高分子材料

高分子材料 讓人們又愛又恨的工程材料

甚麼是高分子材料 • 分子量：每mole（6.02E23）分子的公克數。 • 單一分子（單體），不會超過500 。 • 單一分子（單體）連結（聚合）之後，就可能超過10000，分子量超過10000的分子材料，就稱為高分子材料。

高分子材料不是只有塑膠 • 蛋白質是由胺基酸聚合而成，脂肪是由脂肪酸聚合而成，澱粉與肝醣由葡萄糖聚合而成，所以「人是高分子材料」。 • 木材由葡萄糖聚合而成，瀝青由石油分子聚合而成，也是高分子材料。

汽車輪胎也是高分子材料 • 最早的橡膠來自橡膠樹乳汁，是天然的高分子材料。 • 現在的橡膠來自石油分子聚合，與塑膠差別只有鍵結的方向與強度。

廉價的工程材料 • 天然材料日益匱乏，人口與需求日益增加，高分子材料價廉物美，所以其重要性與日俱增。 • 因其價廉，所以「用完即丟」造成環境重大衝擊。 • 在廉價與環保取得平衡，必須完整資源回收。

熱固型與熱塑形 • 熱固型塑膠：因為使用縮和聚合製造（成分已經改變），製造後不能因為加熱而還原。 • 熱塑型塑膠：因為使用加成聚合製造（成分沒有改變），製造後不能因加熱而還原。 • 可以回收再利用的是熱塑型塑膠。

塑膠的添加物 • 塑膠的主成分為樹脂，就好似水泥是混凝土的主成分。 • 為了快速生產，所以加入硬化劑。 • 聚合物避免崩解回到單體，所以加入安定劑。 • 加工過程為了製作方便，所以加入塑化劑、潤滑劑。

塑鋼（FRP） • 塑鋼（FRP）根本與金屬沒有關係，裏面沒加入鋼鐵。 • F為fiber（纖維），包括碳纖維與玻璃纖維。 • P為plastic（塑膠），通常使用聚甲醛。 • R為reinforce （加強） • FRP應該稱纖維加強塑膠

加強物與填充物 • FRP中的纖維，就是加強物，與混凝土加入鋼筋，作用相似。 • 有時塑膠也要加入填充物，例如發泡塑膠加入發泡劑，除了增加體積，還有隔熱效果。 • 混凝土中加入骨材，也是必要的填充物。

顏料與香料 • 為了配合使用者的需求，塑膠製品有時會添加原料與香料。 • 在商品化經濟的今天，添加原料與香料對產品有刺激需求的功效。 • 土木建築上為配合整體設計，有需要考慮。

五大泛用塑膠-1 • 五種最廣泛使用的塑膠：PE（聚乙烯） PP（聚丙烯） PS（聚苯乙烯） PVC（聚氯乙烯）ABS。 • 發泡PS（聚苯乙烯）就是保麗龍 • ABS：丙烯腈、丁二烯、苯乙烯共聚物適合做家電外殼與玩具。 • 這五種都是熱塑型塑膠。

五大泛用塑膠-2 • 其中PE、PP、PVC都常用來製作塑膠袋，其中PE最不耐熱， PVC最耐熱。 • PVC雖最耐熱，但製作過程大量使用塑化劑，燃燒後產生戴奧辛，最不環保，且對人體健康最有害。

五大泛用塑膠-3 • PVC （聚氯乙烯）：建築上是製造冷水管、污水管主要材料，使用很廣泛。 • PS（聚苯乙烯）：若未發泡，可作為免洗餐具等用品；若發泡，可以作為絕緣隔熱材料，但因不耐火，所以除了屋頂隔熱，不適合建築上使用。

五大泛用塑膠-4 • ABS：（丙烯腈、丁二烯、苯乙烯共聚物）台灣奇美公司製造量世界第一，對國內家電產業相當有貢獻。 • 這五大泛用塑膠用量大，又可回收再製，既然不能不用塑膠製品，就該多應用五大泛用塑膠，並建立良好回收系統，確實回收。

特殊的熱塑性塑膠PMMA • PMMA（壓克力、有機玻璃）：是熱塑型塑膠中強度最大者，又其透光性超過玻璃，學名為聚甲基丙烯酸甲酯。可製造飛機座艙蓋，常用來代替普通玻璃。

特殊的熱硬性塑膠1 • 環氧樹脂：是強度最高的高分子材料，可用於建物補強、植筋等特殊工法廣泛用於黏接劑，塗料等用途，但因有毒且可能致癌，使用時宜注意。 • PU 聚氨脂：軟發泡可以製造軟性襯墊，硬發泡可以防火隔熱，因此可作為輕質乾式施工隔間牆的優良材質。

特殊的熱硬性塑膠2 • 矽素樹脂：是最耐熱的塑膠，耐氣候性耐變形優良，又稱矽膠，常作為防水黏接劑。 • 酚甲醛樹脂：又稱電木，是最早工業化的合成樹脂可用於製造各種層壓塑膠﹑壓塑粉﹑清漆﹑耐腐蝕塑膠﹑膠黏劑。

高分子材料用於土木工程 • 地工織物：使用不織布，利用其透水但不會讓土壤及岩石流失的特性，配合適當工法，可以保護邊坡。 • 高分子止水劑：是一種以高分子聚合物為基材，快速凝結的水凝性水泥修補材，初凝時間為一分鐘內，適用於瞬間止水或結構修補。

結論 • 因近來化學工業快速發展，高分子材料各方面都有長足進步，甚至造成許多新工法的出現。 • 高分子材料的缺點仍有待克服：例如耐氣候性、耐高溫、價廉不如混凝土，強度及抗變形能力不如金屬，所以仍未能取代以上材料。