- 濾心壽命的「第一道生死關」是化學相容性──選錯材質，外觀正常，內部已經溶脹/脆化/萃出
- 強酸（98% H₂SO₄、HF、王水）只有 PTFE / PFA 撐得住；50% NaOH 會把 PVDF 跟 Nylon 一併陣亡
- 有機溶劑界的「聚碸殺手」是 DMF / DMSO / NMP / 丙酮──PES、PSU 全部溶脹，必選 PTFE 或 UPE
- O-ring 別當配角：EPDM 怕油、Viton 怕鹼跟胺、FFKM 全能但要錢
- 本篇給你一張 7 種濾材 × 30+ 化學品的相容性矩陣，半秒鎖定可不可以用
- 化學相容性是濾心壽命的「第一道生死關」
- 酸類：強酸的「殺手檔案」
- 鹼類：別把 PVDF 丟進 50% NaOH
- 氧化劑：H₂O₂ / 次氯酸 / 臭氧水
- 有機溶劑：聚碸家族的死敵
- 半導體製程化學品速查
- 製藥常見化學品速查
- 一張完整相容性矩陣（化學品 × 7 種材質）
- 配套：O-ring 材質怎麼搭
- 常見誤區
- FAQ
- 參考資料
化學相容性是濾心壽命的「第一道生死關」
濾心選型最常見的失敗模式不是流量算錯、不是孔徑挑錯，而是把濾材丟進它本來就不耐的化學品裡。這種失敗最險惡的地方是──外觀完全正常，過濾流量也正常，但濾心已經在溶脹（swelling）、脆化（embrittlement）、萃出（leaching）。等你用 GC-MS 在下游溶液裡抓到濾材的單體碎片，整批產品早已全數報廢。
化學相容性的判讀要看三件事：濾膜本體（PP / PES / PVDF / PTFE / Nylon / UPE / PFA）、支撐網與外殼（多半是 PP 或 PFA）、O-ring 與灌膠（EPDM / Viton / FFKM / 矽膠）。三者必須同時相容才算過關──常見死法是膜沒事但灌膠溶掉，整支濾心開始漏液。
酸類：強酸的「殺手檔案」
稀酸（< 10%）大部分濾材都還能撐，分水嶺通常落在濃度 30% 以上、HF 或氧化性酸的存在。以下是業界最常踩雷的幾個。
濃硫酸 H₂SO₄ 98%
對 PP、PES、Nylon 都是毀滅性。PP 在 80 °C 的 96% H₂SO₄ 中數小時就脆化；PES 會被磺化裂解；Nylon 會直接水解。只有 PTFE / PFA 能耐，UPE 限低溫短時間。半導體 SPM（H₂SO₄/H₂O₂ piranha）製程 80–130 °C 操作，整套濾心、外殼、配管全部 PFA。
氫氟酸 HF / BOE
HF 會把所有玻璃、陶瓷、含矽材料當早餐吃掉，但對碳氟鏈卻很客氣。PTFE / PFA 是唯一安全選擇。千萬不要用含玻纖的 PP 濾心過 HF──玻纖會被溶出形成氟矽酸鹽。BOE（緩衝氧化蝕刻液，HF + NH₄F）也是同樣邏輯。
混酸：HF/HNO₃、王水
HF/HNO₃ 用於 III-V 族晶圓蝕刻；王水（HCl + HNO₃ 1:3）用於貴金屬溶解。兩者同時具氟離子 + 強氧化性，PVDF 在常溫王水中數小時後表面變黃並脆化，必選 PTFE / PFA。
| 酸類 | 濃度 | 建議材質 | 避免 |
|---|---|---|---|
| HCl | ≤37% | PP / PVDF / PTFE / PFA | Nylon |
| H₂SO₄ 稀 | ≤30% | PP / PVDF / PTFE / PFA | Nylon |
| H₂SO₄ 濃 | 96–98% | PTFE / PFA | PP, PES, PVDF, Nylon |
| HNO₃ 稀 | ≤30% | PVDF / PTFE / PFA | Nylon, PP（>50 °C） |
| HNO₃ 濃 | 70% | PTFE / PFA | PP, PES, PVDF, Nylon |
| HF | 49% | PTFE / PFA | 玻纖、陶瓷、PES |
| BOE | HF + NH₄F | PTFE / PFA | 玻纖、Nylon |
| SPM (Piranha) | H₂SO₄/H₂O₂ 4:1 | PFA（高溫 130 °C） | PP, PES, PVDF, Nylon |
| HF/HNO₃ | 晶圓蝕刻 | PTFE / PFA | 所有非氟材 |
| 王水 | HCl/HNO₃ 3:1 | PTFE / PFA | 所有非氟材 |
鹼類：別把 PVDF 丟進 50% NaOH
很多人以為 PVDF 是「氟材，什麼都耐」──錯。PVDF 在 pH > 12 的高濃度鹼中會發生 dehydrofluorination（脫 HF）反應，主鏈出現雙鍵、顏色變褐、機械強度崩潰。50% NaOH（鹼洗 CIP 常用濃度）泡 24 小時，PVDF 膜的拉伸強度可能掉到原本的 30%。
