化学製品・高分子製品の基礎講座
5-4 ポリ塩化ビニル
ポリ塩化ビニルは塩化ビニルを主成分とするプラスチックです。塩化ビニル単独のポリマーが圧倒的に多くを占めますが、加工性や性能などを改善することを目的に酢酸ビニルやアクリロニトリルと共重合させたコポリマーも少量つくられています。ポリ塩化ビニルは密度が1.4g/㎤で、ポリプロピレンやポリエチレンとは逆に最も重いプラスチックです。ポリスチレンと同様に側鎖に塩素基という大きな官能基が付いているため結晶性でなく透明な硬いプラスチックです。ガラス転移点が70~80℃、融点が約170℃ですが、70℃程度で軟化し120~150℃程度で成形可能です。190℃以上では分解して塩化水素を発生しやすいので成形温度には注意が必要です。ポリエチレンやポリスチレンに比べて射出成形がやや難しく、成形加工法としては押出成形やカレンダー加工、積層成形が良く使われます。またペースト状にして塗布加工する方法も他のプラスチックにはない成形加工法です。ポリ塩化ビニルは熱ばかりでなく光によっても塩化水素を発生して分解し、黄変などの着色を起こしやすいので、金属石けんなどの安定剤を成形加工する前に少量加えます。そのような処理をしたポリ塩化ビニル成形加工品は耐候性に優れたプラスチック製品になります。
ポリ塩化ビニルは硬質品と軟質品の二通りの使われ方をします。プラスチックの中では珍しい使われ方ですが、これによってポリ塩化ビニルは非常に広い用途を持っています。

硬質品はポリ塩化ビニルをそのまま成形加工する使い方です。ポリ塩化ビニルの硬く、耐薬品性、耐候性に優れた性能を活用してパイプ・継ぎ手(上水配管、下水配管、排気管)、建材(樋、平板、波板、結露の少ない窓サッシなど)に広く使われます。ポリ塩化ビニルは塩素を含むためにプラスチックの中では燃えにくい部類に属すので建材に適しています。まったく一般の人の目につくことがない重要な用途として、ダムやトンネルなど大型コンクリート構造物に埋め込まれる止水板があります。また、以前はボトルやたまごパックなどにもよく使われましたが、最近はPET樹脂にこれら用途を奪われました。硬質品は硬い半面もろい欠点があります。これを補うために耐衝撃性付与剤としてMBS樹脂(MMA、ブタジエン、スチレンのコポリマー)や塩素化ポリエチレンなどを5~10%加えることもしばしば行われます。
軟質品はポリ塩化ビニル100部に対して可塑剤を40~100部加えて製造します。可塑剤は4-3で紹介していますが、高分子を溶解する高沸点の溶剤です。フタル酸エステル(DOPやDIDP)がもっとも多く使われますが、脂肪酸エステル(アジピン酸エステル、セバチン酸エステル)は食品用や耐寒用に、また難燃用にはリン酸エステル(TCP、TOP)が使われます。軟質品は高分子が可塑剤に溶解した状態なので成形加工しやすく、軟らかな製品ができあがります。代表的な軟質成形品は農業用ハウスに使われる透明なフィルムです。もっと薄いフィルムはラップフィルムとしてスーパーで大量に使われています。ポリエチレンラップフィルムに比較すると密着性、耐熱性に優れています。家庭ではポリ塩化ビニリデン製ラップフィルムが多く使われています。ポリ塩化ビニリデンの方が、ポリ塩化ビニルよりも密着性、耐熱性、酸素や水蒸気の透過しにくさに優れています。しかし、ポリ塩化ビニリデンはポリ塩化ビニルに比べて高価なのでスーパーなどの業務用には圧倒的にポリ塩化ビニルのラップフィルムが使われています。そのほか軟質塩化ビニルは遮水シートのような土木用途から文具・玩具・医療など幅広い用途に使われています。
軟質品には他の材料を被覆した成形加工品も多くあります。金属を被覆したものとしては電線被覆や塩ビ鋼板があります。また、織布や不織布、紙などを被覆したものとしては合成皮革(ソファー、かばん、靴、ベルト、衣服など)、ターポリン(防水布)・養生シート、ホース、床材、壁紙などがあります。
このようにポリ塩化ビニルは非常に幅広い用途を持っています。2016年にで需要を産業別に整理しますと建築・土木や工場設備の用途が圧倒的に大きく占めていることが分かります。ポリ塩化ビニルは、以前はごみ焼却場で塩化水素や塩素を発生し、さらにダイオキシンを生み出す厄介者の扱いを受け、消費者団体などから目の敵にされたことがあります。現在ではごみ焼却場の燃焼方法の改善や廃ガス処理装置の整備によってそのようなことはなくなりました。ポリ塩化ビニルは使い捨て用途よりも、長く使われる用途が圧倒的に大きく、私たちの生活を支えている縁の下の力持ちのプラスチックなのです。

『化学製品・高分子製品の基礎講座』の目次
第1章 化学製品を理解するための基本
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1-1化学製品の構成モノタロウで販売している製品を化学の目から理解するための基礎講座です。
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1-2化学物質の名前化学製品の成分、すなわち化学物質の名前はカタカナが並んで訳がわからないと思っておられる方が多いと思います。
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1-3酸とアルカリ酸とアルカリは小学校、中学校、高校の理科で習っており、何を今さらと思われるかもしれません。
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1-4無機薬品の特徴と種類人工のものも含めると元素は110以上知られており、このうち安定に存在できる最大の元素は原子番号82、質量数208の鉛です。
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1-5有機薬品とモノマー医薬品、化粧品、洗剤、プラスチック製品など、私たちの身の回りにある化学製品の多くは有機化合物です。
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1-6有機溶剤の用途と種類有機溶剤の用途を表に整理して示します。まず化学物質を溶解するという、字義通りの用途自体にも様々な使い方がある上に、そのほかにも様々な用途があ
