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Bobby Brown
更新 2016-02-19
ポリプロピレン(PP)完全ガイド:特性・種類・耐薬品性

目次


ポリプロピレン(PP)とは

ポリプロピレン(PP)は、石油精製で得られるプロピレンを原料とした軽量の半結晶性熱可塑性樹脂です。ポリエチレン(PE)と同じポリオレフィン系に属し、現在では世界で2番目に生産量の多いプラスチックとして、年間9,000万トンを超える規模で製造されています。1

一言で表すなら、PPは「硬くて軽い、耐薬品性に優れたプラスチック」です。多種類の酸・アルカリ・有機溶剤に対して高い耐性を持ち、吸水率が極めて低く(24時間で0.01%以下)、溶接・切削・加工もしやすい素材です。また、市販プラスチックの中でも特に軽量な部類に入るため、大型タンクや配管システムなど、取り付けや取り扱いの効率が重要な用途でも重宝されます。

PPはすでに私たちの生活のいたるところに使われています。冷蔵庫のヨーグルト容器、薬局の錠剤ボトル、建物の給湯配管(白や緑色のパイプ)、病院の注射器、食品保存容器——いずれもPPです。産業用途では、腐食しない化学タンク・継手・ポンプボディ・流体機器の標準材料として広く採用されています。LORRICの流量計やスプレーノズルにPP製ウェット部品を採用しているのも同じ理由です。幅広いプロセス流体に対応できる耐薬品性と、コストパフォーマンスの高さが選ばれる決め手となっています。


PPの種類

PPにはいくつかの種類があります。主要な3タイプ——ホモポリマー、ランダムコポリマー、インパクトコポリマー——は、それぞれ異なる用途に最適化された設計になっています。材料を選定する際や製品データシートを読む際に、違いを把握しておくと混乱を避けられます。2

PPホモポリマー(PP-H)

最高の剛性・優れた耐薬品性・最高の耐熱性

プロピレン単量体のみで構成された、添加物を含まない純粋なPPです。3種の中で最も剛性・硬度が高く、耐熱性・耐薬品性にも最も優れています。化学タンク、ポンプボディ、バルブ部品、流量計のウェット部品にPPを選定する場合、ほぼ間違いなくこのグレードが適切な選択です。

課題は低温脆性です。0°C以下では衝撃強度が低下し、氷点下ではかなり脆くなります。コポリマーグレードと比べると耐衝撃性は劣ります。

主な使用箇所:化学薬品貯蔵タンク、管継手、工業設備のライニング、めっきバレル、実験器具、LORRICのPP製流量計ウェット部品を含む流体機器部品。

PPランダムコポリマー(PP-R)

透明性・柔軟性・配管用途に適した特性

製造時に少量のエチレンをポリマー鎖にランダムに導入します。これにより結晶構造が適度に乱れ、材料はより柔軟で透明性の高いものになります——ただし、耐熱性と耐薬品性はわずかに低下します。2

主な使用箇所:給湯・給水配管用PP-Rパイプ(建物内の白や緑のパイプ)、透明性が求められる食品包装フィルム・容器、医療用容器。配管工事でよく見かける「PP-Rパイプ」はこのグレードです。

PPインパクトコポリマー(PP-ICP)

最高の耐衝撃性・低温対応・衝撃吸収

製造時にゴム状の相をPPマトリックスに分散させた構造を持ち、–22°Cまでの低温でも破損せずに衝撃を吸収できます。ホモポリマーと比べて剛性と耐薬品性はやや劣りますが、靭性は大幅に向上しています。3

主な使用箇所:自動車バンパー、家電製品ハウジング、工業用コンテナ、衝撃や低温環境での使用が想定されるあらゆる用途。


PPの材料特性

PPが「できること」と「できないこと」を機械的・熱的・化学的に理解することが、適切な材料選定の出発点です。実際の設計・選定で必要な情報を以下にまとめます。

機械的特性

PPホモポリマーは密度約0.905 g/cm³の硬質材料で、市販プラスチックの中でも最軽量クラスに入ります。同じ部品をHDPEで作った場合と比べて約10%軽く、金属と比べれば大幅に軽量です。それでも引張強さは降伏点で約33 MPaに達し、圧縮強度も実用に十分な水準を持っています。また吸水率が24時間で0.01%未満と極めて低いため、湿潤環境や高湿度条件下でも寸法安定性と機械特性が変化しません。4

