ペットボトルを よく 見ると、ほんたいは すきとおって いて、キャップは かたくて ふたの かたちを して います。さわりごこちが ちがうと おもった ことは ありませんか。

ほんたいは「PET（ペット）」と いう プラスチックです。キャップは、「ポリエチレン」か「ポリプロピレン」と いう、べつの プラスチックで できて います［1］。ラベルは、きょうざいの じっけんでは ポリスチレンですが、ほかの ざいりょうの ラベルも あります［1］。

アメリカの かいようたいきちょうも、ボトルの キャップは ポリプロピレンが おおく、かたくて じょうぶな プラスチックだと せつめいして います［2］。

ざいりょうが ちがうと、みずに いれた とき、なにが ちがうのでしょう。

ペットボトルは、1本の中に3つの部品があります。本体、ラベル、キャップです。プラスチック循環利用協会の教材は、本体がPET、キャップはポリエチレン(PE)製のほかポリプロピレン(PP)製もあり、実験で使うラベルはポリスチレン製(ただし別の素材のラベルもある)、と説明しています［1］。

アメリカの海洋大気庁(NOAA)も、プラスチック製のボトルキャップの多くはポリプロピレン製で、硬くて丈夫だと述べています［2］。ただし、これはアメリカの資料です。日本のキャップにはPEとPPの両方があるので、「すべてPP」とまとめることはできません。

素材がちがうと、水に入れたときの様子はどう変わるのでしょうか。

1本のペットボトルは、素材の異なる3つの部品からなる。プラスチック循環利用協会の教材では、本体はPET、キャップはPE製のほかPP製もあり、実験例のラベルはポリスチレン製(別素材のラベルもある)とされる［1］。つまり、キャップは1種類に決まっていない。

米国海洋大気庁(NOAA)の海洋ごみ計画のページは、プラスチック製ボトルキャップの多くをPP(プラスチック#5)製とし、硬くて耐久性のある素材だと説明する［2］。米国の資料なので、日本の製品にそのまま当てはまるとは限らない。日本の教材はPEとPPの両方を挙げており、どの飲料にどちらが使われるかは、手もとの資料からは分からない。

なぜキャップだけ別の素材にするのか、その理由を示す一次の資料は、今回は手に入らなかった。ただ、素材が分かれていること自体は、次の水の実験で形になって現れる。

ものが うくか しずむかは、おなじ おおきさで くらべた ときの、おもさで きまります。これを「みつど」と いいます。みずの みつどを 1 と して くらべます。

プラスチックを あつかう ひとたちの あつまりの きょうざいには、めやすの かずが のって います［1］。

・ほんたい（PET）は 1.37 から 1.40。みずより おもいので しずみます。
・キャップ（ポリプロピレン）は 0.90 から 0.92。みずより かるいので うきます。
・キャップ（ポリエチレン）は 0.91 から 0.97。これも うきます。

ほんたいは、おなじ おおきさの みずより、4わりほど おもい ことに なります。キャップは、みずより 1わりほど かるい ものも あります。

ただし、ラベルは ポリスチレンで、1.05 から 1.07 です。みずより すこし おもいので、しずみます。うくのは キャップだけです［1］。

この うく ちからを、こうじょうでは どう つかって いるのでしょう。

浮くか沈むかは、「密度」で決まります。密度は、同じ体積で比べたときの重さのことで、水を1とすると、1より小さいものは浮き、大きいものは沈みます。

プラスチック循環利用協会の教材には、密度の目安がのっています［1］。

・本体のPET: 1.37〜1.40
・キャップのPP: 0.90〜0.92
・キャップのPE: 0.91〜0.97
・ラベルのポリスチレン: 1.05〜1.07

数字を水の1と比べると、PETは同じ体積の水より約4割重く、PPのキャップは約1割軽いことになります(筆者の計算)。だから、キャップは浮き、本体は沈みます。ラベルのポリスチレンも1より大きいので沈み、浮くのはキャップだけです［1］。

この浮き沈みのちがいは、実際の現場で役に立っているのでしょうか。

浮き沈みは、密度が水(約1.0g/cm³)より小さいか大きいかで決まる。同じ教材に載る目安の値は、PETが1.37〜1.40、PPが0.90〜0.92、PEが0.91〜0.97、実験例のラベル(ポリスチレン)が1.05〜1.07である［1］。

水との比をとると、PETは1.37〜1.40倍で、同じ体積なら水より約4割重い。PPは水の0.90〜0.92倍で約1割軽い。PEは0.91〜0.97倍で、PPよりやや重いが、水よりは軽い。差は1.0をはさんでいるため、キャップは浮き、本体とラベルは沈む(比の計算は筆者)。

