プラスチック

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ポリマーの合成

プラスチックを製造する最初の段階はモノマーの重合である。すでに説明したように、2つの基本的な重合方法、縮合反応と付加反応がある。これらの重合はさまざまな方法でおこなわれる。工業的にもっとも利用されるのは懸濁重合法で、大量の水にモノマーを分散させて重合をおこなう。懸濁重合法により生成するポリマーは小粒状となる。乳化剤でモノマーを乳化し、乳濁液(エマルション)として重合をおこなう乳化重合法も、しばしばおこなわれる。乳化重合法では粉末状のポリマーがえられる。水によって重合がさまたげられる場合には、モノマーを有機溶媒にとかして重合させる溶液重合法がもちいられる。

2種類のモノマーを反応させる縮合重合の場合、モノマーの反応性が高い場合は、界面重縮合をおこなうことができる。界面重合法では水と有機溶媒のそれぞれに、ことなる官能基をもつモノマーをとかして重合させる。水と有機溶媒は混合することがないので、重合反応は、水と有機溶媒が接する界面でおこなわれ、膜状のポリマーが生成する。生成と同時にポリマーを界面から除去していけば、連続的に重合をおこなうことができる。

モノマーを液体に分散せずに重合させる方法としては、塊状重合法があげられる。塊状重合ではモノマーに重合開始剤をくわえ、加熱して重合をおこす。メタクリル樹脂はこの方法で生産される。また、ポリエチレン製造の一部は、気体のモノマーを重合させる気相重合法でおこなわれる。

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添加剤

プラスチック製品に必要な特性をあたえるために、ポリマーにはさまざまな添加剤がくわえられる。酸素やオゾンによる酸化によってポリマーが劣化するのをふせぐための酸化防止剤や、ポリマーを柔軟にする可塑剤、摩擦をへらす潤滑剤が添加される。ポリマーの多くは無色なので、製品に着色するために顔料が添加され、さらに屋外で使用される製品には、紫外線による劣化をふせぐために紫外線安定剤が添加される。断熱材や梱包材につかわれる発泡スチロールは、ポリスチレンに発泡剤をまぜて製造される。そのほか難燃化剤や静電気防止剤など、製品の用途にしたがってさまざまな添加剤がくわえられる。

多くのプラスチックはコンポジット(複合材料)として製造される。それにはガラス繊維、炭素繊維などの強化材を樹脂マトリックスにくわえる。複合材料は金属に匹敵する強度と安定性をそなえ、金属より軽量である。

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成形と仕上げ

プラスチックの成形を能率よくおこなうためには、一定時間に処理できるポリマーの量を多くし、加熱や冷却を手際よくおこない、製品1個当たりの製造に要する時間を少なくしなければならない。その必要性からプラスチックの成形を連続的におこなうための成形法が、数多く開発されてきた。

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A

押出成形

押出成形は熱可塑性樹脂の成形に広く利用されている方法で、プラスチックを一定の形をしたダイ(金口)や型をとおしておしだし、必要な断面をもつ製品に加工する。たとえばプラスチックパイプはこの方法で製造され、円形のダイを使用すれば、円形の断面をもつパイプができる。押出成形機は円筒形のシリンダーをそなえ、プラスチックはシリンダー内におくられると融解され、ピストンまたはらせん状のスクリューによってダイや型からおしだされる。冷却による固化はその直後におこなわれる。この押出成形機は次にのべる吹込成形や射出成形でも、プラスチックを鋳型におしだす役目をはたす。

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B

吹込成形

吹込成形は、別名ブロー成形ともいい、びん型容器を製造する方法で、最初に押出成形機で管状の成形品(パリソン)をつくる。次に溶融したままのパリソンをびん状の金型にいれ、さらに圧縮空気をパリソンの一端から内部におくる。パリソンは風船のようにふくらみ金型の壁に密着するので、冷却して固化した後にとりだせば、びん状の製品がえられる。