ポリフェニルサルホン

概要

項目	内容
材料名	ポリフェニルサルホン
略記号	PPSU、PPSF
IUPAC	Poly(oxy-1,4-phenylene-1,4-phenyleneoxy-1,4-phenylenesulfonyl-1,4-phenylene) など。構造単位により表記が異なる。
英語名	Polyphenylsulfone、Polyphenylene sulfone
日本語名	ポリフェニルサルホン、ポリフェニレンスルホン、ポリフェニルスルホン
分類	芳香族ポリスルホン系樹脂
プラスチック分類	スーパーエンジニアリング・プラスチック
化学式または代表構造	代表繰返し単位：[-O-C₆H₄-C₆H₄-O-C₆H₄-SO₂-C₆H₄-]_n
CAS No.	25608-64-4 がポリフェニルサルホンとして用いられることがある。ただしグレード、構造、供給元により確認が必要である。
構造・主成分	芳香環、エーテル結合、スルホン基を主鎖に持つ非晶性熱可塑性樹脂である。
主な用途	医療器具、滅菌対応部品、温水機器部品、食品機械部品、電気電子部品、コネクタ、ポンプ部品、配管継手、3Dプリンター用フィラメントなど。

ポリフェニルサルホン（PPSU）は、芳香族ポリスルホン系樹脂の中でも耐熱性、耐加水分解性、耐衝撃性に優れる非晶性スーパーエンプラである。一般にポリスルホン（PSU）やポリエーテルスルホン（PESU）と近い材料群に分類されるが、PPSUは特に靭性と耐スチーム性を重視する用途で選定されることが多い。

外観は透明から琥珀色のグレードが代表的であり、着色品や不透明グレードもある。ガラス転移温度は約220℃前後で、非晶性樹脂であるため明確な融点を持たない。高温水、蒸気滅菌、洗浄剤に接する用途に使われる一方、ケトン類、エステル類、塩素系溶剤などには膨潤、応力割れ、溶解を生じる場合がある。

実使用では、グレード、使用温度、薬品濃度、荷重、応力、接触時間、滅菌回数、成形品の残留応力を確認する必要がある。特に医療、食品接触、飲料水、電気安全用途では、FDA、食品衛生、NSF、USP、ISO 10993、RoHS、REACH、UL認証などの適合範囲を個別に確認することが重要である。

特徴

項目	内容
長所	高耐熱、高靭性、耐衝撃性、耐スチーム性、耐加水分解性、寸法安定性、難燃性、透明性に優れる。
短所	材料価格が高い。成形温度が高い。溶剤応力割れに注意が必要である。強酸化性薬品や一部有機溶剤には適さない場合がある。
外観	透明から淡黄色、琥珀色が一般的である。着色グレード、黒色グレード、不透明グレードもある。
耐熱性	ガラス転移温度は約220℃、荷重たわみ温度は約200〜210℃が目安である。連続使用温度はグレードにより約160〜180℃程度である。
耐薬品性	酸、アルカリ、熱水、蒸気、洗浄剤、油類に比較的良好である。ケトン、エステル、塩素系溶剤、芳香族溶剤では注意を要する。
加工性	射出成形、押出成形、切削加工が可能である。高温成形が必要で、十分な乾燥と金型温度管理が重要である。
分類上の注意	PPSUはPSU、PESUと同じポリスルホン系であるが、同一材料ではない。PPSと略されるポリフェニレンサルファイドとも異なる。

構造式

代表的な構造単位は、芳香環、エーテル結合、スルホン基から構成される。HTML上では次のように表記できる。

項目	構造
代表的な構造単位	[-O-C₆H₄-C₆H₄-O-C₆H₄-SO₂-C₆H₄-]_n
モノマーまたは構成単位	4,4′-ビフェノール系成分と4,4′-ジハロジフェニルスルホン系成分が代表的である。
結合の特徴	芳香環により剛直性を持ち、エーテル結合により加工性と靭性を持つ。スルホン基により耐熱性、難燃性、極性が付与される。
共重合体・変性グレード	透明、耐熱、難燃、食品接触、医療、耐薬品、GF強化、摺動、着色、3Dプリント用などのグレードがある。組成や添加剤はメーカー、グレードにより異なる。

