成形材料はどのように作られるか

 今回は、熱可塑性プラスチック（以下、プラスチックという）について説明します。プラスチックは、一部には植物を原料とするものもありますが、殆どは石油を原料としています。石油（原油）から成形材料を作るまでの工程を図1に示します。

【 図1　成形材料ができるまでの工程（石油原料の例） 】

原油の蒸留成分の1つであるナフサを分解や化学合成して、ポリマー（高分子）の直接原料となるモノマー（単量体）を作ります。例えば、ポリエチレンのモノマーはエチレン、ポリスチレンのモノマーはスチレンです。モノマーを結合してポリマーを作ることを重合と言います。主な重合法には次の方法があります。

・モノマーの端に、次々とモノマーを結合させる方法（付加重合法）
例：ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリ塩化ビニルなど
・モノマー同士から、ある化学成分がとれてモノマー同士を結合させる方法（重縮合法）　例：ポリアミド66、ポリカーボネート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンテレフタレートなど
・環状のモノマーの環が切れて、モノマー同士を結合させる方法（開環重合法）
例：ポリアミド6

重合工程においては、強度や成形性を考慮して適切な分子量範囲に重合するように助剤や重合条件で調整します。

ポリマーを直接に成形材料として使用することは少ないです。成形性や製品性能・機能の要求に対応するため、ポリマーにいろいろな配合剤を混ぜて成形材料を作ります。ポリマー（以下素材という）に配合剤を混ぜる工程をコンパウンディングと言います。成形材料の品質は、殆どコンパウンディングの良し悪しで決まりますので重要な工程です。

配合剤には添加剤、着色剤、充填材（強化材、充填剤）などがあります。これらの配合剤を混ぜるには成形時に素材と配合剤を混合して直接成形する方法もありますが、図2に示すコンパウンディング工程で成形材料（ペレット）を作るのが一般的です。

【 図2　コンパウンディング工程 】

図のように、素材と配合剤を所定の比率で予備混合します。次に押出機のホッパーに混合材料を投入したのち、押出機で溶融混練し均一分散させてダイからうどんのように押し出して冷却し、カッティングしてペレットを作ります。同時にペレットをサンプリングして所定の検査スペックに適合することを確認したのちに包装、出荷します。

一方、着色材料を作る場合には、事前に要求された色相に仕上がるように色見本に合わせて着色剤処方を決めます。この作業を調色といいます。コンパウンディングに当たっては所定の着色剤処方（レシピ）に基づいて着色剤を配合してペレットを製造します。

樹脂メーカーにおける品種（グレード）の作り分けは、コンパウディング工程で行われます。品種例を次に示します。