化学プラント技術者と今回のテーマ
こんにちは、かねまるです。
プラントライフは、科学プラントの技術者が 科学を軸に皆さんの視野を広げていく番組です。
今回は、ポッドキャスト配信リレー2026に参加させてもらって、
テーマに沿って30分お話しさせていただきます。
テーマは、ポッドキャスト、秋、ペラペラの3つから選べるんですけど、
私はペラペラでいきたいと思います。
タイトルは、ペラペラフィルムに多層バリア、お菓子の袋の秘密です。
この番組、プラントライフの前の番組は、
今夜は回しなしでましなしさんでした。
ここからはガラッと空気が変わって化け学の話になりますので、
お付き合いいただければと思います。
そして本編に入る前に、簡単に自己紹介をさせてください。
私は今、科学メーカーで働いている技術者でして、
科学プラント、つまりは科学工場で製造技術という仕事をしています。
技術者にもいろいろ種類があるんですよね。
その中で私は製造技術という仕事を主に行っておりまして、
ざっくり言うと工場をトラブルなく効率的に動かせるように
技術的に解決していくような仕事ですかね。
いくつか重要な単語を言っていくと、
安全第一とか、トラブル提言とか、原価提言もそうですね。
すごく夢のある超効率的な装置を入れましたとか、
最新の製造方式を組み込みましたとか、そんな仕事ではなくて、
どちらかというと、今ある製造設備がこれくらいの能力本来発揮できるんだけど、
なんだかうまくいってないとか、トラブルが発生するとか、
そういう時に解決していくような仕事ですかね。
かっこよく言うと、理論的にはで終わらせない、です。
そんな仕事をする傍らで、
技術者金丸のプラントライフというこの番組を週2回配信しておりまして、
化学を中心にして身近なものの中身とか、工場の裏側とか、そういう話をしています。
例えばスピリタスは何で100度じゃないのとか、タイヤは何で黒いのかとか、
なぜ中東情勢で肥料が値上がりしているのかっていう話も科学的な側面から話しています。
あとオスの主成分作酸って凍ったり燃えたりするんですよ、みたいな話もしました。
基本的には高校科学の内容が出てきたら解説はするっていうのを意識して、
科学の知識がなくても聞いてるうちにへーってなるような話を選んでいるつもりです。
今回も多分そういう感じになるんじゃないかなと思います。
お菓子の袋を構成する5層
それではお菓子の袋の秘密いってみましょう。
今回のテーマであるペラペラなんですけど、ペラペラなものって身の回りにいっぱいあるじゃないですか。
紙とかラップとかレジ袋とか、その中で今回はお菓子の袋の話をします。
ポテトチップスの袋の中見たことあるでしょうか。
外側は綺麗な印刷がされていますけど内側って銀色になってますね。
基本的にお菓子の袋っていうのは多層のフィルムで貼り合わせて作られています。
今回は包装用フィルムを販売しているフタムラ科学という会社をベースに
ポテトチップスの袋が5層のフィルムでできているっていう話をしたいと思います。
お菓子の袋の厚みって触って調べたことありますか。
一応強度はありそうに感じますけど、5層もあるなんて想像もつかないような薄さです。
5層のうち外側から見ていきましょう。
まず1層目。私たちがよく目にする一番外側っていうのはOPP。
遠心ポリプロピレンというものが使われています。
ポリプロピレンを引っ張って伸ばして強くしたフィルムです。
材料名だけだとイメージつかないかもしれないですけど、
ポリプロピレンっていうのは自動車の部品とかキャップとかトレイとか
ある程度機械的な強度があって薬品にも強い。
国内では1,2番目くらいに生産されているプラスチックです。
このポリプロピレンを引っ張って伸ばして強くしたのが遠心ポリプロピレンです。
役割は中身を守ること。
そして印刷をすること。
商品名とかメーカー名とかイラストとか
あの派手なデザインは全部この一番外の層に載っています。
2層目はポリエチレン。
これは保護でもあるんですけど、主な役割はフィルム同士を貼り合わせる接着剤ですね。
また新しいプラスチックが出てきました。
ポリエチレン。
これはレジ袋とかゴミ袋、シャンプーのボトルにバケツにいろんなものに使われています。
特にプラスチックの中で一番単純な化学構造になっておりまして
安いのが特徴的ですね。
1層目で出てきたポリプロピレンと2層目で出てきたポリエチレン。
国内のプラスチック生産量の1位2位になっています。
ちなみに3番目は塩ビです。
2層目のポリエチレン。
