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高分子的世界

成大材料系許聯崇

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內容• 高分子簡介• 日常用高分子材料• 高性能高分子材料• 高分子材料與環境保護

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高分子簡介

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高分子是什麼？

• 高分子 (Polymer or Macromolecule) 也稱聚合物，是指具有巨大分子量的物質。它是由許多小分子的單體 (Monomer) 以共價鍵連續結合而成的長鏈分子，分子量高達數千、數萬或數十萬以上。

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基本重複單元

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高分子的分類

•依來源分類：

天然聚合物 合成聚合物

天然聚合物大部分存在於生物體中，而且是生命所必須的。這些天然聚合物有的是重要營養素，例如蛋白質、澱粉；有的是可應用於日常用品，例如天然橡膠、纖維素；有的在生物體內能支配我們的遺傳，例如核酸

合成聚合物通常為高分子量有機化合物，其結構較天然聚合物簡單，通常最多含兩個不同單元。如尼龍、聚氯乙烯（ PVC ）、新平橡膠等

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高分子的分類

•依性質分類：

熱塑性聚合物 熱固性聚合物

通常加熱後就熔化，有可塑性，冷卻後就變硬成形，可重複使用。

在高溫時仍然不被熔化亦不變形，這種聚合物可耐高溫，可惜不能回收再用，而造成環保問題。

保特瓶、尼龍、聚乙烯（ PE）、聚氯乙烯（ PVC ）

尿素甲醛樹脂、酚甲醛樹脂（俗稱電木）、廢輪胎

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高分子的分類•依應用領域分類 (1)： 塑膠：廣泛用於各種常用的東西上，例如寶特瓶或壓克力

板一類，視使用情況來選擇材料，應用的範圍多彩多姿，常用的有PVC、 PE、

PP、 PS....等等。 橡膠、彈性體 ：橡膠之類的彈性體通常會被使用在須要

彈性或抓地力的場合，因 此一般廣泛用於輪胎或運動鞋底，自從GoodYear 發明了加硫橡膠之後，大幅增加的耐摩損力就使得橡膠在交通史上成了最重要的

角色，一直到現在仍然如此。除了在交通上之外，就連一般人常吃的那些口香糖也都是橡膠製品。

纖維：纖維中最常用的當然是紙張和尼龍布了，纖維有天然和人工合成兩種，不論何種都在人類史上扮演著很重要的角色，一般來說，人工合成的以尼龍(Nylon)和聚酯 (polyester)最為常見。

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高分子的分類•依應用領域分類 (2)

塗料：最常見的是油漆和亮光漆， PU coating 和 Teflon coating也是常見的 應用例子，因為它們具有的防水性或不透氣性可以協助隔離並保護金屬製品不被腐蝕，同時也具有美觀或增加耐用性的功效，因此上至建築物下至一般平常使用的桌面都見得到它們的影子。

接著劑：不管是建築上還是工業上甚至於日常生活的紙張處理，其實處處可見接著劑的影子。例如一般人常用的白膠、快乾膠、熱熔膠或感壓膠都是它們的應用範圍。

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高分子材料的優點

• 容易加工製成複雜的產品• 低密度（重量輕）• 良好的絕緣及絕熱性• 不易腐蝕• 價格便宜• 其他特殊性質如可彎曲，透明等

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高分子發展史• 1800年以前，使用天然高分子。• 1839年，發現天然橡膠加硫。• 1907年，第一個人工合成高分子商業產品 -酚醛樹脂。• 1930s’，德國 Staudinger 提出高分子是由共價結合理論。• 1930s’ ，美國 Carothers 發明 Neoprene 橡膠及尼龍，並以實驗證明 Staudinger的理論。

• World War II，美國大力發展合成橡膠。• 二次大戰後，德國 Ziegler 和義大利 Natta 以新觸媒製造立體規則性聚丙烯。

• 1950~1960年代， 美國 Flory 建立高分子基本物理及化學理論。

• 1960年代以後，高分子工業蓬勃發展。• 1979年，塑膠製品產量首度超過鋼鐵。

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日常用高分子材料

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塑膠材料的發展• 存在於大自然的天然塑膠：琥珀、塗漆、蟲膠• 合成塑膠工業的來臨： 1846年，瑞士化學家舍拜恩發明硝酸纖維素。 1872年，美國海亞特 (J.W. Hyatt) 發明賽璐珞

(celluloid) 。 1907 年，美國貝克南 (L. Bakeland) 發明第一個人工合成塑膠產品 -酚醛樹脂 (俗名電木， Bakelite) 。

1933 年，英國 ICI 公司發明聚乙烯。 1938年，美國發明聚四氟乙烯。 1955年，義大利的納塔 (Natta) 發明立體規則性聚丙烯。

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常見泛用塑膠的性質和用途聚乙烯 (PE) ： 塑膠袋、玩具、塗料聚丙烯 (PP) ： 塑膠瓶

聚氯乙烯 (PVC) ： 雨衣、地板聚苯乙烯 (PS) ： 聚苯乙烯泡沫 ( 保麗龍 )

聚甲基丙烯酸甲酯 ： 高品質透明塑膠製品

聚四氟乙烯 ( 特夫綸、鐵氟龍 ) ： 不黏鍋的塗膜、絕緣體

聚乙烯對苯二甲酸酯 (PET) ： 保特瓶，目前是容器的主流酚甲醛樹脂 (雷木 ) ： 電器的插頭、絕緣材料

三聚氰銨甲醛樹脂 (泡綿 ) ： 沙發的填充料高密度聚乙烯（ HDPE）： 塑膠袋、洗髮精瓶低密度聚乙烯（ LDPE）： 牛奶瓶、軟片盒

 

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聚丙烯塑膠保險桿

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許多不同的塑膠產品

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塑膠包裝材料取代紙、玻璃及金屬

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食品包裝用塑膠膜的製造

• 塑膠包裝膜多為 2層至 5層塑膠膜貼合而成的複合薄膜又稱夾層薄膜 (laminated film)

• 食品包裝膜除了機械強度外，尚需具有下列性質：

抗溼性，氣體抗透性 (防止食品氧化及變色 ) 、抗紫外線性 ( 熱安定性、易加工性、可印刷性、透明性……等

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塑膠容器取代玻璃及金屬

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高分子運動器材愈見普及

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天然纖維