2021/05/25
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ポリプロピレン(PP)とポリエチレン(PE)が、世界で最も生産されているプラスチックであることをご存知でしょうか?PPやPEから作られる製品はあまりにも身近であるため、私たちは誰もが毎日何度もそれらに接しています。本記事では、NIR分光法が製造サイクルのさまざまな段階でPPおよびPE分析の効率をどのように改善できるかについて解説します。しかしその前に、PPとPEについての背景情報を少し押さえておきましょう。
ポリエチレンには、多くの異なる種類があります:
ポリプロピレンとポリエチレン、どちらが優れているのでしょうか?それはすべて用途次第です!どのような目的で使用されるのでしょうか?両ポリマーとも「汎用プラスチック」とみなされています。これらは、幅広い用途で大量に使用されるプラスチックです。
それぞれの特性のいくつかを比較してみましょう。
| ポリプロピレン(PP) | ポリエチレン(PE) |
| 化学的特性 | |
半結晶性 (ポリプロピレンバッグ)
| 半結晶性 (ポリプロピレンバッグ)
|
| 電気的特性 | |
| 高い静電気の蓄積、不良な絶縁性 | 低い静電気の蓄積、良好な絶縁性 |
| 融点 | |
| 130–171 °C | 115–135 °C |
| 化学式 | |
| (C3H6)n | (C2H4)n |
| 用途 | |
| 繊維、フィルム、キャップ、ヒンジ、合成紙 | ビニール袋、ボトル、食品容器、パレット、遮水シート、プラスチック製フィルム、木箱など |
| 密度 | |
0.855 g/cm3 非晶質 0.946 g/cm3 結晶質 | 0.88–0.96 g/cm3 |
| 相対コスト | |
| 低 | 中 |
近赤外分光法(NIRS)は、30年以上にわたり、PP/PE産業における迅速かつ信頼性の高い品質管理の確立された方法です。それにもかかわらず、多くの製造業者は依然として、自社のQA/QC実験室におけるNIRSの導入を一貫して検討していません。応用可能性に関する経験の不足、または新しい方法の導入に対する一般的な躊躇が、この背景にある理由の一部です。
QA/QCにNIR分光法を使用することの利点は数多くあります。NIRSの大きな利点の一つは、サンプル前処理なしで、わずか30秒で複数のパラメータを決定できることです!物理的および化学的なサンプル特性の両方の影響を受ける、NIRSが使用する非侵襲的な光と物質の相互作用は、これらのポリマーをはじめとする多くの材料における複数の重要な品質パラメータの決定に適した方法となっています。
本記事の残りの部分では、まずPEおよびPPの用途について簡単な概要を示した後、ASTM E1655-17のNIRS導入ガイドラインに従って開発された、PEおよびPP向けの利用可能なターンキーソリューションについて説明します。
PEおよびPPの製造中、品質を保証するため、特定のパラメータをチェックすることが重要です。これらのパラメータには、PEの種類を分類するための密度、強度や耐溶剤性などの特定の特性を高めるための共重合体レベル、そしてPPが意図した形状に成形できることを確認するためのメルトフローレートが含まれます。
PEおよびPPのNIRS分析における最も関連性の高い応用例を表2に示します。
表2. PEおよびPP向けNIRS使用に関する利用可能なアプリケーションノート
| ポリマー | パラメータ | 関連するNIRSアプリケーションノート |
|---|---|---|
| ポリエチレン(HDPE/LDPE) | 識別、密度、メルトフローインデックス、共重合体レベル | |
| ポリプロピレン(PP) | 識別、メルトフローインデックス、添加剤 |
図2は、プラスチック生産業者からプラスチックコンパウンド業者、プラスチック加工業者を経て、プラスチック部品製造業者に至る個々の製造工程を示しています。近赤外実験室用装置が使用できる最初の工程は、PEやPPなどの純粋なポリマーが製造され、その純度を確認する必要がある段階です。NIRSは、ポリマーがさらなる加工に使用される中間製品にコンパウンドされる次の工程においても、非常に有用な技術です。
MetrohmはPEおよびPPの分析について豊富な専門知識を有しており、DS2500 Polymer Analyzerという形でターンキーソリューションを提供しています。この装置は、PEおよびPP中の複数の品質パラメータを決定するための、すぐに使用可能なソリューションです。
ポリプロピレン顆粒のメルトフローレートは、PPを意図した形状に成形できるようにするために測定すべき重要なパラメータです。ケモメトリクスソフトウェアで作成されたこのモデルは、実際の製品スペクトルの大規模な収集に基づいており、ASTM E1655 赤外多変量定量分析のための標準指針に準拠して開発されています。このトピックについて詳しくは、下記ホワイトペーパーをご覧ください。
ホワイトペーパー:近赤外分光法:ASTM E1655に準拠した定量分析
PP向けの事前校正について詳しくは、パンフレットおよび専用ウェブページをご覧ください。
レオロジー試験を行わない、PPのメルトフローレートの非破壊決定のためのこのターンキーソリューションの結果を、図4に示します。
本ソリューションは、NIR分光法がポリプロピレンサンプル中のMFR分析にとって実現可能であることを実証しています。標準的な手順(ASTM D1238)には、サンプルの充填、予熱、洗浄など、相当な作業が必要です。サンプル前処理や薬品を必要とせず、Vis-NIR分光法により、1分未満でMFRの分析が可能になります。
この手順について詳しくは、下記アプリケーションノートをご覧ください。
本記事は、ポリプロピレンおよびポリエチレンの分析にとって理想的なQCツールとしてのNIR分光法の使用について詳しく解説したものです。本シリーズの他の記事は、以下のトピックに焦点を当てています:
ラマンや近赤外(NIR)分光法などの高度な技術は、迅速かつ非破壊的な分析を提供することでQCを強化します。これらの分光技術が製造・QCプロセスをどのように最適化できるかについて、包括的な電子書籍でご紹介しています。ポリマー分析においてNIRおよびラマン分光法の可能性を最大限に引き出すため、ぜひ電子書籍をご覧ください。
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