PVCとは(塩ビ・ポリ塩化ビニル)

軟質-半硬質-硬質:3種類あるPVC(塩ビ・ポリ塩化ビニル)

PVC(塩ビ、ポリ塩化ビニル、英称:Polyvinyl Chloride)は、塩化ビニル(クロロエチレン)の重合反応で得られる高分子化合物で、熱により軟化する為、熱可塑性樹脂に分類されます。
塩ビ、ビニール(ビニールシート)等と呼ばれ、軟質はソフトビニール(Soft Vinyl)(ソフトビニールシート)とも呼ばれます。
塩ビの元になる塩化ビニルモノマーを重合させただけの樹脂は硬くて脆く、結晶質で、紫外線により塩素原子が離脱し劣化黄変し易い弱点が有り、この弱点を克服して広く工業用途に使用出来る様な製法を施すことでポリ塩化ビニルとなります。 柔らかくする目的で、PVCを柔らかくする働きの有る添加剤(可塑剤)を加えて配合します。

可塑剤はフタル酸エステル等が有り、添加量によりPVCは軟質・半硬質・硬質と大別されます。

PVCの特徴
PVCシート
PVC製のパイプ

PVCとは、優れた耐水性・耐酸性・耐アルカリ性・耐溶剤性を持ち、また、難燃性、電気絶縁性、等の物性を備えています。 このような優れた物性を持ちながら、安価で、多くの用途に使用されています。組成の60%が工業塩から得られる塩素で有る為、原油依存度が低く省資源であることも特徴です。 基本的に高耐久だが低温環境で衝撃値が低下し脆くなる性質が有り、比重は1.3程度、熱伝導率が小さく線膨張係数が大きいです。

PVCの長所
特性面での長所
  • 耐候性が良く、太陽の紫外線等、屋外の環境でも耐久期間が長い・・・少メンテナンス性
  • 耐薬品性が良く、アルコールやアルカリ、酸への耐性有り
  • 難燃性が高く、燃え難い性質であり、物質特性が安定
  • 電気絶縁性が良く、通電しない
  • 着色性が良く、多色に対応
  • 組成の60%が工業塩から得られる塩素で有る為、原油依存度が低く省資源
加工特性での長所
  • 軟質から硬質まで対応
  • 製造過程では、射出成型や真空成型、ブロー成形、押出成型、カレンダー成型で量産
  • 製品加工では、切削や溶接、(可塑剤の配合で)様々な形状に対応
  • 溶液状にしたポリ塩化ビニルに別の素材を浸してコーティングに対応
  • 表面加工では、型押し、エンボス加工(表面の凸凹)にも対応
  • 印刷適性が良く、(表面の追加工が無くても)様々な外面の印象に仕上がる
コスト面での長所
  • 5大汎用プラスチックの中でも安価な位置づけ
PVCの短所
特性面での短所
  • 有機溶剤などに弱く侵される場合がある
  • 耐熱性は約60~80℃で軟化
  • 耐衝撃性は低い
  • 比重約1.3(水に沈みます)
加工特性での短所
  • 常用温度はやや低い
  • 低温時の衝撃強度が低く、使用により割れ・裂けが生じる場合がある
  • 軟質塩ビの場合、配合している可塑剤が滲み出す(ブリード・移行)
  • ブロッキングを来す為、印刷面と反対側のPVCが密着させると接着が発生
    ・例.PVCのポケットに写真等を入れてしまうと?がれなくなる状態
廃棄時の短所
  • 難燃性の為、適切な焼却設備が必要
PVCの用途
上下水道管用パイプ
サッシ
ブックカバー
ビニールバッグ
ビニールハウス
  • 資材としてのPVCの用途
    上下水道管用パイプ、電線被覆、雨どい、サッシ、床材、壁紙、農業用資材(農ビ等)、3Dプリンター材、ビニールレザー、ターポリン
  • 加工品のPVCの用途
    自動車内外装品、ホース、防水シート、ビニールハウス、包装材、医療用パック、輸血チューブ、カテーテル
  • 装飾等のPVCの用途
    バッグ、ポーチ、ケース、テーブルクロス、カッパ、ラップ、ブックカバー、縄跳び、バブルサッカーボール
  • 様々な分野でも幅広いPVCの用途
    PVC(塩ビ・ポリ塩化ビニル)とは、樹脂の中でも、軟質から硬質までバラエティに富んで、汎用性が高く、ポリエチレンPEやポリプロピレンPPと同様、幅広い用途・様々な分野で活躍してます。
非フタル酸(ノンフタル酸)系PVCとは

