12

あいち産業科学技術総合センター

研究報告 2016

研 究 ノート

ポリエチレン・ポリプロピレン樹 脂 における混 合 比 の測 定
村 松 圭 介 ＊ 1、 棚 橋 伸 仁 ＊ 2、 船 越 吾 郎 ＊ 1

Measurement of a Mixture Ratio of Polyethylene and Polypropylene
Keisuke MURAMATSU *1 , Nobuhito TANAHASHI *2 and Goro FUNAKOSHI *1
Research Support Department * 1 * 2
ポ リ エ チ レ ン (PE)と ポ リ プ ロ ピ レ ン (PP)の 混 合 樹 脂 の 混 合 比 を 、 赤 外 分 光 (IR)法 、 示 差 走 査 熱 量 分 析(DSC)法 、 核 磁 気 共 鳴 (NMR)法 の 3 手 法 で 測 定 し た 。 NMR 法 で は 誤 差 5%以 下 の 精 度 で 混 合 比 を 算 出 す
る こ と が で き た が 、 IR 法 及 び DSC 法 は 測 定 試 料 の グ レ ー ド の 違 い に よ り 7%程 度 の 誤 差 が 生 じ 、 グ レ ー
ド未知の試料の測定に適さないことが分かった。

１．はじめに作製した試料の重量混合比：ポリエチレン(以下、PE)とポリプロピレン(以下、PP)
はプラスチックの国内生産量で 1,2 位を占め、軽さ、耐PP/PE=90/10,80/20,70/30,60/40,50/50,30/70,10/90
2.2 赤外分光(IR)法による測定

水性、耐薬品性を持ち、加工性にも優れた材料である。

試料を 200℃で 30 秒間熱プレスし、薄膜状にした。

さらに、PE と PP を比較すると、PE は加工が容易で耐その試料を、赤外分光光度計（日本分光㈱製 FT/IR-4100）

候性が高く、PP は機械的強度や耐熱性が高い。この強を用いて透過法で測定した。

度や加工性をコントロールするため、PE と PP は混合しPE 由来の 719cm-1 のピークと PP 由来の 841cm-1 またて用いられることがある。PE と PP を混合する割合に応は 973cm-1 のピークの高さを比較し、検量線を作成した。

じて物性も変化するため、その混合比の測定に関する需2.3 示差走査熱量分析(DSC)法による測定要は高い。今回、混合比の測定に従来から用いられてい熱分析装置（㈱TA インスツルメント製 Q20）を用い、る赤外分光(IR)法、示差走査熱量分析(DSC)法、核磁気以下の条件に従って測定を行った。

共鳴(NMR)法により混合比既知のサンプルを測定し、そ温度：40℃→180℃→80℃→180℃のデータの精度について検証した。また、グレードの異昇降温速度：5℃/min

なる 2 種類の樹脂の測定結果を比較し、原料未知の試料結晶化の条件を統一するため、一旦溶解した後一定条件で凝固させ、最後の 80℃→180℃の区間を解析した。

測定に適用可能か検討した。

2.4 核磁気共鳴(NMR)法による測定
核磁気共鳴装置（日本電子㈱製 ECA-600）を用い、２．実験方法

1H-NMR 測定を行った。

2.1 測定サンプルの作製
溶融混練機を用い、200℃で 10 分間、以下の材料を混練した。PP と PE は、それぞれメルトマスフローレート

溶媒：1,1,2,2-テトラクロロエタン-d2
測定温度：130℃(一定荷重・一定温度における溶融押出速度)が約 10 倍異なる 2 種類のグレードを選んだ。

３．実験結果及び考察

PE 原料：ハイゼックス 5000S(㈱プライムポリマー製)
ハイゼックス 2100J(㈱プライムポリマー製)

3.1 IR 法
今回の実験の代表的な結果を図１に示す。

ノバテック SA3A(日本ポリプロ㈱製)
このうち、ハイゼックス 5000S とノバテック EA9 の吸光度

PP 原料：ノバテック EA9(日本ポリプロ㈱製)