注意したいのは、浮くのはキャップだけで、ラベルは沈む点だ。「ラベルをはがせば浮く」と考えると誤りになる［1］。また、これは素材の密度の目安であり、実際のキャップは形や中の空気の量などで、浮き方が変わりうる。

この性質は、リサイクルの現場でどう使われるのか。

ペットボトルは、ラベルを はがして、キャップを とって、だします。それでも、くちの ところに リングが のこります。

リサイクルの こうじょうでは、ペットボトルを こまかく くだいて、あらいます。その とき、リング（キャップ）の かけらは うき、ほんたいの かけらは しずみます［1］。うく ものと しずむ ものに、じぶんから わかれるのです。

きかいで ひとつずつ えらばなくても、みずに いれるだけで わけられる、というのが おもしろい ところです。

キャップは、ほかの ざいりょうでも できて います。たとえば、ガラスの びんの キャップは どうでしょうか。

ペットボトルは、ラベルをはがしてキャップを外しても、口の部分にリングが残ります。プラスチック循環利用協会の教材は、リサイクル工場で砕かれて洗われるとき、浮き沈みによってリング(キャップ)と本体が分けられている、と説明しています［1］。

水の中で、PEやPPのかけらは水面に浮かび、PETのかけらは底に沈みます。人が1つずつ選ばなくても、密度のちがいが自然に仕分けをしてくれる、というわけです。

この方法を考えるときに、素材が別であることが前提になります。もしキャップも本体もPETだったら、水に入れても分かれません。

ところで、キャップの素材が変わるのは、ペットボトルだけではありません。ガラスびんのキャップは、まったくちがう素材でできています。

回収されたペットボトルは、ラベルをはがし、キャップを外しても、口の部分のリングが残る。教材によると、リサイクル工場で砕いて洗う際、浮き沈みによってリング(キャップ)と本体が分別されている［1］。

この分別が成り立つのは、前の章で見たとおり、本体(密度1.37〜1.40)とリング(PE・PPで1.0未満)の密度が、水の1.0をはさんで離れているからだ。もし両者が同じ素材なら、水槽に入れても分かれない。素材を分けるという設計が、後の工程の分別を助けている、と読める。ただし、工場の工程の全体(砕く大きさや洗浄の順序など)は、手もとの資料には書かれていない。

ここで、キャップの素材がペットボトルとは大きく異なる例に目を向ける。ガラスびんの王冠である。

サイダーや ジュースの ガラスびんには、ぎざぎざの ついた 「おうかん」と いう キャップが つきます。おうかんは、てつの なかまの、はがねの うすい いたで できて います［6］。

きんぞくの ところを「シェル」、うらに はって ある ところを「ライナー」と いいます。ライナーには、ポリエチレンの プラスチックを つかった ものが あります［3］。さきほどの キャップと おなじ ポリエチレンが、ここにも つかわれて いるのです。

おうかんは、1892ねんに、アメリカの ウィリアム・ペインターさんが はつめいしたと いわれます［3］。そのころの ライナーは、うすい コルクでした［4］。

ぎざぎざ（ひだ）の かずは、せかいじゅうで 21ほんと いわれて います［3］。さいしょの きかいでは 24ほんだったと いう せつも あります［5］。ほんとうに 21ほんか、おうかんを みつけて かぞえて みるのも おもしろそうです。

つぎは、ワインの ふたです。

ガラスびんの王冠は、日本のキャップメーカーの資料によると、ティンフリースチールまたはステンレス鋼板でできています。高速で作れて、高速で打栓(栓をはめること)ができ、炭酸飲料のように中から押す力にも、減圧にも強いとされます［6］。

王冠の外側の金属部分をシェル、内側の裏張りをライナーと呼びます。ライナーにはポリエチレン樹脂を使ったものがあり、コルクシートや塩化ビニル樹脂のものもあります［3］。ペットボトルのキャップにも使われるPEが、王冠の内側にもあるわけです。

王冠は、1892年にアメリカのウィリアム・ペインターが発明したとされます。ボルチモアで、2月2日に3件の特許を取り、薄いコルクのライナーで気密を保つ仕組みでした［4］［3］。

側面のひだは、世界共通で21本だといわれます［3］。アメリカの大学の番組は、ペインターの最初の機械では24本だったと紹介しています［5］。21本になった理由は、はっきりした記録では示されていません。「握りの強さと金属の強度のかね合い」という解説はありますが、設計の記録で裏づけられたものではありません。

