- PSU、PPSU、PES 是同一家族（聚碸系），分子骨架都含磺酸基 –SO₂–，但中間連接基不同造就完全不同的個性
- PSU 是入門款房車（便宜、堪用，極端條件吃力）；PPSU 是越野休旅（最耐撞、最耐 134 °C 蒸汽 800+ cycles）；PES 是商務全能車（製藥業最愛）
- 選錯型號的代價：PSU 拿去過 134 °C 蒸汽會應力開裂；PES 拿去過 DMSO 會脆化
- 本篇用一張 14 項對比表 + 三大誤區 + 與其他膜材的對照，10 分鐘搞懂這個家族
- 半導體高階等級的 PSU/PPSU/PES 可宣稱孔徑下探到 1 nm – 0.1 µm，搭配 ICP-MS / LPC 萃取物管控
- 聚碸家族是誰？三個結構式的故事
- PSU：入門款房車
- PPSU：越野休旅車
- PES：商務全能車（製藥業最愛）
- 14 項對比表：一張看懂三者差異
- 何時選哪一個？決策卡片
- 三大常見誤區
- 與 PVDF / Nylon / MCE 的橫向對比
- 常見問題 FAQ
聚碸家族是誰？三個結構式的故事
聚碸（Polysulfones）是一個高分子家族，共同特徵是主鏈含磺酸基 (–SO₂–) 連接兩個芳香環。這個結構帶來三個共同優點：
三種樹脂的差別，全在 –SO₂– 中間「夾」了什麼：
- PSU（聚碸 / Polysulfone）：中間夾了一個雙酚 A 的「異丙基結構」（–C(CH₃)₂–）。代表樹脂：Solvay Udel®、BASF Ultrason® S。
- PPSU（聚苯碸 / Polyphenylsulfone）：中間夾的是「聯苯」（biphenyl），全芳香族結構。代表：Solvay Radel® R、BASF Ultrason® P。
- PES（聚醚碸 / Polyethersulfone）：最精簡，只有醚鍵 (–O–) 和磺酸基交替，沒有異丙基也沒有聯苯。代表：Solvay Veradel®、BASF Ultrason® E。
PSU：入門款房車
PSU 是聚碸家族的「老大哥」，價格最便宜、加工最容易，但耐熱與抗化學最弱。
典型應用
- UF/MF 中空纖維膜本體與支撐層：血液透析膜（孔徑可達 40 nm）、廢水回收、反洗式 UF 系統
- 食品飲料工業：果汁澄清、乳製品濃縮、釀造
- 成本敏感型 UF 應用：工業廢水回用、農村供水系統
限制
PSU 含雙酚 A 結構，不適合長期接觸食品與醫療領域（雖然當作膜本體不直接接觸食物，但越來越多廠商選擇 BPA-free 的 PES / PPSU 作為替代）。不能承受 134 °C 反覆蒸汽滅菌，超過幾十次就會出現應力開裂。
PPSU：越野休旅車
PPSU 是聚碸家族的「肌肉車」──全芳香族結構讓它耐衝擊、耐反覆蒸汽滅菌、耐應力開裂，但加工難度最高、價格最貴。
典型應用
- 濾殼 / 濾筒外殼：製藥級過濾筒外殼、無菌取樣袋接頭
- 反覆蒸汽滅菌的器械：骨科手術器械托盤、手術器械籃
- 嬰兒奶瓶 / 醫療餐具：BPA-free 替代品，可承受洗碗機高溫
- 航空 / 軌道交通內裝：耐燃、耐衝擊、輕量化
限制
PPSU 幾乎不做為膜材本體──熔體流動性差、加工難度高，主要用作硬質結構件。膜本體仍以 PSU / PES 為主。
PES：商務全能車（製藥業最愛）
PES 是聚碸家族的「全能選手」──Tg 高達 225 °C、極低蛋白吸附、超高通量、極佳化學耐受。它幾乎壟斷了生物製藥無菌過濾市場。
結構特點：不對稱膜
商業 PES 濾膜多採不對稱結構（asymmetric）：上層緻密做精密截留、下層粗孔做支撐流通。同一片膜兼顧高保留率與高流速，這是 PES 在製藥終端過濾打趴其他膜材的關鍵。
典型應用
常見孔徑與 Bubble Point
| 孔徑 | 用途 | Bubble Point（水） |
|---|---|---|
| 1 nm – 0.1 µm | 半導體 EUV / 先進製程化學品（PSU/PESU 高潔淨等級） | 規格依廠商而定 |
| 0.1 µm | 黴漿菌 / mycoplasma 去除 | ≥ 5.4 bar (78 psi) |
| 0.22 µm | 除菌過濾（sterilizing-grade） | 3.1–3.5 bar (45–50 psi) |
| 0.45 µm | 澄清過濾、預過濾 | 2.0–2.4 bar (29–35 psi) |
| 0.65 / 0.8 µm | 大顆粒澄清 | 1.4–1.7 bar (20–25 psi) |
| 1.2 µm | 粗濾、預處理 | 0.9–1.1 bar (13–16 psi) |
14 項對比表：一張看懂三者差異
| 項目 | PSU | PES | PPSU |
|---|---|---|---|
| 玻璃轉移溫度 Tg | 185–187 °C | 220–225 °C | 220 °C |
