ポリエチレン (PE)とは？の特徴・加工方法・用途、メリット・デメリットまで徹底解説！
滝本技研工業株式会社
ポリエチレン(PE)は、私たちの日常生活において欠かせない存在です！
スーパーで購入する食品の包装や、自宅で使うタッパーウェア、さらには電気製品のケーブル被覆など、さまざまな場所で目にすることができる素材です。その用途の幅広さと高い汎用性は、ポリエチレンが非常に多機能であることを物語っています！
現代社会において、ポリエチレン(PE)は最も生産量の多いプラスチックの一つであり、その年々増加する需要は、ポリエチレンが持つ特有の利点に支えられています！
特に軽量でありながら耐久性があり、加工しやすいという特徴が、ポリエチレン(PE)をあらゆる産業で不可欠な材料にしています。建設業、医療業界、食品業界、さらには環境保護の分野でも、ポリエチレンはその存在感を強めています！
本記事では、ポリエチレン(PE)がどのような素材であるか、その基本的な特徴や用途、加工方法、さらにはメリットとデメリットについて詳しく解説します！ポリエチレン(PE)に対する理解を深め、より適切な素材選びや製品開発に役立てましょう！
ポリエチレン(PE)とは？
ポリエチレン（Polyethylene、略してPE）は、最も広く使用されている熱可塑性プラスチックの一つで、エチレンというガスを重合させることで作られます。化学的には、単純な分子構造を持つ炭化水素ポリマーで、炭素と水素から成る長い鎖状の分子から構成されています！
ポリエチレンはその多用途性と優れた特性から、日常生活や産業で広く利用されており、世界中で最も生産量が多いプラスチックの一つです！
ポリエチレン(PE)の基礎知識
ポリエチレン(PE)はその密度や分子構造の違いにより大きく分けると下記の3種類に分類されます！
| 種類 | 説明 | 製品例 |
|---|---|---|
| 高密度ポリエチレン(HDPE) | 分子が密に詰まっているため、強度が高く、硬く、耐化学薬品性に優れている。 | ボトル、パイプ、タンク、玩具 |
| 低密度ポリエチレン(LDPE) | 柔らかく、伸縮性が高いため、柔軟性と透明性が求められる製品に使用される。 | フィルム、袋、ラップ材 |
| 直鎖低密度ポリエチレン(LLDPE) | さらに高い耐久性と柔軟性を持つ。 | フィルム、パッケージ |
ポリエチレン(PE)は、その単純な分子構造にもかかわらず、優れた物理的特性を持っています！
例えば、高密度ポリエチレン(HDPE)は非常に高い引張強度を持ち、強い衝撃にも耐えることができます！これに対して、低密度ポリエチレン(LDPE)は柔軟性と耐裂性が高く、繰り返しの曲げや引き伸ばしに耐えることができるため、食品包装などに最適です。
持続可能な素材としてのポリエチレン
ポリエチレン(PE)はリサイクルが可能であり、環境への負荷を減らすための取り組みも進められています！
例えば、ポリエチレン(PE)製品をリサイクルして新たな製品を作るリサイクル技術が確立されており、再利用によって廃棄物を減らすことが可能！また、バイオ由来のエチレンを用いて作られるバイオポリエチレンも開発されており、石油資源に依存しない持続可能な素材としての可能性も秘めている…！
耐化学薬品性
ポリエチレン(PE)は、多くの酸、アルカリ、溶剤に対して非常に優れた耐性を持っています！この特性により、化学薬品の保管容器やパイプ、タンクなどの用途に広く利用されています。化学薬品に対して分解や劣化しにくいため、長期間使用することが可能！
耐水性と低吸水性
ポリエチレン(PE)は水に対して非常に安定しており、吸水率が低いため、湿気や水分に影響されることがほとんどありません！
このため、ポリエチレン(PE)製品は屋外や湿潤環境でも問題なく使用可能！また、この特徴から食品包装材やパイプ、タンクの素材としても非常に適しています！
耐寒性
ポリエチレン(PE)は、低温環境でも柔軟性を維持することができます！特に、低密度ポリエチレン(LDPE)は冷凍食品の包装材として使用されることが多く、冷凍庫内でも硬くならず割れにくい特性があります！
熱可塑性と加工のしやすさ
ポリエチレン(PE)は熱可塑性プラスチックであり、加熱すると柔らかくなり、冷却すると固まるという性質を持っています！
これにより、射出成形、ブロー成形、押出成形など、さまざまな加工方法に適しており、製品の形状や大きさを自由に設計することが可能！また、この特性によりリサイクルも容易です。
軽量性
