聚醚碸(PES)是一種具有優異耐化性、熱穩定性及機械強度的非晶相具透明性的工程塑膠。由於具有高的玻璃轉換溫度及良好的生物相容性，可應用於醫療器材及食品容器。目前PES的工業製程會伴隨產生二氧化碳、鹼金屬鹽類及有機鹵化物等副產物及廢棄物，隨著國際環保議題及綠色化學品的發展趨勢，須研發出在製程過程中不會造成對環境保護及健康有疑慮的副產物及廢棄物處理問題。
背景說明
聚碸類(Polyarylsulfones)工程塑膠分子結構如表一所示。此類工程塑膠中含有碸官能基團(Sulfone Group)，此官能基團具有強的拉電子性，不利於氧化反應的發生，故此類高分子具有好的抗氧化性質。苯環與碸官能基團會形成高度共振結構，將化學鍵結強度提高並更趨向於平面構型，這使得此高分子具有良好的熱穩定性。硫原子處於最高氧化態，因此具有良好的耐氧化性。相較於聚碳酸酯(Polycarbonates; PC)及聚酯(Polyester)在酸性或鹼性環境下會有水解的現象產生，醚官能基團與苯環的連結提供優異的疏水性。聚碸類工程塑膠中，又以聚醚碸(Polyethersulfone; PES)具有最優異的耐溫度性(Temperature Resistance)及彈性拉伸模數(Tensile Modulus in Elasticity)。
聚醚碸具有以下優異的特性：
①熱性質：
高耐熱性(High Thermal Resistance)及抗氧化，其玻璃轉換溫度約為220˚C，在-40~200˚C具有良好的尺寸穩定性及耐熱水性，可應用於車用頭燈裝置、食品及醫療相關容器。
⑥生物相容性：
製程過程中未使用環境荷爾蒙的原料如雙酚A(Bisphenol A)，且具有良好的生物相容性，聚合反應相較於PSU含有較少量的環狀雙聚物或環狀寡聚物，在加工時並不會造成產品影響，適合應用於血液透析膜。
表一、聚碸類工程塑膠市售商品
聚醚碸(PES)合成路徑
聚碸類工程塑膠高分子是經由親核取代反應縮合而成，早期ICI合成聚醚碸是以單一單體做聚合反應，經過製程上的調整，如圖一所示。目前一般常見的聚醚碸工業製程是將雙酚S(Bisphenol S)及4,4’-雙磺醯氯二苯醚(4,4’-Dichlorodiphenyl Sulfone; DCDPS)在鹼性的非質子高極性的溶劑環境下進行聚縮合反應。在鹼的選擇上，若是使用鹼性較強的鹼金屬氫氧化物（如氫氧化鈉、氫氧化鉀等）會有副反應的產生，導致反應不如預期；故常見的鹼為碳酸鉀(Potassium Carbonate, K2CO3)，由於鹼性較弱，在反應時需要較高的反應溫度，目前常見的製程中以高沸點的N-甲基吡咯烷酮(N-Methyl-2-pyrrolidone; NMP)最泛用。藉由調控反應物的化學計量及反應參數達到所需的性質。
聚醚碸(PES)市場與應用
聚醚碸屬於聚碸類工程塑膠，玻璃轉換溫度約220˚C，介於PSU及PPSU之間，具有優異的耐熱性、難燃性、機械性質及生物相容性。應用的領域有汽車元件、醫療器材、食品包裝容器及電子元件等。2015年PES全球銷售數量約為1.34萬噸，除了在航空業及汽車零組件使用外，已經有取代PEI(Polyetherimide)做為醫療器具的用途。圖二為富士經濟統計2015年聚醚碸全球的市場需求及應用分布，日本占總體需求的29.1%為全球最高，主要應用於汽車元件及醫療器材，歐洲、北美及中國大陸市場分別占24.3%、21.3%及16.8%，主要應用於汽車元件、醫療器材及食品相關。
圖二、2015年聚醚碸(PES)全球市場及應用分布
PES具有優異的耐熱性、低逸氣性可應用於車用元件，如車燈反射器（霧燈、頭燈及尾燈）、變速箱軸承護圈及油泵等。優異的耐化性及耐熱水性可應用於需要經過蒸氣滅菌、加熱滅菌及照射滅菌的醫療器材，如人工血液透析膜、血液過濾器、醫用消毒櫃及手術托盤等。食品相關的產品也需要上述的特性，產品如食品容器、嬰兒用奶瓶、微波爐及咖啡機的零件。其他應用如CFRP用於飛機相關零件、水處理膜及眼鏡鏡框....…以上為部分節錄資料，完整內容請見下方附檔。
作者：蔡豐任、何柏賢、范正欣 / 工研院材化所
★本文節錄自「工業材料雜誌」370期，更多資料請見下方附檔。