変性ポリフェニレンエーテル

概要

項目内容
材料名変性ポリフェニレンエーテル
略記号m-PPE、mPPE、変性PPE
IUPACPoly(oxy-2,6-dimethyl-1,4-phenylene)を主骨格とする変性樹脂組成物
英語名Modified Polyphenylene Ether、Modified Polyphenylene Oxide、Modified PPE、Modified PPO
日本語名変性ポリフェニレンエーテル、変性ポリフェニレンオキシド、変性PPE、変性PPO
分類芳香族ポリエーテル系樹脂、ポリマーアロイ、エンジニアリングプラスチック
プラスチック分類エンジニアリングプラスチック。高耐熱グレードやPPS、PA、PPAとのアロイではスーパーエンプラに近い用途で使用される場合がある。
化学式または代表構造PPE主鎖の代表繰り返し単位:[-O-C6H2(CH3)2-]n、代表式:(C8H8O)n
CAS No.未変性PPE、Poly(2,6-dimethyl-1,4-phenylene oxide)として25134-01-4が用いられる場合がある。ただし変性PPEはPS、PA、PP、PPS、PPA、難燃剤、ガラス繊維などを含む組成物であり、グレードごとにCAS No.の扱いが異なる。
構造・主成分PPEを主成分とし、一般にポリスチレン、HIPS、PA、PP、PPS、PPA、TPE、難燃剤、強化繊維、無機充填材などをアロイ化またはコンパウンドした材料である。
主な用途電気・電子部品、コネクタ、リレーケース、ブレーカー部品、OA機器部品、自動車電装部品、EV関連部品、ポンプ部品、水回り部品、医療・分析機器部品、5G・高周波部品、フィルム、シートなど。

変性ポリフェニレンエーテルは、PPEが本来持つ耐熱性、低吸水性、寸法安定性、電気絶縁性を活かしつつ、成形加工性や耐衝撃性、難燃性、耐薬品性を改良したポリマーアロイ系エンジニアリングプラスチックである。未変性PPEはガラス転移温度が高く、溶融粘度も高いため単独では成形加工しにくい。このため、実用材料としてはポリスチレン系樹脂などとのブレンドにより射出成形性を高めた変性PPEが広く使用される。

代表的にはPPE/PS系、PPE/HIPS系、PPE/PA系、PPE/PP系、PPE/PPS系、PPE/PPA系などがあり、用途により耐熱性、耐薬品性、摺動性、寸法安定性、難燃性、低誘電特性を調整する。一般に低吸水で寸法変化が小さく、電気特性に優れるため、電気・電子部品や自動車電装部品に適する。ただし、芳香族炭化水素、塩素系溶剤、ケトン、エステルなどには膨潤・クラック・応力割れを生じる場合があり、使用温度、薬品濃度、応力、接触時間を考慮して選定する必要がある。

なお、変性PPEは「PPE」と表記される場合と「PPO」と表記される場合があるが、工業材料としては同系統のポリフェニレンエーテル系材料を指すことが多い。PPE/PPS、PPE/PA、PPE/PPAのようなアロイでは、一般的なPPE/PS系とは耐薬品性、吸水性、成形条件、耐熱性が大きく異なるため、単に「変性PPE」として一括判断せず、実際のグレード情報を確認することが重要である。

特徴

項目内容
長所低吸水性、寸法安定性、電気絶縁性、耐熱性、耐加水分解性、難燃化しやすい点、低比重、成形加工性のバランスに優れる。
短所芳香族炭化水素、塩素系溶剤、ケトン、エステルに弱いグレードがある。非晶性のため有機溶剤による応力割れに注意が必要である。耐候性や耐UV性はグレードと添加剤に依存する。
外観自然色は淡褐色から乳白色、または不透明色である。黒色、灰色、難燃色、着色グレードが多い。透明材料ではない。
耐熱性一般グレードの荷重たわみ温度は約90~130℃、耐熱・GF強化グレードでは約130~180℃程度が目安である。PPE単独のTgは高いが、変性グレードではブレンド成分により実用耐熱性が変化する。
耐薬品性水、温水、低濃度酸、低濃度アルカリ、アルコール、油類には比較的安定な場合が多い。一方、芳香族炭化水素、塩素系溶剤、ケトン、エステル、燃料成分には注意が必要である。
加工性射出成形が中心であり、グレードにより押出、シート成形、ブロー成形、切削加工も可能である。乾燥、シリンダー温度、金型温度、滞留時間管理が重要である。
分類上の注意変性PPEは単一ポリマーではなく、PPEを主成分または改質成分とする樹脂組成物である。PPE/PS系、PPE/PA系、PPE/PP系、PPE/PPS系では物性、耐薬品性、吸水性、成形条件が異なる。
難燃性難燃グレードではUL94 V-0、V-1、V-2相当の設計が可能である。ハロゲンフリー難燃グレードも用いられるが、肉厚、色、添加剤、成形条件により認証範囲が異なる。
法規制RoHS、REACH、UL、食品接触、FDA、医療用途などはグレード単位で確認する必要がある。変性PPEという樹脂名だけでは適合性を判断できない。