特筆すべき機械的特性として「リビングヒンジ効果」があります。PPは薄い断面部分を何度も繰り返し折り曲げても破断しません。シャンプーボトルや調味料容器のフリップトップキャップにPPが使われている理由はこれです。繰り返し機械的ストレスがかかる用途での耐久性にも直結する特性です。

主な機械的な弱点は低温での脆性です。標準的なPPホモポリマーは0°C以下で耐衝撃性が低下し始め、氷点下では顕著に脆くなります。寒冷地での使用、低温プロセス流体、冷蔵環境が想定される場合は、PPインパクトコポリマーまたはPVDFなどの代替材料を検討してください。

熱的特性

PPに関して混同されやすい熱的な数値が2つあります。この違いを正確に理解しておくことが重要です。

融点はPPの結晶構造が完全に崩壊する温度です。市販のアイソタクチックPPでは通常160〜166°Cの範囲にあります。理論上の最大値は171°Cに近づきますが、実際の市販グレードでこの値に達するものはありません。5 この数値は射出成形や押出加工の議論では重要ですが、部品の設計に使う数値ではありません。

設計で使うべき数値は最高連続使用温度(最大作動温度)です。これは、持続的な荷重下でPPが形状と強度を安定して維持できる最高温度を指します。標準的なPP-Hシートおよびロッドでは約82°C(180°F)が上限です。それを超えると、融点にはるかに届かない温度であっても、PP は機械的応力の下で軟化・クリープし始めます。耐熱安定化グレードではこの上限を100〜115°C程度まで延ばせますが、適切なグレードの指定が必要です。6

また、PPは温度変化に対して熱膨張量が比較的大きい材料です。配管設計や温度変動の大きい部品には、継手・支持部・接続部での寸法変化を設計段階で考慮する必要があります。

耐薬品性

室温では、PPは大多数の酸・アルカリ・アルコール・塩水溶液に対して耐性を示します。非酸化性の酸とアルカリ——塩酸、中程度濃度の硫酸、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム——はPP製容器や配管で問題なく取り扱えます。これが化学処理や水処理分野でPPが広く採用される主な理由のひとつです。6

PPが苦手とするのは強酸化剤芳香族・ハロゲン化炭化水素です。トルエン、キシレン、クロロホルムや1,1,1-トリクロロエタンなどの塩素化溶剤、濃硝酸、濃塩素——これらはPPを侵食または溶解させます。温度が上がると耐薬品性はさらに低下します。室温では問題のない薬品でも、60〜70°Cでは膨潤や劣化を引き起こすことがあります。詳細は下記の耐薬品性表をご参照ください。

耐候性・耐UV性

標準グレードのPPは紫外線安定化処理を施されていません。屋外での継続的な露光は光酸化分解を引き起こし、表面が白化・脆化し、最終的にはひび割れに至ります。屋外設置機器やUV照射が強い環境では、UV安定化グレードを指定する必要があります(一般的にカーボンブラックを配合しており、屋外用PPタンクや継手が黒色であることが多いのはそのためです)。

電気的特性

PPは優れた電気絶縁材料です。誘電率は低く(約2.25)、体積抵抗率は10¹⁴ Ω·cmを超えます。吸水率がほぼゼロのため、湿潤条件下でもこれらの特性が安定して維持されます。電線ケーブルの絶縁材、コンデンサフィルム、電子部品ハウジングの標準材料として広く使用されている理由はここにあります。4


