共聚物(copolymer)

共聚物(copolymer)
國立臺灣師範大學化學系學士生陳昱勝

生活上許多塑膠、橡膠用品、纖維及衣物等等其最主要的基本成分都是一些基本的小分子。但這些分子是如何展現出我們日常生活中所看到的特性呢? 例如：氯乙烯是氣體分子，但卻也是我們所使用保鮮膜的主要成分。答案就是經過聚合反應，聚合反應可以將單一分子聚合成數十萬或數百萬分子量大的聚合物，而改變其物理性質以達到我們所想要的目的。

然而，隨著科技的發展我們在工業上或生活上對於上述這些產品我們不斷改良，想辦法在單一物品中能同時保有許多特性。例如：同時具有抗張強度及伸縮性，同時具有硬度及彈性等等。因此，我們發展出共聚合反應方法。共聚合反應的定義為：指由兩種或兩種以上單體共同聚合，生成同一分子中含有兩種或兩種以上單體單元的聚合物的反應。共聚物¹能同時保有各單體的特性甚至能展現新的性質，因此在工業上廣泛被使用。例如：ABS樹脂²為工業上常用的材料，為丙烯腈(Acrylonitrile)、1,3-丁二烯(Butadiene)，苯乙烯(Styrene)之共聚物。其中丙烯腈可提供硬度、耐熱性、耐酸鹼鹽等化學腐蝕；1,3-丁二烯可提供低溫延展性和抗衝擊性，但過量會降低硬度、光澤及流動性；苯乙烯可提供硬度、加工流動性及光潔度。並且我們可以依照所需要的性質而以不同比例分配聚合。

共聚物依其聚合結構我們可分為四類³：

1.輪替共聚合物(Alternative copolymer)：單體單元嚴格呈交替分布的共聚物。

2.嵌段共聚合物(Block copolymer)：單體單元各自構成很長的序列(例如：有

幾百個單體單元的序列)由兩個或兩個以上這種長序列所構成的共聚物。

3.隨機共聚合物(Random copolymer)：單體單元呈無規則分布聚合。

4.連枝共聚合物(Graft copolymer)：分子的主鏈由一種或一種以上的單體單元

構成﹐而支鏈卻由另一種或一種以上的單體單元構成的共聚物。

圖一：共聚物的分類

科學家對共聚合的應用已經研究有將近4、50年的歷史，共聚物的分子鏈是由兩種(或兩種以上)單體單元所組成，它的物理力學性能取決於這些單體單元的性質、相對數量和排列結構。因此，利用共聚合可以製造出符合我們所要求的性能的聚合物，大大擴張了聚合物的應用領域。例如聚苯乙烯是一種抗衝擊和抗溶劑性差的塑料，使它的應用受到限制，但苯乙烯和丙烯的共聚物或如上所述，它們與聚丁二烯接枝形成的ABS塑料的韌性就很好，應用領域也廣得多。共聚合的研究還可以測定各種單體、自由基、碳正離子和碳負離子在鏈式聚合中的活性，進一步瞭解單體活性和化學結構間的關係。

參考資料：

1. 共聚物 http://en.wikipedia.org/wiki/Alternating_polymer

2. ABS樹脂 http://en.wikipedia.org/wiki/Acrylonitrile_butadiene_styrene

3. 財團法人塑膠工業技術發展中心 (2003) 《塑膠物語：共聚物》。

http://psdn.pidc.org.tw/ike/doclib/2003/2003doclib/2003ike39-0/2003ike39-0-307.asp

4. Pennsylvania State University Polymer Nanostructures Lab.

《COPOLYMERIZATION》http://zeus.plmsc.psu.edu/~manias/MatSE443/chapter5.pdf