構造式

変性PPEの基本骨格は、2,6-ジメチルフェノールを酸化カップリング重合して得られるポリフェニレンエーテルである。代表的な繰り返し単位は以下のように表記できる。

変性ポリフェニレンエーテル

PPEの芳香族エーテル構造を基本とするブレンド系。構造中の官能基、結晶性、架橋密度、芳香族骨格、充填材の有無により、耐熱性、耐薬品性、機械的性質、成形性が変化する。

項目表記
代表的な構造単位[-O-C6H2(CH3)2-]n
簡略構造表記–O–Ar(CH3)2– の繰り返し構造
代表式(C8H8O)n
モノマーまたは構成単位2,6-ジメチルフェノール
主な変性成分ポリスチレン、HIPS、PA、PP、PPS、PPA、TPE、ガラス繊維、難燃剤、無機充填材など

化学式の模式表記:HO–[C6H2(CH3)2–O]n–H

一般的なPPE/PS系変性PPEでは、PPEの芳香族エーテル骨格とポリスチレン系成分を相溶または微分散させることで、耐熱性、寸法安定性、耐衝撃性、成形加工性をバランスさせている。PPE/PA系では耐油性、耐燃料性、塗装性を高める設計が可能であり、PPE/PP系では低比重、耐薬品性、耐湿性を重視する用途に用いられる。PPE/PPS系、PPE/PPA系では、より高い耐熱性、寸法安定性、低誘電特性、耐薬品性を狙う場合がある。

種類

種類の名称主成分または特徴長所短所主な用途
PPE/PS系PPEとポリスチレン系樹脂のアロイ成形加工性、寸法安定性、電気特性、低吸水性に優れる。芳香族溶剤、塩素系溶剤、ケトン、エステルに注意が必要である。電気部品、OA機器、筐体、コネクタ、リレーケース
PPE/HIPS系PPEと耐衝撃性ポリスチレンのアロイ耐衝撃性と加工性を付与しやすい。耐溶剤性はPS成分の影響を受けやすい。電装部品、家電部品、機構部品
難燃m-PPEPPE/PS系またはPPE系アロイに難燃剤を配合UL94 V-0相当の設計が可能で、電気・電子部品に適する。難燃剤により流動性、色調、物性、リサイクル性が変化する。ブレーカー部品、コネクタ、電源部品、バッテリー周辺部品
GF強化m-PPEガラス繊維を配合した高剛性グレード曲げ弾性率、HDT、寸法安定性が向上する。比重上昇、異方性、反り、金型摩耗、外観低下に注意が必要である。構造部品、シャーシ、ポンプ部品、自動車電装部品
PPE/PA系PPEとポリアミドのアロイ耐薬品性、耐油性、塗装性、耐衝撃性を調整しやすい。PA成分により吸水性が増える場合がある。寸法変化と乾燥管理に注意が必要である。自動車外装・内装部品、ホイールカバー、燃料周辺部品、塗装部品
PPE/PP系PPEとポリプロピレンのアロイ低比重、耐水性、耐薬品性、低吸水性を狙える。接着性、塗装性、耐熱性、剛性はグレード設計に依存する。水回り部品、自動車部品、軽量化部品
PPE/PPS系PPEとポリフェニレンサルファイドのアロイ耐熱性、寸法安定性、耐薬品性、低誘電特性を高めやすい。成形温度が高く、グレード選定と金型設計が重要である。高周波部品、電装部品、耐熱部品、精密部品
摺動グレードPTFE、シリコーン、無機フィラーなどを配合摩擦係数、摩耗性、鳴き音低減を改善できる。機械強度、接着性、外観、成形収縮が変化する場合がある。ギア、軸受、スライダー、摺動機構部品
食品接触・水回りグレード低抽出、耐加水分解、耐温水性を重視したグレード温水、湿熱、寸法安定性が求められる部品に適する。食品衛生、FDA、飲料水規格はグレード単位で確認が必要である。水処理部品、ポンプ部品、食品機械部品、分析機器部品

