『化学⑱』スーパーエンプラ③PEEK 河東丈二

Polyether ether ketone (PEEK) 化学式：C19H14O3

ポリエーテル エーテル ケトン (PEEK) は、エンジニアリング用途で使用される、ポリアリールエーテルケトン (PAEK) ファミリーの無色の有機熱可塑性ポリマーです。 このポリマーは 1978 年 11 月に最初に開発され、その後 Victrex PLC によって市場に導入され、その後 1980 年代初頭にインペリアル ケミカル インダストリーズ (ICI) によって導入されました。

分子構造からエーテルとエテールにケトン体が重合されたもの。

⁂エーテル（オランダ語: ether）は、有機化合物の分類のひとつで、構造式を R−O−R'（R, R' はアルキル基、アリール基などの有機基、O は酸素原子）の形で表される化合物を指す。

⁂ケトン (ドイツ語 Keton) は {\displaystyle {\ce {R-C(=O)-R'}}}（{\displaystyle {\ce {R, R'}}} はアルキル基など）の構造式で表される有機化合物群。身近な物質の中では、除光液として用いられるアセトン ({\displaystyle {\ce {R, R'}}} が {\displaystyle {\ce {-CH3}}}の場合) が代表例である。

合成

PEEK ポリマーは、ビスフェノラート塩のジアルキル化による逐次重合によって得られます。 典型的なのは、4,4'-ジフルオロベンゾフェノンとヒドロキノンの二ナトリウム塩との反応で、これは炭酸ナトリウムによる脱プロトン化によってその場で生成されます。 この反応は、ジフェニルスルホンなどの極性非プロトン性溶媒中、約 300 °C で行われます。

特性

PEEK は、高温まで保持される優れた機械的および耐薬品性を備えた半結晶性熱可塑性樹脂です。 PEEK の成形に使用される成形条件は、結晶化度に影響を与える可能性があり、したがって機械的特性に影響を与える可能性があります。ヤング率は3.6GPa、引張強度は90～100MPaです。 PEEK のガラス転移温度は約 143 °C (289 °F) で、約 343 °C (662 °F) で融解します。一部のグレードは、最大 250 °C (482 °F) の実用的な動作温度を備えています [4]。熱伝導率は、室温と固相線温度の間で温度にほぼ比例して増加します[7]。熱劣化に対して非常に耐性があり、有機環境と水性環境の両方による攻撃に対しても耐性があります。高温では、ハロゲン、強いブレンステッド酸、ルイス酸、一部のハロゲン化化合物、脂肪族炭化水素によって侵されます。室温で濃硫酸に溶けますが、ポリマーが微粉末や薄膜のように表面積と体積の比率が高い形でない限り、溶解には非常に長い時間がかかります。生分解に対して高い耐性があります。

用途

PEEK は、ベアリング、ピストン部品、ポンプ、高速液体クロマトグラフィー カラム、コンプレッサー プレート バルブ、電気ケーブルの絶縁など、要求の厳しい用途向けの製品の製造に使用されます。 これは、超高真空用途に適合する数少ないプラスチックの 1 つであり、航空宇宙、自動車、および化学産業に適しています。 PEEK は医療用インプラントで使用されます。たとえば、高解像度の磁気共鳴画像法 (MRI) で使用され、脳神経外科用途で部分的な置換頭蓋を作成します。

PEEK は、脊椎固定装置や補強棒に使用されています。 それは放射線透過性ですが、疎水性であるため、骨と完全に融合しません.PEEK シールとマニホールドは、流体アプリケーションで一般的に使用されます。 PEEK は、高温用途 (最高 500 °F/260 °C) でも良好に機能します。 このことと熱伝導率が低いことから、FFF 印刷でホットエンドとコールドエンドを熱的に分離するためにも使用されます。

処理オプション

PEEK は、他のほとんどの熱可塑性樹脂と比較して、比較的高い温度 (343 °C / 649.4 °F) で溶融します。溶融温度の範囲では、射出成形または押出法を使用して加工できます。溶融堆積モデリング - FDM (または溶融フィラメント製造 - FFF) 技術を使用して、粒状 PEEK をフィラメント形状に加工し、フィラメント材料から 3D プリント部品を加工することは、技術的に実現可能です。PEEK フィラメントは、クラス IIa までの医療機器の製造で実証されています。この新しいフィラメントにより、義歯などのさまざまな医療用途に FFF 法を使用することができます。

固体状態の PEEK は、たとえば (CNC) フライス盤で容易に機械加工でき、熱安定性があり、電気的および熱的に絶縁された高品質のプラスチック部品を製造するために一般的に使用されます。充填グレードの PEEK も CNC 加工できますが、材料の応力を適切に管理するには特別な注意が必要です。