PPの用途

軽量性・広範な耐薬品性・コスト競争力を兼ね備えたPPは、多くの産業分野で最も汎用性の高い材料のひとつです。主な使用分野とその理由を以下に示します。

  • 化学処理・水処理 — 酸洗いラインやめっき設備の化学タンク、管継手、ポンプボディ、バルブ部品、フードドラフト、設備ライニングはPP-Hで製作されることが多いです。塩素水や処理薬品が流れる水処理の薬注マニホールド、フィルターハウジング、配管にも同様に適用されます。6
  • 半導体・基板製造 — ウェットベンチ部品、リンスタンク、薬液供給ライン、ウェーハ搬送治具にはPPまたはPVDFが主に使われます。PPは半導体のウェットプロセスで使用される希釈HF・HCl・H₂SO₄・H₂O₂に対し、管理された濃度・温度の範囲で高い耐性を示します。
  • 食品・飲料 — PPはFDA(21 CFR 177.1520)およびUSDAの食品接触承認を取得しています。食品容器・包装フィルム・乳製品パッケージ・キャップ類・食品工場の給湯給水用PP-R配管などに使用されています。
  • 医療・研究 — 短時間のオートクレーブ滅菌に耐え、化学的に不活性で、BPAフリーであることが評価されています。使い捨て注射器・バイアル・実験容器・一部の医療器具にPPが採用されています。
  • 一般消費財 — ヨーグルト容器から収納ボックス、ラグ、包装フィルムまで、最も生産量の多い用途分野です。プラスチック容器底面の「5」という識別コードがPPを示しています。

LORRICの製品におけるPPの活用

LORRICのパドルホイール流量計(FP-AS510 AxleSense™およびFP-Pシリーズを含む)では、PPの使用温度・薬品適合範囲内において、一般工業流体の計測・水処理・薬注ラインにPP製ウェット部品を採用しています。スプレーノズルラインには、薬液洗浄用途向けに設計されたPP製ボディのMWP-PP中空円錐ノズルもございます。PPの薬品・温度適用範囲を超える流体には、LORRICのPVDF製流量計が適切な選択肢となります——PVDFの材料ガイドで直接比較をご確認ください。


PP耐薬品性表

表の見方:
OK 記載条件での継続使用を推奨
条件付き ― 実際の使用条件でテストしてから使用してください
非推奨
N/A 一次資料による確認データなし
注意:本表は参考情報であり、個別の薬品に対するこの材料の性能を実験室条件下で示したものです。実際の結果は異なる場合があります——濃度、温度、複数薬品の混合はすべて性能に影響します。最終的な材料選定を行う前に、実際の使用条件下で必ずテストを実施してください。
分類 英語名 薬品名 PP評価
有機酸 Acetic acid (20%) 酢酸(20%) OK (20%)
Acetic acid, glacial 氷酢酸 N/A
Acetic anhydride 無水酢酸 N/A
Citric acid クエン酸 N/A
有機化合物 Acetaldehyde (20°C) アセトアルデヒド(20°C) OK (20°C)
Acetone (20°C) アセトン(20°C)
Aniline アニリン N/A
Benzaldehyde ベンズアルデヒド OK (70°C)   (100°C)
Benzene (20°C) ベンゼン(20°C) OK (20°C)   (70°C)
Benzyl alcohol ベンジルアルコール OK
Benzyl chloride 塩化ベンジル N/A
Corn oil コーン油 N/A
Ethanol (96% @ 70°C) エタノール(96% @ 70°C) OK (96% @ 70°C)
Ethylene glycol エチレングリコール OK
Fatty acid 脂肪酸 N/A
Formaldehyde (10%, 40%) ホルムアルデヒド(10%、40%) OK (10%, 40%)
Formic acid ギ酸 N/A
Hexane (20°C) ヘキサン(20°C)
Lactic acid 乳酸 N/A
Methanol (20°C) メタノール(20°C) OK (20°C)
Methyl alcohol メチルアルコール N/A
Paraffin oil パラフィン油 N/A
Petroleum 石油 N/A
Phenol フェノール N/A
Propane, liquid 液化プロパン N/A
Propanol プロパノール N/A
Stearic acid ステアリン酸 N/A
Tannic acid タンニン酸 N/A
Tartaric acid 酒石酸 N/A
Toluene トルエン
無機化合物 Ammonia (aqueous) アンモニア(水溶液) N/A
Ammonium chloride (aqueous) 塩化アンモニウム(水溶液) N/A
Ammonium hydroxide 水酸化アンモニウム N/A
Ammonium nitrate 硝酸アンモニウム N/A
Ammonium sulfate 硫酸アンモニウム N/A
Aqua regia 王水 N/A
Barium chloride 塩化バリウム N/A
Barium hydroxide 水酸化バリウム N/A
Brine 食塩水 N/A
Calcium chloride 塩化カルシウム N/A
Calcium hydroxide 水酸化カルシウム N/A
Carbonic acid 炭酸 N/A
Chloric acid 塩素酸 N/A
Chlorine (10%) 塩素(10%) OK (10%)   (30%)
Detergent 洗剤 N/A
Hydrobromic acid 臭化水素酸 N/A
Hydrochloric acid 塩酸 N/A
Hydrofluoric acid (20°C) フッ酸(20°C) OK (20°C)
Hydrogen peroxide 過酸化水素 N/A
Nitric acid (20°C) 硝酸(20°C) OK (20°C)
Phosphoric acid (70°C) リン酸(70°C) OK (70°C)
Potassium hydroxide 水酸化カリウム N/A
Potassium nitrate 硝酸カリウム N/A
Potassium sulfate 硫酸カリウム N/A
Sodium carbonate (aqueous) 炭酸ナトリウム(水溶液) N/A
Sodium hydroxide (50%) 水酸化ナトリウム(50%) OK (50%)
Sodium nitrate 硝酸ナトリウム N/A
Sulfuric acid 硫酸 OK (30%@70°C)   (30%@100°C)  OK (100%@20°C)   (100%@70°C)
Sulfur dioxide 二酸化硫黄 N/A