成形加工

加工方法適正内容注意点
射出成形最も一般的な加工方法である。電気・電子部品、自動車部品、機構部品に広く用いられる。乾燥、滞留、シルバー、焼け、反り、GF配向に注意する。
押出成形シート、フィルム、異形押出、チューブ用途に適用される場合がある。グレード選定、溶融粘度、冷却条件、寸法管理が重要である。
ブロー成形専用グレードでは中空成形が検討される場合がある。一般グレードでは溶融張力やドローダウンに注意が必要である。
圧縮成形板材、試験片、特殊成形で用いられる場合がある。量産成形では射出成形が中心である。
真空成形シートグレードでは検討可能である。加熱温度範囲、ドローダウン、残留応力、白化に注意する。
切削加工試作、治具、精密部品で使用される。熱変形、バリ、内部応力、切削油との相性を確認する。
溶着超音波溶着、振動溶着、熱板溶着が検討される。グレード、難燃剤、GF量、部品形状により溶着強度が変化する。
接着エポキシ、ウレタン、アクリル系接着剤で検討される。表面処理、プライマー、応力割れ、溶剤含有接着剤に注意が必要である。
塗装・印刷グレードにより塗装性、印刷性を付与できる。溶剤系塗料ではクラック、膨潤、密着不良を確認する。
代表的な成形条件
項目代表条件備考
乾燥温度80~110℃2~4時間程度が目安である。吸水率は低いが、外観不良や加水分解防止のため乾燥が推奨される。
シリンダー温度240~310℃PPE/PS系は比較的低め、耐熱・GF強化・PPE/PPS系では高めとなる。グレード指定条件を優先する。
金型温度50~110℃外観、寸法安定性、ウェルド強度、残留応力に影響する。
成形収縮率0.4~0.8%非強化グレードの目安である。GF強化では0.2~0.5%程度となる場合がある。
金型設計中~高温金型、適切なガス抜き焼け、シルバー、ウェルド、反りを抑えるため、流動解析とゲート設計が重要である。
滞留管理長時間滞留を避ける変色、分解ガス、物性低下を避けるため、成形停止時は温度低下またはパージを行う。

代表的な物性値又は機械的性質

以下は一般的な変性PPEの代表値であり、実際の値はPPE/PS、PPE/PA、PPE/PP、PPE/PPS、GF量、難燃剤、成形条件、試験規格により変化する。

項目単位非強化m-PPE難燃m-PPEGF強化m-PPEPPE/PA系備考
密度g/cm31.06~1.121.08~1.201.20~1.451.08~1.25難燃剤、GF、無機フィラーにより上昇する。
引張強さMPa45~7045~7580~14050~90GF強化で大きく向上する。
伸び%10~805~602~55~80耐衝撃グレードでは高くなる場合がある。
曲げ弾性率GPa2.1~2.82.2~3.25.0~10.02.0~4.0GF量、鉱物フィラー量に大きく依存する。
アイゾット衝撃強さJ/m80~60050~40050~180100~800ノッチ有無、肉厚、温度により大きく変動する。
荷重たわみ温度90~13090~140130~180100~1701.8MPa条件の目安である。グレード差が大きい。
融点またはガラス転移温度Tg:約110~170Tg:約110~170Tg:約120~180PA成分のTm:約220前後を含む場合あり未変性PPEのTgは約210℃前後であるが、変性グレードではブレンド成分により実用Tgが変化する。
連続使用温度80~11085~120100~13090~130UL温度指数、荷重、環境、寿命設計で確認する。
吸水率%0.03~0.100.05~0.150.05~0.200.3~1.5PPE/PS系は低吸水である。PPE/PA系はPA成分の影響で高くなる場合がある。
体積抵抗率Ω・cm1015~10171014~10171013~10161013~1016湿度、添加剤、難燃剤、フィラーにより変化する。
誘電率2.5~3.02.6~3.33.0~4.53.0~4.5低誘電・低誘電正接グレードは高周波用途で使用される。
酸素指数%約25~30約28~35以上約28~35以上グレードによる難燃剤、リン系添加剤、樹脂組成により変化する。
UL94HB~V-1V-0~V-2V-0~V-2HB~V-0肉厚、色、製品認証範囲を確認する。

