純水系統常用的高分子材料介紹 | ELGA-世界上最智慧的超純水系統-台灣艾爾加生命科學股份有限公司

純水或超純水系統使用大量並且不同的高分子材料(polymer materials)

所謂高分子是指"重複聚合單一或多種化合物所構成的大分子量"的材料。

我們接觸的很多天然材料通常是高分子材料組成的，如天然纖維，橡膠、棉花、動植物各類組織等。

除了天然高分子外，人工合成的則有化學纖維、塑膠和橡膠等( nylon / plastics / rubber etc.)。

一般在純水系統中大量採用的，已經形成工業化生產規模的高分子為PTFE / PFA / PE / PP / PS / PES / Cellulose等。

生物高分子是生命表現的一種形式( Bio-macro-molecule)，如纖維，肌肉，DNA，外骨骼，毛髮，皮膚，細胞壁等。

而樹木，獸皮，禾草等自然高分子材料是人類最先就地取材的材料來做為各種工具。

在歷史的進化當中，草紙，纖維，橡膠，絲綢等從天然高分子加工而來的工藝品一直是人類文明的發展的見證。

進入十九世紀開始，人類開始使用改造或改良天然高分子材料。

硫化橡膠(vulcanized rubber)和硝化纖維( Celluloid / nitrocellulose)是兩個典型的例子。

在二十世紀之後，人工高分子材料進入了快速發展及應用的階段。

1920年Hermann Staudinger提出了高分子的概念並且創造了Makromolekule這個詞。

二十世紀二十年代末，聚氯乙烯(PVC/polyvinylchloride)開始大規模使用。

二十世紀三十年代初，聚苯乙烯(PS/polystyrene)開始大規模生產。

在經歷了二十世紀的高速發展之後高分子材料對整個世界的工藝產生了重要的影響。

塑膠根據加熱後的情況又可分為熱塑性塑膠(thermal plastic)和熱固性塑膠(thermal setting)。

加熱後軟化，形成高分子熔體的塑膠稱為熱塑性塑膠，主要在純水系統中常用的熱塑性塑膠有聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）、聚苯乙烯（PS）、聚氯乙烯（PVC）、尼龍（Nylon)、聚碳酸酯（PC/ polycarbonate）、聚氨酯（PU,polyurethane）、聚四氟乙烯（鐵氟龍, PTFE/polytetrafluoroethane）。

加熱後固化，形成交聯的不熔結構的塑膠稱為熱固性塑膠：常見的有環氧樹脂(epoxy)、酚醛塑料(phenolics)、三聚氰氨甲醛樹脂(melamine-formaldehyde resin)等。

一般高分子都以化學結構的簡圖來表示。以聚乙烯為例，其簡圖可表示成 -(CH2-CH2)-n，其中括號內的化學結構式，稱作高分子的重複單位，而 n 代表重複單位的數目，也就是單體的數目，通常又稱作平均聚合度，通常 n 的範圍可以從幾千到幾十萬。

如果聚乙烯（PE）重複單位中的一個氫原子被氯原子（-Cl）取代，那麼這一個聚合物就被稱作聚氯乙烯（poly(vinyl chloride)，簡稱 PVC。如果是被甲基（-CH3）取代，就形成聚丙烯（polypropylene，簡稱 PP）。如果是被苯基（-C6H5）取代，那就成為聚苯乙烯（polystyrene，簡稱 PS）。

分子式: (C₂F₄)_n / 熔點: 327 °C / 密度: 2.20 g/cm³ / 熱塑性塑膠(thermal plastic)

聚四氟乙烯是由部分晶體結構，大分子的氟化碳組合，材質不透明，工作溫度範圍最寬：-200 °C to-260 °C。

聚四氟乙烯幾乎可抵抗所有的化學品腐蝕，具有抗酸抗鹼、抗各種有機溶劑的特點，幾乎不溶於所有的溶劑，表面特性特殊可抵抗各種化學性或物理性的黏附，並且材料的表面光滑性質和電氣絕緣能力均優於其它塑化材料。

唯一美中不足是其僅可通過燒結成型，塑型成本高並且因製作困難而應用性較低。

純水系統上的應用: 在超純水系統的終端及動態循環的輸送管線使用上

部分晶體結構的氟化碳組成，可用溫度範圍：-200 °C - +250 °C，熱塑性塑膠。

可溶性聚四氟乙烯為半透明，表面抗化學或物理性黏附，其機械性能與化學惰性堪比聚四氟乙烯PTFE。

製造可溶性四氟乙烯無需添加催化劑和增塑劑，可形成極其光滑，易清潔的表面，因此非常適用於化學上的痕量分析(trace analysis)實驗上使用的各種容器。

純水系統上的應用: 在超純水系統的終端及動態循環的輸送管線使用上，如管線，閥件，接頭等。

聚氯乙烯是一種使用一個氯原子取代聚乙烯中的一個氫原子的高分子材料，熱塑性塑膠。

PVC材質的發明相當早，且多方應用於工業產品中，由於PVC同樣具有其他塑膠材質的優點，且在加工上、可塑性上相當優良，加上價錢便宜，使用量很普遍，但大多在非食品方面，像水管、雨衣、書包、建材、塑膠膜、塑膠盒等等。

