ポリエーテルスルホン

概要

材料名	ポリエーテルスルホン、ポリエーテルサルフォン
略記号	PES、PESU
英語名	Polyethersulfone
分類	スーパーエンジニアリングプラスチック、非晶性樹脂、スルホン系樹脂
基本構造	芳香族エーテル結合とスルホン結合を持つ高分子
主な種類	標準PES、医療用PES、膜用PES、GF強化PES
主な用途	用途は後述の詳細な利用用途に整理する

ポリエーテルスルホンは、ICIが開発した非結晶の樹脂でスルホン系樹脂に分類される材料である。
現在は住友化学がライセンス生産を行っている。
高耐熱、耐熱水性、透明性、電気特性に優れる。
未充填の熱可塑性樹脂の中では、ポリテトラフルオロエチレン、ポリエーテルエーテルケトンに次ぐ、高い耐熱性を有する。

特徴

ポリエーテルサルフォンと同義である
高耐熱、耐熱水性、透明性、電気特性に優れる
主鎖に脂肪族単位を含まず、フェニレン基単位の比率が高いため、剛性、耐熱性にすぐれている。
機械的強度にすぐれている。
180℃の高温下でも引張強さが通常の状態の1/2の強さを有する。
高温時の耐クリープ性にすぐれており、ガラス繊維30％充填品は、180℃、20MPaの荷重下で、4ヶ月後の歪は0.005％以下となる。
耐薬品性にすぐれている。
耐熱水性にすぐれている。
-150℃の極低温環境でも脆化破壊しない。
高温下においてもすぐれて特性が維持される。
電気特性にすぐれている。
燃焼特性にもすぐれており、発煙量が極めて少ない。
FDAおよび食品容器衛生規格（厚生省告示 20号）に合致している。
耐紫外線性が劣るため、屋外での使用の場合には紫外線吸収剤やカーボンブラックの添加が必要となる。
高い加工温度が必要となる。
エーテル基により分子鎖に可撓効果が付与されることで、溶融時の流動性が良好となり、通常の成形機でも成形が可能となる。
材料特性はグレード、添加剤、架橋、充填材、分子量により変化する
耐薬品性は温度、濃度、接触時間、応力状態で変化する
メーカー物性表と実使用試験による確認が重要である

長所

用途に応じた物性設計が可能である
材料固有の耐熱性、耐薬品性、機械特性、柔軟性、透明性などを活用できる
成形品、フィルム、シート、複合材料、コーティングなどに展開できる
改質、共重合、充填材配合により性能を調整できる

短所

耐薬品性、耐熱性、耐候性はグレードにより大きく異なる
成形条件や硬化条件の管理が必要である
応力、温度、薬品濃度により劣化挙動が変わる
採用時にはメーカー資料と実使用試験で確認する必要がある

成形加工

ポリエーテルスルホンの加工性は、熱可塑性、熱硬化性、ゴム、複合材料の分類により異なる。熱可塑性材料では溶融成形、熱硬化性材料では加熱硬化、ゴムでは混練・加硫、複合材料では含浸・積層・硬化が基本となる。

化学

加工方法	適性	主な製品例
射出成形	○	熱可塑性グレードの成形品、機構部品、筐体、精密部品
押出成形	○	フィルム、シート、チューブ、板材、丸棒
圧縮成形	△〜○	ゴム、熱硬化性樹脂、複合材料、切削素材
注型・含浸	△〜○	熱硬化性樹脂、光学樹脂、FRP、コーティング
切削加工	○	板材、丸棒、治具、精密部品
接着・塗装	△	表面処理、プライマー、専用接着剤が必要な場合がある

構造式

構造の基本は、芳香族エーテル結合とスルホン結合を持つ高分子である。既存サイト内の構造部分と同じ考え方で、主鎖、側鎖、官能基、共重合成分、架橋構造、充填材の有無が、耐熱性、耐薬品性、機械特性、吸水性、透明性、電気特性に影響する。