耐薬品性

変性PPEの耐薬品性は、PPE/PS系、PPE/PA系、PPE/PP系、PPE/PPS系で大きく異なる。以下は主に一般的なPPE/PS系変性PPEを中心にした目安であり、温度、濃度、応力、成形残留応力、接触時間、肉厚、添加剤により評価が変わる。

薬品分類代表薬品評価注意点
酸類希塩酸、希硫酸、酢酸水溶液低濃度・常温では比較的安定な場合が多い。濃酸、高温、長時間では確認が必要である。
強酸化性酸濃硝酸、クロム酸、濃硫酸×酸化劣化、変色、脆化、クラックのリスクがある。
アルカリ類水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、炭酸ナトリウム常温・低濃度では比較的安定である。高温高濃度では添加剤やアロイ成分の影響を確認する。
低級アルコール類メタノール、エタノール、IPA短時間接触では概ね安定な場合が多いが、応力下ではクラックを確認する。
高級アルコール類グリセリン、ベンジルアルコール、MMB溶解度パラメータが近いものや芳香族性を持つものでは膨潤・応力割れに注意する。
芳香族炭化水素類トルエン、キシレン、エチルベンゼン×PPEおよびPS成分と相溶しやすく、膨潤、軟化、クラックを生じやすい。
脂肪族炭化水素類ヘキサン、ヘプタン、ミネラルスピリット△~○短時間では比較的安定な場合があるが、燃料成分や可塑剤を含む場合は確認が必要である。
ケトンアセトン、MEK、MIBK、シクロヘキサノン×膨潤、白化、応力割れ、溶解のリスクが高い。
エステル酢酸エチル、酢酸ブチル、乳酸エチル×~△多くのエステルで膨潤・クラックに注意が必要である。
塩素系溶剤ジクロロメタン、クロロホルム、トリクロロエチレン×溶解・膨潤しやすく、使用は避けるべきである。
水・温水水、温水、湿熱環境◎~○PPE/PS系は低吸水で寸法安定性に優れる。PPE/PA系は吸水による寸法変化を確認する。
潤滑油、鉱物油、シリコーンオイル油種、添加剤、温度により変化する。高温油では酸化劣化や抽出を確認する。
燃料ガソリン、軽油、アルコール混合燃料PPE/PA系など燃料対応グレードでは改善される場合がある。PPE/PS系では膨潤・割れに注意する。
洗剤・界面活性剤中性洗剤、アルカリ洗浄剤、界面活性剤水溶液○~△界面活性剤、溶剤、アルカリビルダーを含む場合は応力割れ確認が必要である。

更に詳しくはプラスチックの耐薬品性一覧表を参照。

SP値(溶解度パラメータ)
項目内容
代表的なSP値変性PPE:おおよそ18.5~20.0 MPa1/2
未変性PPEの目安約18.2~19.2 MPa1/2
PPE/PS系の目安約18.6~19.5 MPa1/2
PPE/PA系の目安約20~24 MPa1/2程度まで高くなる場合がある
注意点SP値は溶解・膨潤傾向を見るための目安であり、結晶性、相分離構造、添加剤、ガラス繊維、残留応力、温度、接触時間、薬品濃度、HSPの分散項・極性項・水素結合項を考慮しないと耐薬品性を正確に判断できない。
溶解性の目安
SP値差溶解・膨潤の目安判定
0~2膨潤・軟化しやすい×
2~5条件により膨潤する
5~8短時間接触では比較的安定
8以上溶解・膨潤しにくい
SP値から見た耐溶剤性

以下は変性PPEの代表SP値を19.0 MPa1/2と仮定した場合の目安である。実際にはPPE/PS系、PPE/PA系、PPE/PP系、PPE/PPS系で評価が変わるため、薬液浸漬、応力下暴露、寸法変化、重量変化、外観、強度保持率で確認する必要がある。

