液晶ポリマー

液晶ポリマー(LCP)：高性能熱可塑性樹脂の特性と応用

液晶ポリマー（LCP）は、優れた特性を持つ熱可塑性樹脂の一種です。その名の通り、溶融状態では液晶性を示し、これがLCPの様々な優れた特性に繋がっています。本稿では、LCPの種類、製造方法、特徴、そして幅広い用途について解説します。

LCPの定義と種類

LCPは、主にパラヒドロキシ安息香酸を基本骨格とした芳香族ポリエステル系樹脂です。しかし、パラヒドロキシ安息香酸のみでは融点が熱分解温度を上回ってしまうため、他の成分とエステル結合させて融点を調整しています。そのため、厳密にはホモポリマーではなく、様々な共重合体を含みます。

LCPは、液晶のタイプによりサーモトロピック型（熱による液晶性発現）とリオトロピック型（溶媒による液晶性発現）に分類されます。本稿では、主に成形材料として用いられるサーモトロピック型LCPについて解説します。リオトロピック型LCPは成形材料としては使用されないため、ここでは触れません。

LCPの種類は、共重合成分によって多岐に渡ります。それぞれの種類に正式な名称があるわけではありませんが、本稿では便宜上「タイプⅠ」「タイプⅡ」「タイプⅢ」などとして分類します。

タイプⅠ: エチレンテレフタレートとパラヒドロキシ安息香酸の重縮合体。初期のLCPです。
タイプⅡ: フェノールおよびフタル酸とパラヒドロキシ安息香酸の重縮合体。特に耐熱性に優れています。4,4'-ジヒドロキシビフェノールとテレフタル酸を用いたものが一般的です。
タイプⅢ: 2,6-ヒドロキシナフトエ酸とパラヒドロキシ安息香酸の重縮合体。

現在では、20種類以上のLCPが開発されており、耐熱性、流動性、機械的強度などの特性をさらに向上させた材料が提供されています。

LCPの製造方法

LCPは主に溶融重合法で製造されます。芳香族ヒドロキシ酸を無水酢酸などでアセチル化し、加熱することで脱酢酸重縮合反応を起こし、直鎖状の高分子を生成します。分子量の低いポリマーを溶融重合法で合成し、その後、固相重合法でさらに重合させる方法も用いられます。

LCPの特性

LCPは、以下の様な優れた特性を有しています。

高い剛性: 緻密な結晶構造により、非強化状態でも高い剛性を示し、フィラー強化されたエンジニアリングプラスチックを上回ることもあります。ただし、異方性が高い点が課題です。
高い弾性率: 優れた弾性率を持ちます。
優れた耐熱性: 特にタイプⅡは、荷重たわみ温度が280℃を超えるものもあります。
優れた流動性: 液晶性を示すことから、溶融粘度が低く、成形加工性に優れています。成型収縮率や線膨張係数も低いため、薄肉構造や微細構造の成形に適しています。
優れた耐薬品性: 様々な薬品に対して高い耐性を示します。
優れたガスバリア性: 緻密な結晶構造により、高いガスバリア性を示します。
優れた耐低温性: 極低温下でも物性の変化が少ないです。

一方で、ウエルド強度が低い、異方性が高いといった課題もあります。

LCPの改質

LCPの特性をさらに向上させるため、様々な改質方法が開発されています。

フィラー強化: ガラス繊維、炭素繊維、マイカなどの無機フィラーを添加することで、強度、剛性、異方性の改善を図ります。
エステルアミド化: LCPとアミノフェノールを共重合させることで、アミド結合を導入し、弾性率を高めます。
側鎖付与: メソゲン基を側鎖に導入することで、ディスコティック液晶様性質を持たせ、新たな機能を付加します。

LCPの用途

LCPは、その優れた特性から、様々な分野で活用されています。

電気・電子分野: プリント基板、コネクタ、ボビン、光ピックアップ部品、マイクロモーター部品など。薄膜化、高周波対応の電子回路基板やヘッドフォン用振動板のコーティング材としても使用されます。
自動車分野: 電装部品、コンプレッサー部品、ショックアブソーバー機構部品など。
その他: パソコン、複写機、プリンターなどの内部部品、回転機器の軸受け、油圧機構のシールパッキン、魚網、光ファイバー構成材料など。

将来は、ガスバリア性、制音・制振性を活かした燃料電池部品などへの応用が期待されています。

歴史

1974年、イーストマン・コダック社がタイプⅠを開発。1979年、住友化学工業（現住友化学）がタイプⅡを工業化。1984年、セラニーズ社がタイプⅢを開発。各社の開発により、LCPの用途は拡大しました。

参考文献

井上俊英他 『エンジニアリングプラスチック』 高分子学会編、共立出版、2004年。
大井秀三郎・広田愃 『プラスチック活用ノート』 伊保内賢編、工業調査会、1998年。

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