ポリエチレン(PE)は非常に軽い素材であり、水に浮くほどの低密度を持っています！この軽量性は、運搬が容易であり、また製品自体が軽くなるため、輸送コストの削減にも繋がる！
絶縁性
ポリエチレン(PE)は電気絶縁性に優れているため、電気製品のケーブル被覆や絶縁材としても利用されています！この特性は、電気的安全性が求められる場面で重要！
経済性
ポリエチレン(PE)は比較的安価な素材であり、大量生産が可能です！
このコスト効率の良さから、幅広い用途で利用されており、特に大量消費される製品（例えば、ショッピングバッグや食品包装材など）で広く使用されています！
ポリエチレン(PE)の加工方法
ポリエチレン(PE)は、その熱可塑性と物理的特性から、さまざまな加工方法に適しています！ポリエチレンの主要な加工方法、主な製品については下記の通りです！
| 加工方法 | 説明 | 製品例 |
|---|---|---|
| 射出成形 | ポリエチレンを溶融して金型に射出し成形する方法。複雑な形状の大量生産に適している。 | 容器、キャップ、玩具、工業部品 |
| 押出成形 | 溶融したポリエチレンをダイを通して特定の形状に成形する方法。長さのある製品の生産に使用される。 | パイプ、ホース、ケーブル被覆、フィルム、シート |
| ブロー成形 | ポリエチレンを加熱後、空気を吹き込んで中空製品を成形する方法。 | ボトル、容器、タンク |
| 回転成形 | ポリエチレンの粉末を金型に入れ、加熱・回転させて均一に成形する方法。大型中空製品の生産に適している。 | 大型タンク、コンテナ、バケツ |
| 真空成形 | 加熱したポリエチレンシートを金型に押し当て、真空状態で成形する方法。薄型容器や包装材の生産に使用。 | 食品トレー、パッケージ、プラスチックカバー |
使用・加工の際の注意点
ポリエチレンを使用・加工する際には、いくつかの重要な注意点があります！
| 使用・加工の際の注意点 | 説明 |
|---|---|
| 温度管理 | 適切な温度管理が必要。過度な加熱はポリエチレンの分解を引き起こす可能性があり、特に加工温度の設定に注意が必要。 |
| 酸化防止 | 高温下での酸化を防ぐため、酸化防止剤の使用や不活性ガスを使用して酸化を防止することが推奨される。 |
| 収縮と歪み | 成形後の収縮や冷却時の歪みを防ぐため、金型設計時には収縮率を考慮し、冷却速度を適切に管理する必要がある。 |
| 静電気の発生 | ポリエチレンは静電気を帯びやすく、加工や使用中に埃が付着しやすい。静電気防止処理や環境の清浄化が求められる。 |
| 接着と塗装の難しさ | ポリエチレンは表面エネルギーが低く、接着や塗装が難しいため、表面処理（コロナ処理、プラズマ処理）を行ってから作業する必要がある。 |
| リサイクル時の分別 | リサイクル時には他のプラスチックや不純物との分別が重要。不純物が混入すると再生品の品質が低下するため、分別の徹底が必要。リサイクル材は用途に注意して使用。 |
温度管理
ポリエチレンは熱可塑性プラスチックであり、加熱すると溶融して柔らかくなりますが、過度な加熱は分解を引き起こす可能性があります。
射出成形や押出成形の際には、適切な温度管理が必要！特に、高密度ポリエチレン(HDPE)は高温に対して比較的安定していますが、低密度ポリエチレン(LDPE)は低温でも加工可能な柔軟性があるため、用途に応じた温度設定が重要です！
酸化防止
ポリエチレンは高温下で酸素にさらされると、酸化による劣化が進行する可能性があります。
これにより、製品の物理的特性が損なわれるため、加工中には酸化防止剤を添加するか、窒素などの不活性ガスを使用して酸化を防ぐことが推奨されます。
収縮と歪み
ポリエチレンは、冷却過程で収縮しやすい性質を持っています。このため、成形後の製品が収縮して寸法が変わる可能性があります。
金型設計時には、収縮率を考慮に入れる必要があります。また、急速な冷却は製品に内部応力を生じさせ、歪みを引き起こす可能性があるため、冷却速度にも注意が必要！
静電気の発生
ポリエチレンは、絶縁性が高いため、静電気を帯びやすいという特性があります。
これにより、加工中や使用中に埃やゴミが付着しやすくなるため、静電気防止処理や環境の清浄化が求められます！
接着と塗装の難しさ
ポリエチレンは表面エネルギーが低いため、接着剤や塗料が付きにくいという欠点あり…。
そのため、接着や塗装を行う場合には、表面処理を行ってから作業を進める必要があります。
リサイクル時の分別
