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プラスチックは、主にポリマーから構成される幅広い合成または半合成材料です。その特徴である可塑性により、成形、押出、またはプレス加工によってさまざまな固体形状に加工できます。この適応性に加えて、軽量、耐久性、柔軟性、耐薬品性、低毒性、低コスト生産などの幅広い特性により、世界中で広く使用されています。[ 1 ]ほとんどのプラスチックは天然ガスと石油から生産されていますが、ポリ乳酸などの再生可能な資源から生産されるものも増えています。[ 2 ]
1950年から2017年の間に、推定92億トンのプラスチックが生産され、その半分以上が2004年以降に生産された。2023年だけでも、暫定的な数字によると、世界中で4億トン以上のプラスチックが生産された。[ 3 ]プラスチック需要の世界的な傾向が続けば、2060年までに世界の年間プラスチック生産量は13億トンを超えることが予測されている。[ 3 ]プラスチックの主な用途には、使用量の約40%を占める包装と、使用量の約20%を占める建築と建設がある。[ 1 ]
20世紀初頭以来のプラスチックの成功と普及は、医療機器から軽量建築材料に至るまで、人類に大きな恩恵をもたらしてきた。多くの国の下水処理システムは、ポリ塩化ビニルの弾力性と適応性に依存している。また、プラスチックは自然生態系での分解速度が遅いため、広範な環境問題の根源となっていることも事実である[ 4 ] 。生産されたプラスチックのほとんどは再利用されておらず、そのためマイクロプラスチックの除去が必要である。一部は再利用に適さない。多くは最終的に埋立地やプラスチック汚染として残る。特にマイクロプラスチックが懸念されている。例えば、海洋プラスチック汚染はゴミの塊を作り出す。これまでに廃棄されたすべてのプラスチックのうち、約14%が焼却され、10%未満がリサイクルされている[ 5 ] 。
先進国では、プラスチックの約3分の1が包装に使用され、配管、給排水設備、ビニールサイディングなどの用途で建築物にもほぼ同量が使用されています。[ 6 ]その他の用途としては、自動車（最大20%がプラスチック[ 6 ]）、家具、おもちゃなどがあります。[ 6 ]発展途上国では、プラスチックの用途は異なる場合があり、インドの消費量の42%が包装に使用されています。[ 6 ]世界全体では、1人当たり年間約50kg のプラスチックが生産されており、生産量は10年ごとに倍増しています。
世界初の完全合成プラスチックは、1907年にニューヨークでレオ・ベークランドによって発明されたベークライトであり、ベークランドは「プラスチック」という用語を造語した人物である。[ 7 ] [ 8 ]現在では、ポリエチレンのように製品包装に広く使われているものや、強度と耐久性から建築やパイプに使われているポリ塩化ビニル（PVC）など、数十種類のプラスチックが生産されている。ノーベル賞受賞者で「高分子化学の父」と呼ばれるヘルマン・シュタウディンガーや、「高分子物理学の父」として知られるヘルマン・マークなど、多くの化学者がプラスチックの材料科学に貢献してきた。[ 9 ]
プラスチックという言葉は、古代ギリシャ語のπλαστικός ( plastikos )に由来し、「形を整えたり成形したりできる」という意味で、これはさらにπλαστός ( plastos ) に由来し、「成形された」または「形成された」という意味です。[ 10 ]現代では、プラスチックという言葉は、石油化学製品の製造によって作られる固体の合成製品を指すことが最も一般的です。[ 11 ]
名詞としての「可塑性」は、特にプラスチック製造に使用される材料の変形性を指します。可塑性によって、成形、押出成形、圧縮成形が可能となり、フィルム、繊維、板、チューブ、ボトル、箱など、さまざまな形状に加工できます。材料科学においては、可塑性にはより専門的な定義もあり、固体物質が外部からの力を受けた際に不可逆的に形状が変化する現象を指します。ただし、この定義は本稿の範囲を超えるため、ここでは詳しく説明しません。
ほとんどのプラスチックは有機ポリマーを含んでいます。[ 12 ]これらのポリマーの大部分は、酸素、窒素、または硫黄原子が結合している場合と結合していない場合の両方で、炭素原子の鎖から形成されます。これらの鎖は、モノマーから形成された多数の繰り返し単位から構成されています。各ポリマー鎖は、数千の繰り返し単位から構成されています。主鎖は、多数の繰り返し単位を連結する主要な経路上の鎖の部分です。プラスチックの特性をカスタマイズするために、側鎖と呼ばれるさまざまな分子グループがこの主鎖からぶら下がっています。これらは通常、モノマー自体が連結されてポリマー鎖を形成する前にモノマーに結合します。これらの側鎖の構造は、ポリマーの特性に影響を与えます。
プラスチックは通常、ポリマーの主鎖と側鎖の化学構造によって分類されます。このように分類される重要なグループには、アクリル、ポリエステル、シリコーン、ポリウレタン、ハロゲン化プラスチックなどがあります。プラスチックは、縮合、付加重合、架橋などの合成に使用される化学プロセスによって分類することもできます。[ 13 ]また、硬度、密度、引張強度、耐熱性、ガラス転移温度などの物理的特性によって分類することもできます。さらに、プラスチックは、有機溶剤、酸化、電離放射線への曝露など、さまざまな物質やプロセスに対する耐性や反応によって分類することもできます。[ 14 ]プラスチックの他の分類は、特定の目的のための製造または製品設計に関連する特性に基づいています。例としては、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂、導電性ポリマー、生分解性プラスチック、エンジニアリングプラスチック、エラストマーなどがあります。
プラスチックの重要な分類の一つは、製造に用いられる化学プロセスが可逆的であるか否かという点である。