フタル酸エステル類でない可塑剤が配合された塩ビPVC樹脂を呼称します。
プラスチックを柔らかくする可塑剤は樹脂と結合していないので、時間の経過に伴い可塑剤が気散してPVC樹脂が硬化したり、可塑剤が溶出したりすることがあり、PVCの歴史の中で、20世紀末頃に可塑剤の種類で環境や健康に危惧される経緯が有ります。
これより各国で(DEHP)等6種類の可塑剤に、食品が直接触れる容器や包装、乳幼児が口に接触することを目的とするおもちゃへの使用制限や禁止の規制が敷かれてます。

赤ちゃん
地球儀
おもちゃ
おもちゃ
ビニールバッグ

現在では、2003年環境省にてフタル酸エステルには環境ホルモン作用が無かったことが報告されており、また、日米欧が実施したDEHPリスク評価では何れも「更なる措置を講ずる必要はない」との科学的結論に至ってます。

PVCの優れた着色性(艶・蛍光色等カラーバリエーション)

一般的に透明なフィルムやシートのイメージのポリ塩化ビニルPVC樹脂ですが、着色性に優れ、一般PVCの配合・製法をベースに顔料・染料を添加することでカラー透明・カラー半透明・各種淡色から濃色・蛍光色等カラーバリエーションが豊富で、鮮やかなエンタメ系やビジュアル系グッズの企画でも活躍してます。

塩ビバッグ
ランドセル
PVC製のカラーボール
塩ビカラーシート
塩ビカラーシート
PVCのナゼ(外観・梨地)

一般的にPVCには、「透明」「梨地」が有ります。
PVCフィルムを製造する際に、絞ロールにより表面に柄を付加した材料となります。
梨地と聞き、果物の梨の皮の様にブツブツが有り、ザラザラ?と思ってました。
材料の表面の柄は超微細の凹凸をつけているだけなので、外観はスリガラスの様に見えますが、表面はフラットで、ビニール素材特有のベタベタくっつく感じでなくサラサラした半透明のフィルム材です。

PVCシートを青味透明にする理由

透明性、艶などの印象・イメージのポリ塩化ビニルは本来、黄褐色の色相で、経時変化に伴い、日光の紫外線等で劣化して色味が黄変します。
このため、フィルムの製造では顔料を加えて黄変を軽減しています。青味顔料は、配合される量により見た目の印象が違い、色味が薄いほど変化(劣化)し易い傾向にあります。メーカーで透明度と青味のバランスの取れたより良い配合が成されてます。

PVCのサンプル

この青味は、材料の時間経過に伴い青味が抜ける性質も有る為、製造から時間の経った(古くなった)材料は青味が抜けて、くすんだ色相となり、劣化し易い状態と考えられています。
例えば、繰返しのリピート商材で、お客様が過去のサンプルをお持ちで、青味掛かった新品を見た際に、材料が違う等ご指摘の事例は意外に多いです。

PVCの可塑剤について

可塑剤とは、酸とアルコールから合成される化合物で、一般にエステルと言われるものです。
これらの酸とアルコールを様々に組合せることで、多種多様な可塑剤が作られ、20~30種類が一般的に使用されています。
塩ビPVCに添加される可塑剤には、塩ビとよく馴染み(相溶性)、最少量で必要な柔らかさを実現させ(可塑化効率)、空気中に揮散し難く(低揮発性)、水へ溶け出したり他素材に移行しない(低移行性)等の性能が要求されます。
使用する製品に必要な性能に合わせて可塑剤が選択されます。

