シンジオタクチックポリスチレン

2013.03.07

概要

材料名シンジオタクチックポリスチレン
略記号SPS
英語名Syndiotactic Polystyrene
分類エンジニアリングプラスチック、熱可塑性樹脂、結晶性樹脂、スチレン系樹脂
化学式(C8H8)n
構成単位−CH2−CH(C6H5)− のシンジオタクチック配列
主な種類標準SPS、GF強化SPS、難燃SPS、摺動SPS、低誘電SPS、耐熱SPS
主な用途ECUケース、センサーハウジング、コイル封止部品、電子レンジ部品、LED照明部品、摺動部品、電気電子部品

シンジオタクチックポリスチレン（SPS）は、フェニル基が主鎖に対して交互に規則配列したシンジオタクチック構造を持つポリスチレンである。 一般的なポリスチレン（PS）は非晶性であるが、SPSは立体規則性により結晶性を示す。

SPSは出光興産で合成された樹脂であり、エンジニアリングプラスチック中で最軽量の樹脂、耐スチーム性、耐酸性、耐アルカリ性に優れる材料として整理されている。 また、オイルや脂肪族系溶剤に対する耐性、融点約270℃の耐熱性、極めて小さい誘電損失、優れた耐トラッキング性が特徴である。

SPSはPS、PPS、PBT、LCPなどと比較される材料である。 低比重、低吸水、低誘電特性、耐熱性、耐薬品性のバランスが特徴であり、電気電子部品や高周波部品に適する。

特徴

  • シンジオタクチック構造を持つ結晶性ポリスチレンである
  • 一般的なポリスチレンとは異なり、融点を持つ結晶性樹脂である
  • 融点は約270℃である
  • エンジニアリングプラスチック中で軽量な材料である
  • 耐スチーム性に優れる
  • 耐酸性に優れる
  • 耐アルカリ性に優れる
  • オイルや脂肪族系溶剤に対して耐性が良い
  • 吸水率が非常に低い
  • 寸法安定性が良い
  • 誘電損失が極めて小さい
  • 耐トラッキング性に優れる
  • 電気電子部品、高周波部品、耐熱部品に適する
  • 芳香族溶剤、塩素系溶剤、強酸化剤には注意が必要である
長所
  • 低比重で軽量である
  • 耐熱性が高い
  • 低吸水である
  • 寸法安定性が良い
  • 低誘電率、低誘電損失である
  • 耐トラッキング性が高い
  • 耐酸性、耐アルカリ性が良い
  • 耐スチーム性が良い
  • オイル、脂肪族系溶剤への耐性が良い
  • 電気電子用途に適する
短所
  • 汎用PSやPPより高価である
  • 流通量が限定される
  • 芳香族溶剤には弱い場合がある
  • 塩素系溶剤には注意が必要である
  • 耐衝撃性はPCやPAほど高くない
  • 透明性は低く、乳白色から不透明である
  • 結晶化条件により成形品物性が変化する
成形加工

SPSは結晶性樹脂であり、射出成形、押出成形、フィルム成形、切削加工に対応する。 高い耐熱性と結晶化挙動を活かすには、シリンダー温度、金型温度、冷却条件を適切に管理する必要がある。 GF強化グレードでは、寸法安定性、剛性、耐熱性が向上する一方、繊維配向による異方性に注意する。

加工方法適性主な製品例
射出成形◎ECUケース、センサーハウジング、コネクタ、コイル封止部品、LED部品、耐熱機構部品
押出成形○シート、フィルム、板材、棒材、電気絶縁部材
フィルム成形○低誘電フィルム、耐熱フィルム、電気電子材料
切削加工○治具、精密部品、試作部品、摺動部品
溶着△超音波溶着、熱板溶着など条件限定である
接着△表面処理や専用接着剤が必要である
塗装・印刷△表面処理、プライマー処理が必要な場合がある

構造式

シンジオタクチックポリスチレン

SPSの基本構造は、ポリスチレンと同じ −CH2−CH(C6H5)− である。 ただし、フェニル基の立体配置が主鎖に対して交互に規則配列するため、一般的なアタクチックポリスチレンとは異なり結晶性を示す。