ガラスびんの世界では鋼板が使われ、ペットボトルの世界ではPEとPPが使われます。ワインの世界では、さらにちがう素材が出てきます。

ガラスびん用の王冠は、キャップメーカーの製品資料によれば、ティンフリースチールまたはステンレス鋼板を素材とし、高速生産・高速打栓に向く。耐圧性・耐減圧性に優れ、あらゆる液体飲料に使えるという［6］。英語版の百科事典はtinplate(ブリキ)と書くが、日本のメーカーはティンフリースチールと記す点が異なる。

構造は、外側の金属部分がシェル、内側の裏張りがライナーである。ライナーにはポリエチレン樹脂を使ったものがあり、コルクシートやPVC樹脂のものもある［3］。つまり王冠は、金属が圧力を受けとめ、樹脂が口に密着して封をする、という分担でできていると読める。

発明は、1892年のボルチモアにさかのぼる。ウィリアム・ペインターは、同年2月2日に、キャップ本体、密封ディスクの組成、コルク材料の利用について3件の特許を取得し、薄いコルクのライナーで気密を保った［4］。日本語版の百科事典は、同年に栓を作る機械も特許になり、会社を設立したと記す［3］。

側面のひだは、日本語版の記述では世界共通で21本だが［3］、アメリカの大学が制作する番組は、最初の機械では24本だったと述べる［5］。理由として「握りの強さと金属の強度のかね合い」という解説があるものの、これは二次の資料の説明であり、設計の記録で裏づけたものではない。

鋼板とPEの組み合わせは、炭酸の圧力に耐える用途に合う。では、炭酸のないワインでは、どんな素材が選ばれたのか。

むかしの ワインは、コルクの せんが ふつうでした。いまは、ぐるぐると まわして あける アルミの キャップの ワインも あります。

この アルミの キャップは、1964ねんに、オーストラリアの ワインの かいしゃの ひとと、フランスの かいしゃが つくったと つたえられます［7］。アルミの ふた、プラスチックの ライナー、ながい きんぞくの すそから できて います。

2000ねんには、オーストラリアの クレア・バレーという ところで、13の つくり手が、たかい ワインに この キャップを つかいました［7］。そして 2001ねんの けんきゅうでは、コルクと くらべて、ほとんど すべての てんで よかった、と ほうこくされました［7］。

ペットボトルの キャップは、ちかごろ、さらに くふうが すすんで います。

ワイン用のアルミ製スクリューキャップ「ステルヴァン」は、1964年にオーストラリアのヤルンバ・ワイナリーのピーター・ウォールとフランスのLBM社が開発したとされます。アルミのキャップ、プラスチックのライナー、昔の栓の上にかぶせた金属箔をまねた長い金属のスカートでできていると、アルミ素材メーカーの記事は説明しています［7］。

広まるきっかけの1つは、2000年にオーストラリアのクレア・バレーで、13の生産者が高級なリースリング(ブドウの品種)にこのキャップを使ったことでした。翌2001年のオーストラリアワイン研究所の研究では、ほとんどの点でコルクより良い結果が出たと紹介されています［7］。素材メーカーの記事なので、アルミを推す立場の紹介だという点には注意が要ります。

王冠の発明(1892年)から数えると、スクリューキャップの開発は72年あとのことです(筆者の計算)。では、ペットボトルのキャップ自体は、いま、どう変わっているのでしょうか。

ワイン用アルミ製スクリューキャップ「ステルヴァン」は、1964年にオーストラリアのヤルンバ・ワイナリーのピーター・ウォールとフランスのLBM社が開発した。構成は、アルミのキャップ、プラスチックのライナー、伝統的な箔を模した長い金属スカートである［7］。

採用が進んだ背景として、アルミ素材メーカーのコンステリウムは、2000年にオーストラリアのクレア・バレーの生産者13社が高級リースリングで使い、2001年のオーストラリアワイン研究所の研究で、ほとんどあらゆる点でコルクより良い結果が出たことを挙げる［7］。出典はアルミ事業を行う企業の記事であるため、「総じて良好」という評価を一般化せず、この研究での結果として読むのが妥当だ。ねじ山の作り方などの製造の仕組みは、この資料では確かめていないので、書かない。

鋼板、PE・PP、アルミと並べると、キャップの素材は、中身(炭酸・ワイン・水)と使い方(開け方、保存、製造速度)に合わせて選ばれてきたことが見える。では、現在の主流であるペットボトルのキャップは、これからどう変わっていくのか。