保護でもあるけどフィルム同士を貼り合わせる接着剤と最初に言いました。
これが少し変わっていまして、普通接着剤っていうと糊を塗るじゃないですか。
今回の場合だと糊を塗っているんじゃないんです。
溶かしたポリエチレンそのものを間に挟んでいます。
もしかしたら容器によって変わるかもしれないんですけど
私の知っている方法だと押し出しラミネートっていう方法がありまして
ポリエチレンを300度くらいに溶かして
フィルムの幅ぐらい細長いノズルからポリエチレンの溶かしたものを出して
カーテンみたいに垂らすんですよね。
その垂れてくる膜を2枚のフィルムの間に挟んでローラーで押さえて冷やします。
これで貼り合わさるんです。
アルミ蒸着PETのバリア性能
真ん中3層目。
ここはペットのフィルムにアルミニウムを浄着したものです。
まずペットのフィルムですね。
あのペットボトルのペット、ポリエチレンテレフタラートという材料のフィルムです。
このペットのフィルムにアルミニウムを浄着しています。
ものすごく薄いアルミニウムの膜をペットのフィルム表面に貼っているような感じです。
このアルミの膜によって酸素とか水蒸気を通しにくくするので
お菓子が湿気ったり酸化してまずくなったりするのを防ぐ役割があります。
アルミの膜を作るのに浄着という操作をしているんですけど
この浄着が結構大事な役割を果たしています。
真空の状態でアルミを加熱してアルミニウム自体を蒸発させます。
アルミニウムの蒸発ってイメージつかないかもしれないですけど
そういうアルミニウム蒸気をペットのフィルムに付着させて表面に薄い膜を形成させます。
そんなことをしなくても私たちの身近なところにアルミ箔ってありますよね。
あれも十分薄いんでそんなのでいいじゃんって思うんですけど
全然違うんです。
アルミ箔自体は表面に何か塗ったりしない限り100%アルミニウムの薄いフィルムです。
それに対してペットのフィルムにアルミ浄着したものっていうのは
ペットのフィルムに原子レベルで薄い膜を張っている状態です。
アルミニウムの使用量が段違いに少なくてですね。
アルミニウムの浄着の方がアルミ箔よりも100分の1とか200分の1くらいのアルミニウムの使用量なんです。
浄着にすると全然アルミニウム使わなくて済むんです。
あと普段使っているアルミ箔だとなんかカサカサして固い感じしないでしょうか。
フィルム浄着にした方が柔軟性があって柔らかいんですよね。
そういった面でもお菓子の袋に向いています。
延伸・無延伸ポリプロピレンの違い
そして4層目はまたポリエチレン。
2層目と同じで保護とか接着の役割です。
最後に5層目。
一番内側はCPP。
無塩性ポリプロピレンというものです。
一番外側と同じポリプロピレンが使われているんですけど。
ややこしいですね。
1層目の外側はOPP。
塩性ポリプロピレンで。
5層目の内側は無塩性ポリプロピレンなんですけど。
結局は延伸しているかしていないかの違いで。
引っ張って伸ばしているかどうかの差ですね。
5層目内側の役割って何でしょうか。
もちろんお菓子と触れるっていうのもありますけど。
完全に密閉するっていう役割もありますよね。
内側のフィルム同士をくっつけて。
完全に密閉して開かないようにくっついていると思います。
実際には熱で溶かして袋の口を閉じているんですけど。
こういうのをシーラントって言います。
ヒートシールと呼んでもいいと思います。
このシールをするかしないかで延伸するしない。
つまりポリプロピレンフィルムを伸ばすか伸ばさないかっていう差が生まれます。
基本的に伸ばしたOPP、延伸ポリプロピレンっていうのはヒートシール性が乏しいです。
熱を当ててもくっつかないんです。
逆に伸ばしていないCPP、無塩性ポリプロピレンっていうのは熱で溶けてくっつきます。
同じポリプロピレンっていうプラスチックを使っていますけど、
最後にフィルムを伸ばすか伸ばさないかっていうだけで、
熱で溶かしてくっつくかくっつかないかっていう大事な特性を左右します。
ここがプラスチックの面白いところです。
例えば身近なものだと塩ビがわかりやすいんですけど、
水道管などに使われる硬い塩ビ缶も、ビニール傘も、そして消しゴムも全部塩ビなんですよね。
科学的にはどれもポリ塩化ビニールっていうプラスチックなんですけど、
硬さの全然違う用途に使用できます。
話を戻しますと、伸ばさないポリプロピレンフィルムを使うことでヒートシールができるようになっています。
伸ばさないとヒートシール性があるのに対して、逆に伸ばすと強度が増します。