ポリエチレンのリサイクルを行う際には、他のプラスチックや不純物との分別が重要！
リサイクル素材に異物が混入すると、再生品の品質が低下するため、分別の徹底が必要となります！また、リサイクルされたポリエチレンは、品質が若干低下することがあるため、再生材を使用する場合の用途には注意が必要です。
これらの注意点を守ることで、ポリエチレン製品の品質を高め、効率的な加工が可能になります。また、環境に配慮した使用方法やリサイクルの重要性も理解することが、ポリエチレンの持続可能な利用に繋がります！
滝本技研工業の高精度切削加工！
滝本技研工業では、プラスチック樹脂の弱点である公差・歪み・反り・バリなども極力ご要望の条件に近づけます！
超高分子ポリエチレンの加工品。
— 《樹脂加工専門》滝本技研工業㈱ (@tgk_takimoto) February 3, 2024
超高分子ポリエチレンは耐熱性は低いものの、−100℃の環境下でも使用可能😳
−100℃って…どれだけ寒いんだろう…💦
強く押しただけで傷がつくので、加工品に触れる際は優しくお願いします🙇 pic.twitter.com/hdzrbuJd5t
似た素材について
ポリエチレン(PE)と比較されることが多い素材は下記の通りです！
ポリエチレン(PE)と似た素材
- ポリプロピレン（PP）：ポリプロピレンは、ポリエチレンと同様に熱可塑性プラスチックであり、エチレンとプロピレンの共重合体から作られます。ポリエチレンに比べて、より高い融点（約160°C）を持ち、耐熱性が優れています。剛性が高く、耐化学薬品性も優秀！
- ポリ塩化ビニル（PVC）：ポリ塩化ビニルは、エチレンと塩素を原料としたプラスチックで、硬質タイプと軟質タイプがあります。耐薬品性が高く、耐候性に優れていますが、ポリエチレンに比べて耐熱性が低い傾向があります。柔軟性を向上させるために可塑剤が使用されることが多いです。
- ポリエチレンテレフタレート（PET）：ポリエチレンテレフタレートは、ポリエチレンとテレフタル酸の共重合体から作られるプラスチックで、ポリエチレンよりも高い耐熱性と機械的強度を持ちます。透明性が高く、ガスバリア性にも優れているため、飲料ボトルなどに多用されます。
- ポリエチレンナフタレート（PEN）：ポリエチレンナフタレートは、PETの改良版とも言えるプラスチックで、さらに高い耐熱性とガスバリア性を持ちます。電子機器や特殊用途でのフィルムや繊維として使用されることが多いです。
- ポリブチレン（PB）：ポリブチレンは、ブテンから作られる熱可塑性プラスチックで、ポリエチレンと似た特性を持ちますが、より高い耐熱性を有しています。耐久性が高く、特にパイプ用途で優れた性能を発揮します。
- エチレンビニルアセテート（EVA）：EVAは、エチレンと酢酸ビニルの共重合体で、ポリエチレンに似た柔軟性と透明性を持ちます。衝撃吸収性が高く、柔らかい素材であるため、靴底やパッドに多く使われます。
ポリエチレン(PE)のメリット・デメリット
ポリエチレン(PE)の使用には多くのメリットがありますが、同時にいくつかのデメリットも存在します。
用途（どんなものに使用されているのか）
ポリエチレン(PE)は、その特性から以下のような製品に使用されています！
主な用途
| 用途 | 製品例 |
|---|---|
| 包装材 | 食品包装フィルム、ラップフィルム、ショッピングバッグ、ゴミ袋 |
| 容器類 | プラスチックボトル、ジャグ、キャップ、タンク |
| 建材 | パイプ、配管、ケーブル被覆、断熱材 |
| 農業用資材 | マルチフィルム、農業用トンネルカバー、シルバーマルチ |
| 家庭用品 | タッパーウェア、ゴミ箱、バケツ、収納ボックス |
| 医療用具 | 医療用容器、チューブ、輸液バッグ |
| 玩具 | 子供用プール、ブロック玩具、ビーチボール |
| 自動車部品 | フューエルタンク、バッテリーカバー、車両内装部品 |
| 産業資材 | パレット、コンテナ、包装バンド |
| 繊維・テキスタイル | 繊維バッグ、テント、シートカバー |
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まとめ
ポリエチレン(PE)はそのシンプルな構造にもかかわらず、非常に多様な物理的特性を持つため、幅広い用途に適応できる万能なプラスチックです！その加工のしやすさ、リサイクルの可能性、そして多様な用途に対応できる特性は、現代社会において不可欠な素材です！