種類

標準PES

名称	標準PES
構成	ポリエーテルスルホンの用途別または改質グレードである
特徴	ポリエーテルスルホンの基本特性を用途に合わせて調整したタイプである
主な用途	成形品、部品、フィルム、シート、複合材料、改質材など

特徴

標準品に対して用途別に物性を調整した材料である
耐熱性、耐薬品性、柔軟性、強度、成形性、外観性のいずれかを改善する
採用時にはメーカーグレードごとの物性表を確認する必要がある

医療用PES

名称	医療用PES
構成	ポリエーテルスルホンの用途別または改質グレードである
特徴	ポリエーテルスルホンの基本特性を用途に合わせて調整したタイプである
主な用途	成形品、部品、フィルム、シート、複合材料、改質材など

特徴

標準品に対して用途別に物性を調整した材料である
耐熱性、耐薬品性、柔軟性、強度、成形性、外観性のいずれかを改善する
採用時にはメーカーグレードごとの物性表を確認する必要がある

膜用PES

名称	膜用PES
構成	ポリエーテルスルホンの用途別または改質グレードである
特徴	ポリエーテルスルホンの基本特性を用途に合わせて調整したタイプである
主な用途	成形品、部品、フィルム、シート、複合材料、改質材など

特徴

標準品に対して用途別に物性を調整した材料である
耐熱性、耐薬品性、柔軟性、強度、成形性、外観性のいずれかを改善する
採用時にはメーカーグレードごとの物性表を確認する必要がある

GF強化PES

名称	GF強化PES
構成	ポリエーテルスルホンの用途別または改質グレードである
特徴	ポリエーテルスルホンの基本特性を用途に合わせて調整したタイプである
主な用途	成形品、部品、フィルム、シート、複合材料、改質材など

特徴

標準品に対して用途別に物性を調整した材料である
耐熱性、耐薬品性、柔軟性、強度、成形性、外観性のいずれかを改善する
採用時にはメーカーグレードごとの物性表を確認する必要がある

代表的な物性値又は機械的性質

性質	単位	標準	30％ガラス繊維強化
比重		1.37	1.60
吸水率	%	0.43	0.30
引張強さ	MPa	86	143
引張伸び	%	6
曲げ強さ	MPa	132	194
曲げ弾性率	GPa	2.6	8.6
アイゾット衝撃強さ (ノッチ付き)	J/m	87	83
連続使用温度	℃	180	180
荷重たわみ温度 (1.82MPa)	℃	203	216
難燃性	ＵＬ-94	V-0	V-0
誘電率	60Ｈｚ	3.5
絶縁破壊強さ	kV/mm	16	16
成形収縮	%	0.6	0.2

耐薬品性

ポリエーテルスルホンの耐薬品性は、温度、濃度、接触時間、応力、分子量、架橋密度、添加剤、充填材により変化する。下表は一般的な材料特性として、英語圏の材料データシートで示される傾向と日本企業の物性表で用いられる実用表現を合わせて整理した目安である。

薬品・溶剤	耐性	備考
水	○〜△	吸水、加水分解、白化、物性変化の有無を確認する
弱酸	○〜△	多くの場合で短期使用は可能だが、樹脂構造に依存する
強酸	△〜×	分解、膨潤、架橋劣化、加水分解に注意する
弱アルカリ	○〜△	材料により安定性が異なる
強アルカリ	△〜×	エステル、アミド、カーボネート、イミド系では注意が必要である
アルコール	○〜△	応力下ではクラックや膨潤に注意する
アセトン	△〜×	非晶性樹脂、極性樹脂、ゴムでは膨潤・溶解に注意する
MEK	△〜×	強溶媒となる材料が多い
トルエン	△〜×	芳香族溶剤に弱い材料では膨潤・溶解する
塩素系溶剤	△〜×	多くの樹脂で膨潤、溶解、クラックに注意する
油・燃料	○〜△	ゴム系、ポリオレフィン系、ポリアミド系で傾向が異なる