強度が増してなおかつ透明性が上がります。
印刷もしやすくなります。
見た目が良くて強度の強いフィルムということですね。
ですので伸ばしたポリプロピレン、延伸ポリプロピレンっていうのは外側に使われるんです。
ここまでの話をまとめますと、主に3枚のフィルムがあって、それらを貼り合わせて5層になっているイメージです。
一番外側は強度があって、透明性があって、印刷もしやすい延伸ポリプロピレン。
真ん中に酸素や水分を防ぐアルミ錠着のペットフィルム。
一番内側がヒートシール性のある無延伸ポリプロピレン。
これらをポリエチレンフィルムを介して貼り合わせています。
こんな構造になってたんだってわかったところで、もう少し詳しく考えてみますと、万能な1枚のフィルムってないってことですね。
素材ごとに得意と不得意がはっきりしていて、メインのお菓子を守るっていう点で考えると、真ん中のアルミニウムがほとんどの役割を占めているんですよね。
あれが酸素も水も、もっと言うと光も含めて全部せき止めてくれています。
逆に言うと、真ん中のアルミニウムの層に傷が入ったら、袋全体のバリア性能が落ちてしまうっていうことになります。
だからこそアルミニウムを守る層が上と下にいるっていうことなんです。
アルミニウムを守りながらも印刷をしたり、ヒートシールをしたりっていう特性も付与しています。
牛乳パックと宇宙服の多層構造
こういう多層フィルムで作った容器っていうのは、実は他にもありまして、牛乳パックです。
正確に言うとロングライフ牛乳の容器は同様の多層構造になっています。
常温で長期保存できるロングライフ牛乳っていうのは、紙とポリエチレンとアルミ箔の6層なんです。
牛乳の場合は箱の形のまま流通するので、特に曲げたりとかっていう要素が少ないことから、折れに弱いアルミ箔でも大丈夫なんです。
お菓子の袋の場合は最後に窒素を入れて膨らましたりもしますので、柔軟性のあるアルミ定着フィルムが使われています。
形が違うだけで素材の選び方が変わるんですよね。
役割分担して多層のフィルムになっているお菓子の袋、身近なお菓子の袋で5層っていうだけでもすごいんですけど、この究極系があります。
宇宙服です。
暑かったり寒かったり、そもそも酸素がなかったり、非常に過酷な環境の宇宙服ですけど、どれくらいの層に分かれて作っていると思いますか?
なんと、宇宙船の外に出て行う船外活動用の宇宙服っていうのは全部で14層らしいです。
そのうちの7層がアルミ定着マイラーというフィルムなんです。
マイラーというのはペットフィルムの商品名で、要するにアルミを定着したペットフィルム。
先ほどまで紹介していたお菓子の袋の3層目と同じ発想の素材なんですよね。
ただ違うのは、内側にあるのがポテチなのか人間なのかっていう違いです。
最悪、嫌ではありますけど、ポテチ買ってきて中湿気ってたら、あー湿気ってたなーで終わるんですけど、人間だとそうもいきません。
宇宙服は生命維持装置です。
真空とか暑さ寒さとか、塵や埃などから身を守ります。
そんな環境でも人間が出られるように、中の温度や湿度を一定に保ったり、酸素を供給したり、逆に呼吸で出る二酸化炭素を取り除いたり。
途中で少し話しましたね。
お菓子の袋のアルミ部分が破れてしまうと保護の機能が落ちてしまう。
生命維持装置である宇宙服だからこそ、多層の防御が必要なのはもちろんのこと、何かがあった時に後ろで守ってくれるものが必要です。
この話をするにあたってJAXAのホームページで宇宙服を調べてたんですけど、
冷却下着っていうのを素肌のところに着用するみたいで、約84メートルのチューブを縫い込んだ下着らしいです。
チューブに水を流して体温上昇するのを防いでいます。
ここのところ水冷服が話題ですけど、この冷却下着は究極系ですよね。
84メートルのチューブを縫い込んだ下着ってどんな感じなんでしょうか。
話は少しそれちゃいましたけど。
お菓子の袋も宇宙服も同じ多層構造にするっていう考えで、
さらにアルミ錠着という同じ発想の素材が使われていました。
多層フィルムのリサイクル課題
最後に多層フィルムのこれからの話をします。
今回紹介した多層フィルムの弱点っていうのはリサイクルしにくいことなんです。
プラスチックのリサイクルで有名なのはペットボトルですね。
ポリエチレンテレフタラート。
これはペット樹脂ポリエチレンテレフタラートっていうプラスチックが主成分で、
他のものがほとんど混ざってないからこそリサイクルしやすいです。
