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ポリオレフィンは、一般式 (CH 2 CHR) nで表されるポリマーの一種で、R はアルキル基です。これらは通常、少数の単純なオレフィン (アルケン) から誘導されます。商業的に主流なのは、ポリエチレンとポリプロピレンです。より特殊なポリオレフィンには、ポリイソブチレンやポリメチルペンテンがあります。これらはすべて無色または白色の油または固体です。さまざまなブテン異性体の混合物から誘導されるポリブテンなど、多くの共重合体が知られています。各ポリオレフィンの名前は、それが製造されたオレフィンを示しています。たとえば、ポリエチレンはエチレンから誘導され、ポリメチルペンテンは4-メチル-1-ペンテンから誘導されます。ポリオレフィン自体はオレフィンではありません。これは、各オレフィンモノマーの二重結合がポリマーを形成するために開かれるためです。ブタジエンやイソプレンなどの二重結合を 1 つ以上持つモノマーは、二重結合を含むポリマー (ポリブタジエンやポリイソプレン) を生成し、通常はポリオレフィンとは見なされません。ポリオレフィンは多くの化学産業の基盤となっている。[1]
工業用ポリオレフィン
ほとんどのポリオレフィンは、モノマーを金属含有触媒で処理することによって製造されます。この反応は、非常に発熱的です。
伝統的には、チーグラー・ナッタ触媒が使用されています。ノーベル賞受賞者のカール・チーグラーとジュリオ・ナッタにちなんで名付けられたこれらの触媒は、トリエチルアルミニウムなどの有機アルミニウム化合物で塩化チタンを処理することによって製造されます。場合によっては、触媒は不溶性であり、スラリーとして使用されます。ポリエチレンの場合、クロムを含むフィリップス触媒がよく使用されます。 カミンスキー触媒は、ポリマーの立体規則性を変更するために体系的に変更できる別の触媒ファミリーであり、特にポリプロピレンに適用されます。
- 熱可塑性ポリオレフィン
- 低密度ポリエチレン（LDPE）、
- 直鎖状低密度ポリエチレン（LLDPE）、
- 超低密度ポリエチレン（VLDPE）、
- 超低密度ポリエチレン（ULDPE）、
- 中密度ポリエチレン（MDPE）、
- ポリプロピレン（PP）、
- ポリメチルペンテン（PMP）、
- ポリブテン-1（PB-1）;
- エチレン-オクテン共重合体、
- ステレオブロックPP、
- オレフィンブロック共重合体、
- プロピレン-ブタン共重合体;
- ポリオレフィンエラストマー（POE）
- ポリイソブチレン（PIB）、
- ポリ(α-オレフィン)、
- エチレンプロピレンゴム（EPR）、
- エチレンプロピレンジエンモノマー（Mクラス）ゴム（EPDMゴム）。
プロパティ
ポリオレフィンの特性は、液体状から硬質固体までの範囲で、主に分子量と結晶化度によって決まります。ポリオレフィンの結晶化度は、0% (液体状) から 60% 以上 (硬質プラスチック) の範囲です。結晶化度は主に、重合中に確立されたポリマーの結晶化可能なシーケンスの長さによって決まります。[2]例としては、エチレンの重合中に1-ヘキセンや1-オクテンなどのコモノマーを少量追加すること、[3]またはアイソタクチックプロピレンの重合中に不規則な挿入 (「立体」または「位置」欠陥) が時々起こることが挙げられます。[4]ポリマーが高度に結晶化する能力は、欠陥の含有量が増えるにつれて低下します。
結晶度が低い（0～20％）場合は、液体から弾性体のような特性を示します。結晶度が中程度（20～50％）の場合は延性のある熱可塑性プラスチック、結晶度が50％を超える場合は硬くて脆いプラスチックになります。[5]
ポリオレフィン表面は耐薬品性に優れ、一般的な溶剤の影響を受けないため、溶剤溶接では効果的に接合されません。ポリオレフィンは本質的に表面エネルギーが非常に低く、濡れ性（樹脂で覆われ満たされるプロセス）があまりありません。表面処理後に接着結合することができ、一部の瞬間接着剤（シアノアクリレート）や反応性（メタ）アクリレート接着剤でも結合できます。[6]化学的に極めて不活性ですが、低温および高温では強度が低下します。[7]このため、熱溶接が一般的な接合技術です。
実用的または商業的に重要なポリオレフィンは、ほとんどすべてポリアルファオレフィン（またはポリαオレフィン、ポリアルファオレフィン、PAOと略されることもある）であり、アルファオレフィンを重合して作られるポリマーである。アルファオレフィン（またはα-オレフィン）は、炭素-炭素二重結合がα炭素原子から始まるアルケンであり、つまり二重結合は分子内の#1炭素と#2炭素の間にある。1-ヘキセンなどのアルファオレフィンは、アルキル分岐ポリマー（下記の化学構造を参照）を生成するためのコモノマーとして使用されることがあるが、1-デセンは潤滑油ベースストックに最も一般的に使用されている。[8]