TMAH 顯影液
四甲基氫氧化銨（TMAH）2.38% 是半導體光阻顯影標準液，pH ≈ 13。PVDF / PES 都不耐長期接觸，業界主流是 UPE 或 PTFE。Nylon 雖然耐鹼，但會吸附 TMAH 中的微量金屬離子，造成晶圓污染──不選。
| 鹼類 | 濃度 | 建議材質 | 避免 |
|---|---|---|---|
| NaOH 稀 | ≤5% | PP / PES / PTFE / PFA / Nylon | — |
| NaOH 濃 | 50% | PP / PTFE / PFA / UPE | PVDF, PES（高溫）, Nylon |
| KOH | ≤45% | PP / PTFE / PFA / UPE | PVDF, PES（高溫） |
| NH₄OH | ≤28% | PP / PTFE / PFA / UPE | PVDF（長期）, Nylon |
| TMAH | 2.38% | PTFE / UPE | PVDF, PES, Nylon |
| SC1 | NH₄OH/H₂O₂/H₂O | PFA / PTFE / UPE | PVDF, PES, Nylon |
氧化劑：H₂O₂ / 次氯酸 / 臭氧水
氧化劑會攻擊高分子主鏈上的弱鍵──C-H、C-O、雙鍵都是目標。
H₂O₂
30% 以下大部分濾材都耐；50%+ 高濃度只剩 PTFE / PFA / UPE。製藥廠 SIP/CIP 常用 0.5–3% H₂O₂，PVDF 與 PES 都可以撐，但要避免長期 > 60 °C。
次氯酸鈉 NaOCl（漂白水）
水處理常用 5–12% NaOCl 做膜清洗。PES / Nylon 不耐──主鏈被氯氧化裂解。PVDF 短時間清洗可，但累積暴露超過 500,000 ppm·hr 後性能明顯下滑。PTFE / PP 是首選。
臭氧水
O₃ 氧化能力是 NaOCl 的 1.5 倍。半導體超純水系統 0.1–1 ppm O₃ 殺菌，只有 PTFE / PFA / UPE 能長期承受。PVDF 在 ppm 級臭氧水中數週後即可量到萃出。
過氧乙酸（PAA）
製藥 SIP 常用 0.1–0.5% PAA 取代蒸汽。PTFE 全程耐受；PES 限短時間（< 30 min/cycle）；PVDF 限稀濃度。Nylon 不可。
有機溶劑：聚碸家族的死敵
有機溶劑是 PES、PSU 這類聚碸家族的天敵。DMF、DMAc、NMP、DMSO、丙酮、THF──都是膜廠用來「溶解」PES 製膜的溶劑。把 PES 膜丟進這些溶劑裡，等於把它送回娘家。
醇類（IPA、MeOH、EtOH）
對所有主流濾材都友善。PES 在 70% IPA 中可長期使用（製藥消毒清洗常見）；Nylon 在甲醇中膨潤可逆；PVDF 完全不受影響。
酯類（PGMEA、乙酸乙酯）
PGMEA 是半導體光阻稀釋劑。UPE 與 PTFE 是業界主流，Nylon 會吸附光阻中的鹼性催化劑造成顯影 CD 偏移──早期 KrF / ArF 廠都吃過這個虧。
氯化溶劑（DCM、CHCl₃）
PVDF 會嚴重溶脹；PES 短時間可。PTFE / UPE 是安全選擇。
芳香烴（甲苯、二甲苯）
PP 在甲苯中 40 °C 即明顯溶脹；PES 不耐；PTFE / UPE / PFA 全程 OK。
| 溶劑 | 類別 | 建議材質 | 避免 |
|---|---|---|---|
| IPA / EtOH / MeOH | 醇 | 幾乎全部 OK | — |
| 丙酮 / MEK | 酮 | PTFE / UPE / PP（短） | PES, PVDF, Nylon |
| PGMEA | 酯 | UPE / PTFE | Nylon, PES |
| 乙酸乙酯 | 酯 | PTFE / UPE | PES, Nylon |
| THF | 醚 | PTFE / UPE | PES, PVDF, Nylon, PP |
| 甲苯 / 二甲苯 | 芳香 | PTFE / PFA / UPE | PP（>40°C）, PES |
| DCM | 氯化 | PTFE / PFA | PVDF, PES, Nylon, PP |
| CHCl₃ | 氯化 | PTFE / PFA | PVDF, PES, Nylon, PP |
| DMF / DMAc | 醯胺 | PTFE / PFA | PES, PVDF, Nylon, PP, UPE（限） |
| DMSO | 亞碸 | PTFE / PFA / UPE | PES, PVDF, Nylon |