サントリーという かいしゃは、2016ねんに、ペットボトルの キャップを かるく しました。それまで 2.05グラムだった キャップを、1.85グラムに しました［8］。0.2グラムの ちがいです。

あわせて、しょくぶつから つくった ポリエチレンを 30パーセント つかった、と はっぴょう されて います［8］。

もうひとつ、つかい おわった キャップを、また キャップに つくりかえる しくみも、アサヒなどの かいしゃが ためして います［9］。キャップは、すてるだけの ものでは なくなって きました。

サントリー食品インターナショナルは、2016年9月、PE製のキャップを2.05gから1.85gへ、約10%軽くしたと発表しました。植物由来のポリエチレンを30%使っています［8］。2.05gと1.85gの差は0.2gで、2.05gの約9.8%にあたります(筆者の計算)。同社は、550mlボトルでの比較として、石油由来の原料が約35%、CO2排出が約27%減るとしています。これは会社自身の見積もりで、何と比べたかという条件は発表の本文で確かめる必要があります。

使い終わったキャップを、同じ用途のキャップへ再生する「キャップtoキャップ」についても、アサヒグループジャパン、双日プラネット、日本クロージャーが技術検証を行ったと報じられました。飲料業界で初の取り組みと発表されています［9］。

軽くする、植物から作る、もう一度キャップにする。どれも、キャップの素材を無駄なく使うための工夫です。

キャップの素材をめぐる近年の動きは、使う量を減らす方向と、素材を回して使う方向に分かれる。

サントリー食品インターナショナルは、2016年9月に、PE製のキャップを2.05gから1.85gへ約10%軽くし、植物由来PE(エタノール由来)を30%使った新キャップを導入した［8］。0.2÷2.05≒9.8%で、約10%という表現とも合う(筆者の計算)。同社は、550mlボトルあたり石油由来原料が約35%、CO2排出が約27%減るとしたが、キャップ単体の比較かボトル全体の比較かは、プレスリリースだけでは読み切れない。ここでは会社の見積もりとして示すにとどめる。

素材を回す方向では、アサヒグループジャパン・双日プラネット・日本クロージャーが、使用済みペットボトル用キャップを同じ用途のキャップに再生する「キャップtoキャップ」の技術検証を行った。飲料業界初の取り組みと発表されている［9］。冒頭で見たとおり、キャップはPEやPPで、水に浮く。この性質のおかげで本体とは分けやすく、集めたキャップの素材がそろいやすい、と考えられる。ただしこれは筆者の推測で、資料が述べているわけではない。

キャップは小さな部品だが、素材の選択には、中身、製造、リサイクルの考え方が積み重なっている。

キャップを みずに うかべて みよう

ボウルに みずを いれて、あらった ペットボトルの キャップを そっと うかべて みましょう。ぷかぷか うくでしょうか。つぎに、おうちの ひとに ほんたいを ちいさく きって もらい、かけらも いれて みます。しずむでしょうか。はさみで きった ふちは するどいので、さわらないように します。

みつけて みたい もの

うちに ある ガラスびんの キャップを さがして、ぎざぎざの かずを かぞえて みましょう。

キャップを水に入れてみる

ボウルに水を入れ、洗ったペットボトルのキャップを浮かべます。裏返したり、水を入れて軽く揺らしたりして、浮き方がどう変わるかも見てみましょう。本体の破片も試すときは、大人に切ってもらい、切り口で手を切らないよう注意してください。

王冠のひだを数える

ガラスびんの王冠が手に入ったら、側面のひだの数を数えてみます。資料にある21本と合うか、確かめられます。

読んでみたい資料

プラスチック循環利用協会の「プラスチックの密度による区別実験」(教師用)に、密度の表と実験の手順があります。

水に浮かべて、密度を確かめる

キャップ(PE・PP)、本体の破片(PET)、ラベル(ポリスチレン)を水に入れて浮き沈みを見る。ラベルは沈み、キャップだけが浮くはずだ。食塩水の濃さを変えると、浮く・沈むの境目がどう動くかも調べられる。切り口で手を切らないよう注意する。

原典にあたる

プラスチック循環利用協会の教師用資料(中3理科)に、密度の表と、浮き沈みで分別する授業の指導案がある。王冠については、キャップメーカーの製品資料で素材と性能を、米国の大学の番組「Engines of Our Ingenuity」でペインターと24本のひだの話を読める。ひだの本数が変わった理由は、まだ確かな記録で示されていないので、読み比べる価値がある。