ポリスルホン

最も単純なポリスルホンであるポリ（フェニレンスルホン）は、1960年には既に知られており、ベンゼンスルホニルクロリドからのフリーデル・クラフツ反応で生成される。^{[ 3 ]}

n C ₆ H ₅ SO ₂ Cl → (C ₆ H ₄ SO ₂ ) _n + n HCl

融点が500  ℃を超えるため、この製品は加工が難しい。優れた耐熱性を示すが、機械的特性はかなり劣る。ポリアリールエーテルスルホン（PAES）は適切な代替品となる。PAESの適切な合成経路は、3M社^{[ 4 ]} 、米国のユニオンカーバイド社^{[ 5 ]}、英国のICIプラスチック部門^{[ 6 ]}によって、ほぼ同時期に、しかし独立して開発された。当時発見されたポリマーは現在でも使用されているが、異なる合成プロセスで製造されている。

PAESの元の合成法は、ジアリールエーテルとベンゼンのビス（スルホニルクロリド）との求電子芳香族置換反応によるものでした。この反応には通常、塩化第二鉄や五塩化アンチモンなどのフリーデル・クラフツ触媒が使用されます。

n O(C ₆ H ₅ ) ₂ + n SO ₂ Cl ₂ → { [ O(C ₆ H ₄ ) ₂ ]SO ₂ } _n + 2 n HCl

この経路は、パラ置換とオルト置換の両方から生じる異性体の形成によって複雑化します。さらに、架橋が観察され、これはポリマーの機械的特性に大きく影響します。^{[ 7 ] [ 4 ]}この方法は放棄されました。

PAESは現在、ジフェノキシドとビス(4-クロロフェニル)スルホン(DCDPS)の重縮合反応によって製造されている。スルホン基は、置換反応に対して塩素基を活性化する。必要なジフェノキシドは、ジフェノールと水酸化ナトリウムからその場で生成される。共生成した水は、トルエンまたはクロロベンゼンを用いた共沸蒸留によって除去される。重合は、ジメチルスルホキシドなどの極性非プロトン性溶媒中で、不活性条件下、130～160℃で行われ、塩化ナトリウムの脱離と同時にポリエーテルが形成される。 

ビス(4-フルオロフェニル)スルホンは、ビス(4-クロロフェニル)スルホンの代わりに使用できる。ジフルオロスルホンはジクロロスルホンよりも反応性が高いが、高価である。連鎖停止剤（例えば塩化メチル）を用いることで、溶融加工に適した鎖長を制御できる。

ジフェノールとしては、一般的にビスフェノールAまたは1,4-ジヒドロキシベンゼンが用いられる。このような段階重合では、高分子量生成物を得るために、高純度モノマーと精密な化学量論比が必要となる。^{[ 8 ]}

DCDPSは、ビスフェノールAから得られるUdel、PES、およびRadel Rとして知られるポリマーの前駆体です。Udelは、さまざまな形状に成形できる高性能非晶質スルホンポリマーです。剛性と耐熱性を兼ね備え、配管パイプからプリンターカートリッジ、自動車用ヒューズまで、あらゆる用途に使用されています。DCDPSはビスフェノールSとも反応してPESを生成します。Udelと同様に、PESも剛性と耐熱性に優れた材料で、多くの用途があります。

ポリ（アリールエーテルスルホン）は、芳香族基、エーテル基、およびスルホニル基から構成されています。個々の構成要素の特性を比較するために、スルホニル基とフェニル基のみから構成されるポリ（フェニレンスルホン）を例として挙げることができます。両方の基は熱的に非常に安定しているため、ポリ（フェニレンスルホン）は極めて高い融点（520  °C）を有します。しかし、ポリマー鎖は非常に剛性が高いため、ポリ（フェニレンスルホン）（PAS）は融解する前に分解し、熱可塑性加工ができません。したがって、柔軟な要素を鎖に組み込む必要があります。これは、エーテル基の形で行われます。エーテル基はポリマー鎖の自由な回転を可能にします。これにより、融点が大幅に低下し、衝撃強度の増加により機械的特性も向上します。^{[ 7 ]}ビスフェノールAのアルキル基も柔軟な要素として機能します。

ポリマーの安定性は、個々の構造要素にも起因する。スルホニル基（硫黄が可能な限り最高の酸化状態にある）は、隣接するベンゼン環から電子を引き付け、電子不足を引き起こす。そのため、ポリマーはそれ以上の電子損失に抵抗し、高い酸化耐性を裏付けている。スルホニル基はメソメリズムによって芳香族系にも結合しており、メソメリズムエネルギーによって結合が強化されている。その結果、熱や放射線からのより多くのエネルギーを分子構造が反応（分解）を起こすことなく吸収することができる。メソメリズムの結果、構造は特に剛性が高くなる。ビフェニルスルホニル基に基づくと、このポリマーは耐久性、耐熱性、耐酸化性に優れ、高温でも高い剛性を維持している。エーテル結合は（エステルとは異なり）加水分解耐性とある程度の柔軟性をもたらし、衝撃強度につながる。さらに、エーテル結合は優れた耐熱性と溶融物の流動性の向上にもつながる。^{[ 12 ]}

ポリスルホンは、再現性の高い特性と40ナノメートルまでの細孔径制御が可能な膜を容易に製造できます。このような膜は、血液透析、廃水処理、食品・飲料加工、ガス分離などの用途に使用できます。これらのポリマーは、自動車産業や電子産業でも使用されています。ポリスルホン膜で作られたフィルターカートリッジは、ナイロンやポリプロピレン製の媒体と比較して、非常に低い差圧で極めて高い流量を実現します。

ポリサルホンは、フィルター滅菌におけるろ過媒体として使用できる。

ポリスルホンはガラス繊維で強化することができる。その結果得られる複合材料は、引張強度が2倍、ヤング率が3倍に増加する。

ポリスルホンは、共重合体としてよく使用されます。近年、スルホン化ポリエーテルスルホン（SPES）は、燃料電池の高耐久性プロトン交換膜用の他の多くの芳香族炭化水素系ポリマーの中でも有望な材料候補として研究されています。^{[ 13 ]}いくつかのレビューでは、この研究に関する多くの報告から耐久性の進歩が報告されています。^{[ 14 ]}燃料電池におけるSPESの応用における最大の課題は、その化学的耐久性を向上させることです。酸化環境下では、SPESはスルホン酸基の脱離と主鎖切断を起こす可能性があります。しかし、後者の方がより支配的です。中間点切断とアンジップ機構は、ポリマー主鎖の強度に応じて劣化機構として提案されています。^{[ 15 ]}

ポリサルホン製の食品用パンは、食品の保存、加熱、盛り付けに使用されます。これらのパンはガストロノーム規格に準拠して製造されており、ポリサルホン特有の自然な透明な琥珀色をしています。 - 40  ℃から+190℃までの幅広い使用温度範囲により、 冷凍庫から直接スチームテーブルや電子レンジで使用できます。ポリサルホンは焦げ付きにくい表面加工が施されているため、食品ロスを最小限に抑え、お手入れも簡単です。