種類

種類の名称	主成分または特徴	長所	短所	主な用途
汎用PPSU	非強化の標準グレード	靭性、透明性、耐熱性のバランスが良い。	剛性はGF強化品より低い。	医療器具、温水部品、食品機械部品
耐熱グレード	高温使用向けに設計されたグレード	高温下での寸法安定性に優れる。	成形条件範囲が狭い場合がある。	高温水部品、滅菌トレイ、電気部品
難燃グレード	UL94 V-0相当のグレードが多い	電気電子用途に適する。	色調、流動性、規格適合はグレード確認が必要である。	コネクタ、絶縁部品、筐体
GF強化PPSU	ガラス繊維を配合	剛性、寸法安定性、荷重たわみ温度が向上する。	透明性は失われ、衝撃特性や外観に異方性が出る。	機械部品、構造部品、ポンプ部品
摺動グレード	PTFE、潤滑剤、カーボン系充填材などを配合する場合がある	摩擦摩耗特性を改善しやすい。	食品・医療適合や摩耗粉の確認が必要である。	軸受、ギア、摺動部品
食品接触グレード	食品接触規制に配慮したグレード	熱水、蒸気、洗浄剤用途に使いやすい。	国・地域・用途ごとの適合確認が必要である。	食品機械、飲料水部品、哺乳びん関連部品
医療グレード	生体適合性、滅菌性を重視したグレード	蒸気滅菌、薬液洗浄、耐衝撃用途に適する。	長期体内埋植などは通常、個別承認と評価が必要である。	手術器具、滅菌ケース、歯科器具、医療機器部品

成形加工

加工方法	適性	備考
射出成形	◎	代表的な加工方法である。乾燥、樹脂温度、金型温度、滞留時間管理が重要である。
押出成形	○	シート、ロッド、チューブ、フィラメントなどに用いられる。高温対応設備が必要である。
ブロー成形	△	可能な場合もあるが、一般用途では限定的である。グレードと設備の確認が必要である。
圧縮成形	△	板材、素材成形などで行われる場合がある。量産成形では射出成形が一般的である。
真空成形	△	シート成形で検討されることがある。加熱条件と残留応力に注意する。
切削加工	◎	丸棒、板材から精密部品加工が可能である。発熱、バリ、寸法変化に注意する。
3Dプリント	○	FFF/FDM用フィラメントがある。高温ノズル、高温チャンバー、乾燥管理が必要である。
溶着・接着	△	超音波溶着や熱溶着は形状により可能である。接着は表面処理や接着剤選定が必要である。

代表的な成形条件

項目	代表値・目安	備考
乾燥温度	140〜160℃	3〜5時間程度が目安である。吸湿状態により調整する。
シリンダー温度	340〜390℃	グレード、成形機、滞留時間により調整する。
金型温度	140〜180℃	外観、寸法、残留応力、ウェルド強度に影響する。
成形収縮率	0.5〜0.8％程度	非強化品の目安である。GF強化品では流動方向と直角方向で異なる。
注意点	熱劣化、銀条、ボイド、残留応力	高温成形のため、滞留、過乾燥、せん断発熱、金型温度不足に注意する。

代表的な物性値又は機械的性質

項目	単位	非強化PPSU	GF強化PPSU	備考
密度	g/cm³	1.29〜1.31	1.45〜1.55	GF量により増加する。
引張強さ	MPa	65〜80	100〜140	乾燥状態、温度、試験片形状により変動する。
伸び	％	40〜100以上	2〜5	非強化品は高靭性である。GF強化品は伸びが低下する。
曲げ弾性率	GPa	2.2〜2.6	6〜10	GF強化により大きく向上する。
アイゾット衝撃強さ	J/m	ノッチ付き 600〜900程度	80〜150程度	PPSUはポリスルホン系の中でも衝撃に強い。
荷重たわみ温度	℃	200〜210	210〜220	1.8MPa目安。グレードにより異なる。
融点	℃	なし	なし	非晶性樹脂であり、明確な融点を持たない。
ガラス転移温度	℃	約220	約220	Tgの代表値である。
連続使用温度	℃	160〜180	160〜180	荷重、雰囲気、寿命設計により確認が必要である。
吸水率	％	0.3〜0.4	0.2〜0.3	24時間浸漬の目安。PAより低いが寸法用途では考慮する。
体積抵抗率	Ω・cm	10¹⁵〜10¹⁶	10¹⁴〜10¹⁶	充填材、吸湿、温度により変動する。
難燃性	–	UL94 V-0相当グレードあり	UL94 V-0相当グレードあり	厚み、色、グレード、認証番号の確認が必要である。
酸素指数	％	約35〜40	約35〜40	代表値であり、配合により異なる。

