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聚砜材料简介：性能特殊的热塑性超级工程塑料
聚砜，英文名Polysalfone，是20世纪60年代中后期出现的一种热塑性工程塑料，在分子主链上含有砜基和芳核的非结晶性高分子化合物，略带琥珀色非晶形透明或半透明聚合物。聚砜是一类耐高温以及高机械强度的工程塑料，具有优异的抗蠕变性，可溶于二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、N-甲基-2-吡咯烷酮、二甲基亚砜、四甲基亚砜等。聚砜并不亚于金属和陶瓷，拉伸强度和弯曲模量可超过多年来发展起来的各种热塑性工程塑料，并具有超高的耐热性和优良的综合性能，被誉为“超级工程塑料”。
聚砜通常包括普通双酚A型聚砜（PSU）、聚芳砜（PASF）、聚醚砜（PES）、聚醚砜树脂（PES）和聚亚苯基砜树脂（PPSU）五种。其中双酚A聚砜以及聚醚砜具有良好的热稳定性和尺寸稳定性，耐水解，耐辐射，耐热等性能，应用较为广泛。
（1）双酚A型聚砜（PSU/PSU），略带琥珀色非晶型透明或半透明聚合物，由双酚A钠盐（或钾盐）和4,4’－二氯二苯砜缩聚而制得。其拉伸强度和弯曲强度均高于普通工程塑料，融化温度处于℃-℃之间，长期使用温度-℃-℃之间。其具有良好的电绝缘性，尤其是在高温环境及潮湿空气中放置后仍能保持良好的电绝缘性。对一般无机酸、碱、盐以及脂肪烃，醇类和油类都较稳定，但会受到强溶剂浓硫酸、硝酸作用，某些极性溶剂如酮类，卤代烃，芳香烃，甲基甲酰等会使其发生溶解和溶胀。PSU的耐辐射性能良好。
（2）聚芳砜（PASF），也称为聚苯砜，是透明琥珀色坚硬固体，由4,4’-二磺酰氯二苯醚与联苯反应制得，耐热性比双酚A型聚砜更加优良。热变形温度高于℃，玻璃化转变温度略高，为℃。聚芳砜耐酸、碱、乙醇、丙酮、醋酸乙酯、烃类、燃料油、润滑油等，可溶于二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、N-甲基-2-吡咯烷酮、二甲基亚砜、四甲基亚砜等溶剂。聚芳砜可用作耐高温工程材料，与聚四氟乙烯、石墨进行混合填充后，适用于在高温、高负荷环境下工作的轴承材料。
（3）聚醚砜（PES），分子主链由醚基、砜基和亚苯基组成，由4,4-双磺酰氯二苯醚在无水氯化铁催化下，与二苯醚缩合制得，呈淡*色至灰褐色粒状物，属于非晶态聚合物。耐热性介于聚砜和聚芳砜之间，拉伸强度和弯曲强度均高于普通工程塑料。聚醚砜的耐老化性能优异，在℃可使用20年左右。耐燃性能良好，燃烧时不会释放烟颗粒。另外，聚醚砜易于加工成型，可使用常规塑料加工方法。聚醚砜的机械性能是热塑性塑料中的佼佼者，其拉伸强度为84.3MPa，弯曲模量为2.65GPa，断裂伸长率为5-6%。
聚醚砜树脂（PES）由英国ICI公司于年开发，是一种综合性能优异的热塑性高分子材料，是得到应用的为数不多的特种工程塑料之一。它具有优良的耐热性能、物理机械性能、绝缘性能等，特别是具有可以在高温下连续使用和在温度急剧变化的环境中仍能保持性能稳定等突出优点，在许多领域已经得到广泛应用。
（4）聚亚苯基砜树脂（PPSU）也属于聚砜系列的化合物产品，由硫化钠和对二氯苯反应制得的对聚苯硫与过乙酸反应制得的基本树脂组成，呈略带琥珀色的线性聚合物，是一种无定型的热性塑料，具有高度透明性，高水解稳定性，可以经受重复的蒸汽消*。