| NMP | 醯胺 | PTFE / PFA | PES, PVDF, Nylon, PP |
半導體製程化學品速查
製藥常見化學品速查
| 化學品 | 用途 | 建議材質 | 備註 |
|---|---|---|---|
| WFI / 純水 | 注射用水 | PES / PVDF / 親水 PTFE | 0.22 µm 除菌 |
| PBS / Tris 緩衝液 | 製劑配方 | PES / PVDF | pH 6–8 安全範圍 |
| 70% 乙醇 | 環境消毒 | 幾乎全部 OK | PES 也耐 |
| 0.5 N NaOH | CIP 鹼洗 | PTFE / UPE / PP | 避開 PVDF（> 60 °C 慘） |
| 0.5% PAA | SIP 過氧乙酸 | PTFE / PVDF（短） | 長時間僅 PTFE |
| 3% H₂O₂ | 消毒 | PTFE / PVDF / PES | — |
| 培養基（含血清） | 細胞培養 | PES / 親水 PTFE | 低蛋白吸附優先 |
| 胺基酸 / 維生素溶液 | 製劑 | PES / PVDF | pH 中性 |
| 含 EDTA 螯合配方 | 注射劑 | PES / 親水 PTFE | 避免金屬萃出 |
| 蒸汽（121 °C / 134 °C） | SIP 滅菌 | 疏水 PTFE / PFA | 需通氣孔徑 |
一張完整相容性矩陣
R = 建議使用、L = 限低溫短時間或低濃度、N = 不建議。預設 25 °C 室溫條件。
| 化學品 | PP | PES | PVDF | PTFE | Nylon | UPE | PFA |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| HCl 37% | R | L | R | R | N | R | R |
| H₂SO₄ 30% | R | L | R | R | N | R | R |
| H₂SO₄ 98% | N | N | N | R | N | L | R |
| HNO₃ 30% | L | N | R | R | N | L | R |
| HNO₃ 70% | N | N | L | R | N | N | R |
| HF 49% | L | N | L | R | N | L | R |
| BOE | L | N | L | R | N | L | R |
| SPM 130 °C | N | N | N | R | N | N | R |
| 王水 | N | N | N | R | N | N | R |
| NaOH 5% | R | R | R | R | R | R | R |
| NaOH 50% | R | L | N | R | L | R | R |
| KOH 45% | R | L | N | R | L | R | R |
| NH₄OH 28% | R | R | L | R | L | R | R |
| TMAH 2.38% | R | L | L | R | N | R | R |
| SC1 | L | L | L | R | N | R | R |
| SC2 | R | L | R | R | N | R | R |
| H₂O₂ 30% | R | R | R | R | L | R | R |
| H₂O₂ 50% | L | L | L | R | N | R | R |
| NaOCl 12% | R | N | L | R | N | R | R |
| O₃ 水 1 ppm | L | N | L | R | N | R | R |
| PAA 0.5% | L | L | L | R | N | R | R |
| IPA / EtOH | R | R | R | R | R | R | R |
| 丙酮 / MEK | L | N | L | R | N | R | R |
| PGMEA | L | L | L | R | N | R | R |
| THF | N | N | N | R | N | R | R |
| 甲苯 | N | L | L | R | L | R | R |
| DCM / CHCl₃ | N | N | N | R | N | L | R |
| DMF / NMP | N | N | N | R | N | L | R |
| DMSO | N | N | L | R | N | R | R |
| WFI / 緩衝液 | R | R | R | R | R | R | R |