薬品名SP値
MPa1/2
SP値差評価実務上の注意
47.928.9SP値差は大きく、PPE/PS系では低吸水である。ただし温水、蒸気、添加剤抽出は確認する。
メタノール29.710.7短時間では比較的安定な場合が多いが、応力割れを確認する。
エタノール26.07.0低級アルコールは概ね使用可能な場合が多い。
IPA23.54.5消毒、洗浄用途では残留応力部のクラックを確認する。
アセトン19.90.9×SP値が近く、膨潤・白化・クラックのリスクが高い。
MEK19.00.0×非常に注意が必要であり、一般に長時間接触は避ける。
酢酸エチル18.60.4×膨潤、軟化、応力割れを生じやすい。
トルエン18.20.8×PPE、PS成分と相性が近く、使用は避けるべきである。
キシレン18.01.0×塗料溶剤、洗浄溶剤として接触する場合は特に注意する。
ヘキサン14.94.1△~○短時間では比較的安定な場合があるが、燃料成分や温度条件で確認する。
クロロホルム18.90.1×塩素系溶剤は溶解・膨潤リスクが高い。
ジクロロメタン20.21.2×短時間でもクラックや溶解を生じる可能性がある。
グリセリン33.814.8SP値差は大きいが、高温・添加剤・水分を含む場合は確認する。
鉱物油16~172~3○~△油種、添加剤、温度により膨潤や抽出が変化する。

製法

PPE重合後、PSなどと溶融混練して改質する。

変性ポリフェニレンエーテル1
工程内容実務上の注意
原料主原料は2,6-ジメチルフェノールである。変性工程ではポリスチレン、HIPS、PA、PP、PPS、PPA、TPE、難燃剤、安定剤、GF、無機フィラーなどを使用する。最終物性はPPE単体よりもブレンド成分、相溶化剤、添加剤設計に強く依存する。
重合方法2,6-ジメチルフェノールを酸化カップリング重合し、ポリフェニレンエーテルを得る。分子量、末端基、残留触媒、揮発分が耐熱性、流動性、電気特性に影響する。
基本反応式n HO-C6H2(CH3)2 + 1/2 n O2 → [-O-C6H2(CH3)2-]n + n H2O実際の工業プロセスでは銅アミン系などの酸化触媒を用いる場合がある。
ペレット化PPE粉末と各種樹脂、添加剤を二軸押出機などで溶融混練し、ペレット化する。混練温度、せん断、相分散、揮発分除去が品質に影響する。
コンパウンド難燃剤、GF、摺動改質剤、着色剤、耐候剤、安定剤、相溶化剤を配合する。難燃性、剛性、衝撃性、流動性、耐薬品性はトレードオフになりやすい。
品質管理MFR、灰分、比重、衝撃強さ、HDT、難燃性、電気特性、色差、水分を確認する。電気・電子用途ではUL認証、トラッキング性、耐湿熱性、アウトガスも確認する。

詳細な利用用途

分野主な用途採用理由注意点
自動車リレーブロック、コネクタ、バッテリーモジュール部品、センサーケース、ホイールカバー、電装筐体寸法安定性、耐熱性、電気特性、難燃性、軽量性を活かせる。燃料、オイル、LLC、洗浄剤、塗装溶剤との相性を確認する。
電気・電子コネクタ、ブレーカー、スイッチ、リレーケース、ボビン、絶縁部品、電源部品低吸水、電気絶縁性、難燃性、寸法安定性が求められる用途に適する。UL94、CTI、RTI、トラッキング性、アウトガスを確認する。
高周波・通信5G部品、アンテナ周辺部品、低誘電部品、基板周辺部品低誘電率、低誘電正接、寸法安定性を活かせるグレードがある。誘電特性は周波数、湿度、フィラー、成形条件に依存する。
機械部品ギア、カム、軸受、ポンプ部品、精密機構部品寸法安定性、低吸水、耐熱性、摺動改質グレードを活かせる。摩耗粉、潤滑油、荷重、温度、相手材との摩擦係数を確認する。
医療・分析機器分析装置部品、滅菌関連部品、流体部品、電気絶縁部品低吸水、寸法安定性、耐熱性、電気特性が有利である。薬液、洗浄剤、滅菌方法、生体適合性、抽出物はグレードごとに確認する。
食品機械ポンプ部品、センサーケース、水回り部品、絶縁部品水・温水への安定性、低吸水、寸法精度を活かせる。食品衛生、FDA、洗浄剤、アルカリ、熱水、蒸気条件を確認する。
建築・設備給水関連部品、設備部品、電装ボックス、屋内機構部品耐湿性、寸法安定性、難燃性、成形自由度を活かせる。屋外使用ではUV、雨水、熱サイクル、難燃規格を確認する。
フィルム・シート絶縁フィルム、耐熱シート、成形用シート電気特性、耐熱性、低吸水性を利用できる。押出グレード、厚み、熱収縮、表面欠陥、二次加工性を確認する。

