プレミアム食品用ラップ：鮮度保持と臭い漏れ防止

背景

食品用ラップは、柔軟で透明なポリマー薄膜からなる食品包装材で、自己粘着性と容器密着性により密閉シールを形成します。空気から食品を守り、乾燥食品の吸湿と湿潤食品の乾燥を防ぎ、鮮度を保ちます。また臭いを封じ込め、隣接保存食品への臭い移りを防止します。

プラスチックは人工ポリマー、すなわち同種の小分子（モノマー）が数千個連なって巨大分子（ポリマー）を形成したものです。天然ポリマーには絹、ゴム、綿などがあります。

最初のプラスチックは1862年、イギリスの化学者アレクサンダー・パークスが綿、硝酸、硫酸、ピ마자油、樟脳から「パークジン」を作ったことに始まります。2年後、アメリカのジョン・ウェズリー・ハイアットが改良し「セルロイド」と命名。大成功を収め多くの製品に用いられましたが、高度に可燃性でした。

最初の完全人工ポリマー（セルロイドは天然ポリマー・セルロースの誘導体）はベークライトで、1908年ベルギーのレオ・ベークランドがフェノールとホルムアルデヒドから合成。20世紀には合成ゴム、ナイロン等の重要ポリマーが続々開発されました。

包装用最初のプラスチックはセロファンで、1911年スイスのジャック・ブランデンベルガーがセルロースから発明。透明性の利点があり、1924年から包装利用。1963年ポリエチレンに抜かれるまで最も一般的なプラスチックフィルムでした。

ポリエチレンは1933年、イギリスICI社の研究者たちがベンゼンとエチレンを高温高圧で混合した際の偶然の産物。当初は主に電気絶縁材として用いられ、1945年アメリカのヴィスキング社がフィルム化して以来普及が加速しました。

ポリ塩化ビニル（PVC）は第二次大戦前に生産され、ゴムの劣等代替品として始まりましたが、フィルム量産は1950年代まで待たねばなりませんでした。現在PVCはパイプ、床材、電線、靴、衣類、そして食品ラップ等多岐に用いられます。

ポリ塩化ビニリデン（PVDC）フィルムは第二次大戦中、ダウケミカルが軍用開発。高い防湿性と耐油・耐グリース・耐腐食薬品性を持ち、光学機器や航空機エンジン部品等の感度機器包装に採用。 1952年、おなじみの商品名「サランラップ」で一般発売されました。

原材料

家庭用ラップの多くはポリエチレン、PVC、PVDCから作られます。これらポリマーは全てメタンやエチレン等の単純炭化水素から派生し、天然ガスや石油から生産されます。ポリエチレンはエチレンから直接製造。PVCはエチレン由来の塩化ビニル、またはメタン由来のアセチレンから。PVDCは塩化ビニルと塩化ビニリデン（1,1,2-トリクロロエタン誘導体、さらにエチレン/アセチレン由来）から製造。

セロファン等一部フィルムはセルロース由来で、木材パルプやリンター（綿実から長繊維を取り除いた後に残る微細繊維）から得られます。少なくとも一種のプラスチックフィルム（プリオフィルム、グッドイヤー商標）はゴム由来です。

製造プロセス

原料処理

• 1 ポリマー合成に必要な化学薬品は通常石油から得られます。原油を炉で約752°F（400°C）まで加熱。油蒸気が分留塔（底部が高温、頂部が低温の室を持つ高塔）へ上昇。石油構成物質は気体として室を上昇し、各々の沸点で液化する室で分離回収されます。
• 2 多くのポリマーは沸点の低い単純炭化水素から始まります。これらは分留塔で液化せず気体のまま塔頂から除去。天然ガス（主成分メタン）からも入手可能。別ルートはナフサ——分留塔から得られる液体炭化水素混合物で、ガソリンより重く重油より軽い——を加圧加熱し液体炭化水素を小分子へ分解（クラッキング）。触媒（天然/人工粘土：アルミナ・シリカ混合物、またはゼオライト）を添加し低温低圧でクラッキングを促進。触媒クラッキングは通常約932°F（500°C）、約100キロパスカルで実施。クラッキング済みナフサを分留塔同様に蒸留し成分分離。

