパーエンプラが必要になります。低温での脆化も考慮する必要があります。

 

耐薬品性は、化学物質と接触する用途で重要です。酸やアルカリ、有機溶剤などに対する抵抗力を評価します。フッ素樹脂は最も優れた耐薬品性を持ちますが、コストが高くなります。耐候性・UV耐性は、屋外で使用される製品に必要な特性です。紫外線や雨風による劣化を防ぐため、添加剤を配合したり、UV安定性の高い材料を選択します。

 

吸水性は、湿度の高い環境や水回りで使用される製品で重要です。吸水により寸法変化や性能低下が起こる可能性があるため、ポリオレフィン系やフッ素樹脂などの低吸水性材料が適しています。

製造コストと価格要因

プラスチック原料の価格は、原油価格や製造の難しさなど、様々な要因によって決まります。プラスチック原料の価格は、まず原油価格に大きく左右されます。石油系原料の場合、原油価格が上昇すると、ナフサの価格も連動して上がるため、最終的なプラスチック原料の価格も高くなるんです[15]。

 

製造難易度による価格差も重要な要因です。汎用樹脂は大量生産により安価ですが、エンプラやスーパーエンプラは複雑な製造工程が必要なため高価になります。特にスーパーエンプラは、汎用樹脂の10倍以上の価格になることも珍しくありません。量産効果とスケールメリットにより、生産量が多い原料ほど単価が下がります。新しい材料は初期段階では高価ですが、需要が増えて生産量が拡大すると、コストダウンが進みます。

 

添加剤コストの影響も無視できません。難燃剤、紫外線安定剤、着色剤などの添加剤は、基本樹脂よりも高価な場合が多く、配合量によって最終価格が大きく変わります。特に高性能添加剤を使用する場合は、コストアップが避けられません。これらを考慮して、必要な性能とコストのバランスを取ることが、実用的な原料選びのポイントなんです。

まとめ

プラスチック原料の世界は、想像以上に奥が深く、私たちの生活に密接に関わっていることがお分かりいただけたでしょうか。石油系の汎用樹脂から最先端のバイオプラスチックまで、それぞれが独自の特性を持ち、適切な用途で活用されています。

 

環境問題への対応も進んでおり、リサイクル技術の向上やバイオ原料の開発により、持続可能な社会の実現に向けた取り組みが加速しています。これからも技術革新により、より環境に優しく、高性能なプラスチック原料が開発されていくでしょう。

 

プラスチック原料を正しく理解し、適切に選択・使用することで、私たち一人ひとりが持続可能な社会づくりに貢献できます。ぜひ今回の知識を活かして、環境に配慮した製品選択を心がけてみてください。

お知らせ

最後まで、読んでいただき光栄です。私たち都市環境サービスは、プラスチックリサイクルに特化した会社です。フラフ燃料の製造や代替燃料に興味がある方、リサイクルの会社で働いてみたい方は、こちらのフォームから気軽にお問合せください。よろしくお願いします。

 

出典