719cm-1（PP 含有率 50%）
973cm-1

841cm-1

比較的硬いグレードの組み合わせ(以下樹脂 A)、ハイゼックス 2100J とノバテック SA3A の比較的柔らかいグレードの組み合わせ(以下樹脂 B)でそれぞれ混練した。
＊

1 共同研究支援部 計測分析室

2 共同研究支援部＊

図１波数(cm-1)
IR スペクトル(樹脂 A)

計測分析室（現瀬戸窯業技術センター）

13
各サンプルの測定データから、検量線を図２のとおり作成した。PP のピークは 841cm-1 と 973cm-1 どちらのピークを用いても、直線近似することができた。この検量線から逆算した混合比は誤差 3%以下だった。
図５ DSC 検量線樹脂比較(樹脂 A：実線、樹脂 B：破線)
3.3 NMR 法
今回の実験の代表的な結果を図６に示す。1.3ppm にPE の大きな 1 本のピークが、0.9ppm, 1.3ppm, 1.6ppmに PP の分裂したピークが見られた。
（PP 含有率 50%）PE
図２

IR 検量線(樹脂 A)

PP
PP

樹脂のグレードの違いが検量線に影響を与えるか検証した結果を図３に示す。PP のピークとして 841cm-1 とPP
化学シフト(ppm)
図６ NMR 結果(樹脂 A)

973cm-1 を用いた場合のいずれも樹脂 A と樹脂 B の検量線の傾きの差は 10%以上あった。これにより別の樹脂の検量線を用いると最大 7%程度の誤差が出ることが分か

ピークの面積は水素原子の数に比例するため、1.6ppm

り、今回の方法では 1 つの検量線であらゆるサンプルののピーク(PP の 1 水素)と 1.3ppm のピーク(PE の全水混合比を得ることは困難と分かった。

素と PP の 1 水素)の面積比から PP と PE の比を求めることができる。これらのピークの面積比及びそれから算出した混合比は表１のとおり。検量線を利用せず直接混合比を算出することができた。また、樹脂 A・樹脂 B の違いに関わらず混合比を誤差 5%以下の精度で測定できた。
表１

図３

IR 検量線樹脂比較(樹脂 A：実線、樹脂 B：破線)

NMR ピーク面積比

ピーク面積比
PP/PE

3.2 DSC 法(1.3ppm/1.6ppm)

PP/PE 計算値

樹脂 A

樹脂 B

樹脂 A

樹脂 B

今回の実験の代表的な結果を図４に示す。PE の融解

90/10

1.59

1.63

91/9

90/10による吸熱ピークが約 130℃に、PP の融解による吸熱ピ70/30

3.64

3.46

69/31

71/29ークが約 160℃に現れている。
0PE
熱流量

50/50

6.56

6.49

52/48

52/48

30/70

17.9

12.7

26/74

34/66

10/90

52.6

47.6

10/90

11/89

PP(mW)-5100（PP 含有率 50%）
180140
温度(℃)
図４

DSC 測定結果(樹脂 A)

これまでの結果から、原料樹脂が不明なサンプルではNMR 法による測定で最も精度の高い結果が得られると考えられる。

４．結び

融点における吸熱ピークの面積は各成分の融解熱に相当する。この値を用いて、図５のとおり検量線を引いた。

この研究により、NMR 法での PP/PE 混合比測定は誤検量線から逆算した混合比の誤差は 3%以下であったが、差 5%以下の精度で可能であることが明らかになった。

樹脂 A と樹脂 B を比較すると検量線の傾きに 10%程度

また、IR 法や DSC 法では原料のグレードによって検量の差が見られ、IR 同様検量線の統一は困難と分かった。

線の傾きが異なり、測定値に最大 7%程度の誤差が出ることが判明した。