耐薬品性

PPSUは一般に水、温水、蒸気、洗浄剤、希酸、弱アルカリ、油類に良好な耐性を示す。一方、SP値が近い溶剤、極性溶剤、塩素系溶剤、ケトン、エステル、芳香族溶剤では膨潤、軟化、応力割れを起こす場合がある。実使用では濃度、温度、応力、接触時間、洗浄サイクルを確認する必要がある。

薬品分類	代表薬品	評価	備考
酸類	塩酸、希硫酸、酢酸	○	希酸には比較的良好である。濃酸、強酸化性酸では確認が必要である。
アルカリ類	水酸化ナトリウム、KOH、洗浄用アルカリ	○	低〜中濃度では比較的良好である。高温高濃度では劣化確認が必要である。
低級アルコール類	エタノール、IPA、メタノール	○	短時間接触では概ね良好である。応力下では確認が必要である。
高級アルコール類	グリセリン、MMB、ベンジルアルコール	○〜△	種類により差がある。高温、長時間では膨潤に注意する。
芳香族炭化水素類	トルエン、キシレン	△〜×	膨潤、応力割れの可能性がある。
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	○	比較的安定な場合が多いが、添加剤や応力条件により確認する。
ケトン	アセトン、MEK、シクロペンタノン	×	溶解、膨潤、応力割れを生じやすい。
エステル	酢酸エチル、酢酸ブチル、γ-ブチロラクトン	△〜×	条件により膨潤、軟化、溶解を生じる。
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	×	多くの場合不適である。応力割れに注意する。
水・温水	水、温水、熱水	◎	耐加水分解性に優れる。長期高温水ではグレード確認が必要である。
蒸気	オートクレーブ、スチーム滅菌	◎	繰返し滅菌用途に使われる。回数、温度、薬液併用条件を確認する。
油	鉱物油、潤滑油、シリコーン油	○	一般に良好であるが、添加剤入り油では確認が必要である。
燃料	ガソリン、軽油、アルコール混合燃料	△〜○	燃料組成、温度、応力、長期接触により評価が変わる。

SP値（溶解度パラメータ）

PPSUの代表的なSP値（δ）は、20〜22 MPa^1/2程度が目安である。文献、推算法、グレードにより差があり、充填材や添加剤を含む場合は見かけの耐溶剤性も変化する。

SP値は溶解、膨潤、応力割れの目安として有用であるが、耐薬品性はSP値だけでは判断できない。結晶性の有無、分子量、温度、濃度、成形残留応力、荷重、接触時間、薬品の反応性を併せて評価する必要がある。

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

薬品名	SP値 MPa^1/2	PPSUとの差	評価	備考
水	47.9	約26〜28	◎	SP値差は大きい。PPSUは熱水、蒸気に比較的強い。
エタノール	26.0	約4〜6	○	短時間では概ね良好である。応力下では確認する。
IPA	23.5	約2〜4	○〜△	消毒、洗浄用途では接触時間と応力を確認する。
アセトン	20.3	約0〜2	×	膨潤、軟化、応力割れを生じやすい。
MEK	19.0	約1〜3	×	一般に不適である。
トルエン	18.2	約2〜4	△〜×	応力割れに注意する。
酢酸エチル	18.6	約2〜4	△〜×	膨潤、表面荒れを確認する。
ヘキサン	14.9	約6〜8	○	脂肪族炭化水素には比較的安定な場合が多い。
ジクロロメタン	19.8	約0〜2	×	塩素系溶剤は一般に不適である。
グリセリン	33.8	約12〜14	○	高温長時間では実液評価が必要である。

評価基準：◎非常に良好、○概ね良好、△注意が必要、×不適。上記は代表値による目安であり、実使用ではグレード、温度、濃度、応力、使用時間で確認する。

製法

項目	内容
原料	4,4′-ビフェノール系化合物、4,4′-ジクロロジフェニルスルホン系化合物、アルカリ金属炭酸塩、極性高沸点溶媒などが用いられる。
重合方法	芳香族求核置換反応による縮合重合が代表的である。フェノキシドを形成し、活性化芳香族ハライドと反応させてエーテル結合を形成する。
代表的な反応式	n HO-C₆H₄-C₆H₄-OH + n Cl-C₆H₄-SO₂-C₆H₄-Cl + n K₂CO₃ → [-O-C₆H₄-C₆H₄-O-C₆H₄-SO₂-C₆H₄-]_n + 2n KCl + n CO₂ + n H₂O
ペレット化	重合後、精製、溶媒除去、乾燥、押出造粒によりペレット化される。異物、残留溶媒、熱履歴の管理が重要である。
コンパウンド	用途に応じてガラス繊維、炭素繊維、PTFE、潤滑剤、着色剤、安定剤、難燃助剤などを配合する場合がある。
注意点	医療、食品、水接触用途では、添加剤、着色剤、抽出物、規格適合範囲の確認が必要である。