PVCに使われてる可塑剤の種類

様々な組合せの有る可塑剤の種類について、ご紹介します。 可塑剤は配合により、フタル酸系、アジビン酸系、リン酸系、トリメリット酸系、クエン酸系、エポキシ系、・・・などなど数多く使用されています。 それらの中で、“フタル酸系”と呼ばれる種類が可塑剤の生産量の約80%取扱われています。 特に、フタル酸ビス(2‐エチルヘキシル)は一般的に汎用可塑剤として使用され近年の資料で、フタル酸系の中では約60%、可塑剤全体でおよそ半分を占めているといわれています。

PVCのダイオキシンへの影響

ダイオキシンとは、人に対して発ガン性や甲状腺・免疫機能低下、生殖障害などを引き起こす可能性のある有機化合物の総称です。
ダイオキシンには構成元素として、塩素が含まれてます。1990年代に、塩素系プラスチックがダイオキシン類の主要発生源と考えられ、社会的問題として浮上し、塩素を含むPVC・塩ビ樹脂がダイオキシン生成の元凶と扱われた時期がありました。
その後の各方面での研究が進み、主要発生源は食塩によるものという研究結果もあります。塩素は、食品、調味料、紙類・衣類にも含まれており、また、塩素化合物は、空気中にも浮遊しており、森林火災でも発生するようです。

ジオキシン化学記号
煙

現在では、環境省のパンフレットに記載されてますが、ダイオキシン類は塩素系プラスチックのみでなく、塩素と芳香族化合物を含むゴミ・廃棄物を焼却する際の焼却方法や排ガス処理の方法に起因することが判っています。
1999年に、政府はダイオキシン類特別措置法を制定し、焼却炉の性能向上改善・整備、また、ゴミの分別収集強化を行い、国の施策で生成量は劇的に削減され、2000年を超えた頃には排出量が約95%減少とされてます。
大気中の濃度(平均値)も環境基準値の約1/32とのことです。

ダイオキシン類の排出総量の推移

1999年に環境省より「焼却条件によりダイオキシン排出は抑えられ、塩ビの影響は少ない」と公表されてます。焼却に伴うダイオキシン発生の懸念はなくなっているのですが、問題視された当時の報道の打撃が勝ってしまい、一部に認知されないという現状が有る様です。

PVCの安全性(環境ホルモンへの影響)

環境ホルモンとは、正式には、内分泌かく乱化学物質(Endocrine Disruptors)と呼ばれるもので世界保健機関(WHO)では、動物や人間の生体内に入った場合、生体内で営まれている正常なホルモン作用に影響をもたらす物質のことです。
1950年頃から環境ホルモンが問題視されてます。PVCを柔らかくにする為に含まれる可塑剤が環境ホルモンへの影響が懸念されました。
可塑剤は、一般的に20~30種類有り、汎用的に使用されてるのがフタル酸エステル系の可塑剤です。中でもすべての可塑剤の約半分を占めるフタル酸ビス(2-エチルヘキシル)DEHPは、人体への影響が気にされ、可塑剤の安全性に関して研究・調査が進められました。

安心イラスト
食物連鎖イラスト
花
猫

1940年代から内外で多角的に研究が進められ、様々な安全試験が行われており、可塑剤の急性毒性は食塩や砂糖よりも低く、毒性無しのレベルで、皮膚刺激性なども人を含む動物の皮膚に作用を及ぼすレベルでは無いとのことです。
2000年に国際がん研究機関は、無刺激または微刺激の範囲で、人に対する発がん性については、水道水と同じレベルと確認されてます。
2003年に環境省は、環境ホルモン戦略計画SPEED'98で調査した結果、DEHPフタル酸エステルは環境ホルモン作用は無いことを確認し公表してます。
2005年に産業総合技術研究所による詳細リスク評価では、生態系やヒトに対するリスクは懸念されるレベルになく、現行以上の制限措置は不要と結論付けられてます。
2012年経産省の改正化審法に即し、化学物質評価研究機構CERIによるリスク評価でも懸念されるリスクが無いことが確認されてます。