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1-7界面活性剤の用途と種類界面とは物質と物質の境のことです。気体と固体、気体と液体の境は、通常は固体や液体の表面と呼んでいますが、界面のひとつです。
第2章 化学製品の利用に当って留意すべき法規制
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2-1化学製品における事故防止関係の法規制化学製品には、燃えやすかったり、有毒であったりと、知らないで使うと危険な物質が使われていることがあります
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2-2有害化学物質の安全規制火を使うことによって人類は他の動物からの攻撃や寒さを防ぐことができるようになったばかりでなく、食生活はもちろん、道具づくりにおいても大きく進歩しました。
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2-3化学物質の効能と安全の両方を求める規制化学物質の安全規制法の中には、化学物質を使用するからには必要とする性能を確保し、なおかつ安全性を厳しく要求するものがあります。医薬品、農薬、肥料などへの規制です。
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2-4環境保全を目指す法規制環境保全対策には、身近な公害対策、ごみ処理、自然環境保護から、地球規模の環境対策まで様々なものがあります。
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2-5化学製品における表示規制商品の購買者に正しい商品情報、しかも最低限必要不可欠な内容を伝えるために、様々な法律によって表示規制が行われています。
第3章 化学製品の基本
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3-1農薬の特徴と分類様々な化学製品について、その製品を理解するための基本知識を説明します。
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3-2化学肥料の特徴と分類田畑では育てた農作物が持ち出されるため、植物に必要な養分の自然循環ができません。
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3-3洗剤の特徴と分類洗剤は、図のように家庭用、業務用、工業用に分けられます。
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3-4塗料の特徴と分類塗料は、ものの表面を覆うことによって表面を保護し、また美観を与える化学製品です。
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3-5接着剤の特徴と分類接着剤は、ものの表面にくっついて、ものとものとを接合させる化学製品です。
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3-6印刷用化学品の特徴と分類ヨーロッパの歴史において中世から近世への開幕の主役は、羅針盤、火薬、紙と印刷でした。
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3-7染料・顔料の特徴と分類染料も顔料も色を付けるために使われる化学製品です。
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3-8試薬の特徴と分類試薬とは文字どおり「試験研究用薬品」のことです。
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3-9殺菌剤・消毒剤・抗菌剤の特徴と分類人間の目に見えない細菌、カビ、ウイルスなどは、食中毒や伝染病などの原因になる可能性があり、その対策は人類にとって長年の課題でした。
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3-10香料・消臭剤・脱臭剤の特徴と分類空気中を漂ってきた化学物質の分子が鼻の奥の嗅粘膜に溶け込んで嗅細胞が電気信号を発し、これが脳に伝達されて「におい」を感じます。
第4章 高分子製品を理解するための基本
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4-1高分子製品の構成高分子は、包装材料、日用品雑貨、衣料などの身の回り品から器具・機械の部品、土木建築材料、さらには漁船・プレジャーボート、航空機本体や翼のような大型製品にまで広く使われています。
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4-2高分子成形加工法多くの高分子製品は、フィルム・袋、繊維、シート、カップ・トレイなどの容器、管、板、部品などに成形加工されて使われます。
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4-3樹脂添加剤4-1で述べたようにプラスチック製品は、高分子だけから成っている訳ではありません。着色するために着色剤が加えられ、また発泡製品をつくるために発泡剤が加えられることは分かりやすい例です。
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4-4ゴム薬品4-5で説明しますが、ゴムの成形加工製品には加熱すると再度溶融するゴムと、加熱してももはや溶融も軟化もしないゴムがあります。
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4-5熱可塑性高分子、熱硬化性高分子すでに4-2で簡単に説明しましたが、高分子には熱可塑性高分子と熱硬化性高分子があります。
