当社（株式会社東レリサーチセンター、以下、「TRC」）は、樹脂中のポリエチレン（PE）／ポリプロピレン（PP）の成分比率を高速カロリメトリー（Fast Scanning Calorimetry、以下、「FSC（※１）」）を用いた短時間で高精度に決定する分析技術を開発し、受託サービスを開始しました。
PEやPP、さらにそれらのブレンド樹脂は多くの産業資材や民生品に使われています。製品内でPEとPPが仕込み組成通りに均一に混ざっていることの確認、マテリアルリサイクルにおけるリサイクル原料を用いた再生品の成形加工性、品質安定性を確保するために、樹脂中のPE／PPの成分比率を正確に把握する必要があります。本技術により、成分比率の不明な樹脂を1時間程度の簡単な分析操作かつ1％の高い精度で調べることが可能になり、原料の受入検査や製品検査にかかる手間を大幅に短縮することが期待されます。
TRCは、このような組成情報をご提供することで、カーボンニュートラル社会の実現に対して、材料開発支援の面から貢献していきたいと考えています。今後も「高度な技術で社会に貢献する」という当社の基本理念に基づき、よりいっそうの分析技術水準の向上に努めていくとともに、最新の先端分析サービスをいち早く提供し、少しでもお客様の製品開発に役立てるように、先端分析技術の開発に邁進して参ります。

【背景】
PEおよびPPは世界で最も多く使用されている樹脂です（2019年は世界の樹脂の総使用量の約40%にあたる1.8億トンが使用；OECD資料(後述)を参照）。それらの用途は産業および民生用の繊維、フィルム、成形体など多岐に亘りますが、例えば自動車部材に使われる成形体では強度や耐久性などを調整するためにPEとPPが混合された樹脂も使用されています。これらの樹脂を繰り返し利用するためのマテリアルリサイクルでは、工場から排出された工程屑や市場品を回収し、再ペレット化したものがリサイクル原料として利用されます。ただし、製品内でPEとPPが仕込み組成通りに均一に混ざっていることの確認、リサイクル原料を用いた再生品の成形加工性、品質安定性を確保するために、樹脂中のPE／PPの成分比率を正確に把握する必要があります。

樹脂中のPE／PPの成分比率を決定する手法としては、核磁気共鳴（NMR）法（※２）が一般的に用いられます。NMR法では高精度で比率決定が可能という長所がありますが、高温の有機溶剤を用いた前処理が必要となること、さらに、結果が得られるまでに６時間程度を要し、数多くの試料を分析できないなどの短所があるため、簡便で高精度かつ環境に優しい代替手法の開発が期待されていました。

この課題に対して、TRCはFSCを活用した解決法を考案しました。TRCは毎秒数千℃の超高速で試料を加熱・冷却できる熱量計（高速カロリメーター）を産業界に先駆けて導入し、１０年以上に亘って分析技術開発を続けて参りました。このたび、長年培った高分子の構造解析技術を発展させて、PE／PPブレンド樹脂中の各樹脂の成分比率を簡便で高精度に決定し、かつ環境に優しい新規解析法を開発しました。
通常、PE／PPブレンド樹脂中では、PEとPPがそれぞれ結晶と非晶質の構造を形成しています（※３）。従来の熱分析（※４）では、このような複雑な構造に由来する複数の信号が重なって検出され、成分毎の信号に分けて解析することが出来ませんでした。この度、高速カロリメーター内で、一旦融点以上に昇温して融解させた試料を、測定前に急冷することで、PPを選択的に非晶質化すればPPの非晶質に由来する明瞭な信号を検出できることを見出し、本技術を開発するに至りました。本技術は既存のNMR法と同等の精度を有しながら、環境への負荷が大きい有機溶剤を用いずに、かつ煩雑な操作を必要としない、簡便で環境に優しい分析技術であり、PEとPPの含有率が未知のリサイクル原料への適用が期待されます（特許出願済）。

【技術解説】
PEとPPがブレンドされた樹脂を溶融温度から室温まで冷却させると、試料中のPEおよびPPの結晶化度（樹脂中に含まれる結晶の割合）がそれぞれ変化します。このとき、高速カロリメーターを用いて、溶融状態である融点以上の温度から室温まで急速に冷却すると、PEよりも結晶化が遅いPPは完全に非晶質（結晶化度がゼロ）になり、PEは結晶と非晶質が混在した状態になります。このように調製した試料に対して昇温FSC測定を実施し、PPの非晶質が示す信号を解析することにより、試料中のPPの質量を計算し、試料全体の質量とPPの質量の差からPEの質量を見積もる方法を見出しました（下図：前処理と測定の例。なお、本技術により算出されるPP／PEの成分比率は、NMR法の結果と一致することを確認しています）。