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聚合物
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聚合物意指:指具有非常大的分子量的化合物,分子間由結構單位(structural unit)、或單體共價鍵連接在一起 。 這個聚合物(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,例如塑膠和高分子。通常聚合物的分子量大於十萬,聚合度大於三千。

  • 聚合物又稱加聚物。由一種單體經聚合(加聚)反應而成的產物。分子具有重複的結構單位。分子量低的稱低聚物,如三聚甲醛等。
    • 分子量高的,達幾千甚至幾百萬的稱高聚物或高分子化合物。高聚物有天然產物和人工合成的兩類。
    • 天然高聚物,如蛋白質是氨基酸的聚合物、澱粉和纖維素是環狀多羥基的聚合物(糖類)等,又稱生物高聚物。
    • 它們大多可被生物降解,短期內可能會造成水體生物需氧量的遞增,在厭氧條件下會分解產生氨、硫化氫和甲烷等污染物,但不致引起長期的環境影響。
    • 合成高聚物的種類繁多,製品應用很廣,如聚氯乙烯和聚苯乙烯塑膠、樹脂、聚酯及橡膠等。
  • 1.無機化合物的分子中所含的原子數目較少,分子量也較小,且這些無機化合物限於原子鍵結合方式變化有限,故原子排列不能無限制增加。
  • 2.有機化合物中的碳原子,其鍵結的特性具有多樣化,可結合同類的碳原子也能結合其他非金屬元素或金屬元素,甚至可無限制鍵結大量的碳原子,這使得有機化合物的種類及分子結構變得多樣化。
  • 3.一般的有機化合物,含有的原子總數大都在100個以下,分子量也較小。但像澱粉、蛋白質、橡膠、塑膠、布料等有機化合物的分子量卻非常大,所含的原子總數可能有數千到數十萬個。而且即使是同一種聚合物,各個分子的大小也不一定相同,像這類有許多小單元連接而成的巨大分子,通常稱為聚合物或高分子化合物。
  • 4.聚合物的分子結構因原子數目多,故分子量較大,通常聚合物的分子量在數萬到數十萬,總之,聚合物的分子量較無化合物大很多,而種類數目亦較無機化合物多出許多。

聚合物特性與用途

  • 聚合物具有多種用途和應用:單體的工程組合產生近乎無限數量不同特性的分子,這些特性由分子的化學組成和結構決定。分子的組成對聚合物受到不同外力作用下的行為具有很大的影響。
  • 熱塑性聚合物具有線性的化學結構,與分子通過弱相互作用結合在一起。
    • 當聚合物被加熱時,很容易斷裂,將導致材料變形;而熱塑性聚合物則具有良好的耐高溫特性,並且具有高化學慣惰性和耐磨性。
    • 舉例說明熱塑性聚合物的應用,它們廣泛用於纖維、電氣和電子零件,包裝薄膜的生產,也用於日用物品,例如防烤箱廚具。
    • 掃描式電子顯微鏡SEM可用於研究它們的性能和質量,也可用於改進工藝研究不同的應力如何影響這些材料。
  • 進行磨損測試後,仔細觀察聚合物表面可以顯示施加到材料上的應力的真實的結果,為生產鏈的末端進一步開發材料或進行質量控制提供更多可能。
    • 在這種情況下,通過立體重建或陰影的形狀進行粗糙度分析是一項有趣的技術,幫助研究人員測量材料上劃痕的深度。

在高倍率拍攝的圖片中可以非常精確地測量纖維和顆粒的直徑。這些分析結果提供不同種類的信息,從流體動力學特性,到可以在過濾器中捕獲的最大粒徑,再到粉末如何較好的在溶液中的溶解。

  • 聚合物通常是非常敏感的材料。電子束會損壞它們,尤其是在施加非常高的電壓時。
    • 電子顯微鏡發出的電子可以與與分子結合,相互作用並使它們斷裂。ThermoFisher Phenom SEM提供了低真空選項,這使得可以在不損壞樣品的情況下對樣品成像。[1]

地質聚合物的熱性能分析

  • 無機聚合材料,又稱為地質聚合物 (Geopolymer),是一種新興的材料,它兼具無機物、陶瓷、水泥的特性,又是一種性能優異的新型凝膠材料 (堿激發凝膠材料,Alkali-activated cementitious material)。
    • 它在抗壓能力、抗腐蝕性、耐久性的性能,都比一般波特蘭水泥還強。
    • 加上地質聚合物,可使用工業廢料 (如高溫爐渣、飛灰) 來製造,在當今環境意識抬頭的今天,無機聚合材料成為炙手可熱的研究物件,並可取代天然需要開採的水泥產品。
  • 目前,無機聚合材料物常見的應用包括:
    • 阻燃粘合劑
    • 耐火、耐熱衝擊材料
    • VLO飛機跑道
    • 熱防護塗層 [2]

參考來源

  1. 通過SEM了解熱塑性聚合物的特性及探討其性質. 勀傑科技. [2020-07-10] (中文). 
  2. 地質聚合物的熱性能分析. 勢動科技. 2016-09-05 [2020-07-10] (中文).