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化學材料與生活：和我們形影不離的聚胺酯製品

92/02/19 5019

曾勝茂｜中國紡織工業研究中心

謝國煌｜臺灣大學化學工程學系

聚合物的發展沿革

長久以來，人們對周遭生活環境總是帶著一份好奇與探索的心。從遠古至今，科學家們除了研究環境中的天然材料外，也嘗試複製、合成一些新的材料。在一九二○年代，德國科學家史托丁格（H. Staudinger）首先對於聚合物提出概念性的分子結構，因而開啟人們進入聚合物殿堂的大門，史托丁格也由於他在聚合物的研究，而於一九五三年獲得諾貝爾化學獎。

時至一九三○年代，杜邦（DuPont）公司的科學家卡羅瑟（W. H. Carothers）在實驗室中合成出一種新的聚合物，並將其命名為耐隆（nylon）。之後，有更多的科學家投入新聚合物的合成。期間先後出現聚氯乙烯、聚胺酯、聚四氟乙烯（Teflon）、聚苯乙烯（PS）等，為纖維、塗料、包裝等工業帶來革命性的影響。在下述文章中，僅就聚胺酯做一詳細的說明。

在現有的聚合物中，聚胺酯是一種產品最多樣化、應用層面最廣泛的聚合物之一，它已經是現代生活中相當重要的一部分。舉例來說，在歐洲每年大約生產兩百萬噸的聚胺酯原物料，相當於55億美元的產值，同時有兩百萬以上的人口從事與聚胺酯相關的工作，其間更涵蓋了各種不同的行業。

何謂聚胺酯

大部分的聚胺酯是由多元醇和二異氰酸鹽兩種主要的原料製備而成，在製備過程中，如果添加具有多官能基的第三種成分，則可產生另一種分子結構型式的聚胺酯，通常被稱為交聯聚胺酯。

由於聚胺酯組成成分的多樣性，以及各成分間比例的可調整性，使其兼具橡膠、塑膠與纖維的特性，因而在加工上具有非常彈性的選擇。

就產品表現型態而言，聚胺酯的產品型態大致可以分成下列五個類型：硬質（或軟質）發泡體、塗料、接著劑、彈性體及熱塑性聚胺酯（TPU）。工業上常用的發泡體，在製程中藉由改變原料的成分或比例，可以獲得具有不同孔隙度的硬質或軟質的發泡體。一般硬質發泡體的密度大約是在每立方米20到800公斤之間，密度較低的硬質發泡體多用來做為絕緣材料，密度較高的硬質發泡體則是用做結構用木材複合材料。至於軟質發泡體的密度，則在每立方米19到56公斤之間，多用於家具、寢具和裝飾用材料。

以下將針對在各領域中常見的聚胺酯產品做一概略性的說明。

和我們朝夕相處，長相左右的聚胺酯產品

汽車工業　在汽車中隨處可見各種不同的聚胺酯配件，舉例來說，由外而內包括汽車塗裝、擋泥板、儀表板、方向盤、門板內層、頭枕、扶手、踏墊、座椅、車底隔音板和輪胎等。

建築工業　至於聚胺酯在建築工業中的應用，大都是在隔熱、隔音等領域中，例如內牆的絕緣層、填縫材、天花板絕熱層、地板吸震層、金屬-聚胺酯發泡體複合材、管件內襯等。

木材工業　目前在木材工業中，大都使用聚胺酯做為製備合板、夾板或工字樑結構材的接著劑。

冷凍工業　聚胺酯優異的冷、熱絕緣性質，常被使用於冷藏或冷凍裝置中，例如冰箱或冰櫃的隔熱層、冷藏貨車的包溫夾層等。

接著劑、塗料與彈性體　聚胺酯接著劑的應用相當廣泛，屢見於各種不同的領域中，諸如汽車、土木建築、木工家具、氣密或防水接著、電子或鞋類等。另一方面，在塗料工業中，聚胺酯塗料可用於汽車塗裝、線圈塗裝、容器耐腐蝕塗裝、紡織品透濕防水塗裝、玻璃塗裝、紙張或木材防水塗裝。至於彈性體則大多以板材、薄膜、線材或凝膠的型式使用，例如脂肪族聚胺酯可用於安全玻璃的製作中；板材則可做為電腦軟質鍵盤的主要基材；薄膜則常用於包裝工業，做為食品、農產品的包裝材料；至於線材則大多用做電線、電纜的披覆材、滾輪或汽車避震器彈簧。

製鞋工業　不論是休閒鞋、運動鞋，或者是工作安全鞋，都可將不同形式的聚胺酯使用在適當的地方，舉例來說休閒鞋的鞋面，可以使用質地柔軟的聚胺酯合成皮做為基材；強調透氣耐衝擊的運動鞋，則可使用質地強韌的透濕防水聚胺酯做為底材；而著重安全防護的工作鞋，則可考量使用剛性較強的聚胺酯彈性體做成鞋頭。另一方面，凝膠型聚胺酯則可用來做為各類鞋子的鞋底，以發揮其吸震、減少衝擊力量的性質。

醫療工業　由於聚胺酯具有優異的生物及血液相容性，因此，目前已有部分的鏈段式聚胺酯被用做人工血管、人工心臟（例如賈維克人工心臟）或左心室輔助器、導管等。另一方面，濕氣硬化的聚胺酯，在醫療中常被用來做為拓腳模或做手模的基本材料，軟質發泡體則可以做為病床床墊的基材。

熱塑性聚胺酯　這類聚胺酯可用來製做管件、輸送皮帶、密封物、軟性觸控面板、行動電話的天線、齒輪、連接器、索環、擋板、導管、動物身分識別牌與直排輪或推車的輪子等射出成形或押出成形領域。

其他　在國防工業上，也可以使用聚胺酯發泡體做為潛水艇等的消音塗層。另一方面，射出成形的聚胺酯則可用於諸如電氣用品控制器外殼、防爆開關，園藝用沈水泵外殼、顯示器電子束偏向元件的填充材等電子零件中。

另一方面，富有彈性的聚胺酯纖維，以及具有親水性質的離子性聚胺酯或水性聚胺酯，則是功能性織物中不可或缺的原物料，它們分別是高運動量、機能性織物與濾材、離子交換樹脂等產品的主要原料。

未來的發展不可限量

雖然聚胺酯是在一九三七年由德國科學家奧圖‧拜耳（Otto Bayer）所發展出來的聚合物材料，但經由許多學者專家六十多年來的努力研發，使得聚胺酯得以持續地以不同的面貌及型態，出現在人們的生活當中。近年來，聚胺酯—無機物的奈米複合材料、混層物或共聚物、導電聚胺酯材料與聚胺酯——聚丙烯酸系共聚物、星狀聚胺酯樹脂等新材料相繼被開發出來，相信聚胺酯的徒子徒孫輩仍會持續以不同的樣貌呈現在我們的周遭。

資料來源

《科學發展》2003年2月，362期，22 ~ 25頁

聚合物(11) 科發月刊(5210)

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