PEEK は高性能ポリマーですが、製造プロセスが複雑であるため価格が高いため、最も要求の厳しい用途にのみ使用が制限されています。

生体力学用途における形状記憶 PEEK

PEEK は伝統的に形状記憶ポリマーではありません。 ただし、最近の処理の進歩により、機械的活性化によるPEEKの形状記憶動作が可能になりました。 この技術は、整形外科手術への適用を拡大しています。

Polyether ether ketone (PEEK) Chemical formula: C19H14O3

Polyether ether ketone (PEEK) is a colorless organic thermoplastic polymer of the polyaryletherketone (PAEK) family used in engineering applications. This polymer was first developed in his November 1978, then introduced to the market by Victrex PLC and later by Imperial Chemical Industries (ICI) in the early 1980s.

Based on its molecular structure, it is an ether and ether polymerized with a ketone body.

⁂ Ether (Dutch: ether) is a class of organic compounds with a structural formula of the form R-O-R' (R, R' are organic groups such as alkyl groups and aryl groups, and O is an oxygen atom). refers to a compound represented by

⁂A ketone (German Keton) is a structural The group of organic compounds represented. Among familiar substances, acetone (when {\displaystyle {\ce {R, R'}}} is {\displaystyle {\ce {-CH3}}}) used as a nail polish remover is a representative example. .

synthesis

PEEK polymers are obtained by sequential polymerization via dialkylation of bisphenolate salts. Typical is the reaction of 4,4'-difluorobenzophenone with the disodium salt of hydroquinone, which is generated in situ by deprotonation with sodium carbonate. The reaction is carried out at approximately 300 °C in a polar aprotic solvent such as diphenylsulfone.

Characteristic

PEEK is a semi-crystalline thermoplastic with excellent mechanical and chemical resistance to high temperatures. The molding conditions used to mold PEEK can affect the crystallinity and thus the mechanical properties. Young's modulus is 3.6GPa and tensile strength is 90-100MPa. PEEK has a glass transition temperature of about 143 °C (289 °F) and melts at about 343 °C (662 °F). Some grades have practical operating temperatures up to 250 °C (482 °F) [4]. Thermal conductivity increases approximately proportionally with temperature between room temperature and the solidus temperature [7]. It is highly resistant to thermal degradation and resistant to attack by both organic and aqueous environments. At high temperatures, it is attacked by halogens, strong Bronsted acids, Lewis acids, some halogenated compounds and aliphatic hydrocarbons. It dissolves in concentrated sulfuric acid at room temperature, but dissolution takes a very long time unless the polymer is in a form with a high surface area to volume ratio such as a fine powder or thin film. Highly resistant to biodegradation.

Usage

PEEK is used to manufacture products for demanding applications such as bearings, piston components, pumps, high-performance liquid chromatography columns, compressor plate valves, and electrical cable insulation. It is one of the few plastics suitable for ultra-high vacuum applications and is suitable for the aerospace, automotive, and chemical industries. PEEK is used in medical implants. For example, it is used in high-resolution magnetic resonance imaging (MRI) to create partial skull replacements in neurosurgical applications.

PEEK is used in spinal fixation devices and stiffening rods. It is radiolucent but hydrophobic so it does not fully fuse with bone.PEEK seals and manifolds are commonly used in fluid applications. PEEK also performs well in high temperature applications (up to 500 °F/260 °C). Because of this and its low thermal conductivity, it is also used to thermally separate the hot and cold ends in FFF printing.

processing options

PEEK melts at a relatively high temperature (343 °C / 649.4 °F) compared to most other thermoplastics. A range of melt temperatures can be processed using injection molding or extrusion methods. It is technically feasible to use Fused Deposition Modeling - FDM (or Fused Filament Fabrication - FFF) techniques to process granular PEEK into filament shapes and fabricate 3D printed parts from filament materials. PEEK filaments have been proven in the manufacture of medical devices up to Class IIa. This new filament allows his FFF method to be used for a variety of medical applications such as dentures.

Solid-state PEEK is commonly used to produce high-quality plastic parts that are easily machinable, for example on (CNC) milling machines, are thermally stable, and are electrically and thermally insulated. Filled grades of his PEEK can also be CNC machined, but special care must be taken to properly manage the stress in the material.

PEEK is a high performance polymer, but the complexity of the manufacturing process and high price limit its use to only the most demanding applications.

Shape memory PEEK in biomechanical applications

PEEK is not traditionally a shape memory polymer. However, recent processing advances have enabled shape memory behavior in PEEK upon mechanical activation. This technology is expanding its application to orthopedic surgery.