関連材料との比較

比較材料特徴対象材料との違い
ポリカーボネート(PC)透明性、耐衝撃性、耐熱性に優れる非晶性エンプラである。PCは透明性と衝撃性に優れるが、吸水寸法安定性や耐加水分解性ではm-PPEが有利な場合がある。PCはアルカリや一部溶剤による応力割れにも注意が必要である。
ポリアセタール(POM)摺動性、耐疲労性、寸法精度に優れる結晶性エンプラである。POMはギア・摺動部品に強いが、難燃性や電気絶縁部品ではm-PPEが選ばれる場合がある。POMは強酸、酸化剤に注意する。
ポリブチレンテレフタレート(PBT)成形性、耐薬品性、電気特性に優れる結晶性ポリエステルである。PBTは耐溶剤性に優れるが、加水分解や吸湿条件では確認が必要である。m-PPEは低吸水と寸法安定性で有利な場合がある。
ポリエチレンテレフタレート(PET)耐薬品性、剛性、寸法安定性に優れるポリエステルである。PETは結晶化制御と乾燥管理が重要である。m-PPEは非晶性グレードが多く、低吸水性と成形寸法安定性を活かせる。
ポリアミド6(PA6)靭性、耐摩耗性、耐油性に優れるが吸水しやすい。PA6は耐油性や靭性に優れる一方、吸水寸法変化が大きい。m-PPEは低吸水性と電気特性で有利である。
ポリアミド66(PA66)PA6より高耐熱で、機械強度と耐摩耗性に優れる。PA66は高強度・耐摩耗用途に適するが、吸水と寸法変化に注意が必要である。m-PPE/PA系では両者の特長を組み合わせる設計がある。
ポリフェニレンサルファイド(PPS)耐熱性、耐薬品性、難燃性に優れるスーパーエンプラである。PPSは耐薬品性と高温特性に優れるが、脆さや成形温度が課題となる場合がある。m-PPE/PPS系では寸法安定性や誘電特性を調整する用途がある。
ポリエーテルイミド(PEI)高耐熱、難燃、寸法安定性に優れる非晶性スーパーエンプラである。PEIは耐熱性で優れるが高価で成形温度も高い。m-PPEはコスト、低比重、成形性の面で有利な場合がある。

代表的なメーカー

メーカー代表製品・ブランド概要
旭化成XYRON変性PPEの代表的メーカーであり、PPE/PS系、PPE/PA系、PPE/PP系、PPE/PPS系、PPE/PPA系など幅広いアロイグレードを展開している。
SABICNORYL、NORYL GTX、NORYL PPX、FLEX NORYLPPE系変性樹脂の主要メーカーである。PPE/PS系、PPE/PA系、PPE/PP系、TPE変性系などのグレードが知られている。
三菱エンジニアリングプラスチックス、関連会社IUPIACE、LEMALLOYなどの代表例変性PPE系材料を扱う国内メーカーの代表例である。製品体系や販売体制は時期により変わるため、最新のメーカー資料で確認する必要がある。
RTP Companyカスタムコンパウンド品の代表例PPE系を含むエンジニアリングプラスチックのコンパウンドを展開するメーカーであり、強化、難燃、摺動、導電などのカスタム設計品が用いられる場合がある。
Polyplastics、Celanese系の販売・技術資料グレード名は用途・地域で確認エンジニアリングプラスチックの比較材料や代替材料検討で参照されることがある。ただし変性PPEのブランド供給は地域・時期により異なるため、採用時は個別確認が必要である。

関連キーワード

タイトルとURLをコピーしました