高密度ポリエチレン

高密度ポリエチレン（HDPE）または高密度ポリエチレン（PEHD）は、モノマーのエチレンから生成される熱可塑性 ポリマーです。HDPEパイプに使用される場合は、 「アルカテン」または「ポリエチレン」と呼ばれることもあります。^[1]密度に対する強度比が高いHDPEは、ペットボトル、耐腐食性パイプ、ジオメンブレン、プラスチック製木材の製造に使用されます。HDPEは一般的にリサイクルされ、樹脂識別コードとして「2」が付けられています。

2008年、世界のHDPE市場は3,000万トン以上の規模に達しました。^[2]

HDPE は、高い強度対密度比で知られています。^[4] HDPE の密度は 930 ～ 970 kg/m ³です。^{[5] HDPE の密度は}低密度ポリエチレンよりもわずかに高いだけですが、HDPE は分岐がほとんどないため、LDPE よりも分子間力と引張強度が強くなります（38 MPa 対 21 MPa）。^[6]強度の差は密度の差を上回り、HDPE の方が比強度が高くなります。^[7]また、より硬く不透明で、やや高い温度（短時間であれば 120 °C/248 °F）に耐えることができます。高密度ポリエチレンは、ポリプロピレンとは異なり、通常必要なオートクレーブ処理の条件には耐えられません。分岐がないようにするには、触媒（例：チーグラー・ナッタ触媒）と反応条件を適切に選択する必要があります。

HDPE はさまざまな溶剤に対して耐性があり、接着が非常に難しいため、接合は通常溶接によって行われます。

HDPE の物理的特性は、特定のサンプルを製造するために使用される成形プロセスによって異なる場合があります。ある程度、特定のプロセスでこれらの特性を識別するために採用されている国際標準化された試験方法が決定要因となります。たとえば、回転成形では、サンプルの環境応力亀裂耐性を識別するために、ノッチ付き定常引張荷重試験(NCTL) が使用されます。^[8]

これらの望ましい特性により、HDPEで作られたパイプは飲料水^[9]や廃水（雨水や下水）に最適です。^[10]

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  HDPE繊維はロープに紡ぐことができる
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  使い捨てスーツ、不織布 HDPE 生地
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  ハウスラップ
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  プラスチック製の郵送用封筒
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  フレキシブルHDPEパイプ
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  メキシコの雨水排水プロジェクトにおける波形 HDPE パイプの設置
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  モノブロックチェア
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  ボトルケース
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  おもちゃと遊具
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  透明なプラスチックバッグ（写真）はLDPE製。持ち手付きのインフレーションフィルム製ショッピングバッグは現在HDPE製。
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  HDPEは油に強い丈夫なボトルを作るのに使われます。透明ボトルは通常、ポリエチレンテレフタレートなどの他のプラスチックで作られています。
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  ミルクジャグ
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  HDPEジェリカンは燃料の芳香成分による軟化や膨張に耐性があります。
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  HDPE 建設用玄関マットのローラー

HDPE にはさまざまな用途があります。他のポリマーの特性に該当する用途の場合、HDPE を使用すると経済的であることがほとんどです。

HDPE は、米国の衛生埋立地のセルライナーにも使用されます。そこでは、固形廃棄 物の液体成分による土壌や地下水の汚染を防ぐ目的で、大きな HDPE シートを押し出し溶接またはウェッジ溶接して均質な耐薬品性バリアを形成します。

HDPE は、より耐久性があり安全であるため、花火業界では迫撃砲にスチールやPVCチューブよりも好まれています。HDPE は、他の材料のように粉々になって破片になるのではなく、故障時に裂けたり裂けたりする傾向があります。

ブロー成形で製造される牛乳瓶、水差し、その他の中空製品は HDPE の最も重要な用途分野であり、世界の生産量の 3 分の 1 にあたる 800 万トン以上を占めています。

とりわけ、2005年にHDPE製の飲料ボトルが初めて輸入された中国は、生活水準の向上の結果として、硬質HDPE包装の市場が拡大しています。インドやその他の人口密度の高い新興国では、インフラの拡張にHDPE製のパイプやケーブル絶縁体の導入が含まれています。^{[2]この素材は、PVCや}ポリカーボネート関連のビスフェノールA（BPA）によって引き起こされる可能性のある健康および環境問題、およびガラス、金属、段ボールに対する利点 に関する議論の恩恵を受けています。

エチレンからのHDPEの工業生産は、チーグラー・ナッタ重合法またはフィリップススラリー法のいずれかによって行われます。チーグラー・ナッタ法では、四塩化チタンを含む触媒の組み合わせをエチレンガスと接触させて高密度ポリエチレンを沈殿させます。^[17]同様に、フィリップススラリー法では、シリカベースの触媒を高速移動する炭化水素とポリエチレンのスラリーと接触させて高密度ポリエチレンを沈殿させます。^[18]

処理によってHDPEの特性が決まります。HDPEのミクロ構造は変化するため、HDPEの合成方法は非常に重要です。フィリップススラリー法では、チーグラー法よりも分岐が少なく分子量の正確なHDPEが得られますが、チーグラー法では、生産されるポリエチレンの種類に関してより柔軟性があります。^[18]

HDPEの分子量はポリエチレン鎖の長さを指し、柔軟性、降伏強度、融点などの特性を決定するのに役立ちます。沈殿物が形成された後、処理中の温度、圧力、冷却時間によって結晶化度が決まり、結晶化度が高いほど剛性と耐薬品性が向上します。^[19]用途に応じて、方法と処理手順を調整して理想的な結果を得ることができます。

HDPEが合成されると、市販製品に使用できるようになります。HDPE製品の工業生産方法には、玩具などの複雑な形状の射出成形があります。押し出し成形は、パイプやフィルムなどの一定形状の製品に使用されます。ブロー成形は、特にボトルやビニール袋などの中空製品を対象としています。回転成形は、ケミカルドラムやカヤックなどの大型で継ぎ目のない部品に使用されます。^[19]処理中に使用される方法は製品の要件によって異なり、それぞれが特定の用途に対して利点を持っています。