熱可塑性樹脂は加熱しても組成に化学変化を起こさないため、繰り返し成形することができる。例としては、ポリエチレン（PE）、ポリプロピレン（PP）、ポリスチレン（PS）、ポリ塩化ビニル（PVC）などが挙げられる。[ 15 ]
熱硬化性ポリマー（熱硬化性樹脂とも呼ばれる）は、一度だけ溶融して形を整えることができ、固化すると固体のままで、その形状を永久に保持します。[ 16 ]再加熱すると、熱硬化性樹脂は溶融するのではなく分解します。熱硬化性樹脂の例としては、エポキシ樹脂、ポリイミド、ベークライトなどがあります。ゴムの加硫はこのプロセスの例です。硫黄の存在下で加熱する前は、天然ゴム（ポリイソプレン）は粘着性のあるやや流動性のある物質ですが、加硫後は乾燥して硬くなります。
汎用プラスチックまたは汎用ポリマーは、包装、食品容器、家庭用品などの用途向けに大量生産されるプラスチックであり、使い捨て製品と耐久消費財の両方が含まれます。エンジニアリングプラスチックとは対照的に、汎用プラスチックは製造コストが安く、機械的特性が比較的弱い傾向があります。広く使用されている汎用プラスチックには、ポリエチレン（PE）、ポリプロピレン（PP）、ポリスチレン（PS）、ポリ塩化ビニル（PVC）、ポリメタクリル酸メチル（PMMA）、ポリエチレンテレフタレート（PET）などがあります。汎用プラスチックから作られる製品には、使い捨て皿、使い捨てカップ、写真テープと磁気テープ、衣類、再利用可能なバッグ、医療用トレイ、種まきトレイなどがあります。[ 17 ]
世界のプラスチック生産量の約80%は汎用プラスチックであり、これは主に低コストで製造が容易なことから選ばれるタイプのプラスチックです。これらのプラスチックは大量生産され、包装材、食品容器、使い捨て製品などに広く使用されています。ほとんどの汎用プラスチックは、 ASTM Internationalが開発した標準化された番号システムである樹脂識別コード（RIC）によって識別できます。
ポリエチレンテレフタレート（PETまたはPETE）
高密度ポリエチレン（HDPEまたはPE-HD）
ポリ塩化ビニル（PVCまたはV）
低密度ポリエチレン（LDPEまたはPE-LD）、
ポリプロピレン（PP）
ポリスチレン（PS）上記に挙げた最も広く認知されている6種類以外にも、ポリウレタン（PUR）など、大量生産され一般的に使用されている汎用プラスチックが数多く存在します。PURは、低コスト、製造の容易さ、汎用性の高さから、汎用プラスチックに分類されるプラスチックの一種です。しかし、発泡体や接着剤など、化学的に多様な配合物を含むため、RIC（参照識別コード）は存在しません。
包装は汎用プラスチックの最大の用途であり、2015年だけでも1億4600万トン（世界生産量の36%）が消費されました。しかし、包装以外にも、これらのプラスチックは農業、建設、消費財、医療など、さまざまな分野で重要な役割を果たしています。
耐久性や生分解性への耐性など、多くの特性は様々な用途で望ましいものの、深刻な環境問題を引き起こしている。推定では、年間800万～1200万トンのプラスチックが海洋に流入しており、その主な原因は不適切な包装廃棄物である。この汚染の大部分は汎用プラスチックによるもので、リサイクル率は依然として低い（例えば、世界全体のプラスチックの約9%しかリサイクルされていない）。これらのプラスチックの分解によって生じるマイクロプラスチックは、生態系や人間の健康をさらに脅かしている。
残りの約20％は、強度、耐熱性、耐薬品性などの優れた特性を持つエンジニアリングプラスチックや高性能プラスチックです。これらのプラスチックは高価で、普及率も低く、より特殊な用途で使用されることが多いです。
エンジニアリングプラスチックはより頑丈で、自動車部品、建築・建設資材、一部の機械部品などの製品の製造に使用されます。場合によっては、ポリマーの混合物からなるポリマーブレンドです。[ 1 ]エンジニアリングプラスチックは自動車の金属を置き換えることができ、重量を軽減し、燃費を6～8%向上させることができます。現代の自動車の体積の約50%はプラスチックでできていますが、これは車両重量のわずか12～17%にすぎません。[ 21 ]
高性能プラスチックは、汎用プラスチックやエンジニアリングプラスチックに比べて優れた特性を示すポリマーの一種です。これらのプラスチックは、302°F (150°C) を超える高温に耐えることができ、化学腐食や劣化に対する耐性が高く、優れた機械的特性と電気的特性を持ち、軽量で汎用性があります。[ 1 ]
多くのプラスチックは非晶質であり、高度に秩序だった分子構造を持たない。[ 23 ]結晶性プラスチックは、高密度ポリエチレン（HDPE）、ポリブチレンテレフタレート（PBT）、ポリエーテルエーテルケトン（PEEK）のように、より規則的に間隔を置いた原子のパターンを示す。しかし、一部のプラスチックは分子構造が部分的に非晶質で部分的に結晶性であり、融点と1つ以上のガラス転移（局所的な分子の柔軟性が大幅に増加する温度）の両方を持つ。これらのいわゆる半結晶性プラスチックには、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、ポリアミド（ナイロン）、ポリエステル、および一部のポリウレタンが含まれる。
導電性ポリマーには、多くの学術的関心を集めた特定の種類のポリアセチレンが含まれる。[ 24 ]このような材料では、80キロジーメンス/センチメートル（kS/cm）もの高い導電率が達成されているが、その値は銅（60 MS/cm）の値とは比較にならない。[ 25 ]実用的な導電性プラスチックとしては、ポリ（3,4-エチレンジオキシチオフェン）ポリスチレンスルホン酸塩がある。[ 1 ]
生分解性プラスチックは、使用後に分解（崩壊）するように設計されたプラスチックです。最も一般的な材料はポリ乳酸（PLA）で、非石油化学由来の再生可能な材料から作られているという魅力があります。PLAは商業的に限定的な成功しか収めていません。[ 1 ]日光、紫外線、水分、細菌、昆虫、酵素、風による摩耗などの生物学的要因にさらされると、分解します。