| 熱變形溫度 HDT | 174 °C | 204 °C | 207 °C |
| 長期使用溫度 | 160 °C | 180–200 °C | 180 °C |
| 蒸汽滅菌耐溫 | 121 °C | 134 °C | 134 °C |
| 滅菌循環壽命 | 數十~百次 | 數百次 | 500–1000+ 次 |
| 密度 g/cm³ | 1.24 | 1.37 | 1.29 |
| 抗水解性 | 良好 | 優秀 | 卓越 |
| 耐酸鹼 | 良好 | 優秀 | 卓越 |
| 耐酮 / 氯化烴 / 芳香烴 | 差（會被侵蝕） | 中等 | 較好 |
| 耐 H₂O₂ 滅菌 | 不耐 | 中等 | 耐 |
| 透明度 | 淡黃透明 | 琥珀色 | 琥珀色 |
| BPA-free | 否（含雙酚 A） | 是 | 是 |
| 價位 | $（最低） | $$（中） | $$$（最高） |
| 主要型態 | UF / MF 膜本體 | MF / 除菌膜本體 | 濾殼 / 結構件 |
何時選哪一個？決策卡片
三大常見誤區
與 PVDF / Nylon / MCE / PTFE 的橫向對比
把 PES（聚碸家族裡最常見的膜材）放到生物製藥膜材的競技場上：
| 膜材 | 蛋白吸附 | 流速 | pH 範圍 | 典型用途 |
|---|---|---|---|---|
| PES（親水） | 極低 | 最高 | 1–14 | 除菌過濾、培養基、緩衝液（首選） |
| PVDF | 低 | 中 | 1–13 | 蛋白分析、HPLC、含微量溶劑 |
| Nylon 66 | 高 | 中 | 6–13 | 一般水溶液、層析（不適合蛋白） |
| MCE（混纖） | 高 | 中 | 4–8 | 微生物檢測、無菌測試 |
| PTFE（親水） | 低 | 低 | 1–14 | 強酸鹼、HPLC 流動相、有機溶劑 |
常見問題 FAQ
PSU 和 PES 在血液透析膜上有什麼差別？
兩者都用作血透膜本體。PSU 是經典款（Fresenius F60/F80 系列大量使用），孔徑可下到 40 nm 做高通量血透；PES 在新一代產品上更普及，因為其更高的 Tg 與更低的補體活化（complement activation）特性。臨床選擇仍以醫師與腎臟內科團隊規範為準。
PPSU 為什麼比 PSU 貴 3–5 倍？
原因有三：(1) 聯苯單體比雙酚 A 貴；(2) PPSU 熔體黏度高，加工溫度需 380 °C 以上，能耗大；(3) 需求量遠小於 PSU，規模經濟弱。但對於需要 800+ 高溫滅菌循環的醫療器械，PPSU 的長壽命可攤銷單次使用成本。
市售 PES 0.22 µm 過濾器接觸角差很多嗎？
差很多。未改性 PES 接觸角約 83.5°（疏水），輕度改性 約 60–70°，深度親水改性（PVP 共混 + 接枝）可達 30–50°（高度親水）。製藥終端用的廠商通常採深度改性，但低價山寨可能只做表面塗覆，水洗幾次就回到疏水狀態。建議向廠商索取接觸角 / 流速數據實測報告。
PPSU 濾殼真的可以滅菌 1000 次嗎？
實測上是的，但需配合正確使用條件。Solvay Radel® R 在 134 °C 飽和蒸汽下測試，800 次循環後才出現明顯機械性能下降；超過 1000 次時拉伸強度仍保有原值的 80% 以上。前提是清潔劑不含烷基酚乙氧基化物，且操作壓力在規範內。
聚碸膜可以用伽馬射線（γ-ray）滅菌嗎？
可以，但有劑量限制。PES 與 PPSU 在 25–50 kGy 標準輻射劑量下機械性能變化 < 5%；超過 100 kGy 會開始發黃、變脆。EtO（環氧乙烷）滅菌與電子束滅菌都相容性良好。
參考資料
- BASF Ultrason® E / S / P 產品手冊（PSU / PES / PPSU 規格資料）
- Solvay PPSU Radel® 設計指南（含 800–1000 次蒸汽滅菌實測數據）
- Wikipedia — Polysulfone（聚碸家族化學結構與分類）
- Cobetter — PES 膜材技術說明（不對稱結構與生物製藥應用）
- PMC — PES 親水改性綜述（接觸角 83.5° → 50° 改性原理）
- Econe — Bubble Point and Integrity Performance（PES 完整性測試實測值）
- Aberdeen Tech — Autoclavable Plastics（PPSU 1000 次滅菌循環驗證）
- Honyplastic — Understanding the Polysulfone Family (PSU / PPSU / PES)
- Tuntun Plastic — PSU vs PES vs PPSU 中文對照