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無所不在的高分子材料

 
 
 
由於石化產業的蓬勃發展,使合成高分子材料的發展更加迅速,產品應用範圍更廣泛,與人類生活的關係更加密切。
▲由於石化產業的蓬勃發展,使合成高分子材料的發展更加迅速,產品應用範圍更廣泛,與人類生活的關係更加密切。
 
高分子(macromolecule)一般也稱為聚合物(polymer),依照來源,可分為天然高分子材料與合成高分子材料兩大類。人類很早就使用天然高分子材料,例如澱粉、植物纖維、麻、絲綢、木材、天然橡膠等。合成高分子材料則在19世紀初期開始開發出來,到了20、21世紀,由於石化產業的蓬勃發展,使合成高分子材料的發展更加迅速,產品應用範圍更廣泛,與人類生活的關係更加密切。以下簡單介紹合成高分子材料的發展歷史。
 
1839年,美國人Charles Goodyear無意中發現了橡膠加硫硬化的原理,大大擴展了橡膠的應用領域。1847年,德國人Christian F. Schönbein使纖維素與硝酸反應生成硝化纖維素。1860年代,英國人Parks把硝化纖維素與樟腦混合反應,製得第一個人造熱塑性高分子材料─賽璐珞,是早期乒乓球與鏡框的主要材料。
 
1907年,比利時人Leo Hendrik Baekeland發明酚醛樹脂。1912年,美國General Electric(GE)公司的研究人員發明了不飽和聚酯(簡稱UP)。1920年,德國Hermann Staudinger教授首先提出高分子是由許多小分子以共價鍵形式鍵結而成,從此開啟了高分子科學基礎理論的發展,並於1953年獲得諾貝爾化學獎。
 
1930年代,自由基聚合方法發展快速,合成出一系列乙烯基高分子並工業化,例如低密度聚乙烯(1933年,英國ICI公司)、壓克力(1927~1931年)、聚氯乙烯(1927~1937年)、聚醋酸乙烯(1936年)、聚苯乙烯(1934~1939年,美國Dow Chemicals公司)等。
 
1935年,美國 DuPont 公司的研究人員Carothes 發明尼龍6,6,並於1938年工業化生產。1950年代Karl Ziegler 與 Giulio Natta兩位科學家發現特殊的過渡金屬觸媒可以有效聚合出高密度聚乙烯與聚丙烯,並於1963年獲得諾貝爾化學獎。
 
1960年代至今,從石油的開採、單體的煉製,到高分子材料的合成與加工技術的開發,科學家創造了許多與現代社會息息相關的產品。1970年代開始陸續開發出各式各樣的特種聚合物與高分子複合材料,並廣泛應用於建築、船舶、汽車、航太、電子等產業。如果沒有高分子材料的發明與應用,很難想像目前的生活型態會是什麼樣子。
 
高分子材料對於人類文明的發展有絕對性的影響力,全世界許多研究人員持續投入高分子材料的研究並拓展應用領域。目前很多人工合成的高分子材料在大自然的環境中不易分解,漸漸造成全球環境保護的一大隱憂。因此如何合成出對環境友善的高分子材料(也就是可以被大自然的環境所分解),或開發一套屬於高分子材料循環經濟的模式,把高分子產品對環境的不良影響降到最低,甚至達到無汙染的終極目標,讓現代社會的進步與環境保護能兼顧,是高分子科學家的重要使命。
 
這期專題報導邀請產業界、研究單位與學術界從事高分子材料研究的專家執筆解說,除了介紹高分子常見的應用領域:塑膠、橡膠、纖維、接著劑外,也介紹高分子發泡材料、高分子射出加工與高分子材料在3D列印的應用。希望讓年輕讀者對高分子材料的知識與應用有進一步的了解,也期盼有更多的生力軍投入高分子材料的研究。

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