ほとんどのプラスチックは石油化学製品から製造されるが、バイオプラスチックはセルロースやデンプンなどの再生可能な植物材料から主に作られる。[ 26 ]化石燃料の埋蔵量の有限性と、主にこれらの燃料の燃焼によって引き起こされる温室効果ガスの増加の両方により、バイオプラスチックの開発は成長分野となっている。 [ 27 ] [ 28 ]バイオベースプラスチックの世界的生産能力は年間32万7000トンと推定されている。これに対し、世界最大の石油化学由来ポリオレフィンであるポリエチレン（PE）とポリプロピレン（PP）の世界的生産量は、2015年には1億5000万トン以上と推定されている。[ 29 ]
プラスチック産業は、プラスチック製品の世界的な生産、配合、加工、販売を包含する。必要な石油化学原料の大部分は中東とロシアで生産されているが、プラスチックの生産は世界の東西地域に集中している。プラスチック産業は膨大な数の企業から成り、いくつかのセクターに分類できる。
1950年から2017年の間に、推定92億トンのプラスチックが生産され、その半分以上が2004年以降に生産された。1950年代のプラスチック産業の誕生以来、世界の生産量は飛躍的に増加し、2021年には年間4億トンに達した。これは2015年の3億8100万トン（添加剤を除く）から増加している。[ 5 ] [ 18 ] 1950年代以降、包装、建築・建設、その他の分野でプラスチックの使用が急速に増加した。[ 5 ]プラスチック需要に関する世界的な傾向が続けば、2050年までに世界の年間プラスチック生産量は年間11億トンを超えると推定されている。[ 5 ]
プラスチックは、化学工場で原料（モノマー）の重合によって製造されます。原料はほぼ常に石油化学製品です。こうした施設は通常大規模で、広大な配管網が張り巡らされており、見た目は石油精製所に似ています。こうした工場の規模の大きさは、規模の経済性を活用することを可能にします。しかしながら、プラスチック生産は特に独占されているわけではなく、約100社が世界生産量の90%を占めています。[ 30 ]これには、民間企業と国有企業が混在しています。生産量の約半分は東アジアで行われており、中国が最大の単一生産国です。主要な国際生産国には以下が含まれます。
歴史的に、世界のプラスチック生産はヨーロッパと北米が支配的でした。しかし、2010 年以降、アジアが重要な生産国として台頭し、 2020 年には中国がプラスチック樹脂生産全体の 31% を占めるようになりました。[ 31 ]プラスチック生産量の地域差は、ユーザー需要、化石燃料原料の価格、石油化学産業への投資によって生じます。たとえば、2010 年以降、 原材料の低価格に刺激されて、米国では新しいプラスチックおよび化学プラントに 2,000 億米ドル以上が投資されています。欧州連合(EU) でも、プラスチック産業に多額の投資が行われており、160 万人以上が雇用され、年間売上高は 3,600 億ユーロを超えています。2016 年、中国には 15,000 社以上のプラスチック製造会社があり、3,660 億米ドル以上の収益を上げていました。[ 5 ]
2017年、世界のプラスチック市場は熱可塑性樹脂（溶融して再成形できるポリマー）が支配的でした。熱可塑性樹脂には、ポリエチレン（PE）、ポリエチレンテレフタレート（PET）、ポリプロピレン（PP）、ポリ塩化ビニル（PVC）、ポリスチレン（PS）、合成繊維が含まれ、これらを合わせると全プラスチックの86%を占めます。[ 5 ]
プラスチックは純粋な未加工物質として販売されるのではなく、様々な化学物質やその他の材料と混合されます。これらの添加剤には、安定剤、可塑剤、染料などがあり、最終製品の寿命、加工性、外観を向上させることを目的としています。場合によっては、2種類のポリマーを組み合わせて、高耐衝撃性ポリスチレンなどのポリマーブレンドを形成することもあります。大企業は製造前に自社で配合を行う場合もありますが、一部の製造業者は第三者に委託しています。この作業を専門とする企業は、コンパウンダーと呼ばれます。
熱硬化性プラスチックの配合は比較的簡単です。なぜなら、最終形状に硬化するまで液体の状態を保つからです。一方、ほとんどの製品に使用されている熱軟化性材料の場合、添加剤を混合するためにプラスチックを溶融させる必要があります。そのためには、150～320 ℃（300～610 °F）まで加熱する必要があります。溶融したプラスチックは粘性が高く、層流となるため、混合が困難です。したがって、配合は押出成形装置を用いて行われます。押出成形装置は、適切な分散状態を得るために必要な熱と混合を提供できるからです。
ほとんどの添加剤の濃度は通常かなり低いですが、マスターバッチ製品を作るために高濃度で添加することも可能です。マスターバッチ製品に含まれる添加剤は濃縮されていますが、ホスト樹脂中に適切に分散されています。マスターバッチ顆粒は安価なバルクポリマーと混合でき、加工中に添加剤を放出して均質な最終製品が得られます。これは、完全に配合された材料を扱うよりもコスト効率が高く、特に着色によく用いられます。
コンバーター（プロセッサーとも呼ばれる）とは、樹脂、ペレット、フィルムなどの原材料から完成したプラスチック製品を製造する企業または専門業者である。
熱硬化性材料の場合、プラスチックは最初は液体状であるため、硬化させて固体製品にする必要があるという点で、プロセスは若干異なりますが、装置の多くは概ね同様です。
最も一般的に生産されているプラスチック消費財には、LDPE製の包装（例：袋、容器、食品包装フィルム）、HDPE製の容器（例：牛乳瓶、シャンプーボトル、アイスクリーム容器）、PET製の容器（例：水やその他の飲料用のボトル）などがあります。これらの製品を合わせると、世界のプラスチック使用量の約36%を占めます。これらの製品のほとんど（例：使い捨てカップ、皿、カトラリー、テイクアウト容器、レジ袋）は短期間しか使用されず、多くは1日未満です。建築・建設、繊維、輸送、電気機器におけるプラスチックの使用も、プラスチック市場のかなりの部分を占めています。これらの用途で使用されるプラスチック製品は、一般的に寿命が長く、約5年（例：繊維、電気機器）から20年以上（例：建築資材、産業機械）まで、幅広い期間使用されることがあります。[ 5 ]
