PET樹脂の選び方——非晶と結晶の使い分け、ボトル・シート・成形品の違いと PBT との使い分け

PET は「結晶化の遅い結晶性樹脂」——これが使い分けの出発点

この記事は、ボトル・シート・フィルム・成形品の材料として PET を指定するときの話である。リサイクルの仕組みそのものには深入りしない。

三井化学の唐岩正人による講座「成形材料（14）PET 樹脂と加工法」（成形加工 14 巻、2002 年）は、PET 樹脂を比較的結晶化速度の遅い結晶性の高分子とし、溶融状態から急に冷やせば非晶、すなわち透明の成形品が容易に得られ、その成形品を延ばすと配向結晶化が起きて、強度・剛性・耐熱性をもつ成形品になる、と説明している^[2]。同じ講座の表では、急冷した射出成形品（非晶）の融点を 260 ℃、密度を 1,340 kg/m³ としている^[2]。

つまり PET は、透明にするなら結晶させない、強さと耐熱性が欲しければ延ばすか熱で結晶させる、という選択を形ごとにしている材料である。発注で「PET」とだけ書くと、この選択がどちらになっているのかが伝わらない。

材料の呼び方は、国際規格 ISO 20028-1 が PET・PBT などの熱可塑性ポリエステルについて、粘度数と引張弾性率の水準、用途・加工方法、添加剤、充填材・強化材などの情報で区分すると決めている^[1]。ただし同じ呼び方の材料が必ずしも同じ性能を示すとは限らない、と規格自身が書いている^[1]。重要な製品はメーカーとグレードで固定する。

形によって、性質を決めているものが違う

ボトル——二段の成形と、充填の温度

前述の唐岩の講座は、PET ボトルを、射出成形で試験管状のプリフォームを作り、それをブロー成形して二軸に延ばして作る、と説明している。プリフォームの成形温度は融点以上の 270〜300 ℃である^[2]。清涼飲料のボトルは炭酸飲料用と耐熱用に大きく分かれ、ジュースやお茶のように 85 ℃程度で高温充填するものは、口部を結晶化させ、胴部は延伸配向結晶のあとに熱固定をかけて対応している^[2]。

OEM で容器を発注するときは、充填する温度と内容物を必ず伝える。同じ見た目のボトルでも、高温充填に耐えるかどうかは作り方で決まっているからである。水のボトルでは、成形時の熱分解で出るアセトアルデヒドが中身の味を変える一因になるので少ないほうが望ましい、と講座は書いている^[2]。

包装容器の講座（色材協会誌 80 巻、2007 年）は、ブローボトル用の PET には溶融重合による非晶のチップと固相重合による結晶化したチップがあり、前者は主に洗剤やしょう油などの容器に、後者はオリゴマーやアルデヒドなどの重合副生物が少ない、と説明している^[5]。中身によって原料の選び方も変わる。

ガラス強化の射出成形品——金型温度と熱処理

ガラス繊維で強化した PET の射出成形品について、山口・大柳・尾崎の研究（高分子論文集 32 巻、1975 年）は、成形収縮率・比重・硬さは金型温度が高いほど大きくなるが、衝撃強さは高い金型温度のものほど下がること、流れの方向の成形収縮率は直角の方向より小さいこと、低い金型温度で作った比重の低い成形品は熱処理で性質がより大きく変わり、高い金型温度で作ったものの値に近づくことを報告している^[4]。同じ研究は、加工にあたって、高い金型温度で結晶化を促す方法と、低い金型温度で結晶化を抑える方法が目的に応じて使い分けられ、均一性を上げるために熱処理も行われる、と書いている^[4]。

発注側として押さえておきたいのは、結晶化の程度が低いまま納めた成形品は、使う環境の熱で寸法や性質が動きうるということである。熱のかかる場所で使う部品なら、金型温度と熱処理の扱いを仕入先と決め、どの状態の寸法で受けるかを決める。寸法の測り方は樹脂成形品の寸法公差の決め方で扱った。

乾燥が足りないと、白化と分子量の低下が起きる

唐岩の講座は、PET 樹脂は常温で置くと吸湿し水分含有量が 3,000 ppm 程度になり、そのまま射出成形するとプリフォームが白化し、加水分解で分子量が下がるので、成形前に除湿乾燥で水分を減らす必要がある、と書いている^[2]。通常の成形でも成形時の熱で加水分解は避けられず、その低下を数 % 以内に抑えることが必要だ、とも書いている^[2]。

近藤滋の解説（信頼性 18 巻、1996 年）は、PET や PC の限界水分量を 0.02 % とし、ポリエステル系樹脂はそれを超えていても成形品の表面にシルバーストリークのような跡が出ないことがあるので、成形者が気付かないことが多く、トラブルの原因になる、と注意している^[3]。加水分解で分子量が下がった成形品は、衝撃に弱くなり、ぜい性的に割れるようになる^[3]。

仕入先には、乾燥条件と成形直前の水分の管理値、その記録を求める。結晶性の高い PET は溶かす溶剤が特殊なので、分子量の代わりに MI（メルトインデックス）で加水分解の程度を知ることができる、と近藤の解説は書いている^[3]。初回や条件を変えたときに、ペレットと成形品の流れやすさを比べる、といった確かめ方を取り決めておく。

ppm の異物で白くなる——再生材を混ぜるときの注意

唐岩の講座は、樹脂中に無機物などの不純物が数 ppm でもあると、それが結晶の核になって冷えるときの結晶化温度を高くし、結晶化して白化することがあるので、製造・物流・成形の工程で異物の混入を限りなくゼロに近づける管理が必要だ、と書いている^[2]。透明なボトルやシートでは、わずかな異物が見た目の不良に直結する。