この規則構造により、SPSは融点を持ち、耐熱性、耐薬品性、低吸水性、低誘電損失、寸法安定性を発現する。

構造式の簡易表記
繰り返し単位−[CH2−CH(C6H5)]−n
立体規則性フェニル基が交互に配置するシンジオタクチック構造
一般PSとの違い一般的なGPPSはアタクチックで非晶性であるが、SPSは結晶性を示す

種類

標準SPS
名称標準SPS
構成シンジオタクチック構造を持つ未強化ポリスチレン
特徴低比重、低吸水、耐熱性、低誘電特性のバランスが良い
主な用途電気電子部品、フィルム、耐熱部品、軽量部品
特徴
  • SPSの基本グレードである
  • 低比重、低吸水、低誘電特性に優れる
  • 結晶化条件により耐熱性と寸法安定性が変化する
  • 透明性よりも耐熱性、電気特性、軽量性を重視する用途に適する
GF強化SPS
名称ガラス繊維強化SPS
略記号GF-SPS
構成SPSにガラス繊維を配合した強化グレード
特徴剛性、荷重たわみ温度、寸法安定性、耐クリープ性が向上する
主な用途ECUケース、センサーハウジング、コイル封止部品、LED部品、電気電子部品
特徴
  • 標準SPSより剛性が高い
  • 荷重たわみ温度が高い
  • 成形収縮率を低減しやすい
  • 電気絶縁性と耐トラッキング性を活かせる
  • 繊維配向による反りや異方性に注意が必要である
難燃SPS
名称難燃SPS
構成SPSに難燃剤や難燃助剤を配合したグレード
特徴低誘電特性、耐熱性、難燃性を併せ持つ
主な用途電装部品、コネクタ、制御ユニット部品、電子機器部品
特徴
  • 電気電子用途向けに難燃性を高めたグレードである
  • 低誘電損失を維持した設計が可能である
  • 難燃剤により機械特性や流動性が変化する場合がある
  • UL規格確認が必要である
摺動SPS
名称摺動SPS
構成SPSに潤滑剤、PTFE、シリコーン、炭素系充填材などを配合したグレード
特徴低摩擦性、耐摩耗性、寸法安定性を高めた材料
主な用途軸受、ローラー、キャプスタンモーター軸受、摺動機構部品
特徴
  • 軽量摺動部品に適する
  • 吸水による寸法変化が少ない
  • 潤滑材配合により摩擦係数を下げやすい
  • 相手材、荷重、速度、温度条件で評価が必要である
低誘電SPS
名称低誘電SPS
構成SPSの低誘電率、低誘電損失を活かした電気電子向けグレード
特徴誘電損失が極めて小さく、高周波用途に適する
主な用途高周波部品、アンテナ部品、電子部品、絶縁部材、LED照明部材
特徴
  • 低誘電率、低誘電正接を活かせる
  • 高周波損失を低減しやすい
  • 低吸水により電気特性が安定しやすい
  • 高周波部品では寸法精度と誘電特性の両方を確認する必要がある

代表的な物性値又は機械的性質

項目単位標準SPSGF強化SPS難燃SPS摺動SPS
比重なし1.01〜1.051.20〜1.411.10〜1.351.05〜1.35
融点℃約270約270約270約270
ガラス転移温度℃約95〜105約95〜105約95〜105約95〜105
引張強さMPa45〜7575〜13060〜11050〜100
引張伸び%5〜301.5〜2.71.5〜102〜15
曲げ強さMPa70〜110120〜195100〜17080〜160
曲げ弾性率GPa2.0〜3.55.0〜12.44.0〜10.03.0〜10.0
アイゾット衝撃強さ
ノッチ付き		kJ/m22〜59〜115〜104〜10
アイゾット衝撃強さ
ノッチなし		kJ/m215〜3027〜4320〜4020〜40
ロックウェル硬さなしM45〜M65M45〜M75M50〜M75M45〜M75
荷重たわみ温度
1.8MPa		℃100〜140140〜250130〜230120〜230
荷重たわみ温度
0.45MPa		℃240〜270260〜270240〜270240〜270
吸水率%0.01〜0.020.01〜0.020.01〜0.030.01〜0.03
体積固有抵抗Ω・cm>1.0×1016>1.0×10161015〜10161014〜1016
絶縁破壊強さkV/mm35〜4535〜4530〜4530〜45
耐トラッキング性
CTI		V400〜600400〜600400〜600400〜600
比誘電率なし2.8〜3.02.8〜3.22.8〜3.32.8〜3.3
誘電損失なし0.001〜0.002以下0.001〜0.0030.001〜0.0040.001〜0.004
透明性なし乳白色不透明不透明不透明

