ポリエチレンとは？
ポリエチレン（PE）は世界で最も広く使われているプラスチックであるだけでなく、世界のプラスチック生産量の34％を占めている。ポリエチレンはエチレンモノマー（C₂H₄）から作られ、単純な分子構造を持ち、様々な産業で広く使用されている。主に3つのタイプがある：
- 低密度ポリエチレン（LDPE）： 柔軟で半透明。
- 高密度ポリエチレン（HDPE）： 強靭で耐薬品性があり、ミルク缶や燃料タンクに使用される。
- 直鎖状低密度ポリエチレン（LLDPE）：柔軟性と強靭性で知られ、ストレッチフィルムに使用される。
バックストーリー 1933年にインペリアル・ケミカル・インダストリ（ICI）によって発見されたポリエチレンは、包装や製造の方法を瞬く間に変えた。
組成と分子構造
PEの特性は、枝分かれと結晶化度によって決まる：
| タイプ | 分岐 | 結晶化度(%) | アプリケーション |
| LDPE | 高い分岐 | 40–50 | プラスチック・ラップ、チューブ |
| 高密度ポリエチレン | 最小限の分岐 | 70–85 | パイプ、自動車部品 |
| LLDPE | 短い枝 | 50–60 | 農業用フィルム、蓋 |
サイエンス・ディープ・ダイブ
重合法：
- 高圧法（LDPE）： 1,000～3,000気圧でエチレンが重合し、分岐鎖を作る。
- チーグラー・ナッタ触媒（HDPE）： 低圧プロセスにより、より高い引張強度を持つ直鎖が得られる。
ポリエチレン・プラスチックの製造上の安全性
PE製造では、エチレンガスを重合させるために極端な条件が用いられる。安全プロトコルは必須である：
1. エチレンガスの取り扱い
- OSHA PEL：200ppm（百万分の一）、8時間
- 燃焼性範囲：空気中2.7～36％（NFPA基準）。
2. 添加物の安全性：
- 酸化防止剤 Irganox 1010（フェノール系）熱分解性
- 紫外線安定剤： 光安定剤（Chimassorb 944など）は日光による劣化を防ぐ。
ケーススタディ ルイジアナ州の工場では、IoTガスセンサーと自動シャットオフバルブを使用して、エチレンの漏れを75％削減した。
ポリエチレンは食品に安全か？
FDAコンプライアンス：
- HDPE：21 CFR 177.1520に基づき、繰り返し使用するものを含む食品容器に適合。
- LDPE：食品用ラップとして承認されている（21 CFR 177.1520）が、70℃を超える温度は避けること。
食品グレード PE の重要試験：
- 移行試験： 添加物（スリップ剤など）が食品に溶出しないことを確認する。
- 重金属スクリーニング： 鉛（<0.1 ppm）とカドミウム（<0.01 ppm）を制限。
ポリエチレンの健康リスク
PE自体は不活性であるが、添加物や環境悪化によるリスクが生じる：
1. マイクロプラスチック：
- 海洋マイクロプラスチックの23％はPEである
- 摂取は海洋生物の炎症に関連しており、人体への影響は調査中である。
2. 添加物の危険性：
- フタル酸エステル： 食品に接触するPEでは禁止されているが、古い製品には含まれている。
- BPAの代替品： 新しいHDPEは、トリス（ノニルフェニル）ホスファイトのような非エストロゲン性安定剤を使用している。
3. 安全認証：
- USPクラスVI：医療用PE（生体適合性）。
- NSF/ANSI 61：飲料水システム用のPEを認証。
化粧品に含まれるポリエチレン： 皮膚の安全性
PEは角質除去剤やクリームに広く使用されているが、規制はさまざまである：
- マイクロビーズの禁止 2015年米国マイクロビーズ禁止法（U.S. Microbead-Free Waters Act）は、洗い流すタイプの化粧品にPEマイクロビーズを使用することを禁止している。
現在の用途
- すすぎ不要の製品： 口紅やローションにはPEが含まれている可能性があります。
- 粒子径： 5µmを超える粒子は非浸透性とみなされる。
