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化學聚合物 化材一乙 4A040068 姚亭伶 一、定義 聚合物(polymer)是指具有非常大的分子量的化合物，分子間由結構單位(structural unit)、或單體經由共價鍵連接在一起。這個字眼(polymer)是出自於希臘字：polys代表的是多，而meros?代表的是小單位(part)，所以很多小單位連結在一起的這種特別的分子，我們稱之為聚合物。聚合物(polymer)這個詞首先出現在1833年，同一時刻，亨利·布拉科諾(Henri Braconnot)率先製造出纖維素的衍生物，或許這是高分子化學最早最重要的實驗。在接下來的19世紀，硫化法可以改進自然的聚合物橡膠的耐久性，意味著第一個半合成的聚合物問世了。第一個完全合成的聚合物，電木(Bakelite)是在1909年，由利奧·貝克蘭所發現並命名的。 直到1920年，儘管在聚合物的合成和特性有重大的進展，對於聚合物的分子結構卻沒有一個適當的認識。在那之前，科學家相信聚合物是一群小的分子聚在一起(叫膠質colloid)，沒有明確的分子量，透過一種稱之為結合理論(association theory)的未知力量結合在一起。1922年，赫爾曼·施陶丁格提出聚合物是由共價鍵結合成長鏈，爾後十年，此一想法並沒有獲得大多數的認同，但他最終還是獲得了諾貝爾獎。接下來的時間中，尼龍，聚乙烯，聚四氟乙烯(Teflon)和矽氧樹脂(silicone)這些合成聚合物材料，建立發展的聚合物的基礎。 合成聚合物廣泛應用在生活中與工業上，像是黏著劑(adhesives)和潤滑劑(lubricants)等，還有從小孩的玩具到航空器材的結構上。而聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)可用在半導體製程中的光阻和微處理器上的低介電常數材料。未來的應用包含以聚合物為主體，可彎曲的顯示器材，還有可隨時間分解讓人吸收的藥品。 聚合物合成 聚合物有三種重要的合成方式：在工廠或實驗室的有機合成 在細胞和器官中的生物合成 化學方式改良天然聚合物 有機合成 在1907年，利奧·具克蘭透過精確地控制溫度及壓力，把苯酚及甲醛聚合，成為第一個完全用合成方式製造的聚合物，酚醛樹脂。其後華萊士·卡羅瑟斯(Wallace Carothers) 於1920年展示了聚合物可透過由構成它們的單體合成，例如自然界中的多糖就可由單糖單體聚合而成，由此聚合物合成就得到長足的發展。大部份市面上重要的聚合物都是透過有機合成的反應機理，大容量地合成的。 實驗室中的合成方法大致上可分成兩個類別 卡羅瑟斯分類法 縮合聚合反應 加成聚合反應 聚合反應機理分類法 連鎖聚合反應 逐步聚合反應 卡羅瑟斯分類法受到早年聚合科學家的廣泛應用，因為這個分類只集中在單體及生成物的關係上。實際上由卡羅瑟斯提出，並一直沿用多年。但這個分類卻忽略了聚合過程中的反應機理，致使部份聚合物無法被正確分類(例如聚酯本身就可以同時透過縮合聚合、加成聚合及開環聚合等方法達成)。因此後來的聚合科學家多用聚合反應機理分類法。[3] 生化合成 天然聚合物及生物聚合物在活細胞內的合成，主要是得到酶作為媒介而協助的。例如脫氧核糖核酸的生成就由脫氧核糖核酸聚合酶作媒介催化。蛋白質生物合成則由多重酶的合作下完成，當中包括脫氧核糖核酸把遺傳訊息轉錄及轉譯，合成為特定的蛋白質。該蛋白質其後可能會進行轉譯後修飾，而形成具有特定結構及功能。 天然聚合物的改良 許多商業上重要的聚合物均是從天然聚合物中經由化學改造而合成出來的。著名的例子包括 硝酸和纖維素製造硝化纖維的反應。 橡膠和硫一同加熱的硫化反應改善天然橡膠的性質。聚合物的性質可根據它們的大小，廣義地劃分為幾個類別。只有微觀體系大小的聚合物，主碳鍵主導了它們的性質，因此可視為簡單的聚合物結構。當他們的大小達至介觀體系的時候，它們的性質多形容在三維空間下的聚合物基。若然是宏觀體系，則指它們的塊狀行為。結構 有關於聚合物結構上的特性，最主要是與其單體在主碳鍵上的實際鋪排有關。這些結構促使很多聚合物不同的特性，例如同是線性排列的聚合物，它是否能與水混溶就取決於它的單體是否有帶極性的單體(如環氧乙烷)或非極性的單體(如苯乙烯)。與此同時，兩種具有完全相同單體的聚合物，例如一些天然橡膠，也可以因為很少的原因而呈現不同的持久性。聚合物科學家們已掌握了準確的字彙去表述單體的性質及其他相關的佈置： ?相同的單體 組成某特定聚合物的單體的性質，往往也是聚合物本身最重要的性質。聚合物的命名多也是根據它們的單體去訂定的。只由一種特定的單體組成的聚合物，稱作同聚物；而由不一樣的聚合物組成的，則稱為共聚物。聚苯乙烯，也就是只以苯乙烯作為單體的聚合物，就是一種同聚物；乙烯-醋酸乙烯酯，由多於一種的單體聚合而成，因此就被分類為共聚物。有些生物聚合物，由結構相似但實質上有輕微不同的單體所組成