詳細な利用用途

用途分野	具体例	選定理由	注意点
自動車	冷却水部品、センサー部品、燃料周辺部品、電装部品	耐熱性、耐薬品性、寸法安定性が必要な部位に適する。	燃料、LLC、油、応力下での長期評価が必要である。
電気・電子	コネクタ、絶縁部品、スイッチ部品、耐熱筐体	難燃性、耐熱性、電気絶縁性に優れる。	UL認証、トラッキング性、薄肉流動性を確認する。
機械部品	ギア、軸受、ポンプ部品、バルブ部品、インペラ	高温下での強度、耐衝撃性、耐薬品性を活かせる。	摺動摩耗、クリープ、寸法公差を確認する。
医療	滅菌ケース、手術器具ハンドル、歯科器具、内視鏡部品	蒸気滅菌、薬液洗浄、耐衝撃性に優れる。	USP、ISO 10993、FDA、滅菌回数、薬液適合性を確認する。
食品機械	トレー、継手、ノズル、熱水洗浄部品、飲料水部品	熱水、蒸気、洗浄剤への耐性が期待できる。	食品接触規制、着色剤、抽出試験、洗浄薬品を確認する。
建築・設備	温水配管部品、給湯部品、バルブ、継手	耐熱水性、耐加水分解性、寸法安定性に優れる。	水質、塩素、圧力、温度サイクルを確認する。
航空・産業機器	軽量耐熱部品、絶縁部品、薬液処理部品	高耐熱、難燃、耐薬品を同時に求める用途に適する。	規格、燃焼性、アウトガス、長期耐久性を確認する。
3Dプリント	治具、少量生産部品、耐熱試作品、低量産金型	高耐熱樹脂として造形できる。	反り、層間強度、乾燥、チャンバー温度、後処理を確認する。

比較材料	特徴	PPSUとの違い
PSU	透明なポリスルホン系樹脂。耐熱性、寸法安定性が良い。	PPSUの方が一般に耐衝撃性、耐薬品性、耐スチーム性に優れるが、価格は高い傾向がある。
PESU	耐熱性の高いポリエーテルスルホン。	PESUは高耐熱で剛性が高い。PPSUは靭性と耐スチーム性で選ばれることが多い。
PEEK	結晶性の最高級スーパーエンプラ。耐薬品性、耐摩耗性が高い。	PEEKは耐薬品性、耐疲労、耐摩耗に優れる。PPSUは透明性、靭性、成形性、蒸気滅菌用途で使いやすい場合がある。
PEI	透明耐熱樹脂。高剛性、難燃性に優れる。	PEIは剛性と耐熱性に優れる。PPSUは耐衝撃性、耐加水分解性、薬液洗浄性で有利な場合がある。
PPS	結晶性樹脂。耐薬品性、寸法安定性、難燃性に優れる。	PPSは耐薬品性と剛性に優れるが、PPSUのような透明性や高靭性は得にくい。
PC	透明性、耐衝撃性、寸法安定性に優れるエンプラ。	PCは価格と加工性で有利だが、PPSUは耐熱性、耐スチーム性、耐薬品性で優れる。
PA66	強度、耐摩耗、コストバランスに優れる結晶性エンプラ。	PA66は吸水による寸法変化が大きい。PPSUは吸水が比較的少なく、高温水・蒸気用途で選定されやすい。
PTFE	極めて優れた耐薬品性、低摩擦性を持つフッ素樹脂。	PTFEは耐薬品性と摺動性に優れるが、機械強度と成形自由度ではPPSUが有利な場合がある。