プラスチックの消費量は国や地域によって異なり、ほとんどの人の生活に何らかの形でプラスチックが浸透している。北米（北米自由貿易協定またはNAFTA地域）は世界のプラスチック消費量の21%を占め、中国（20%）と西ヨーロッパ（18%）がそれに続く。北米とヨーロッパでは、一人当たりのプラスチック消費量が多い（それぞれ94kg と 85kg/人/年）。中国では一人当たりの消費量は少ない（58kg /人/年）が、人口が多いため全国的には消費量が多い。[ 5 ]
プラスチックの最大の用途は包装材料ですが、建設（パイプ、雨どい、ドア、窓）、繊維（伸縮性のある生地、フリース）、消費財（おもちゃ、食器、歯ブラシ）、輸送（ヘッドライト、バンパー、ボディパネル、サイドミラー） 、電子機器（電話、コンピューター、テレビ）、機械部品など、その他幅広い分野で使用されています。[ 18 ]光学分野では、プラスチックは非球面レンズの製造に使用されます。[ 33 ]
添加剤とは、プラスチックの性能や外観を向上させるためにプラスチックに混ぜられる化学物質のことです。[ 34 ] [ 35 ]したがって、添加剤はプラスチックが広く使用されている理由の1つです。[ 36 ]プラスチックはポリマーの鎖で構成されています。プラスチック添加剤としてさまざまな化学物質が使用されています。無作為に選ばれたプラスチック製品には、通常約20種類の添加剤が含まれています。添加剤の種類と濃度は、通常製品には表示されていません。[ 5 ]
EUでは、400種類以上の添加剤が大量に使用されています。[ 37 ] [ 5 ]世界市場分析では、5,500種類の添加剤が見つかりました。[ 38 ]少なくとも、すべてのプラスチックには、ポリマーの劣化を起こさずに溶融加工（成形）できるポリマー安定剤が含まれています。衛生配管に広く使用されているポリ塩化ビニル（PVC）の添加剤は、総量の最大80%を占めることがあります。[ 5 ]純粋なプラスチック（ベアフット樹脂）はめったに販売されていません。
添加剤はポリマーに弱く結合しているか、ポリマーマトリックス内で反応している可能性があります。添加剤はプラスチックに混合されますが、化学的にはプラスチックとは別物であり、通常の使用中、埋立地、または環境への不適切な廃棄後に徐々に溶出する可能性があります。 [ 39 ]添加剤は、より無害またはより毒性のある他の化合物に分解する可能性もあります。プラスチックがマイクロプラスチックやナノプラスチックに断片化すると、化学添加剤が使用場所から遠く離れた環境中に移動する可能性があります。放出されると、一部の添加剤や誘導体は環境中に残留し、生物に生物濃縮される可能性があります。これらは人間の健康と生物相に悪影響を及ぼす可能性があります。米国環境保護庁（US EPA）による最近のレビューでは、プラスチック包装に関連する可能性のある3,377の化学物質と、おそらく関連する906の化学物質のうち、68がECHAによって「人間の健康への危険性が最も高い」とランク付けされ、68が「環境への危険性が最も高い」とランク付けされたことが明らかになりました。[ 5 ]
添加剤はプラスチックの特性を変化させるため、リサイクルの際に考慮する必要があります。現在、リサイクルのほぼすべては、使用済みプラスチックを単純に再溶解して新しい製品に加工することによって行われています。添加剤は除去が困難なため、リサイクル製品にリスクをもたらします。プラスチック製品がリサイクルされると、添加剤が新しい製品に組み込まれる可能性が非常に高くなります。プラスチック廃棄物は、すべて同じポリマータイプであっても、さまざまな種類と量の添加剤を含んでいます。これらを混合すると、特性が不均一な材料になり、産業界にとって好ましくない場合があります。たとえば、異なる色のプラスチックと異なるプラスチック着色剤を混合すると、変色または茶色の材料が生成される可能性があり、このため、プラスチックは通常、リサイクル前にポリマーの種類と色の両方で分別されます。[ 5 ]
バリューチェーン全体にわたる透明性と報告の欠如は、最終製品の化学プロファイルに関する知識の欠如につながることが多い。たとえば、臭素系難燃剤を含む製品が新しいプラスチック製品に組み込まれている。難燃剤は、電子機器や電気機器、繊維、家具、建築材料に使用される化学物質のグループであり、食品包装や育児用品には含まれてはならない。最近の研究では、臭素系難燃剤を含むリサイクルプラスチック電子廃棄物から作られたおもちゃに、意図しない汚染物質として臭素化ダイオキシンが見つかった。臭素化ダイオキシンは、塩素化ダイオキシンと同様の毒性を示すことがわかっている。これらは、発達に悪影響を及ぼし、神経系に悪影響を及ぼし、内分泌系のメカニズムを妨害する可能性がある。[ 5 ]
プラスチックが普及した理由の一つは、比較的無害であることにある。分子量が大きいため不溶性または消化されにくく、急性毒性は低い。また、分解生成物も毒性を持つことはほとんどない。一方、分子量の低い添加物については、同じことは言えない。
プラスチックに関連する論争は、多くの場合、添加物に関連しており、その中には潜在的に有害なものもあります。[ 40 ] [ 41 ] [ 34 ]例えば、オクタブロモジフェニルエーテルやペンタブロモジフェニルエーテルなどの難燃剤は、食品包装には適していません。その他の有害な添加物には、以前はプラスチック製造に使用されていたカドミウム、クロム、鉛、水銀（水銀に関する水俣条約で規制されている）などがあり、多くの管轄区域で禁止されています。しかし、これらは食品用を含む一部のプラスチック包装に依然として日常的に含まれています。