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）

ポリエーテルスルホンのSP値は、約24〜26 MPa1/2が目安である。ただし、ゴム、熱硬化性樹脂、結晶性樹脂、複合材料では、SP値が近くても直ちに溶解するとは限らない。一次判断としてSP値を使い、実際には浸漬試験、重量変化、寸法変化、外観、機械強度変化で評価する必要がある。

材料	SP値（δ）	特徴
ポリエーテルスルホン	約24〜26 MPa1/2	溶解性はSP値、結晶性、架橋、温度、応力状態に依存する

溶媒	SP値	挙動・注意点
水	約47.9 MPa^1/2	溶解より吸水、加水分解、白化を確認する
エタノール	約26.0 MPa^1/2	応力下ではクラックに注意する
アセトン	約19.9 MPa^1/2	極性樹脂や非晶性樹脂では膨潤・溶解に注意する
トルエン	約18.2 MPa^1/2	非極性・芳香族相との親和性に注意する
THF	約18.5 MPa^1/2	強溶媒となる材料が多い

実務上の注意

SP値は溶解性予測の入口であり、耐久性評価そのものではない
架橋樹脂やゴムでは溶解ではなく膨潤として現れる場合が多い
結晶性樹脂では温度上昇により急に膨潤・溶解しやすくなる場合がある
応力下ではSP値差が大きい溶剤でもクラックが起こる場合がある

製法

ジハロゲン化ジフェニルスルホンとビスフェノール類を求核置換重縮合する。基本反応：Ar−Cl + HO−Ar−OH → Ar−O−Ar−SO2−Ar。実用材料では、重合後に安定剤、可塑剤、架橋剤、充填材、ガラス繊維、炭素繊維、難燃剤、顔料などを配合して、用途別の物性に調整する。

工程	内容	備考
基本反応	ジハロゲン化ジフェニルスルホンとビスフェノール類を求核置換重縮合する。基本反応：Ar−Cl + HO−Ar−OH → Ar−O−Ar−SO2−Ar	代表的な合成・製造経路である
改質・共重合	柔軟性、耐熱性、耐薬品性、透明性を調整する	用途別グレード
コンパウンド	充填材、安定剤、難燃剤、着色剤を配合する	成形材料
成形・硬化	熱可塑成形、加硫、架橋、注型、含浸、硬化を行う	最終製品

詳細な利用用途

電気・電子用途

コネクタ
絶縁部品
スイッチ部品
筐体
保護材

自動車・輸送用途

シール材
ホース
内外装部品
機構部品
耐候部品

包装・フィルム用途

フィルム
シート
容器
ラミネート材
シール層

工業・機械用途

ギア
軸受
治具
ライニング
複合材料部品

光学・医療・特殊用途

レンズ
医療部材
透明部品
コーティング
特殊機能材料

比較材料	違い	選定ポイント
ナイロン	ポリアミド系材料は耐摩耗性と靭性に優れる	耐摩耗・機械部品では比較対象にする
ポリオキシメチレン	低摩擦、寸法安定性、機構部品に強い	ギアや摺動部品で比較する
シクロオレフィン・コポリマー	透明性、低吸水、低複屈折に優れる	医療・光学用途で比較する
ポリビニリデンフルオライド	フッ素樹脂で耐薬品性と成形性のバランスが良い	薬液配管や電池用途で比較する
ポリ乳酸	バイオマス由来で透明性と剛性を持つ	環境対応用途で比較する

代表的なメーカー

メーカー	代表的な製品・商品名	備考
住友化学	代表グレード・用途別材料	供給グレードはメーカー資料で確認する
BASF	代表グレード・用途別材料	供給グレードはメーカー資料で確認する
Solvay	代表グレード・用途別材料	供給グレードはメーカー資料で確認する
SABIC	代表グレード・用途別材料	供給グレードはメーカー資料で確認する