ポリフェニレンスルフィド

ポリフェニレンスルフィド（PPS）の概要

ポリフェニレンスルフィド（PPS）は、ベンゼン環と硫黄原子が交互に結合した直鎖状構造を持つ結晶性熱可塑性樹脂です。耐熱性、機械的強度、耐薬品性、難燃性などに優れ、様々な産業分野で活用されています。英語表記ではpolyphenylene sulfide、略称はPPSで、ポリフェニレンサルファイド、ポリ（p-フェニレンスルフィド）と呼ばれることもあります。繊維やフィルム用途を除き、一般的にはガラス[[繊維]]や炭素[[繊維]]などのフィラーを添加した高機能性コンパウンド樹脂として使用されます。CAS登録番号は9016-75-5または25212-74-2です。

PPSの製造方法

PPSの主な製造方法は、以下の3種類があります。

1. フィリップス・ペトローリアム法: アメリカのフィリップス・ペトローリアム社が開発した方法で、最も一般的な製造法です。p-ジクロロベンゼンと硫化ナトリウムを、極性触媒溶媒中で高温高圧下で縮合重合させます。この方法は、工業化されており、広く普及しています。
2. Macallum法: ジクロロベンゼン、硫黄、炭酸ナトリウムを300℃で重合する方法です。ベンゼンと硫黄の比率制御が難しいため、工業化されていません。
3. ダウ・ケミカル法: p-ブロムチオフェニレン金属塩を自己縮合させて重合する方法です。

フィリップス・ペトローリアム法の化学反応式は、以下のとおりです。

NaOH + NaSH → Na₂S + H₂O

n[Cl-C₆H₄-Cl] + nNa₂S → [-C₆H₄-S-]ₙ + 2nNaCl

PPSの種類

開発当初は分子量を上げるのが難しく、射出成形に適した粘度を得ることが困難でした。しかし、酸素存在下での熱処理による架橋や、重合過程への添加剤（塩化リチウム、有機酸塩、水など）の添加により、分子量を向上させる技術が開発されました。これにより、以下の2種類が区別されています。

1. 酸化架橋型PPS: 酸素存在下での熱処理により架橋構造を形成したPPS。射出成形に適した高い溶融粘度を持ちます。
2. 直鎖型PPS: 添加剤を用いて分子量を向上させたPPS。射出成形だけでなく、繊維加工やフィルム成形にも使用されます。

PPSの特性

PPSは、以下の特徴を持っています。

耐熱性: フィラー充填グレードの荷重たわみ温度は260℃以上です。高温下でも機械的物性の低下が少ない。
強度と剛性: きわめて高く、耐摩耗性にも優れています。ただし、靭性はやや劣ります。
耐薬品性: 200℃以下の温度では溶解する溶剤は存在しません。
難燃性: UL94 V-0相当の難燃性を持ちます。これは、限界酸素指数（LOI）が高く、燃焼時に表面が炭化して内部を保護する性質によるものです。
食品安全性: アメリカ食品医薬品局（FDA）と米国科学財団の認可を得ており、食品機器や水道水に接触する部分への使用が認められています。
成形性: 流動性が高く、薄肉化も可能です。成形収縮率も低く、精密な成形が可能です。ただし、結晶化度が物性に影響するため、成形条件の制御が重要です。

PPSの改質

PPSの特性をさらに向上させるため、様々な改質が施されています。

1. フィラー強化: ガラス[[繊維]]、炭素[[繊維]]、シリカ、タルクなど、様々なフィラーを添加することで、強度、剛性、耐熱性などを向上させます。高充填も可能です。
2. アロイ化: 流動性改良、ソリ対策、摺動特性向上などを目的とした、他のポリマーとのアロイ化も盛んに行われています。

PPSの用途

PPSは、その優れた特性から、幅広い用途に使用されています。

機械部品: 歯車、ピストンリング、ポンプ羽根など
電気部品: コネクタ、絶縁部品、ランプハウジングなど
自動車部品: キャブレター部品、燃料ポンプ、油圧ポンプ部品など
プリント基板: 耐熱性を活かしたフィルム成形品
電磁波遮蔽材料: 銀皮膜を施した繊維加工品
コンデンサ誘電体: 誘電率、誘電正接、絶縁抵抗が安定しているため
* 塗料・表面保護材: 防蝕性向上と摩擦係数低減のための充填剤

PPSの歴史

PPSは、1888年に樹脂として確認され、1897年にはフランスのP・グリーンベッセが合成に成功しましたが、実用化には至りませんでした。20世紀半ばからの研究開発を経て、1973年にフィリップス・ペトローリアム社が量産を開始しました。1984年に同社の特許が失効した後は、多くの企業が参入し、用途開発が急速に進展しました。

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