これはプラスチックの中でも熱の強さとか溶ける温度が違ったりもしますし、
複数のプラスチックが混ざってしまって分けづらいっていう場合もあります。
だからこそ違う樹脂が張り合わされたお菓子の袋みたいな多層フィルムっていうのは分けるのが難しいんです。
まず物理的には無理ですよね。
5層になっているお菓子の袋をゴミを捨てる時に灰で分けてくださいなんて絶対言えないです。
しかもアルミ錠着という形でプラスチックの表面にアルミニウムがついている部分もあります。
当然綺麗に分別しようと思ったら金属とプラスチック分けないといけないですよね。
結局のところ、多層フィルム以外も含めてですけど、多くのプラスチックっていうのは燃やして熱を回収するという形になっています。
一応リサイクルの分類で言うとサーマルリサイクルというものになります。
一度使ったプラスチックは燃やして熱だけ回収して二酸化炭素として排出するので再利用はできません。
また石油を使って一から作ることになります。
2024年のデータだと日本のハイプラスチックっていうのは1年間で911万トン出ています。
統計上有効利用率は89%に上ります。
89%も有効利用されているなんてすごいと思うかもしれませんけど、材料として再生されるのはだいたい20%くらいです。
大半の67%は燃やして熱として回収しています。
だから再利用しているとは何か言いづらくて、熱だけ回収して材料はまた作り直すようなこのサーマルリサイクルっていうものをリサイクルと分類していいのかっていう議論もあります。
多層フィルムで作られたものを何とか再利用、リサイクルする技術を開発するっていうところが求められています。
比較的技術開発が進んでいるのが洗剤などの詰め替えパックです。
あれも多層構造になっておりまして、しかも液体だから破れたら大変なことになるっていうものなので非常に強く作られています。
当然アルミの層もあります。
花王のホームページに詳細の課題などが載っているんですけど、リサイクルした詰め替えパックを再度フィルム化すると、
当然綺麗なフィルムではなくて、中にもともと使われていたアルミ箔とかインクなどが異物として残ってしまって、それによってフィルムに穴が開いてしまうみたいです。
この異物として入ってしまうものをとにかく分離して分けて、純度の高い再生利用の材料を作り上げることに成功しています。
さすがに100%リサイクル材料っていうわけにもいかないので、一部リサイクルのフィルムの層を入れて、他は純度が高くて信頼性のあるフィルムを使っています。
これも多層の良いところですね。リサイクル材料の弱い部分を他のもので補うことができます。
とは言ってもですね、多層フィルムっていうのはやっぱりリサイクルの面からも製造の面からも大変なので、現在は単一素材で多層バリアを作るという競争が繰り広げられています。
モノマテリアルと言うんですけど、性能は落とさずに一種類のプラスチックだけで作り上げるという製品です。
今回はお菓子の袋を題材に多層フィルムについて話をしてきました。役割に応じて何層も重ねたり。
同じプラスチックでも伸ばしたら印刷性能があって、伸ばさなかったらヒートシール性能があるみたいな面白い特徴もありましたね。
でもこういう高機能を求めた先にリサイクルの難しさもありました。
科学、化学と聞いて化学式を思い浮かべる方は多いですけど、単純にその化学式だけで性能が決まるわけじゃなくて、
引っ張ったらどうなるかっていう材料的な観点もあったり、どのように張り合わせるかという作り方の観点もあったり、
化学メーカーでは分子・材料・プロセスという風に様々な観点から研究が進められています。
もし今回の話が面白いなと思っていただけたら、技術者金丸のプラントライフを引き続き聞いていただけると幸いです。
配信は毎週水曜日と日曜日の朝6時です。
今回みたいな身近なものの中身とか、工場の裏側とか、そういう話を化学を軸にしていろいろやっています。
もし感想をいただける場合は、ハッシュタグプラントライフをつけてXでシェアしてください。すぐに見に行けます。
そして現在、noteでメンバーシップ金丸のここだけの話というものを公開しています。
化学技術発信の試行錯誤ですとか、技術者のキャリアですとか、オープンな場では少し話しにくいけど残しておいた方がいいかなって思う本音をお届けしています。
もし興味があれば覗いてみてください。
それではお聞きいただきありがとうございました。
ポッドキャスト配信リレー、うろんなふたり by stand.fm さんにつなぎます。