聚砜改性材料也在新材料中占有一席之地，现阶段大量研究机构在聚砜材料中添加其他的材料进行共混制膜，像PSU/ABS、PSU/PET、PSU/PBT可以有效地改善膜的性能。
双酚A类聚砜材料成为继纤维素衍生物之后，现阶段最重要、生产量最大的是膜材料，聚砜类成膜材料大致可以分为：双酚A型聚砜、聚醚砜、聚芳砜、聚苯硫醚砜等几类，砜总体上呈线性大分子，分子链由砜基、亚苯基、二苯基砜、醚基及异丙基组成，不同的基团在分子链中被赋予不同的性能，由处于最高价的硫原子的砜基与苯基构成的二苯基砜，构成高度共轭体系，增加了分子链的稳定性，提供大分子的热氧化稳定性、刚性、强度和尺寸稳定性，聚砜分子链以刚性为主，同时醚链又赋予了分子链一定的韧性、柔性、加工性、溶解性和易流动性，而丙基则使分子链具有憎水性，同时会影响分子链的热定稳定性。
膜的共混改具有可操作性强、选材广、可变参数多等优点，能有效地改善聚砜膜的抗污染性能、选择性、膜的孔隙率以及微观形态等，通过实验探究共混改善的最佳操作参数可以制得在某方面具有优良性能的分离膜。由于共混改性具有以上优点，成为了人们研究的重点。
制备工艺：需要多阶段的高精尖技术
从聚合物合成的角度来讲，聚砜产品的生产工艺通常采用法纳姆（Farnham）的亲核取代缩聚路线。
聚砜的工业生产法有两种，分别是二步法和一步法。第一种是二步法：双酚A先与碱原位反应生成双酚A二钠盐，随后与4,4’二氯二苯基砜进行亲核取代反应。第二种方式可以一步合成聚砜：用碳酸氢钾或碳酸钾代替氢氧化钠合成聚砜。一步法缩短合成步骤，避免脱水工序，缩短了反应时间，是目前高分子材料最先进的生产工艺，工业生产仍采取二步法。一步合成法主要分聚合工段及后处理工段。
（1）前期聚合工段中，所需要的原料有4,4-二氯二苯砜、双酚A、双酚S、4,4’–联苯二酚、碳酸钾或碳酸氢钾等，将这些原料在常用溶剂（如二甲基亚砜、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、N-甲基吡咯烷酮、环丁砜等）中聚合，同时选取甲苯、二甲苯或氯苯作为脱水剂。
（2）然后进入到后处理工段，利用与前段聚合工艺不同的溶剂作为沉淀剂，将聚合后的粘稠液注入其中，此时聚砜会从聚合物溶液中分离出来，再经纯化、干燥、造粒和包装。这一阶段中，国内生产厂常用水作为沉淀剂，国外聚砜生产厂常用乙醇或甲醇作为沉淀剂。
聚砜从聚合物溶液中分离和纯化尤为重要，它影响到聚砜的各种性能。聚合结束后的聚合物溶液中含有未反应的无机盐碳酸钾或碳酸氢钾等、反应的副产物氯化钾、未反应的酚盐、系统和物料带来的着色金属离子及其它机械杂质，这些无机盐很难去除，导致大部分产品灰分含量在0.2%以上，影响其在高精产业中的应用。目前国内对于聚砜制备的研究众多，方法各有优劣。
聚砜纤维制备和聚砜膜制备均需要高超的工艺技术。目前阶段，大量聚砜膜主要通过静电纺丝技术以及表面改性技术，得到新型的聚砜超细纤维薄膜（直径1-2um），并将其用于吸附有机染料和蛋白质。首先将静电纺丝得到的PSU薄膜在℃的高温下进行热处理，这一过程可显著的提高该种材料的力学强度。随后对其进行空气等离子处理，将聚甲基丙烯酸（PMAA）在Ce4+作用下接枝在PSU薄膜上，从而制得PMAA修饰的PSU纳米纤维材料，使得纤维材料表面带有大量羧基，可将这种材料应用于处理含有有机染料和蛋白质等污染物的水质过滤领域。