耐薬品性

SPSは、酸、アルカリ、スチーム、オイル、脂肪族系溶剤に対して比較的優れた耐性を示す。 一方で、ポリスチレン骨格を持つため、芳香族溶剤、塩素系溶剤、一部の強溶剤では膨潤、白化、クラック、物性低下に注意が必要である。

薬品・溶剤耐性備考
水◎吸水率が非常に低く、常温では安定である
熱水・スチーム○〜◎耐スチーム性に優れるが、長期高温では確認が必要である
希酸◎耐酸性に優れる
強酸○〜△濃度、温度、接触時間により確認が必要である
弱アルカリ◎耐アルカリ性に優れる
強アルカリ○高温高濃度条件では確認が必要である
アルコール○〜◎比較的安定である
脂肪族炭化水素○〜◎脂肪族系溶剤に対して耐性が良い
オイル・潤滑油◎耐油性に優れる
ガソリン○〜△芳香族成分や添加剤の影響を確認する必要がある
アセトン△応力下ではクラックや白化に注意が必要である
MEK△〜×膨潤、クラックに注意が必要である
酢酸エチル△〜×膨潤、白化、クラックに注意が必要である
トルエン×芳香族溶剤であり、膨潤または溶解に注意が必要である
キシレン×芳香族溶剤であり、長期接触に不適である
塩素系溶剤×〜△膨潤、クラック、溶解に注意が必要である
強酸化剤△〜×酸化劣化に注意が必要である

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）

SPSはポリスチレン骨格を持つため、SP値は一般的なポリスチレンに近い。 ただし、SPSは結晶性を持つため、アタクチックPSよりも溶剤に対する耐性が高くなる場合がある。 溶解性評価ではSP値だけでなく、結晶化度、温度、応力、溶剤の芳香族性を確認する必要がある。

材料SP値（δ）特徴
シンジオタクチックポリスチレン（SPS）約18〜19 MPa1/2スチレン系結晶性樹脂であり、芳香族溶剤には注意が必要である
溶解性の目安
Δδ挙動
0〜2溶解しやすい
2〜5膨潤・軟化
5以上溶解しにくい
SP値から見た耐溶剤性
溶媒SP値挙動備考
水約47.9 MPa1/2◎吸水率が非常に低い
エタノール約26.0 MPa1/2○〜◎比較的安定である
IPA約23.5 MPa1/2○〜◎比較的安定である
アセトン約19.9 MPa1/2△SP値は近く、応力下で注意が必要である
MEK約19.0 MPa1/2△〜×膨潤、クラックに注意が必要である
トルエン約18.2 MPa1/2×ポリスチレン系に強い影響を与える代表的溶剤である
キシレン約18.0 MPa1/2×芳香族溶剤であり、長期接触に不適である
ヘキサン約14.9 MPa1/2○〜◎脂肪族系溶剤には比較的耐性がある

◎：非常に良好　 ○：概ね良好　 △：注意が必要　 ×：不適

実務上の注意
  • SPSは一般PSより耐熱性と耐薬品性に優れるが、芳香族溶剤には注意が必要である
  • 低誘電用途では吸水率、誘電率、誘電正接、CTIを確認する必要がある
  • 成形条件により結晶化度が変わり、耐熱性や耐薬品性が変化する
  • GF強化品では繊維配向により反り、寸法、強度が変化する
  • 食品・電子レンジ用途では、食品接触規格と耐熱サイクルを確認する必要がある

製法

SPSは、スチレンモノマーをメタロセン触媒などの立体規則性制御触媒により重合して得られる。 既存ページでは「メタロセン触媒を用いて重合したポリエチレンの一種」と記載されているが、材料名および化学構造上はスチレンを重合したシンジオタクチックポリスチレンである。