代替案だ：
- ホホバビーズ、米ぬか、シリカはより安全な角質除去剤である。
ポリエチレンのリサイクル： プロセスと課題
メカニカル・リサイクル：
- 回収と選別： NIRセンサーでLDPE（#4）とHDPE（#2）を選別。
- 洗浄とペレタイジング 汚染物質（食品残渣、接着剤）を除去する。
ケミカル・リサイクル：
- 熱分解： PEを燃料用の炭化水素に分解する（収率60～70％）。
- 解重合： PEをエチレンに戻す。
米国のリサイクル率
| タイプ | リサイクル率 | 主な用途 |
| 高密度ポリエチレン | 32% | ボトル、パイプ |
| LDPE | 9% | フィルム、バッグ |
リサイクル・ポリエチレンは安全か？
リサイクルPEのFDA規格：
- ポストコンシューマー樹脂（PCR）： 最悪の場合の抽出をシミュレートしたFDAの「チャレンジテスト」に合格しなければならない。
汚染物質の限度：
- 重金属 <1 ppm
- 微生物数 <100 CFU/g
ケーススタディ BFY MoldのPCR HDPEは、食品トレーのFDA基準を満たし、0.5ppm未満の汚染物質を達成しています。
ポリエチレンと他のプラスチックの比較 安全性と性能
| プラスチック | 安全性 | 耐熱性 | リサイクル性 | 一般的な用途 |
| 高密度ポリエチレン | 高い（FDA） | 120°C | 高（2位） | 燃料タンク、ボトル |
| PVC | 低い（フタル酸エステル類） | 70°C | 低い（3位） | パイプ、ケーブル |
| PET | 中程度（アンチモン） | 85°C | 高（1位） | 水筒 |
| PP | 高い（FDA） | 135°C | 中程度（5位） | 食品容器 |
重要な要点 HDPEは安全性と熱安定性においてPVC/PETを上回る。
射出成形におけるポリエチレン： 業界の革新
アプリケーション
- 自動車用：HDPE燃料タンクは炭化水素に強く、鋼鉄製に比べ30%軽量化。
- 医療用：滅菌可能なHDPEトレーは、1,000回以上のオートクレーブサイクルに耐える。
- 消費財： 屋外用の紫外線防止剤入りLLDPEゴミ箱。
高度なテクニック：
- ガスアシスト成形： HDPEの中空部品（椅子のベースなど）を25%の材料節約で成形。
- インモールド・ラベリング（IML）： リサイクルPEラベルを製品に直接埋め込みます。
ケーススタディ BFY MoldのHDPE自動車用パネルは、部品の重量を22%削減し、自動車1台あたりのCO2排出量を15%削減しました。
米国の規制状況
1. 食品接触規制：
- FDA 21 CFR 177.1520： PE食品包装の抽出限界値を規定。
- カリフォルニア州プロポジション65：PEに発がん性物質が含まれている場合、警告が必要。
2. 環境政策：
- 拡大生産者責任（EPR）： 5つの州でPE生産者にリサイクル資金の提供を義務付ける。
- リサイクル法： カリフォルニア州は2025年までにペットボトルに15％のPCRを義務付けている。
ポリエチレンの今後の使用動向
1. バイオベースPE：
- サトウキビ由来（例：ブラスケムのグリーンPE）で、カーボンフットプリントを70％削減。
- 現在のコスト：化石由来のPEより20～30％高い。
2. スマートなパッケージング：
- サプライチェーン追跡用のRFIDタグを埋め込んだPEフィルム。
3. ケミカルリサイクルの拡大
- ブライトマークのような企業は、2025年までに年間10万トンのPEをリサイクルすることを目指している。
結論
ポリエチレンは、その適応性、FDAコンプライアンス、リサイクル性により、製造業において不可欠な素材です。米国の製造業者にとって、HDPEと認定リサイクルPEを優先的に使用することは、健康リスクを軽減しながら持続可能性の目標に合致する。FDAプロトコルの厳格な遵守と高度なリサイクル技術への投資は、長期的な競争力の原動力となる。