东华大学丁彬教授和他的团队使用蓬松的PSU微米纤维和极细的PAN纳米纤维来作为纤维过滤膜的结构，同时在结构中使用PEO形成粘结结构来装配成一种小孔径，小密度的稳定的纳米纤维过滤材料，通过多喷嘴混合静电纺丝制备PEO
PAN/PSU复合纤维过滤材料的典型过程。对PEOPAN/PSU膜进行热处理，PEO的物理熔化和凝固形成了粘结构来提高结构强度。PEOPAN/PSU的过滤材料不仅使其成为PM2.5治理的一个有潜力的候选者，而且为设计和开发适用于各种应用的稳定多孔膜提供了一个通用策略。特性优异：满足应用领域日新月异的需求
聚砜具有良好的耐高温性能、机械性能、抗辐射性、耐腐蚀性、耐水解性、耐酸碱性、耐化学药品性、力学性能、低发烟性、低吸湿性、不易燃性、电性能、高尺寸稳定性、抗蠕变性、无*性等。
（1）力学性能：作为特种工程塑料，双酚A型聚砜具有优异的力学性能，其拉伸强度和弯曲程度都高于一般的工程材料，在高温条件下的力学性能保持率高，冲击强度在-60~℃范围内变化不大，能承受巨大压力且保持形状不变，适用于汽车领域。
（2）良好的耐热性：以聚醚砜为例，其热变型温度在～℃，连续使用温度为～℃，玻璃化温度指数为℃，可以在°F蒸汽中连续使用。医用行业的器具使用前必须经过高压蒸汽灭菌，这些特质让聚砜颇受医用器具的青睐。
（3）抗蠕变性能：聚砜可以在高温下仍然保持透明度以及超强的抗应变力，拥有良好的尺寸稳定性。在°F水中，最大承受压力为13.8MPa(静态负荷)和17.2MPa(间歇负荷)。水温度越低，其承受压力越高：例如在72°F时，最大承受压力为20.7MPa静态负荷)、24.7MPa(间歇负荷)。在室温20.7MPa压力下，经过00h，聚砜的蠕变(应变)只有1%。在°F、2.07MPa的应力下，经过1年后，总应变仍低于2%。
（4）高尺寸稳定性：聚砜材料不需要添加任何阻燃剂，明火点燃后能够自熄灭，可达UL94V—0级（0.46mm），区别于其他大多数工程塑料，是防火安全性最好的特种塑料之一。且在火焰中不产生烟雾，这些特点在塑料中都是少见的。
（5）良好的综合电性能：该特性使聚砜类材料能够应用在各种电子电器领域，尽管聚砜的介电常数和损耗因素很低，但仍具有高介电强度和体积电阻率。并且可以在很广的温度和频率(甚至微波频率)范围内保持恒定不变。
（6）耐药品性：聚砜耐酸、耐碱、耐无机盐，耐汽油、机油、润滑油等油类和氟里昂等清洗剂，它的耐溶剂开裂性是非晶树脂中最好的。
（7）无*性：芳族聚砜为无*制品，在卫生标准方面，被美国FDA认可，也符合日本厚生省第号和号公告的要求，可以作为食用炊具反复与食品接触。
市场前景广阔，需求稳步增长
聚砜传统应用领域广，集中在医疗食品汽车电子领域
聚砜材料在各方面都具有优异的性能，可广泛应用在消费电子、IT、航空航天业、汽车、医疗等领域，具体来说可分为两板块。
第一板块是聚砜的传统应用，可以分为三类：
（1）第一类作为注塑级的工程塑料，应用领域包括ABS制动系统中使用的零件、齿轮转动装置、高温烤盘、牙医工具盒；
（2）第二类属于聚砜的改性材料开发，聚砜的纤维应用是改性材料的方向之一，利用玻璃纤维增强之后，可以得到高刚性的聚砜符合材料，包括绳缆线缆（拉伸强度高，一般来说能达到3.0Gpa甚至4.0Gpa，强度相当于钢丝十倍）、防割手套等等；