廃棄物を焼却する場合、特に多くの発展途上国で一般的なように、焼却が制御されていない場合や低技術の焼却炉で行われる場合は、添加物も問題となる可能性があります。不完全燃焼は、酸性ガスや灰などの有害物質の排出を引き起こす可能性があり、灰にはダイオキシンなどの残留性有機汚染物質（POPs）が含まれている可能性があります。[ 5 ]
人間や環境に有害とみなされる添加物の多くは国際的に規制されています。残留性有機汚染物質に関するストックホルム条約は、環境中に長期間残留し、地理的に広く分布し、人間や野生生物の脂肪組織に蓄積し、人間の健康や環境に有害な影響を与える化学物質から人間の健康と環境を保護するための世界的な条約です。[ 5 ]プラスチック製の哺乳瓶へのビスフェノールA （BPA）の使用は世界の多くの地域で禁止されていますが、一部の低所得国では制限されていません。[ 5 ]
2023年、プラスチック廃棄物の摂取によって引き起こされる新たな病気であるプラスチシスが海鳥で発見されました。この病気にかかった鳥は、消化管に瘢痕や炎症が見られ、食物を消化する能力が損なわれることがわかっています。 [ 42 ]「鳥が小さなプラスチック片を摂取すると、消化管に炎症が起こることがわかりました。時間の経過とともに、持続的な炎症により組織が瘢痕化して変形し、消化、成長、生存に影響を及ぼします。」[ 43 ]
プラスチック自体は、水に不溶性で分子量が大きいため、毒性が低い。生化学的に不活性である。プラスチック製品に含まれる添加剤の方が問題となる場合がある。[ 45 ]例えば、アジピン酸塩やフタル酸エステルなどの可塑剤は、 PVCのような脆いプラスチックに柔軟性を持たせるためによく添加される。これらの化合物の痕跡が製品から溶出することがある。このような溶出物の影響への懸念から、EUはDEHP（ジ-2-エチルヘキシルフタレート）やその他のフタル酸エステルの使用を一部の用途で制限しており、米国は消費者製品安全改善法によって、子供のおもちゃや育児用品におけるDEHP、 DPB、BBP、DINP、DIDP、DnOPの使用を制限している。[ 46 ]プラスチック製のボトルや食品包装を使用すると、たとえ包装を電子レンジで加熱しても、人間に癌を引き起こすというのは迷信である。[ 47 ]
アルキルフェノールは環境汚染を引き起こす可能性がある。[ 41 ]
完成したプラスチックは無毒かもしれませんが、その原料となるポリマーの製造に使用されるモノマーは有毒である可能性があります。場合によっては、適切な処理を行わないと、これらの化学物質のごく少量が製品中に残ってしまうことがあります。例えば、世界保健機関の国際がん研究機関（IARC）は、PVCの前駆体である塩化ビニルをヒト発がん性物質として認定しています。 [ 46 ]
プラスチック製品の中には、エストロゲン様活性を持つ化学物質に分解するものがあります。[ 48 ]ポリカーボネートの主成分であるビスフェノールA（BPA）は、エストロゲン様内分泌かく乱物質であり、食品に溶出する可能性があります。[ 46 ] Environmental Health Perspectives誌に掲載された研究では、ブリキ缶、歯科用シーラント、ポリカーボネートボトルの内張りから溶出したBPAが、実験動物の子孫の体重を増加させる可能性があることが示されています。[ 49 ]より最近の動物実験では、低レベルのBPAへの曝露でもインスリン抵抗性が生じ、炎症や心臓病につながる可能性があることが示唆されています。[ 50 ] 2010年1月現在、ロサンゼルス・タイムズ紙は、米国食品医薬品局（FDA）が BPAと癌との関連性の兆候を調査するために3,000万ドルを費やしていると報じています。[ 51 ] PVCをベースとしたプラスチックラップに含まれるビス（2-エチルヘキシル）アジペートも懸念されており、新車の匂いに含まれる揮発性有機化合物も同様です。 EUは玩具へのフタル酸エステルの使用を永久に禁止している。2009年には、米国政府がプラスチックによく使われる特定の種類のフタル酸エステルを禁止した。[ 52 ]
過去1世紀に発生したプラスチック廃棄物の量については、推定値にばらつきがある。ある推定では、1950年代以降、10億トンのプラスチック廃棄物が廃棄されたとされている。 [ 53 ]他の推定では、人間のプラスチックの累積生産量は83億トンで、そのうち63億トンが廃棄物であり、リサイクルされているのはわずか9%であるとされている。[ 54 ]
この廃棄物は、ポリマー樹脂が81%、ポリマー繊維が13%、添加剤が32%で構成されていると推定されています。2018年には3億4300万トンを超えるプラスチック廃棄物が発生し、その90%は使用済みプラスチック廃棄物（産業、農業、商業、都市のプラスチック廃棄物）でした。残りは樹脂生産やプラスチック製品の製造から発生する使用前廃棄物（例えば、色、硬度、加工特性が不適切であるために廃棄された材料）でした。[ 5 ]
オーシャン・コンサーバンシーは、中国、インドネシア、フィリピン、タイ、ベトナムが他のすべての国を合わせたよりも多くのプラスチックを海に投棄していると報告した。[ 55 ]長江、インダス川、黄河、海河、ナイル川、ガンジス川、珠江、アムール川、ニジェール川、メコン川は「世界の[プラスチック]負荷の88%から95%を海に運んでいる」。[ 56 ] [ 57 ]
食物連鎖におけるプラスチック、特にマイクロプラスチックの存在は増加している。1960年代には海鳥の腸内でマイクロプラスチックが観察され、それ以来、その濃度は増加している。[ 58 ]食物連鎖におけるプラスチックの長期的な影響は十分に理解されていない。2009年には、現代の廃棄物の10%がプラスチックであると推定されたが、[ 59 ]推定値は地域によって異なる。[ 58 ]一方、海洋域のゴミの50%から80%はプラスチックである。[ 58 ]プラスチックは農業でよく使用される。土壌中のプラスチックの量は海洋中のプラスチックよりも多い。環境中のプラスチックの存在は、生態系と人間の健康に害を及ぼす。[ 60 ]