由於PVC瓶透氣性高，不會用來盛裝碳酸飲料，在食品容器上以礦泉水為最大宗，沙拉油瓶亦有部份使用PVC。

純水系統上的應用: 主要使用在原水供水管線上，但如果純度夠高，如uPVC或cPVC等，就可使用在純水供水管線上。

聚醯胺6纖維和聚醯胺-66 纖維都具有強度高﹑回彈性好﹑耐疲勞﹑可染性和耐腐蝕﹑耐蟲蛀等優良性能﹐密度低於大多數纖維品種﹐耐磨性能則優於合成纖維其他品種。

兩者的區別在於熔點和軟化點﹐聚醯胺-66 纖維分別為 255～260℃和 220℃﹐而聚醯胺-6 纖維分別為 215～220℃和 180℃。兩種纖維的缺點是耐光和耐熱性差。

純水系統上的應用: 主要使用在過濾膜上，如RO膜，超過濾膜及為過濾膜上。

聚乙烯PE : poly-ethylene

結構其基本結構為 -(CH2-CH2)-n 熱塑性塑膠

化學性質 : 聚乙烯抗多種有機溶劑，抗多種酸鹼腐蝕，但是不抗氧化性酸，例如硝酸，在氧化性環境中聚乙烯會被氧化。

一般常分為高密度聚乙烯(HDPE)與低密度聚乙烯(LDPE)兩種，HDPE較LDPE熔點高、硬度大，且更耐腐蝕性液體之侵蝕。

PE對於酸性和鹼性的抵抗力都很優良，目前市面上所見到的塑膠袋及各種半透明或不透明的塑膠瓶幾乎都是ＰＥ所製造，像清潔劑、洗髮精、沐浴乳、食用油、農藥…等，大部份以HDPE瓶來盛裝。

LDPE在現代生活中可謂無所不在，不過不是因為它做成的容器，而是你隨處可見的─塑膠袋。大部份的塑膠袋和塑膠膜是用LDPE做成的。

聚乙烯在薄膜狀態下可以被認為是透明的，但是在塊狀存在的時候由於其內部存在大量的晶體，會發生強烈的光散射而不透明。

純水系統上的應用: 主要使用在小型純水系統的管線上及純水儲存上，但如果純度夠高，就可使用在超純水系統供水管線上。

聚丙烯的重複單元由三個碳原子組成。其中兩個碳原子在主鏈上，一個碳原子以支鏈的形式存在，屬熱塑性塑膠。

該材質容器係屬不透明或半透明容器，具備有耐酸鹼、耐化學物質、耐碰撞及耐高溫(約-20°C~120°C)等優點，製品可用蒸氣消毒是其特點。

聚丙烯的結構和聚乙烯接近，因此很多性能也和聚乙烯類似，由於其存在一個甲基構成的側枝，聚丙烯更易在紫外光和熱能作用下氧化降解，但若干物理性能及機械性能比PE好，因此製瓶商常以PE製造瓶身，瓶蓋和把手用有較大硬度與強度的PP來製造，當然也有直接以PP製瓶的，不過比較大的盛器像水桶、垃圾桶、洗衣槽、籮筐、籃子等等多是以PP做成。

純水系統上的應用: 主要使用在供水管線，接頭以及儲槽，但如果純度夠高，就可以直接使用在純水供水管線上。

聚苯乙烯是一種無色透明的熱塑性塑膠。具有高於攝氏100度的玻璃轉化溫度，因此經常被用來製作各種需要承受開水的溫度的免洗容器，以及免洗保麗龍餐盒等。

聚苯乙烯的化學穩定性比較差，溫度超過75到95°C會釋放出苯乙烯，易被強酸強鹼腐蝕，可以被多種有機溶劑溶解，如丙酮、乙酸乙酯。不抗油脂，受到紫外光照射後易變色。

聚苯乙烯質地硬而脆，無色透明，可以和多種染料混合產生不同的顏色。

純水系統上的應用: 主要使用在離子交換樹脂的骨幹材料上，以及合成級超純度活性碳的原料。

聚醚碸樹脂（PES）是英國ICI公司在1972年開發的一種綜合性能優異的熱塑性高分子材料，是目前得到應用的為數不多的特種工程塑料之一，屬熱塑性塑膠。

它具有優良的耐熱性能、物理機械性能、絕緣性能等，特別是具有可以在高溫下連續使用和在溫度急劇變化的環境中仍能保持性能穩定等突出優點，在許多領域已經得到廣泛應用。

耐蒸氣和過熱水(150-160 ℃)性能好，耐紫外線性能較差，電性能優良，耐燃等級V-O。

耐熱性:

熱變型溫度在200～220℃，連續使用溫度為180～200℃，UL溫度指數為180℃。

耐水解性:

耐化學藥品性:

PES耐汽油、機油、潤滑油等油類和氟里昂等清洗劑，它的耐溶劑開裂性是非晶樹脂中最好的。但是它能夠溶於氯仿、丙酮等極性溶劑中，使用時應加以注意。

純水系統上的應用: 主要使用在純水過濾膜的用途上，如超過濾及微過濾等。

高分子的發展快速又日新月異，對純水系統發展來說，越純的材質，越耐腐蝕的材質，越耐高溫的材質將是系統品質提升的目標。