（3）第三类是聚砜合金，聚砜与聚酰胺、橡胶、聚苯硫醚分别进行合成，具体产品包括日本住友化学公司在聚醚砜中添加聚四氟乙烯和羟基苯甲酸酯，可使材料的弹性模量和耐磨性能大大提高。巴斯夫公司开发的聚砜／聚醚酮嵌段共聚物，具有良好的耐化学腐蚀和耐高温性能。在聚砜产品中加入0.5％的溴化聚苯醚，可得到阻燃等级为V-0级的透明阻燃产品。
聚砜在传统应用领域主要以电子电气、汽车及航空领域、食品以及医药领域为主要应用端。随着研究进展一步步深入，聚砜材料的可控性和可变性不断提高，在这些领域中的应用范围也会随之扩大，需求端市场份额也将不断升高。
聚砜材料是具有自身独特性能的优良工程塑料，其中电子电气、汽车及航空领域、食品以及医药领域的份额总计超过70%。因聚砜良好的生物相容性在医疗器械应用方面备受欢迎，医疗器械的应用份额在未来有上涨趋势。汽车航空、食品用具行业保持不变，电子电气需求将有所下降。
电子电气领域：由于芳族聚砜良好的可加工性能，以及良好的绝缘性能，PSU可用于制作各种接触器、接插件、变压器绝缘件、可控硅帽、绝缘套管、线圈骨架、接线柱和集电环等电气零件，印刷电路板、轴套、罩、TV系统零件、电容器薄膜、电刷座、碱性蓄电池盒等。
我国集成电路产业规模持续增加，贸易摩擦加速国产化进程。年，我国集成电路市场规模已达1.5万亿元，成为全球最大的半导体市场。聚砜在集成电路以及半导体中的应用随之增长，目前电子电气领域向小型轻量化方向发展，在这些方面聚砜类聚合物均具有优势。
汽车、航空领域：利用聚砜的耐磨、耐负载、可制成止推环、灯具部件、空调系统密封条等；利用其可塑性、耐热性可替换金属生产滤网，用于制作防护罩元件、电动齿轮、蓄电池盖、雷管、电子发火装置元件等；利用其耐化学性、变形性可生产飞机内部配件和飞机外部零件、宇航器外部防护罩等。还可用PSU制作照明器档板、电传动装置、传感器等，世界市场上用来制作机舱部件的聚砜类聚合物需求在继续增长，主要是由于这类聚合物燃烧时释放的热量少、产生的烟雾少，有*气体扩散量少，完全符合规定的使用要求；
航空航天领域将成为砜聚合物市场增长最快的最终用途市场之一。目前波音、空客等大型航空航天公司对轻型飞机部件的需求不断增加，许多行业参与者逐渐意识到这些材料在航空领域的重要性，驱使聚砜类化工公司推出创新产品，并增强了该业务领域的竞争格局。PlastiComp，Inc引用一个实例来验证上述声明的有效性，并与巴斯夫公司合作推出了“基于聚芳醚砜的长纤维热塑性塑料（LFT），用于飞机内部应用中的金属替代”。
根据行业专家的说法，PlasticComp的LFT技术的应用增强了长碳纤维。此外，由于其高的强度重量比，这些材料能够渗入机舱内部的传统金属部件中，这是有助于制造更可持续，更轻便的航空航天零件的一个因素。因此，此类先进产品的推出将对航空航天垂直领域的砜聚合物市场份额产生积极影响。
厨房用品市场：芳族聚砜可代替玻璃及不锈钢制品用于制造蒸汽餐盘、咖啡盛器、微波烹调器、牛奶及农产品盛器，蛋炊具及挤奶器部件、饮料和食品分配器等产品。芳族聚砜具有无*性，可制成反复与食品接触的用具，适用作微波炉的炊具。聚砜的透明度，耐热水、水解稳定性优于其他任何一种热塑性塑料，故可用于制作咖啡壶、蒸汽餐盘等。用PSU制作的连接管，用于玻纤或玻纤增强的聚酯砌面，管外层强度高，管内层耐化学品，较钢管轻，且透明，便于临控，常用于食品工业和制作强光灯的灯盏。
