何柏賢、 尤崇翰／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，近期因優異的介電性質，逐步切入5G高頻市場。目前PPS的工業製程以親核聚合反應為主，利用對二氯苯、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，多數的聚苯硫醚產品中氯殘留量都高達500~5,000 ppm。未來5G高頻市場，對於鹵素含量規範有嚴格的標準，聚苯硫醚的製造商提出關於低鹵/無鹵的聚苯硫醚製程，進而展現聚苯硫醚優異的電性，切入高頻材料市場。
【內文精選】
前 言
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。交聯型經 過氧化交聯具有較高的流動性及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、耐化性、阻燃性(UL94-V0)、尺寸穩定性與優良的電性。聚苯硫醚同樣可應用於高分子複合材料，與高比例的無機填充材或玻璃纖維(Glass Fiber)進行混煉。
聚苯硫醚綠色製程趨勢
目前聚苯硫醚的工業製程為使用對二氯苯及硫化鈉進行反應而成，依照化學計 量計算，合成1莫爾(mole)的聚苯硫醚樹脂會產生2莫爾氯化鈉副產物，如圖二反應式，導致在最終的聚苯硫醚中有氯殘留的現象，殘留量約500~5,000 ppm。氯主要來自兩種來源，其一為氯化鈉在聚合過程中殘留於樹脂中，其二為分子末端基在結構上保留下來的氯。高殘留量的氯在高溫加工時會釋放腐蝕性的氣體，且氯氣會驅動戴奧辛生成，不僅會於過程中產生毒化金屬，造成產品缺陷，也對人體及環境造成影響。低鹵素(Low Halogen)材料將成為下游廠商產品發展的趨勢。
聚苯硫醚市場與應用
聚苯硫醚樹脂在機械性質上較硬脆，故通常與玻璃纖維、碳纖維(Carbon Fiber)或聚四氟乙烯(Polytetrafluoroethylene; PTFE)等填充物進行混煉來提升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有85%屬於複合材料，其中以40%與60%玻璃纖維的複合材料最為常見。根據富士經濟針對聚苯硫醚的市場調查，2018年聚苯硫醚全球銷售數量已達到約13.3萬噸，至2022年預測全球聚苯硫醚數量將會達到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31.57%為全球最高，歐洲、北美及中國大陸市場分別占16.61%、10.05%及29.27%。表二為富士經濟針對聚苯硫醚在全球不同區域的市場價格調查。
圖三、聚苯硫醚的(a)全球市場；(b)應用分布
聚苯硫醚未來高頻軟板市場走向
隨著電子產品的快速演進，人類對於資料傳輸速度及品質需求越來越高，從 2009年4G時代起，過去技術已無法應付未來更大量的訊號傳輸，因此，為了支援高容量且快速的資料傳遞，全球相互競爭5G的技術開發與布局。高頻5G發展重點，除了網域建置、系統硬體設施的建立，高頻材料的技術發展也是重要項目之一，如何在高速資訊傳輸下，減少過程中的訊號損耗，與所使用的傳輸材料息息相關。近期廣泛討論的高頻5G重點材料性質整理於表三。
表三、高頻5G材料性質比較表
工研院目前聚苯硫醚研發現況
在經濟部技術處支持下，工研院材化所已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>85% (高Atom Economy)，廢棄副產物低，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，透過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。工研院發展的聚苯硫醚製程技術，與市售聚苯硫醚進行性質比較，整理於表五，在吸水性、機械強度與介電性質等與市售商品相當，最顯著的優勢在於…以上為部分節錄資料，完整內容請見下方附檔。
表五、工研院開發之聚苯硫醚與市售商品性質比較
★本文節錄自《工業材料雜誌》414期，更多資料請見下方附檔。