多くのポリアルファオレフィンは、ポリマー主鎖の炭素ごとに柔軟なアルキル分岐基を持っています。これらのアルキル基は、さまざまな立体配座を形成することができ、ポリマー分子が整然と並んで整列することを非常に困難にします。その結果、分子間の接触表面積が減少し、分子間の相互作用が減少します。[9]そのため、多くのポリアルファオレフィンは結晶化または固化しやすくなく、低温でも油状の粘性液体のままです。[10]低分子量ポリアルファオレフィンは、自動車用の合成モーターオイルなどの合成潤滑剤として有用であり、広い温度範囲で使用できます。[8] [10]
少量のα-オレフィン（1-ヘキセン、1-オクテンなど）と共重合したポリエチレン でさえ、分岐のない単純な直鎖高密度ポリエチレンよりも柔軟性があります。[7]ポリプロピレンポリマーのメチル分岐基は、一般的な市販のポリプロピレンをポリエチレンよりも柔軟にするには長さが足りません。
用途
- ポリエチレン：
- ポリプロピレン：射出成形、繊維、フィルム。ポリエチレンと比較すると、ポリプロピレンは硬いですが、破損しにくいです。密度は低いですが、耐薬品性は優れています。[11]
- 合成ベースオイル（最も多く使用されている）：工業用および自動車用潤滑油。[12]
ポリオレフィンは、玩具などのブロー成形部品や回転成形部品に使用され、[13]電子機器の接続部を機械的および電気的に保護するために使用される熱収縮チューブに使用され、 [13]ラッシュガードやウェットスーツの下着にも使用されています。[要出典]
ポリオレフィンシートやフォームは、さまざまな包装用途に使用されており、時には食品と直接接触することもあります。[14]
ポリオレフィンエラストマーPOEは、セルフスキンフットウェア（クロックスシューズなど）、シートクッション、アームレスト、スパ枕などの製造など、成形フレキシブルフォーム技術の主成分として使用されています。水素化ポリアルファオレフィン（PAO）はレーダー冷却剤として使用されています。ヘッドはポリオレフィンテニスラケットストリングを製造しています。ポリオレフィンは、製薬業界や医療業界でHEPAフィルター認証にも使用されています。PAOエアロゾルをフィルターに通し、排出される空気をエアロゾル検出器で測定します。[15]
エラストオレフィンは布地に使用される繊維です。[16] IKEAのベターシェルターはポリオレフィンフォームで作られた構造パネルを使用しており、「丈夫で耐久性があります」と述べています。[17]水、化学物質、ガスを輸送するための配管システムは、一般的にポリプロピレンで製造され、ポリエチレンがはるかに多く使用されています。高密度ポリエチレン（HDPE、PE100、PE80）の配管システムは、世界中で最も一般的に使用される飲料水、廃水、天然ガスの配管システムになりつつあります。
ポリアルファオレフィンは、一般的に合成炭化水素と呼ばれ、高圧や高温が問題となる往復動型、遠心型、回転スクリュー型コンプレッサーなど、さまざまなタイプの空気圧縮機やタービンに使用されています。これらのベース流体は、主に極端な温度にもかかわらず性能を維持する能力と、鉱油ベース流体に類似しているが、それよりも優れた性能を備えていることから、最も広く使用されている合成油ブレンドです。[18]
ポリプロピレンは、自動車のバンパー、内装トリム、その他の部品によく使用されています[19]。これらの部品には、プラスチックの紫外線安定性を向上させるためにTiO₂が添加されており、長期間日光にさらされても部品が劣化したり変色したりしないようにしています。[20 ]ポリエチレンフィルムは、農業では温室、マルチング、サイレージラップなどに広く使用されています。[21]
リサイクル
誇大宣伝は実際よりも楽観的であるにもかかわらず、ポリオレフィンが普及して以来数十年間、経済的に困難なため、実際のリサイクルは不十分であった。[22]ポリオレフィン廃棄物は、純粋なポリマー、ナフサ、クリーン燃料、モノマーなど、さまざまな製品に変換できる可能性があるが、 [23]ビジネスの世界での現実では、赤字のプロセスが必要とされない範囲に限られる。2020年代には、改良された触媒が開発され、ポリオレフィンの商業的リサイクルを、 PETポリエステルボトルの現状に近い、モノマー回収の循環型経済に近づける可能性がある。[22]
参考文献
- ^ ab Whiteley, Kenneth S.; Heggs, T. Geoffrey; Koch, Hartmut; Mawer, Ralph L.; Immel, Wolfgang (2000). 「ポリオレフィン」。Ullmann 's Encyclopedia of Industrial Chemistry。Weinheim: Wiley-VCH。doi : 10.1002 / 14356007.a21_487。ISBN 978-3527306732。