代表的なメーカー

メーカー	代表製品・ブランド	概要
Syensqo	Radel PPSU	ポリスルホン系高性能樹脂の代表的な供給メーカーである。医療、食品接触、温水、工業用途向けのPPSUグレードを展開している。
BASF	Ultrason P	ポリスルホン系樹脂Ultrasonシリーズの一つとしてPPSUを展開している。耐熱、食品接触、医療、電気電子用途で使われる。
Röchling	SUSTASON PPSU、医療用PPSU素材など	板材、丸棒、切削加工用素材、医療グレード素材を扱う代表的なエンジニアリングプラスチック素材メーカーである。
Ensinger	TECAPASON P	PPSUの切削加工用素材を供給するメーカーである。医療、食品、機械部品用途の素材がある。
三菱ケミカルアドバンスドマテリアルズ	Ketron、Duratron系の高機能樹脂素材群の中でPPSU素材を扱う場合がある	高機能樹脂の素材、加工品を扱うメーカーである。PPSUの取扱いは地域、時期、グレードにより確認が必要である。

代表グレード

グレード区分	特徴	主な用途	注意点
汎用	透明性、靭性、耐熱性の標準バランス品	機械部品、医療器具、温水部品	成形残留応力と薬品接触を確認する。
耐熱	高温使用、高温水、蒸気環境向け	滅菌部品、給湯部品、耐熱部品	連続使用温度は荷重と寿命で評価する。
難燃	UL94 V-0相当のグレードが多い	電気電子部品、コネクタ、筐体	厚み、色、認証番号を確認する。
GF強化	ガラス繊維で剛性と寸法安定性を向上	構造部品、ポンプ部品、支持部品	異方性、ウェルド強度、外観に注意する。
摺動	摩擦摩耗特性を改善したグレード	ギア、軸受、摺動部品	相手材、潤滑条件、摩耗粉を確認する。
食品接触	食品接触規制に対応するグレード	食品機械、飲料水、熱水洗浄部品	国・地域・用途ごとに適合証明を確認する。
医療	滅菌性、生体適合性、トレーサビリティを重視	手術器具、滅菌ケース、歯科部品	最終医療機器での評価、規格、滅菌方法を確認する。

法規制・規格上の注意

項目	確認内容	備考
RoHS	鉛、カドミウム、水銀、六価クロム、特定臭素系難燃剤、フタル酸エステルなど	樹脂単体だけでなく着色剤、添加剤、再生材の有無を確認する。
REACH	SVHC、制限物質、登録・届出対象	最新版の適合証明をメーカーまたは商社から入手する。
食品衛生	食品接触材、溶出、抽出、国別規制	日本、EU、米国などで要求が異なる。用途と接触条件を確認する。
FDA	食品接触用途、医療関連用途の適合範囲	グレード別の適合範囲と最終製品評価が必要である。
医療用途	USP Class VI、ISO 10993、滅菌適性、抽出物	長期体内埋植用途は通常、別途厳格な評価が必要である。
難燃性	UL94、酸素指数、電気安全規格	厚み、色、登録グレード、認証ファイルを確認する。

用途別選定

用途	推奨されるグレード傾向	選定ポイント
ギア	摺動グレード、GF強化グレード	摩耗、相手材、潤滑、騒音、クリープを確認する。
軸受	摺動グレード	PV値、摩擦係数、摩耗粉、熱膨張を確認する。
チューブ	押出グレード、食品・医療グレード	曲げ、圧力、薬液、抽出物、透明性を確認する。
筐体	難燃グレード、耐熱グレード	UL94、衝撃、寸法、外観、電気絶縁性を確認する。
フィルム・シート	押出グレード	厚み精度、残留応力、透明性、耐熱変形を確認する。
コネクタ	難燃グレード、GF強化グレード	薄肉流動性、反り、耐熱、絶縁性、UL認証を確認する。
滅菌器具	医療グレード、耐スチームグレード	滅菌回数、薬液、変色、衝撃、規格適合を確認する。

注意点

PPSUは耐加水分解性に優れるが、すべての高温水、蒸気、薬液に無条件で耐えるわけではない。
ケトン、エステル、塩素系溶剤、芳香族溶剤では、膨潤、軟化、応力割れが発生する場合がある。
高温成形材料であるため、乾燥不足、過度な滞留、金型温度不足により外観不良や物性低下が起こることがある。
非晶性樹脂であり、成形残留応力が耐薬品性に影響する。必要に応じてアニール処理や設計応力の低減を検討する。
吸水率はPAほど高くないが、寸法精度、電気特性、成形外観を重視する用途では乾燥と保管管理が必要である。
医療、食品、水接触用途では、グレード名だけで判断せず、適合証明、抽出データ、滅菌条件、最終製品評価を確認する。
アウトガス、抽出物、イオン性不純物が問題となる精密機器用途では、専用グレードと実機評価が必要である。