ポリエチレンは、世界においても、日本においても、最も生産量・消費量の多い高分子材料です。4-1で述べたように高分子は繰り返し単位から成っています。ポリエチレンの繰り返し単位は　－CH2－で、メチレン基と呼ばれる簡単な構造です。構造から名前をつけるとポリメチレンです。しかし原料となるモノマーがエチレンCH2=CH2なので原料からの名称であるポリエチレンが一般に使われています。

ポリエチレンは、製法、成分、高分子鎖の形、性質によって図のように大きく４つに分けられます。高圧法低密度ポリエチレンLDPE、エチレン・酢酸ビニル樹脂EVA、中低圧法高密度ポリエチレンHDPE、直鎖状低密度ポリエチレンL-LDPEです。高分子名は長いので略号がよく使われます。以後略号を使って説明します。

LDPEは1930年代にイギリスで発明されたポリエチレンです。高周波絶縁性に優れた高分子なので、第二次世界大戦中には絶縁材料としてレーダーの実用化に貢献しました。1000～4000気圧、温度200～280℃の条件で、酸素や過酸化物を重合開始剤にして、原料のエチレンを無触媒で重合して製造します。超高圧設備なので多額の設備費が必要な上に、エチレンを高圧に圧縮するために運転費も高くなります。しかし、他の高分子に比べて原料費が安いので安価な高分子材料になります。分子の形は図に示すように大きな枝分かれがあるので、ポリエチレンの中では結晶性が低く、柔らかで比較的透明性の高い性質を持ちます。密度が0.92g/cm3前後と、5-2で述べるポリプロピレンに次ぐ軽量です。一般包装袋、ゴミ袋、肥料袋、コメ袋、農業用マルチフィルム（地面に敷く黒いフィルム、保湿、保温、雑草防止）などに大量に使われます。またマヨネーズ容器のような柔らかなボトル、食品容器などをピッタリ閉められる柔らかい半透明のフタ、水撒き用ホースなどにも使われています。電気絶縁性の良さを生かして高圧電線ケーブルの絶縁材料にも使われます。

EVAは、エチレンと酢酸ビニルを原料モノマーとして、LDPE設備で製造されます。酢酸ビニルが加わることにより、LDPEよりさらに結晶性が低下し、透明性、柔軟性が高まった材料になります。また接着性に優れているので、多層フィルム、ホットメルト接着剤に使われます。架橋発泡させたEVAは、サンダルなどの履物類、包装用緩衝材などに使われます。

低圧法HDPEは1950年代にドイツで発明されたポリエチレンです。原料はLDPEと同じくエチレンですが、製造条件は1気圧～数気圧、温度70℃前後と、LDPEに比べてはるかに温和です。これは、チーグラー触媒やメタロセン触媒のような触媒を使うためです。一方、中圧法HDPEは1950年代にアメリカで発明されたポリエチレンです。酸化クロムや酸化モリブデンを触媒とし、数十気圧、150～250℃の条件でエチレンを重合させてつくられます。低圧法も中圧法も、得られるポリエチレンは類似の性質を持ったHDPEで、分子の形が枝分かれのない直線状なので結晶化しやすく、LDPEに比べて硬く、強くなりますが、透明性は劣ります。密度が0.96g/cm3前後とLDPEより少し高くなるので、高密度ポリエチレンと呼んでいます。しかし、高密度とは言っても高分子材料の中では最も軽量の部類に属します。

このように同じポリエチレンでもLDPEとHDPEは性質が異なるので、用途が棲み分けられています。HDPEはボトル（シャンプー容器、液体洗剤容器など）、石油缶、自動車用ガソリンタンクなど、比較的硬い中空製品によく使われるほか、玩具、日用雑貨、台所用品、容器、コンテナなどにも広く使われます。さらにフィルムとしては、スーパーのレジ袋のような強度の高い極薄フィルムに使われ、また結晶性の高さを生かして繊維、フラットヤーン（これの織物がレジャーシートやブルーシート）にも使われています。

L-LDPEは、設備費、運転費が安いHDPE設備でつくられるLDPEに似た性質を持つポリエチレンです。図に示すようにエチレンから成る主鎖に小さな枝がたくさん付いた分子の形をしています。エチレンの分子構造はCH2＝CH2ですが、これにブテン-1 CH2=CH-CH2CH3を一緒に重合（共重合と言います）させると、主鎖に-CH2CH3の小枝が生えます。小枝によって結晶性が低下し、LDPEに似た性質を示すようになります。小枝をつくるモノマーには次の図に示すように数種類あります。この小枝をつくるモノマーの価格は、エチレンに比べて高く、しかもLDPEに似た性質を発現させるには、それなりの量を入れなければならないので、その分だけコスト高になります。しかし、高圧法LDPEに比べて設備費、運転費の大きなメリットがあることから、最近の世界の新設プラントではL-LDPEがもっぱら建設され、高圧法LDPEを新設することは非常に少なくなりました。

ポリエチレンには、今までに紹介した4種類の他にも、次の図に示すような様々な特殊なものがあります。ポリエチレンは簡単な分子構造をしていますが、意外に奥が深い高分子材料なのです。

『化学製品・高分子製品の基礎講座』の目次