よくあるご質問

ポリプロピレンの最高使用温度はどのくらいですか?

標準的なPPホモポリマーを継続的な構造・流体接触用途で使用する場合、安全上限は約82°C(180°F)です。これはPPが荷重下で変形・軟化し始める温度であり、融点(約160〜166°C)とは別の数値です。使用温度を超えても即座に破損するわけではありませんが、時間とともに変形・寸法変化が進行します——配管・タンク壁・流量計ウェット部品ではこれが実際の問題となります。耐熱安定化グレードではこの上限を100〜115°C程度まで延ばせます。それ以上の温度が必要な場合は、PVDFを検討されることをお勧めします。6

ポリプロピレンはすべての酸や薬品に耐性がありますか?

すべてではありません——PPには実用上重要な限界があります。室温では大多数の非酸化性酸・アルカリ・アルコール・塩水溶液に対して高い耐性を示します。耐性が不十分なのは:強酸化剤(高濃度H₂O₂・高濃度HNO₃・30%超の塩素)、芳香族溶剤(トルエン・キシレン)、ハロゲン化溶剤(クロロホルム・トリクロロエチレン)、そして高温全般です。「希釈液に耐えるから濃縮液も大丈夫」という誤った判断は現場でよく見られます——同じ薬品でも濃縮・加熱された状態ではPPを侵食する可能性があります。材料選定の最終確認には、このページの耐薬品性表と各グレードのデータシートを必ず参照してください。6

PPとPE(またはHDPE)の違いは何ですか?

PPとHDPEは同じポリオレフィン系で、室温での耐薬品性・外観・質感も似ています。違いはいくつかの重要な性能領域にあります。耐熱性はPPが優れており、最高使用温度(約82°C)はHDPE(グレードによって約60〜82°C)より高く、融点(約163°C)もHDPE(約130〜137°C)を大きく上回ります。剛性・硬度もPPの方が高い傾向にあります。一方、低温耐衝撃性はHDPEが優れており、0°C以下でも靭性を維持するのに対し、PP-Hは脆くなります。耐油性・耐炭化水素燃料性もHDPEのほうがやや良好です。中温域での工業流体計測や化学処理設備では、PP-Hの方が選定されることが多いです。

プラスチック容器の「5」という数字は何を意味しますか?PPと同じですか?