年在内容平台带来的前端营销模式变化和行业整体供应链体系进化的作用下，小家电行业进入了新消费时代。年8月至年7月间，淘系平台的厨房小家电年销售规模约亿元。电烤箱、微波炉、电热火锅、电蒸锅、煮蛋器等均有不俗的表现。
卫生及医疗器械：医疗器具必须满足苛刻的要求，需要耐蒸汽消*，耐冲洗、耐消*剂等要求，可用于制作外科手术盘、喷雾器、加湿器、接触透镜夹具、流量控制器、器械罩、牙科器械、液体容器、起搏器、呼吸器和实验室器械等。PSU用于制作各种医疗制品较玻璃制品成本低，质量得到减轻，形状可以设计得更复杂，而且不易破裂，故可用于仪器外壳，齿科仪器，心瓣盒，刀片清理系统，软接触镜片的成型盒，微型过滤器，渗析膜等。PSU还可用于镶牙，其粘接强度比丙烯酸高一倍。
世界范围内，医疗卫生市场中药品和医疗器械的市场份额比例通常是1:1，而长期以来我国的药械比接近10:1，器械市场份额的扩充仍有充分的空间。我国医疗器械行业近15年来持续高速增长，十年间，我国医疗器械市场规模增长十分迅速，预计年可以超过亿元的规模，并且在近几年都增速都保持20%左右。疫情下医药生物行业得到重视，发展势头正佳，带动医疗器械稳定上升。
另外，新*策MAH制度对我国医疗器械企业的影响巨大。允许研发机构和科研人员申请上市许可。MAH制度改写了过去医疗器械产品注册和生产许可“相互捆绑”的历史，允许符合条件的医疗器械研发机构、科研人员、医生等成为注册申请人，单独申请医疗器械注册证，并委托有资质和生产能力的企业进行生产。持有人制度还将改变我国原有制度下，科研人员只能通过技术转让或隐名持股获得短期利益、隐名利益的尴尬局面，极大地鼓励研发机构和科研人员从事医疗器械创新，有效激发市场活力，加快我国由医疗器械生产大国向创新大国的转变。
日用品：PSU可用于制作加湿器、吹风机、服装汽蒸、照相机盒，放映机元器件等耐热、耐水解产品。经0.4-1.6MGy辐射和良好干燥过的PSU粒料，在℃和模温℃下很容易注塑成型，适用于层压材料的粘合剂，所有带硅烷的聚砜如PSU-SR、PKXR等均可作为粘合剂，用于上浆玻纤和石墨纤维制作复合材料，用石墨织物增强的带硅烷基的PSU，可制作升降舵等飞机部件。PSU在加上固体润滑剂聚四氟乙烯后，可增加耐磨性和物理机械性能，也应用于制备耐磨性涂料；
除此之外，PSU还可制造各种化工加工设备（如泵外罩、塔外保护层等）、食品加工设备、污染控制设备、奶制品加工设备及工程、建筑、化工用管道等。
聚砜膜属于高端应用领域，生物医药和燃料电池需求旺盛
另一板块是聚砜类膜的应用，主要集中在生物医药、燃料电池领域，大部分膜类应用还在试验中。比较典型的有血液透析膜、电池碱性膜、聚砜纳滤膜等。
生物医药领域：聚砜类分离膜由于*性低、化学稳定性好、与血液相容性好等性能，被应用于血浆分离、血液透析、蛋白质吸收等。
通过SOD/CAT在膜表面的嫁接，在PSU膜基础上可制成血液透析膜，很大程度增加了与血液的相容性，降低血浆蛋白质在膜表面的吸附沉积。使用原子转移自由基转移，分别将两性离子化合物和聚乙烯吡咯烷酮添加到PSU膜和PES膜的表面，改善膜表面的亲水性，和原膜相比，降低血液中蛋白质的吸附和抑制了血小板的黏附。聚砜超滤膜同样适用在中草药的有效成分提纯以及有害成分和细菌脱除。
截至年6月30日，全国血液净化领域有效注册产品共计件，其中国产产品项，进口产品项。作为下游领域，血液净化发展非常良好，创新后备力量充足，可以充分拉动聚砜膜的应用。
燃料电池领域：燃料电池由于其绿色环保可再生能源能质比高，而受到人们