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4-6高分子材料に期待される特性第4章の冒頭で述べたように合成高分子が現在のように幅広く使われるようになったのは20世紀後半からです。人類は文明の始まる以前から天然高分子を大量に使ってきました。
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4-7強度金属、セメント、ガラス、セラミックス、木材、高分子製品など様々な材料の力学的性質を比較する場合、強度(つよさ)は最も基本となる指標です。
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4-8耐熱性、耐寒性4-2で説明しましたように高分子は、その熱挙動や分子構造から熱硬化性高分子と熱可塑性高分子に分類できます。
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4-9透明性物質に光が入った時に可視光すべてを吸収して熱に変換する場合には透明になりません。金属が不透明なのはこれに該当します。
第5章 主要な高分子材料の種類と特長
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5-1ポリエチレンポリエチレンは、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。
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5-2ポリプロピレンポリプロピレンPPは、プロピレンCH2=CH-CH3というガス状炭化水素を重合した高分子です。
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5-3スチレン系樹脂スチレン系樹脂はスチレンC6H5-CH=CH2を主成分とするプラスチックです。主要なスチレン系樹脂にはポリスチレン、AS樹脂(SAN)、ABS樹脂があります。
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5-4ポリ塩化ビニルポリ塩化ビニルは塩化ビニルを主成分とするプラスチックです。塩化ビニル単独のポリマーが圧倒的に多くを占めますが、加工性や性能などを改善することを目的に酢酸ビニルやアクリロニトリルと共重合させたコポリマーも少量つくられています。
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5-5PET繊維・樹脂(A-PETも)ポリ塩化ビニルは塩化ビニルを主成分とするプラスチックです。塩化ビニル単独のポリマーが圧倒的に多くを占めますが、加工性や性能などを改善することを目的に酢酸ビニルやアクリロニトリルと共重合させたコポリマーも少量つくられています。
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5-6ナイロン繊維・樹脂ナイロンは1939年に最初の合成繊維としてアメリカのデュポン社によって工業化され、大成功を収めたので、合成繊維の王座をすでにポリエステル繊維に奪われたとは言え、現在でも合成繊維の代名詞になるほど有名です。
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5-7エンジニアリングプラスチック5-1から5-4で説明した汎用プラスチック(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)は耐熱性がおおむね100℃以下であるのに対して、耐熱性が100℃以上で、しかも強度が高い熱可塑性プラスチックをエンジニアリングプラスチックと言います。
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5-8ポリウレタンポリウレタンはウレタン結合-NHCOO-をもつ高分子です。ウレタン結合はイソシアネート(-NCO)という非常に反応性の高い化合物群とアルコール(-OH)の反応によって生成します。
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5-9エポキシ樹脂エポキシ樹脂は、図に示すように高分子の両末端にエポキシ基をもつプレポリマーと硬化剤(ポリアミン、酸無水物、ポリアミドなど)を反応させて生成する網目状の分子構造をもつ熱硬化性高分子です。
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5-10アクリル樹脂(PMMA,アクリル繊維、ポリアクリル酸、ポリアクリル酸エステル)アクリル樹脂と呼ばれる高分子は、図に示す広義のアクリル系ポリマー全体を指すこともありますし、ポリアクリル酸エステルだけ、あるいはメタクリル樹脂だけを指すこともあります。
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5-11フッ素樹脂、ケイ素樹脂(含むシリコーンオイル)フッ素樹脂、ケイ素樹脂はともに1940年代前半に米国で工業化された古い高分子材料です。
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5-12汎用合成ゴムゴムはエラストマー(弾性体)とも呼ばれ、常温で著しく大きな弾性をもつ物質の総称です。
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5-13特殊合成ゴム特殊ゴムは、すべての非ジエン系ゴムとジエン系ゴムのうちブチルゴム(IIR)、ニトリルゴム(NBR)、クロロプレンゴム(CR)が該当します。
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5-14その他の高分子材料(熱可塑性ゴム、スーパーエンプラ、機能性高分子)高分子材料には、今まで紹介した高分子以外にも多数あります。その中で、大くくりして重要なものを最後に3つ紹介します。