おしゃぶり
ひよこおもちゃ
自動車おもちゃ

齧歯類への生殖毒性は哺乳類では現れないが、予防的観点で小児用玩具等への使用が日米欧でほぼ同じ内容で制限されてます。 上記の様に、塩ビ樹脂の安全性が確認され、環境に影響があるという認識は是正されてるのですが問題視された当時の報道の打撃が勝ってしまい、一部に認知されないという現状が有る様です。

塩ビの歴史

汎用プラスチックで最も古い歴史を持つ塩ビですが、その始まりは1835年まで遡ります。
1835年にフランスの化学者とドイツ出身の化学者により元となる塩化ビニル(クロロエチレン)が発見され、1914年にポリ塩化ビニルに合成する方法が開発されましたが、その際には商品化には至りませんでした。 その後、1928年にアメリカで、加工し易い柔軟なPVC(塩ビ)が作り出され、実用化が本格的に開始され、加工性の高さと優れた機能性から世界中で商用利用され、生産量と使用量が増加し続け、現在に至っています。
日本でも1941年と古くから、当時を代表する財閥から販売され実用化されました。太平洋戦争・終戦とともに生産は停止しましたが、1946年に電線被覆用に塩ビの試験生産を再開したのをきっかけに、1947年には一般フィルム、1949年にはレザー、1951年には農業用ビニールフィルムや水道用硬質塩ビ管など、塩ビ製品の工業化が進み、1952年には18社が生産を始めました。  

花壇

戦後の高度経済成長と工業化の進展により、時計のバンドやバッグ類、様々な分野での材料として普及、1969年にはPVC国内生産量が100Ton、1990年には200Tonを超え、中国を中心とした輸出が大幅に拡大した1997年のピークを迎えるまでPVCの生産量は増え続けたとのことです。
その反面、焼却条件によるダイオキシンの生成として塩ビ樹脂が疑われ、添加される可塑剤に環境ホルモンが疑われ、塩ビ忌避の風潮が高まり、公共投資の縮小、他素材への転換などにより1999年頃から生産量が下降しました。環境問題においては、国政により安全性の研究・調査が進められ、環境省、経産省、研究機関からリスクが無いことが確認されていますが、問題視された報道の打撃が強く上回り、生産量は下降しましたが、塩ビ樹脂の機械的性能、加工性、風合い、耐久性、リサイクル性等に長け、現在も硬質から軟質までPVC材料は世界中で需要が有ります。

硬質塩ビと軟質塩ビの違い

PVC塩ビの元となる原料は硬く、柔らかくする為の添加剤や分解や劣化を防ぐ安定剤などが配合され、優れた加工性を持たせることで塩化ビニル樹脂が作られてます。
この塩化ビニル樹脂を柔らかくする為の添加剤は可塑剤と呼ばれ、配合する量により、大きくは硬質塩ビ、軟質塩ビと分別され、特性・用途の異なる種類の材料となります。

PVCフィルム
硬質塩ビ
硬質塩ビ

硬質PVCは可塑剤を含むか含まない配合で、文字通り硬く機械的強度が有ります。
熱で柔らかくさせた原料で、押出やプレス法、射出などの成型法で、プレート板、波板丸棒、パイプと目的に合った形に製造出来、身の回りでは水道管や継ぎ手、看板、雨樋、サッシ、電線被覆などで使用されてます。

パイプ
雨樋
コンセント
軟質塩ビ

可塑剤が配合された軟質PVCは、多少厚みがあっても柔らかく手でも曲げられます。
各種配合剤を加熱、混錬した流動性の原料を、一般にカレンダー法と呼ばれる製法で、加熱されたローラーに挟みながら圧延し、薄く製膜し巻き取られ、フィルムやシートとなり、医療用途や農業用ビニールハウスと過酷な用途、自動車等工業用から日常的に文具やテーブルクロス等、幅広く使用されてます。