| 蒸汽 121 °C | L | R | R | R | L | L | R |
配套：O-ring 材質怎麼搭
很多人花心思挑膜，結果配了個錯的 O-ring，整支濾心提早報廢──這是業界一年至少看到三次的經典悲劇。
| O-ring | 強項 | 弱項 | 典型配對 |
|---|---|---|---|
| EPDM | 耐酸鹼、蒸汽、極性溶劑 | 怕油、怕烴類、怕氯化溶劑 | 製藥水溶液、CIP/SIP |
| Viton (FKM) | 耐油、耐烴、耐高溫 | 怕強鹼、怕胺類、怕酮 | 溶劑、油品、酸製程 |
| FFKM (Kalrez) | 幾乎全能（pH 0–14、所有溶劑） | 價格貴 5–10 倍 | SPM、HF、混酸關鍵節點 |
| 矽膠 | 食品級、低溫彈性 | 怕烴、怕酸、怕高壓蒸汽 | 食品飲料、實驗室 |
常見誤區
常見問題 FAQ
PVDF 跟 PTFE 都是氟材，到底差在哪？
PVDF 結構是 -CH₂-CF₂- 交替，鏈上還有 H 原子；PTFE 全部是 -CF₂-CF₂-，氟把碳鏈包到密不透風。差別在氫的存在──PVDF 在強鹼中會發生 dehydrofluorination（脫 HF）反應，PTFE 沒有 H 可以脫，自然耐到底。價格上 PTFE 約是 PVDF 的 2–3 倍，所以一般水系製程能用 PVDF 就用 PVDF。
UPE 跟 PE 是同一個東西嗎？
不是。UPE 是超高分子量聚乙烯（Ultra-high Molecular Weight PE），分子量 > 3 百萬，比一般 PE 高 30 倍以上。半導體用 UPE 膜可以做到 0.005 µm 孔徑，金屬萃出 ppt 級。一般 PE 撐不到這種規格。
「光阻過濾為什麼業界選 UPE 不選 PTFE？」
兩個原因：(1) UPE 表面比 PTFE 對光阻添加劑（PAG、淬熄劑）的吸附更低，CD 控制更穩；(2) UPE 可以做超薄不對稱膜，同孔徑下流量比 PTFE 高 2–4 倍，配合每分鐘數百片的曝光節拍。PTFE 還是會用在某些 EUV 高溫光阻線上。
製藥 CIP 用 0.5 N NaOH，可以選 PVDF 嗎？
濃度本身（≈ 2%）PVDF 撐得住，但要看 (1) 溫度：> 60 °C 不建議；(2) 暴露時間：每次 < 60 分鐘 + 每月累積 < 24 hr 算安全。要是你的 CIP 跑 80 °C × 90 min 每天一次，半年內 PVDF 會有性能下滑──升級到親水 PTFE 或 UPE。
O-ring 不知道怎麼選的話，要不要直接全部買 FFKM？
預算夠就買──FFKM 是工業界唯一接近「全能」的彈性體。但 FFKM O-ring 一條動輒新台幣數千元（同尺寸 EPDM 約 50 元）。實務做法：關鍵節點（HF、混酸、SPM）用 FFKM；一般水溶液用 EPDM；油 / 溶劑用 Viton。把錢花在刀口上。
不確定相容性，怎麼快速做測試？
三步驟：(1) 把濾材切片浸泡目標化學品 24 hr，量重量變化（> 5% 不通過）；(2) 用 GC-MS / IC-MS 量浸泡液萃出物；(3) 量浸泡前後拉伸強度（保留 > 80% 才算通過）。GMP 場合還要做完整性測試 & TOC。實在懶可以直接問濾心廠拿廠商版的 chemical compatibility chart，9 成情況夠用。
參考資料
- Cole-Parmer — Chemical Compatibility Database（業界最常引用的相容性對照表）
- Pall — Membrane Chemical Compatibility Chart
- Hawach — Chemical Compatibility Chart of Syringe Filters
- Cobetter — Filter Material Chemical Compatibility Chart
- Sigma-Aldrich (Merck Millipore) — Filter Membrane Chemical Compatibility
- DuPont Kalrez (FFKM) — 化學相容性技術文件
- Parker O-Ring Handbook（EPDM/Viton/FFKM 相容性權威指南）
- Entegris — Semiconductor Liquid Filtration Application Notes（UPE/PTFE 半導體相容性）
- Sartorius — Filter Membrane Chemical Resistance Guide
- SEMI Standards — F57/F63 半導體濾心化學品測試規範