環境への影響に関する研究は、通常、廃棄段階に焦点を当ててきました。しかし、プラスチックの生産もまた、環境、健康、社会経済に大きな影響を与えています。[ 61 ]
モントリオール議定書以前は、CFCはポリスチレンというプラスチックの製造に広く使用されており、その製造はオゾン層の破壊の一因となっていた。
プラスチックの環境への影響を最小限に抑えるための取り組みには、プラスチックの生産と使用量の削減、廃棄物およびリサイクル政策、持続可能な包装材など、プラスチックの代替品の積極的な開発と導入などが含まれる。
マイクロプラスチックは、「規則的または不規則な形状で、サイズが 1 μm から 5 mm の範囲にある、水に不溶性の合成固体粒子状物質またはポリマーマトリックス」です。[ 62 ]マイクロプラスチックは、化粧品、衣類、建設、改修、食品包装、工業プロセスなど、さまざまな発生源から自然生態系に入り込むことで汚染を引き起こします。しかし、プラスチック汚染の影響を軽減するのに役立つさまざまなマイクロプラスチック修復戦略があります。
マイクロプラスチックという用語は、より大きな非微細なプラスチック廃棄物と区別するために使用されます。現在、マイクロプラスチックには 2 つの分類が認識されています。一次マイクロプラスチックには、環境に入る前にすでに 5.0 mm 以下の大きさになっているプラスチックの破片または粒子が含まれます。これには、衣類からのマイクロファイバー、マイクロビーズ、プラスチックグリッター[ 63 ]、およびプラスチックペレット(ナードルとも呼ばれる) が含まれます。[ 64 ] [ 65 ] [ 66 ]二次マイクロプラスチックは、環境に入った後に自然の風化プロセスによってより大きなプラスチック製品が分解 (崩壊) することによって発生します。二次マイクロプラスチックの発生源には、水やソーダのボトル、漁網、ビニール袋、電子レンジ容器、ティーバッグ、タイヤの摩耗などがあります。[ 67 ] [ 66 ] [ 68 ] [ 69 ]
どちらのタイプも、特に水生および海洋生態系において高濃度で環境中に残留することが知られており、水質汚染とみなされている。[ 70 ] 2050年までに、海中のマイクロプラスチックの重量が魚の重量を上回ると推定されている。[ 71 ]
マイクロプラスチックは、大気中や陸上の生態系にも蓄積する。大気中のマイクロプラスチックは、室内や屋外だけでなく、大気中でも検出されている。
プラスチックの中には分解に時間がかかるものもあるため（多くの場合、数百年から数千年かかる）、[ 72 ] [ 73 ]マイクロプラスチックは多くの生物の体内や組織に摂取、取り込まれ、蓄積される可能性が高い。 [ 74 ] [ 75 ]陸上生態系では、マイクロプラスチックが土壌生態系の生存能力を低下させることが実証されている。[ 76 ] [ 77 ]
マイクロプラスチックは、化学的風化プロセス、機械的分解、さらには動物の消化プロセスによって、より小さなナノプラスチックに分解される可能性が高い。ナノプラスチックはマイクロプラスチックの一種で、1 μm (1 マイクロメートル、または 1000 nm) より小さい。ナノプラスチックは人間の目には見えない。[ 78 ]
プラスチックはさまざまなプロセスで分解しますが、その中で最も重要なのは加水分解と光酸化です。化学構造がポリマーの運命を決定します。したがって、分解経路は主要なポリマーの種類に応じて評価できます。体積で、ポリオレフィン（ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン）、ポリ塩化ビニル、ポリエチレンテレフタレート（PET）です。[ 79 ]一般的に、ポリマーの分解性は官能基（エステル、アミド）の存在と相関しています。官能基を持たないポリオレフィンは、特にポリエチレンは非常にゆっくりと分解します。ポリエチレンの場合、分解はアルケン基などのポリマー鎖内の欠陥の反応に起因します。[ 80 ]ポリエステルであるPETは、エステル加水分解や光酸化を含む複数の経路で比較的速く分解します。他の主要なポリマーは400℃以上で安定していますが、PVCは300℃未満で分解します。このプロセスには塩化水素（HCl）の損失が伴います。発生したHClはPVCの分解を触媒するため、PVCに添加剤を混合することでHClを捕捉することに多くの努力が注がれている。
プラスチックを分解できる微生物種は知られているが、依然として興味深い存在である。[ 81 ] [ 82 ] [ 83 ] [ 84 ] [ 85 ] [ 86 ] [ 87 ]
フェノールホルムアルデヒド（一般にベークライトとして知られる）は、白色腐朽菌P. chrysosporiumによって分解される。[ 88 ]
プラスチックのリサイクルとは、プラスチック廃棄物を他の製品に加工することです。 [ 89 ] [ 90 ] [ 91 ]リサイクルは、埋立地への依存を減らし、資源を節約し、プラスチック汚染や温室効果ガスの排出から環境を保護することができます。[ 92 ] [ 93 ] [ 94 ]リサイクル率は、アルミニウム、ガラス、紙などの他の回収可能な材料に比べて遅れています。プラスチックの生産開始から2015年までに、世界では約63億トンのプラスチック廃棄物が生産されましたが、そのうちリサイクルされたのはわずか9%で、複数回リサイクルされたのは約1%だけです。[ 95 ]残りの廃棄物のうち、12%は焼却され、79%は埋立地に送られるか、汚染物質として環境に放出されました。[ 95 ]
ほぼすべてのプラスチックは生分解性ではなく、リサイクルされないと環境中に拡散し[ 96 ] [ 97 ] 、プラスチック汚染を引き起こします。例えば、2015年時点で、年間約800万トンの廃プラスチックが海洋に流入し、海洋生態系を破壊し、海洋ゴミの塊を形成しています。[ 98 ]