再生材を使う場合は、この点がさらに効いてくる。再生材の割合をどう定義し、どう証明させ、品質をどう決めるかは再生材の使用義務化に備える調達で扱った。透明性が要る製品では、再生材の割合と、透明性・異物の受入基準を一緒に決める。

食品に触れる容器・包材は、ポジティブリスト制度がかかる

食品用の器具・容器包装には、食品衛生法の改正で、安全性を評価した物質のみを使用可能とするポジティブリスト制度が導入され、令和 2 年 6 月 1 日に施行された。厚生労働省は 2025 年 6 月 1 日以降の制度のページを公開している^[6]。PET のボトルやトレーを食品用に発注するなら、仕入先からリストへの適合の説明を出してもらう。確かめ方は食品に触れる部品・容器包装の調達で扱った。

PBT との使い分け

PET と同じテレフタル酸系のポリエステルに PBT がある。東レの平井陽の講座（成形加工 14 巻、2002 年）は、PET は溶融状態から 50 ℃近く冷やしてから結晶化が進むのに対し、PBT は 15 ℃冷やした温度で結晶化が進むので、PBT のほうが固まるのが速く、成形サイクルが短くなる、と説明している^[7]。

射出成形で冷却時間を短くしたい部品では、この違いが材料を選ぶときの一つの判断材料になる。透明さを生かすボトル・シート・フィルムは、前の節のとおり PET の性質を生かした形である^[2]。ガラス強化の射出成形品で PET を使う場合は、前の節のとおり金型温度と熱処理で結晶化を管理する必要がある^[4]。PBT の指定はPBT 樹脂の選び方で扱う。

発注書に書くこと（PET 樹脂の製品）

以下は規格の要求ではなく、発注側の実務としての提案である。

1. 材料
メーカーとグレード。再生材を使う場合はその割合と証明の方法。

2. 形と作り方
ボトル（耐熱か常温か）、非晶シート、フィルム、射出成形品のどれか。成形品なら金型温度と熱処理の扱い。

3. 使う条件
充填・使用の温度、内容物、触れる液、屋外かどうか。

4. 透明性と外観
白化・異物の受入基準と、見る条件。

5. 成形の管理
乾燥条件と水分の管理値、加水分解の確かめ方。

6. 食品に触れるかどうか
触れるなら、ポジティブリスト制度への適合の説明。

7. 変更の連絡
材料・グレード・再生材の割合・成形場所を変える前に承認を得ること。

受入で確かめること

初回は、注文したグレード（再生材を使うならその割合）で作られたことを材料のロットの記録で確かめ、透明性・白化・異物を、取り決めた条件で見る。耐熱ボトルや熱のかかる成形品は、使う温度に近い条件での変形の確認を初回に出してもらう。量産に入ってからは、乾燥と成形条件の記録と、寸法・質量をロットごとに見て、条件の変化に気づけるようにする。

よくある質問

PET の成形品を熱いものに使えますか

結晶の状態と作り方による。非晶の透明な成形品と、延伸・熱固定や結晶化させたものでは性質が違う^[2]。使う温度を伝え、その条件での変形を確かめる。

透明なシートが白くなるのはなぜですか

結晶化して白くなることがある。数 ppm の異物が結晶の核になる場合や^[2]、吸湿したまま成形した場合に白化が起きる^[2]。異物と乾燥の管理を仕入先と決める。

PET の射出成形品の寸法が後から変わりました

低い金型温度で作った成形品は、熱処理で性質が変わることが報告されている^[4]。使用中の熱で結晶化が進んだ可能性があるので、金型温度と熱処理の扱いを確かめる。

まとめ

PET 樹脂は結晶化の遅い結晶性樹脂で、急冷すれば透明な非晶、延ばしたり熱をかけたりすれば結晶化して強く耐熱性のあるものになる。ボトル・非晶シート・フィルム・ガラス強化の射出成形品で性質を決めているものが違うので、「PET」とだけ書かず、形と作り方、使う温度、透明性の基準まで決める。常温のペレットは 3,000 ppm 程度吸湿するので乾燥の管理を求め、加水分解は外観に出にくいことを前提に確かめ方を取り決める。食品用はポジティブリスト制度の説明を、再生材はその割合と品質を一緒に決める。

同じ束では、結晶化の速いポリエステルをPBT 樹脂の選び方で、容器・フィルムに使うもう一つの樹脂をポリエチレン HDPE・LDPE の選び方で扱う。透明な成形品の材料としてはポリカーボネート部品の発注も参考になる。

出典・参考資料

1. ISO 20028-1:2019 Plastics — Thermoplastic polyester (TP) moulding and extrusion materials — Part 1: Designation system and basis for specifications（国際標準化機構（ISO）／エストニア標準化機関の規格目録で概要を閲覧）
2. 唐岩正人「講座『成形材料』（14）PET 樹脂と加工法」成形加工 14 巻 5 号（プラスチック成形加工学会／2002 年）
3. 近藤滋「信頼性確保のためのポリエステル系樹脂の成形管理」信頼性 18 巻 6 号（日本信頼性学会／1996 年）
4. 山口章三郎・大柳康・尾崎義人「ガラス繊維強化ポリエチレンテレフタレート射出成形品における成形条件と熱処理効果との関係」高分子論文集 32 巻 7 号（高分子学会／1975 年）
5. 「プラスチック包装容器の分類と使用材料」色材協会誌 80 巻 1 号（講座「プラスチック包装容器」）（色材協会／2007 年）
6. 食品用器具・容器包装のポジティブリスト制度について（2025年６月１日以降）（厚生労働省）
7. 平井陽「講座『成形材料』（15）PBT 樹脂」成形加工 14 巻 6 号（プラスチック成形加工学会／2002 年）

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