はい——プラスチック容器の底面に刻印されている三角形と「5」の数字は、ポリプロピレンを示す樹脂識別コードです。これは世界共通のリサイクル分類システムであり、PP5は食品接触が承認されたポリプロピレン(通常はホモポリマーまたはランダムコポリマーグレード)を指します。このページで説明している材料と同じ素材で、消費者製品として流通しているものです。ひとつ注意が必要なのは:「5」の識別コードは素材を示すものであり、電子レンジ加熱が安全かどうかとは別の話です。電子レンジ対応には、それを示す専用マーク(波線のアイコン)が必要です。すべてのPP容器が繰り返しの電子レンジ使用に対応しているわけではなく、特に使い捨てのテイクアウト容器はPPであっても電子レンジ加熱を繰り返す用途には設計されていません。「5」のコードと電子レンジ対応マークの両方が表示されている容器は、食品の加熱用途として特別にテスト・承認されたものです。

ポリプロピレンは安全ですか?有害性、食品安全性、電子レンジ使用について教えてください。

PPは日常使用および食品接触用途において安全性の高いプラスチックです。FDA(21 CFR 177.1520)およびUSDAの食品接触承認を取得しており、食品容器には樹脂識別コード「5」が表示されます。PPはBPA(ビスフェノールA)を含みません——ポリプロピレンの化学構造はポリカーボネートに関連するビスフェノールAとは無関係です。通常の使用条件下でPPに発がん性は認められていません。7 電子レンジ使用については:「電子レンジ対応」と表示されたPP容器は食品の加熱用途として特別にテストされたものです。樹脂識別コード「5」だけでなく、電子レンジ対応マークの有無を確認することが重要です——前者は素材の種類、後者は加熱用途としての安全確認を意味します。すべてのPP容器が繰り返しの電子レンジ使用に対応しているわけではありません。

PPの主なデメリットは何ですか?

PPは非常にバランスの取れた材料ですが、材料選定に影響する実質的な限界があります。主なものとして:標準グレードは紫外線・屋外露光で劣化する(屋外用途にはUV安定化グレードが必要)、0°C以下で脆くなる(ホモポリマーグレード——インパクトコポリマーは改善されているが依然限定的)、強酸化性薬品やハロゲン化溶剤に対応できない、熱膨張係数が金属より大きいため配管・接続部の設計で考慮が必要、そして約82°Cという使用温度の上限から高温薬液ラインや高温プロセスには使用できません——そのような用途ではPVDFが選択肢となります。この温度上限以下で、非酸化性のプロセス流体を扱う工業的な流体計測・化学品貯蔵のほとんどにおいて、PP-Hはコストパフォーマンスの点で非常に優れた選択肢です。

参考文献

  1. ^ Grokipedia. Polypropylene. — 使用箇所:世界生産量、密度範囲、ホモポリマーの融点範囲。
  2. ^ LyondellBasell. Tech Topic: Material Selection — Polypropylene. — 使用箇所:PPグレードの種類(ホモポリマー、ランダムコポリマー、インパクトコポリマー)、グレード選定基準、特性比較。
  3. ^ LyondellBasell. Polypropylene, Impact Copolymer. — 使用箇所:インパクトコポリマーの構造と用途。
  4. ^ Laminated Plastics. Polypropylene (PP) Technical Data Sheet. — 使用箇所:PP-HおよびPP-Cの機械的・物理的・熱的・電気的特性(ASTM試験規格)。
  5. ^ Wikipedia. Polypropylene. — 使用箇所:融点範囲(理論最大値171°C、市販アイソタクチック160〜166°C)、複数の一次資料と照合済み。
  6. ^ Röchling Engineering Plastics. Polystone® G (HDPE) and Polystone® P (Polypropylene) — Semi-Finished Thermoplastics Brochure (2017). — 使用箇所:最高使用温度、耐薬品性表データ、産業用途。
  7. ^ Healthline. Is Polypropylene Safe? — 使用箇所:FDA承認ステータス、BPAフリーの確認、PPの食品安全分類。
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