現在、プラスチックのリサイクルのほとんどは機械的で、プラスチックを溶かして他の製品に再成形する工程が含まれています。この工程では分子レベルでポリマーの劣化が起こる可能性があり、処理前に廃棄物を色とポリマーの種類ごとに分別する必要がありますが、これは複雑で費用がかかる場合が多いです。エラーが発生すると、特性が不均一な材料になり、産業界にとって魅力のないものになります。[ 99 ]機械的リサイクルではろ過によってマイクロプラスチックの放出は減少しますが、最も効率的なろ過システムでも、廃水へのマイクロプラスチックの放出を防ぐことはできません。[ 100 ] [ 101 ]
原料リサイクルでは、廃プラスチックは出発原料の化学物質に変換され、そこから新しいプラスチックが作られます。これには、より高いエネルギーと設備投資コストがかかります。あるいは、プラスチックはエネルギー回収施設で化石燃料の代わりに燃やしたり、生化学的に産業用の他の有用な化学物質に変換したりすることもできます。[ 102 ]一部の国では、特に埋立処分削減政策が実施されている地域では、焼却がプラスチック廃棄物処理の主流となっています。
プラスチックのリサイクルは廃棄物階層では低い位置づけであり、廃棄物の削減とプラスチックの再利用の方が環境の持続可能性にとってより好ましい長期的な解決策である。プラスチックのリサイクルは1970年代初頭から奨励されてきたが[ 103 ]、経済的および技術的な課題のため、1980年代後半までプラスチック廃棄物の管理に大きな影響を与えることはなかった。
酸素のない状態で500℃（932°F）以上に加熱（熱分解）することで、プラスチックはより単純な炭化水素に分解され、新しいプラスチックの製造原料として使用できます。[ 104 ]これらの炭化水素は燃料としても使用できます。[ 105 ]
経済協力開発機構によると、プラスチックは2019年に18億トンの二酸化炭素（CO2 ）に相当する温室効果ガスを大気中に放出し、これは世界の排出量の3.4%に相当する。[ 106 ] 2060年までに、プラスチックは年間43億トンの温室効果ガスを排出する可能性があるとされている。地球温暖化に対するプラスチックの影響は一様ではない。プラスチックは一般的に化石ガスまたは石油から作られるため、化石ガスまたは石油の生産時に、プラスチックの生産によってメタンの漏洩排出がさらに発生する。さらに、プラスチック生産に使用されるエネルギーの多くは持続可能なエネルギーではない。例えば、化石ガスの燃焼による高温などである。しかし、プラスチックはメタン排出を抑制することもできる。例えば、食品廃棄物を減らすための包装などである。[ 107 ]
2024年の研究では、ガラスやアルミニウムと比較して、プラスチックは実際には環境への悪影響が少なく、そのためほとんどの食品包装やその他の一般的な用途に最適な選択肢となる可能性があることがわかりました。[ 108 ]この研究では、「ほとんどの場合、プラスチックを代替品に置き換えると温室効果ガスの排出量が悪化する」ことがわかりました。また、ヨーロッパの研究者が参加した研究では、「プラスチック製品の16の用途のうち15は、代替品よりも温室効果ガスの排出量が少ない」ことがわかりました。[ 108 ]
2025年には、歴史上初めて、ほぼすべての国がリサイクルだけでなくプラスチック生産の削減についても議論しました。これは気候変動問題の解決策の不可欠な部分と考えることができます。なぜなら、国連と米国ローレンス・バークレー国立研究所によると、プラスチックは排出量の3～5％を占めており、2060年までに3倍になる可能性があるからです。その理由の1つは、プラスチックの燃焼によって黒色炭素が放出され、その地球温暖化係数はCO2の最大5,000倍にもなることです。[ 109 ]
原油からプラスチックを製造するには、7.9～13.7 kWh/lb のエネルギーが必要です（米国の発電所の平均効率 35% を考慮）。現代の電子機器用のシリコンや半導体を製造するには、さらに多くのエネルギーが必要です。シリコンの場合は 29.2～29.8 kWh/lb、半導体の場合は約 381 kWh/lb です。[ 110 ]これは、他の多くの材料を製造するのに必要なエネルギーよりもはるかに高いです。たとえば、鉄（鉄鉱石から）を製造するには 2.5～3.2 kWh/lb のエネルギーが必要です。ガラス（砂などから）は 2.3～4.4 kWh/lb、鋼（鉄から）は 2.5～6.4 kWh/lb、紙（木材から）は 3.2～6.4 kWh/lb のエネルギーが必要です。[ 111 ]
プラスチックを非常に高い温度で急速に燃焼させると、ダイオキシンやフランなどの多くの有毒成分が分解されます。この方法は、都市ごみ焼却で広く使用されています。都市ごみ焼却炉では、通常、排ガスを処理して汚染物質をさらに減らしますが、これは、プラスチックの制御されていない焼却によって発がん性のあるポリ塩化ジベンゾ-p-ジオキシンが生成されるため必要です。[ 112 ]プラスチックの野外燃焼はより低い温度で行われ、通常、このような有毒ガスを放出します。
欧州連合では、都市ごみ焼却は産業排出指令[ 113 ]によって規制されており、最低850℃の温度を 少なくとも2秒間維持することが規定されている[ 114 ] 。
細菌Blaptica dubiaは、市販のポリスチレンの分解を助けるとされている。この生分解は、ゴキブリの腸内に生息するプラスチック分解細菌で起こるようである。生分解生成物は、ゴキブリの糞からも見つかっている。[ 115 ]
プラスチックの開発は、天然の可塑性材料（ガムやシェラックなど）の使用から、それらの材料の化学的修飾（天然ゴム、セルロース、コラーゲン、乳タンパク質など）の使用、そして最終的には完全に合成されたプラスチック（ベークライト、エポキシ、PVCなど）へと進化しました。初期のプラスチックは、卵や血液タンパク質などの生物由来の材料であり、これらは有機ポリマーです。紀元前1600年頃、メソアメリカ人は天然ゴムをボール、バンド、置物に使用しました。[ 6 ]中世には、処理された牛の角がランタンの窓として使用されました。角の特性を模倣した材料は、乳タンパク質を苛性ソーダで処理することによって開発されました。19世紀には、産業革命中に化学が発展し、多くの材料が報告されました。プラスチックの開発は、 1839年にチャールズ・グッドイヤーが天然ゴムを硬化させる加硫を発見したことで加速しました。
