蔡豐任、何柏賢／工研院材化所
聚苯硫醚(PPS)是一種具有優異的耐熱性、耐化性及尺寸安定性的結晶性高性能工程塑膠高分子，其結構由苯環與硫交替而成，可應用於汽車零件、電子零件及環保濾材等領域。目前PPS的工業製程以親核聚合反應為主，以對二氯苯、硫化鈉及高極性的有機溶劑在高溫下進行反應。然而，由於使用含鹵的單體及鹼金屬化合物，大多數聚苯硫醚的最終產品中氯殘留量都高達500~5,000ppm。隨著國際環保議題及綠色化學品的發展趨勢，聚苯硫醚的製造商已陸續發展關於低鹵/無鹵的聚苯硫醚製程，將對環境及健康有風險的因素降到最低。
【內文精選】
聚苯硫醚發展歷史
聚苯硫醚(Polyphenylene Sulfide; PPS)，是分子主鏈中由苯環(Benzene Ring)與硫醚基團(Sulfide Group)交替而成的熱塑性工程塑膠高分子（如圖一）。聚苯硫醚是一種結晶性的高分子，根據結構可分為交聯型及直線型。交聯型乃是經過氧化交聯達到改善直線型韌性不足的缺點，可應用於電子產品；直線型具有高分子量及較高的硬度，應用於汽車元件。目前主要的製造商皆以生產直線型PPS為主。PPS具有優異的耐熱性（熱變形溫度260˚C以上，連續使用溫度為200~240˚C）、耐化性、阻燃性(UL94-V0)、尺寸穩定性與優良的電性。作為高分子複合材料，可與高比例的無機填充材或玻璃纖維(Glass Fiber)進行混煉。
聚苯硫醚合成路徑
聚苯硫醚工程塑膠高分子目前在工業上最常見的合成方式為經由親核取代聚合反應而成，如圖二所示，將對二氯苯、硫化鈉及高極性的有機溶劑（如N-甲基吡咯烷酮(N-Methyl-2-pyrrolidone; NMP)）在高溫下進行反應得到聚苯硫醚。
圖二、聚苯硫醚的合成路徑
除了最常見的親核取代聚合反應可合成聚苯硫醚外，目前在文獻及專利中至少超過3種以上合成聚苯硫醚的方法已被揭露，包括使用對二碘苯(p-Diiodobenzene)與硫作為單體在高溫進行自由基聚合（碘製程）、環形芳香硫醚類化合物(Cyclic Arylene Disulfide)與二鹵芳香類化合物(Dihaloaromatic Compound)進行共聚，以及使用具有亞碸官能基(Sulfoxide Group)的單體進行親電聚合反應，反應中間體為溶解度極佳的陽離子聚合物，可合成出直線型高分子量的聚苯硫醚。
聚苯硫醚市場與應用
純聚苯硫醚樹脂在機械性質上相較脆，故通常與玻璃纖維、碳纖維或聚四氟乙烯(Polytetrafluoroethylene; PTFE)等填充物進行混煉來改善其衝擊強度及其他機械性質。目前市場上所販售的聚苯硫醚中85%是複合材料。其中以40%與60%玻璃纖維的複合材料最為常見。2017年聚苯硫醚全球銷售數量已達到約12.6萬噸，富士經濟預測在2022年將會達到16.2萬噸。聚苯硫醚可廣泛地應用於汽車零件、車用電子、電子零件、電子產品外殼/塗裝、電氣絕緣、工業用膜、環保濾材等領域。圖三為富士經濟統計2017年聚苯硫醚全球的市場需求及應用分布，日本占總體需求的31.6%為全球最高，歐洲、北美及中國大陸市場分別占16.6%、10.0%及29.3%。表二提供關於聚苯硫醚純樹脂及複合材料市場售價。
圖三、聚苯硫醚的(a)全球市場需求；(b)應用分布
聚苯硫醚綠色製程趨勢
2. 工研院目前研發現況
工研院目前正進行建構聚苯硫醚常溫常壓親電聚合製程，其具有高原子轉化率(High Atom Economy)>85%、低廢棄副產物、使用易取得之苯與有機硫化物等便宜大宗料源為單體原料的優勢，藉由技術開發無鹵單體合成路徑與聚合技術（透過試劑的篩選及反應參數調控），發展高耐熱可塑性聚苯硫醚樹脂…以上為部分節錄資料，完整內容請見下方附檔。
★本文節錄自「工業材料雜誌」395期，更多資料請見下方附檔。