農業用ビニール
テーブルクロス
ターポリン

塩ビフィルム単体だけでなく、生地を貼合せた塩ビレザーや、フィルムの表裏を生地で挟んだテント生地とも呼ばれるターポリンなど、複合材料も多くあります。

プラスチックのリサイクル

プラスチックのリサイクルの方法としましては、大きく3つとされてます。

  • 元の材料に戻すマテリアルリサイクルMaterial Recycle(略称MR)
    直訳では、材料リサイクル、材料資源化、再生利用、などとも言われます。
  • 化学分解して原料化を図るケミカルChemicalリサイクル(略称FR)
    国際規格ISOでは、フィードストックリサイクルFeedstock Recycleに属します。
  • 廃棄焼却による熱エネルギーを利用するサーマルリサイクルThermal recovery
    国際規格ISOでは、エネルギー回収、熱回収のEnergy Recoveryに分類されます。
プラスチック
工場風景

循環型社会への参加貢献を担ってます。

再生PVC

塩ビ材料の使用済み製品や生産工程から出る廃材ごみなどを回収し、利用し易い様に施工され、新しく材料や原料として再生された(MR)PVC樹脂のことです。
プラスチックの再生は、或る回収製品を同じ製としてに再生利用する水平リサイクルが望ましいのですが、精緻な分別・選別が重要で、高いコストと環境負荷を伴います。塩ビ製品は、耐久性が有り、再生における異物混入の影響も小さく、他の汎用プラスチックに比べて、マテリアルリサイクルが容易でMR比率が高い特徴があります。

農業
パイプ

農業用フィルムや塩ビパイプの製品毎の属す団体や協会や地方自治体など組織的な回収のしくみリサイクルシステムも機能し、再生率は60~70%ほどと言われてます。

再生PVC材料の製造工程

提携先から、使用済みPVC製品や裁断工場の端切れなどを引取、回収、買取します。
回収後、各顔料色の生地が混在しているので、製造の合間を縫って作業者が目視と手で同系色別に仕分けし、異物が有れば除去します。中にはお守のカバーも有るそうです。

再生PVC工場
再生PVC
不要物
再生PVC

再生PVCは色味も多数有る為、製造前に、同系に仕分けされた材料を一個づつ手作業で汚れや、材料の劣化、異物の混入などをチェックして、切断・粉砕を経て、溶融して天ぷらが上がるほどに加熱した相ロールで溶かし落とし、延伸・切出、カラーサンプルを確認しながら、調色を加え、何度も練込み、狙った色調に整え、再生します。
調色は、カラーチップを太陽光の白色光、見る角度、視力が重要で、さらに、工程を止めない様に、瞬時にグラム単位での調整となり、20年を超える熟練者だけです。

再生PVC工場
再生PVC工場
ロール状のフィルム

材料準備が整ったら、カレンダー成型機で蒸気加熱した4本の延伸ローラーで圧延し、循環水冷却ローラーで安定した厚みに仕上げ、巻取り、新たな再生PVC材料として出荷され、使用されてます。

(実績製品)名札用12色

お客様のサンプルに基づき、工場立合いでの再生PVC材料を製作しました。
色味、青、赤、うす桃、黄、黄橙、黄緑、白、橙、藤、水、緑、桃、12色です。サイズは、各色0.5t×915w×100m巻。

フィルム製造
カラーフィルム

仕分けされた材料に、熟練者によりグラム単位で酸化Ti顔料を調合し、調色します。材料は、加熱ローラーで繰返し練り込まれ、カラーチェック後、成型工程ですが、明らかに狙いと違う場合、また、成型中でも違和感が見られた場合は、再度、調色・練り込み校正されます。12種類の材料が丸1日で製造されました。