重合

• 3 ポリエチレンはクラッキング由来のエチレンから重合。エチレンを約338°F（170°C）、約200,000キロパスカルの圧力室で微量酸素存在下加熱。酸素がエチレンをフリーラジカルへ分解、相互結合でポリエチレン鎖形成。約1%の不活性ガス（プロパン等）を添加し鎖長過大を防止。
• 4 PVCは塩化ビニルから重合。塩化ビニルはアセチレン+塩酸、またはエチレン+塩素で得られます。エチレンルートが一般的（ナフサクラッキングで効率的入手）。アセチレン使用時はメタンを約2732°F（1500°C）で加熱合成、または他反応経由。塩化ビニルを水と撹拌しサスペンション形成（油と酢のドレッシング様）。デンプン・ゼラチン等懸濁剤で分離防止。懸濁液を約104°F（40°C）または122°F（50°C）へ昇温、開始剤（通常有機過酸化物）添加で反応開始。塩化ビニル分子が相互反応しPVC鎖形成。冷却後、遠心分離でPVC粒子を水から分離、オーブン乾燥。
• 5 PVDCは約15%塩化ビニルと約85%塩化ビニリデンの混合物から重合。塩化ビニリデン製造にはまずアセチレン+塩酸+塩素、またはエチレン+塩素で1,1,2-トリクロロエタンを合成。これを水酸化カルシウム/ナトリウムで反応させ塩化ビニリデンを得ます。PVDC重合はPVCとほぼ同様に進行。
• 6 ポリエチレンは天然に柔軟ですが、PVCとPVDCは可塑剤添加なしでは硬く脆いです。各種有機・無機エステルを可塑剤として使用。一般に液体可塑剤を乾燥ポリマー粉末へ徐々に噴霧し、約302°F（150°C）で加熱混合し均質化。

ラップフィルム製造

• 7 ラップフィルムは押出成形で製造。プラスチック粒を加熱溶融（ポリエチレン約212°F/100°C、PVC・PVDC約392°F/200°C）、ダイスから押出し暖かく伸展可能なチューブを形成。定間隔で圧縮空気をチューブ側面へ吹き込み巨大気泡を形成、これにより所望の薄さへ延伸。薄膜は急冷し、金属ローラー間で気泡を潰しフィルム化。大型金属ローラーへ巻き取り（数キロメートル巻き可能）。このフィルムを展開、所定長（通常約49フィート/15m）と幅（約1フィート/0.33m）へ切断、小型ダンボール芯へ再巻き取り（この巻き戻し・再巻きで微弱な負帯電が生じ、密着性を助けます）。ダンボール芯入りラップを、開口部にギザ刃付き段ボール箱へ収納（消費者が所望長を切り取り可能）。一部は箱に粘着スポットを設け、ラップ端が芯へ張り付くのを防止。箱をカートン積みし小売へ出荷。

品質管理

ラップフィルムの有効性を保証する標準試験が多数存在。最重要は透過性、衝撃耐性、引き裂き強度試験。

水蒸気透過性試験：塩化カルシウム（強力吸湿剤）を皿に入れ、ラップサンプルで覆い秤量。制御温湿度チャンバー内に置き、一定時間後再秤量。重量増加で透過水蒸気量を算出。水を入れて重量減少で逃げた水蒸気量を測る方法も。条件：73°F（23°C）湿度50%、90°F（32°C）湿度50%、100°F（38°C）湿度90%で実施。

ガス透過性試験：ラップサンプルを二室間に挟持。上室を100キロパスカル加圧、下室を真空・水銀管接続。上室空気がラップ透過で下室圧力上昇、水銀柱下降。水銀柱変化で透過空気量を算出。

衝撃耐性試験：試験片へ増大する重りを落下させ、半数が破損する重量を記録。または試験フィルム製袋に砂を詰め、硬い床へ増高落下させ破裂高度を記録。または加圧空気で小型鋼球を発射しフィルム通過時の減速度測定。

引き裂き強度は引き裂き開始強度（裂け目発生に必要な力）と引き裂き伝播強度（裂け目継続に必要な力）で構成。浅いV字試験片を両顎で引張り裂け目発生力を測定（90°角で制御された開始点を確保）。予めスリットを入れた試験片を引き離し伝播強度測定。

一般にPVDCが最も強く低透過、次いでポリエチレン、PVCの順。

環境への懸念

ラップフィルムはリサイクル困難・ほぼ不可能で再利用も稀なため廃棄物に寄与。ある消費者団体が製造エネルギー・原料、製造・廃棄時排出物、リサイクル可能性、典型使用量を考慮し「良」と評価。比較で再利用可能プラ容器「優」、プラ袋「良+」、アルミホイル・フリーザーバッグ「良」、フリーザーペーパー「不可」。もう一つの懸念はラップ内可塑剤の人体影響可能性。熱い・脂肪分の多い食品へ可塑剤が移行。ヒトへの有害性は実証されていないが、大量投与した実験動物で発癌性が確認。PVCラップは可塑剤が最大1/3、PVDC約10%、ポリエチレンは通常無添加。