1855年にアレクサンダー・パークスによって発明され、翌年に特許を取得したパーケシン[ 116 ]は、最初の人工プラスチックと考えられています。これは、セルロース（植物細胞壁の主成分）を溶剤として硝酸で処理して製造されました。このプロセスで得られた生成物（一般に硝酸セルロースまたはピロキシリンとして知られる）はアルコールに溶解し、加熱すると成形可能な透明で弾力性のある材料に硬化しました[ 117 ] 。顔料を製品に混ぜることで、象牙に似せることができました。パーケシンは1862年のロンドン国際博覧会で発表され、パークスは銅メダルを獲得しました[ 118 ] 。
1893年、フランスの化学者オーギュスト・トリラは、ホルムアルデヒドに浸すことでカゼイン（乳タンパク質）を不溶化する方法を発見し、ガラリスとして販売される材料を製造した。[ 119 ] 1897年、ドイツのハノーバーの大量印刷機の所有者ヴィルヘルム・クリシェは、黒板の代替品を開発するよう依頼された。[ 119 ]結果として得られたカゼインから作られた角のようなプラスチックは、オーストリアの化学者（フリードリヒ）アドルフ・シュピッテラー（1846-1940）との協力で開発された。当初の目的には適さなかったが、他の用途が発見された。[ 119 ]
世界初の完全合成プラスチックは、1907年にニューヨークでレオ・ベークランドによって発明されたベークライトでした[ 7 ]。ベークランドは「プラスチック」という用語を造語しました[ 8 ]。ノーベル賞受賞者で「高分子化学の父」と呼ばれるヘルマン・シュタウディンガーや、「高分子物理学の父」として知られるヘルマン・マークなど、多くの化学者がプラスチックの材料科学に貢献してきました[ 9 ]。第一次世界大戦後、化学の進歩により新しい形態のプラスチックが爆発的に増加し、1940年代と1950年代に大量生産が始まりました[ 59 ] 。新しいポリマーの波の初期の例としては、ポリスチレン（1930年代にBASFによって初めて生産された） [ 6 ]とポリ塩化ビニル（1872年に初めて作られたが、商業生産は1920年代後半）がありました。[ 6 ] 1923年、Durite Plastics, Inc.はフェノールフルフラール樹脂の最初の製造業者となった。[ 120 ] 1933年、ポリエチレンはImperial Chemical Industries (ICI)の研究者であるReginald GibsonとEric Fawcettによって発見された。[ 6 ]
ポリエチレンテレフタレート（PETE）の発見は、 1941年に英国のカリコ印刷協会の従業員によるものとされています。米国ではデュポン社、その他の地域ではICI社にライセンス供与され、多くの状況でガラスの代替として適した数少ないプラスチックの1つとして、ヨーロッパでボトルに広く使用されるようになりました。[ 6 ] 1954年にポリプロピレンがジュリオ・ナッタによって発見され、1957年に製造が開始されました。[ 6 ]また、1954年には、ダウ・ケミカル社によって発泡ポリスチレン（建築用断熱材、包装、カップなどに使用）が発明されました。[ 6 ] 1960年代以降、ポリカーボネートとHDPEの登場によりプラスチック生産が急増し、さまざまな製品に広く使用されるようになりました。[ 121 ] 1980年代と1990年代には、環境への影響を軽減するために、プラスチックのリサイクルと生分解性プラスチックの開発が盛んになりました。[ 122 ] [ 123 ] 2000年から現在まで、再生可能な資源からのバイオプラスチックとマイクロプラスチックへの意識の高まりにより、プラスチック汚染を抑制するための広範な研究と政策が推進されてきた。[ 124 ]
プラスチック汚染に関する世界条約の策定作業が現在進行中である。2022年3月2日、国連加盟国は再開された第5回国連環境総会（UNEA-5.2）において、プラスチックに関する法的拘束力のある国際協定を推進する権限を有する政府間交渉委員会（INC）の設立を決議した。 [ 125 ]この決議は「プラスチック汚染を終わらせる：法的拘束力のある国際文書に向けて」と題されている。この権限では、INCは2022年末までに作業を開始し、「2024年末までに法的拘束力のある世界協定の草案を完成させる」ことを目標としていると規定されている。[ 126 ]
可塑性のあるという意味でのプラスチック
{{cite journal}}: CS1メンテナンス: DOIは2026年1月現在非アクティブです（リンク）{{cite journal}}: CS1メンテナンス: DOIは2026年1月現在非アクティブです（リンク）オーシャン・コンサーバンシーの2017年の報告書によると、中国、インドネシア、フィリピン、タイ、ベトナムは、世界の他の国々を合わせたよりも多くのプラスチックを海に投棄している。
海洋へ輸送している。
世界の海洋に到達するプラスチックの約90％は、長江、インダス川、黄河、海江、ナイル川、ガンジス川、珠江、アムール川、ニジェール川、メコン川（この順）というたった10の川から流れ出ていることが判明した。
この記事には、パブリックドメインにあるこの情報源からのテキストが含まれています。{{cite book}}: CS1メンテナンス: DOIは2025年7月現在非アクティブです（リンク）
この記事は、無料コンテンツ作品のテキストを組み込んでいます。ライセンスはCC BY-SA 3.0 IGO （ライセンスステートメント／許可）です。テキストは、国連環境計画の「プラスチックに溺れる – 海洋ごみとプラスチック廃棄物の重要グラフィック」から引用されています。