工程内容備考
原料スチレンモノマーを使用する芳香族ビニルモノマーである
触媒メタロセン触媒などの立体規則性制御触媒を使用するシンジオタクチック配列を形成するために重要である
重合スチレンを配位重合し、フェニル基が交互に配列した高分子を得る一般PSのラジカル重合とは異なる
結晶化制御成形時の冷却条件、金型温度、アニールにより結晶化度を調整する耐熱性、寸法安定性、耐薬品性に影響する
コンパウンドガラス繊維、難燃剤、潤滑剤、顔料、安定剤などを配合するGF強化、難燃、摺動、低誘電グレードを作る
基本反応式
重合反応n CH2=CH−C6H5 → −[CH2−CH(C6H5)]n−
立体規則性メタロセン触媒によりフェニル基が交互に配置したシンジオタクチック構造を形成する
一般PSとの違い一般的なアタクチックPSは非晶性であるが、SPSは結晶性を持ち融点を示す

詳細な利用用途

自動車電装用途
  • 電気制御ユニット（ECU）ケース
  • センサーハウジング
  • 大型自動車用排気ブレーキの電磁弁
  • 回転角クランク角センサーケース
  • コイル封止部品
  • 電装コネクタ部品
家電・耐熱部品用途
  • 電子レンジ用ローラーステイ
  • 電子レンジ用リング
  • 生ゴミ処理機内容器
  • 掃除機のモーターファンガイド
  • 耐熱機構部品
摺動・機械用途
  • キャプスタンモーター軸受
  • ローラー
  • ギア
  • スライダー
  • 軽量摺動部品
LED・照明用途
  • LED照明器具の反射板
  • LED照明器具の放熱フィン
  • LED照明器具のレンズ
  • LED照明器具のレンズカバー
  • 照明用LEDウェッジベース
食品・生活用品用途
  • 箸
  • 耐熱食品関連部品
  • 電子レンジ対応部品
  • 軽量耐熱成形品
高周波・電気電子用途
  • 高周波絶縁部品
  • アンテナ部品
  • 低誘電フィルム
  • 電子部品用絶縁材
  • 耐トラッキング部品

関連材料との比較

比較材料SPSとの違い選定ポイント
PS一般PSは非晶性で安価、透明性がある。SPSは結晶性で耐熱性、耐薬品性、低誘電特性に優れる透明・低コストならPS、耐熱・低誘電ならSPS
PPSPPSは耐熱性、耐薬品性、難燃性に優れる。SPSはより軽量で低誘電損失が小さい高耐薬品・難燃ならPPS、軽量・高周波ならSPS
PBTPBTは電装部品で実績が多く、成形性が良い。SPSは低吸水、低誘電、軽量性に優れる一般電装部品ならPBT、低誘電・軽量部品ならSPS
LCPLCPは薄肉精密成形と高耐熱性に優れる。SPSは低比重、低誘電、耐トラッキング性に優れる薄肉コネクタならLCP、軽量低誘電部品ならSPS
PAPAは靭性と耐摩耗性に優れるが吸水が大きい。SPSは吸水が非常に低く電気特性が安定しやすい靭性ならPA、低吸水・電気特性ならSPS
PCPCは透明性と耐衝撃性に優れる。SPSは耐熱性、低誘電、耐薬品性、低吸水性に優れる透明防護部品ならPC、電気電子・低誘電ならSPS
PPPPは低比重で安価、耐薬品性に優れる。SPSはPPより耐熱性と電気特性が高い低コストならPP、耐熱・低誘電ならSPS

代表的なメーカー

メーカー代表的な製品・商品名備考
出光興産ザレック（XAREC）SPSの代表的メーカー。標準、GF強化、難燃、電気電子用途向けグレードを展開
出光ファインコンポジットSPSコンパウンド用途別コンパウンド、強化グレード、難燃グレードを展開する場合がある
コンパウンドメーカーGF強化SPS、難燃SPS、摺動SPSガラス繊維、難燃剤、潤滑剤、安定剤により用途別に調整される
電気電子材料メーカー低誘電SPS材料、耐トラッキングSPS材料高周波部品、電装部品向けに採用される場合がある

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