PDF《变化多端的》

第卷目录汇编科教馆好玩科学研习 DEC

2015 No.

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13 教学现场科学读书会森棚教官的数学题本月专题聚合物54 GO 文/范诚 前言 在日常生活中会遇到很多有弹性的物 品,例如汽机车轮胎、雨鞋、橡皮筋等. 这些是如何被制造出来的呢?南美洲的印 第安人将天然橡胶树割破后,将流出的白 色液体涂在脚上,然后用火烤乾后就能够 防水,这是最早的雨鞋.苯乙烯(styrene, SM) 之均聚物(homopolymer) 即聚苯乙烯(PS)的物性展现阳刚之气,丁二 烯(butadiene,BD)之均聚物即聚丁二烯 (PBD)的物性则展现柔和之美.俗话说: 「男追女隔座山,女追男隔层纱」 ,又现今 两性关系除了男追女和女追男的异性关系 之外,似乎还可以包括男追男,以及女追 女的同性关系.基於 SM 和BD 两种单体 的活性相近,其共聚合反应(copolymeriza- tion)以现今两性关系作比喻是最适切莫 过了,吾人可以显而易知其中有

4 种增长 (propagation)反应,即(1)SM 与SM 单元 结尾的活性链 SM* 反应、(2)SM 与BD 单 元结尾的活性链 BD* 反应、(3)BD 与SM 单元结尾的活性链 SM* 反应、和(4)BD 与BD 单元结尾的活性链 BD* 反应.苯乙烯 - 丁二烯共聚物(如图

1 所示)之各种组合 与结合存有无限的奥秘和可能性,可谓变 化多端,而得以随心所欲地设计出多样性 高分子材料.苯乙烯 - 丁二烯共聚物主要 可以苯乙烯 - 丁二烯橡胶 (styrene-butadiene rubber,SBR)和苯乙烯 - 丁二烯 - 苯乙烯 嵌段共聚物(styrene-butadiene-styrene block copolymer,SBS)之产品形态展现,对人 们的日常生活贡献颇多,并具有作为光学 级塑胶材料前驱物(precursor)之无穷潜 力,故值得吾人对其多作t解与探索. 图1苯乙烯 - 丁二烯共聚物之示意图例. (图片来源:百度、维基百科) 变化多端的 苯乙烯-丁二烯共聚物 变化多端的苯乙烯-丁二烯共聚物

14 合成橡胶的诞生 相信部分读者们对於日本超人气动 漫《海贼王》中鲁夫误食恶魔果实成为 「橡胶人」并不陌生.合成橡胶(synthetic rubber,SR)是用化学方法由人工合成的 高弹性聚合物,亦称为合成弹性体,以区 别於从橡胶树生产出的天然橡胶(natural rubber) .合成橡胶的思路源自人们对天 然橡胶的剖析和仿制,合成橡胶工业的诞 生和发展取决於原料来源、单体制造技术 的成熟程度,以及单体、触媒(催化剂) 和聚合方法的选择.此外,由於橡胶是汽 车、飞机等交通工具之轮胎的主要材料, 因而其发展又和战争对橡胶的需求密切相关. 在第一次世界大战期间,德国的海上 运输被封锁,天然橡胶的输入随之被切 断,迫於橡胶匮乏,德国人采用二甲基丁 二烯聚合得甲基橡胶,其可大量生产,并 且价格低廉.德国遂在该大战期间,大约 生产 2,500 吨之甲基橡胶以因应战争所急 需,合成橡胶可谓正式诞生.尽管该橡胶 之耐压性能不理想,在战后便被淘汰,但 它毕竟是第一种具有实用价值的合成橡胶. 轮胎所用材料的演进 相信读者们在孩提时期都曾哼唱过儿 歌「三轮车跑得快」 ,然而可曾想过当时 三轮车轮胎所采用的材料为何?在过去 几千年间,人们坐车所使用的车轮一直 是木制,或者是在车轮周围加上金属轮 辋.在Goodyear 公司发明实用的硫化橡 胶(vulcanized rubber) 之后, 英国工程师R. W. Thomson 於1845 年在车轮周围套 上合适的充气橡胶管,并获得该项设备专 利.轮胎可谓於