- ^ 田代、スタイン、シュー、マクロ分子 25 (1992) 1801-1810
- ^ Alizadeh et al.、Macromolecules 32 (1999) 6221-6235
- ^ Bond, Eric Bryan; Spruiell, Joseph E.; Lin, JS (1999 年 11 月 1 日). 「Ziegler-Natta およびメタロセン触媒によるアイソタクチックポリプロピレンの融解挙動に関する WAXD/SAXS/DSC 研究」. Journal of Polymer Science Part B: Polymer Physics . 37 (21): 3050–3064. Bibcode :1999JPoSB..37.3050B. doi :10.1002/(SICI)1099-0488(19991101)37:21<3050::AID-POLB14>3.0.CO;2-L.
- ^ AJ Kinloch、RJ Young、「ポリマーの破壊挙動」、Chapman & Hall、1995年、pp. 338-369。ISBN 0 412 54070 3
- ^ 「ポリオレフィン接着の特性と用途」[1] Master Bond Inc. 2013年6月24日閲覧
- ^ ab James Lindsay White、David D. Choi (2005)。ポリオレフィン：加工、構造開発、および特性。ミュンヘン：Hanser Verlag。ISBN 1569903697。[ページが必要]
- ^ ab RM Mortier、MF Fox、ST Orszulik編 (2010)。潤滑剤の化学と技術（第3版）。オランダ：Springer。ISBN 978-1402086618。[ページが必要]
- ^ 「アルカンの特性」は 2013 年 1 月 7 日にWayback Machineにアーカイブされています。2013 年 6 月 24 日に取得
- ^ ab LR Rudnick および RL Shubkin 編 (1999)。合成潤滑剤と高性能機能性流体(第 2 版)。ニューヨーク: Marcel Dekker。ISBN 0-8247-0194-1。[ページが必要]
- ^ 「PEとPPの比較」。
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- ^ 「HEPA/ULPA クリーンルーム フィルター テスト」。Clean Air Solutions。2012年10 月 15 日閲覧。
- ^ 「Mellior International」。Melliand International Worldwide Textile Journal（第11～12版）。IBP Business Press Publishers：2006年4月。ISSN 0947-9163。
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- ^ Chirayil, Cintil; Joy, Jithin (2015). 「自動車産業におけるポリオレフィン」。AlMa, Al-Ali (編)。ポリオレフィン化合物および材料。Springer, Chem. doi :10.1007/ 978-3-319-25982-6_11。ISBN 978-3-319-25980-2。
- ^ Trento, Chin (2023年12月27日). 「プラスチック産業における二酸化チタンの応用」.スタンフォード先端材料. 2024年9月23日閲覧。
- ^ Wang, Yu-Zhong; Yang, Ke-Ke (2004). 「光生分解性ポリエチレンマルチフィルムの農業への応用と環境分解」。Journal of Polymers and the Environment。12 : 7–10。doi : 10.1023/B:JOOE.0000003122.71316.8e 。
- ^ ab サンダース、ロバート（2024-08-29）、「新しいプロセスでプラスチックの袋やボトルを蒸発させ、ガスを発生させて新しいリサイクルプラスチックを作る」、カリフォルニア大学バークレー校ニュース
- ^ 「何百万トンものプラスチック廃棄物がクリーンな燃料やその他の製品に生まれ変わる可能性がある：化学変換プロセスでポリオレフィン廃棄物を変換できる」ScienceDaily 。 2019年4月18日閲覧。
外部リンク
ウィキメディア・コモンズには、ポリオレフィンに関連するメディアがあります。
- MSDS（化学物質安全データシート）