单体聚合物.pptx

8-1 聚合物重點1.聚合反應重點2.聚合物的分類重點3.聚合物的性質重點4.聚合物的合成反應重點5.常見的加成聚合物與縮合聚合物重點6.橡膠聚合反應藉由許多小分子重複連結而形成巨大分子的反應，稱為聚合反應聚合反應。單體：參與聚合反應的小分子，稱為單體單體。聚合物：經聚合反應所形成的巨大分子，稱為聚合物聚合物，又稱為高分子高分子。聚合反應單體單元：聚合物結構中重複出現的單元，稱為單體單元。聚合度：一個高分子中所含之單體單元的數目，稱為聚合度，以n表示之。實例：右圖所示的乙烯分子經由聚合反應生成聚乙烯，其n介於 1000 30000。老師講解1單體、單體單元與聚合度聚丙烯的結構如右圖所示。(1)請寫出聚丙烯的單體與單體單元。(2)若聚丙烯的平均分子量為210000，則此聚合反應的聚合度為多少？觀念提示：聚合度 老師講解1解：(1)單體為H3CCHCH2，單體單元為；(2)5000(2)單體單元的式量1231642聚合度 5000 聚合度為5000學生練習1聚氯乙烯(PVC)是由氯乙烯分子(CH2 CHCl)聚合而成，若聚氯乙烯的平均分子量為625000，則此聚合反應的聚合度為多少？(Cl 35.5)(A)2000(B)4000(C)6000(D)8000(E)10000。解：(E)CH2CHCl 的分子量62.5 聚合度 10000聚合物的分類依來源區分：天然聚合物、合成聚合物依單體的種類區分：同元聚合物、共聚物依聚合的方式區分：加成聚合物、縮合聚合物依聚合物的結構區分：線狀聚合物、網狀聚合物依來源分類天然聚合物：自然界所生成的聚合物例如澱粉、纖維素、蛋白質、核酸、天然橡膠合成聚合物：人工製造的聚合物例如酚甲醛樹脂、聚乙烯、耐綸、合成橡膠同元聚合物：僅由一種單體聚合而成的聚合物，例如澱粉、聚乙烯共聚物：由兩種或兩種以上單體聚合而成的聚合物，例如耐綸、達克綸依單體種類分類依聚合方式分類加成聚合物：經由加成反應所生成的聚合物例如聚乙烯、聚丙烯、特夫綸縮合聚合物：經由縮合反應所生成的聚合物例如蛋白質、耐綸線狀聚合物：分子間沒有交連鍵結的聚合物，例如聚乙烯、聚氯乙烯結構：不具分枝結構、具有分枝結構依聚合物的結構分類網狀聚合物：具有高度交連鍵結結構的聚合物，例如酚甲醛樹脂、硫化橡膠結構：網狀交連結構依聚合物的結構分類老師講解2 聚合物特性下列有關聚合物的敘述，哪些正確？(A)聚合反應中的小分子稱為單體(B)小分子存在於聚合物中的結構單元，稱為單體單元(C)聚合物所含單體種類只能為一種或兩種(D)聚合物的分子量可高達數十萬以上(E)合成聚合物皆為縮合反應聚合而成。觀念提示：單體的種類數以及聚合物的來源，皆與聚合反應的形式無關。老師講解2解：(A)(B)(D)(C)聚合物的單體種類可為一種、兩種或多種。(E)合成聚合物可以為加成聚合物或縮合聚合物。學生練習2下列哪些為天然聚合物？(A)蛋白質(B)纖維素(C)聚乙烯(D)葡萄糖(E)天然橡膠。解：(A)(B)(E)(C)為合成聚合物。(D)單醣，非聚合物。聚合物的性質聚合度的影響。分子結構的影響。官能基的影響。環境的影響。聚合度的影響同一種聚合物中，每個高分子的聚合度不盡相同，各組成分子的大小不一，分子量可由數千至數十萬。聚合物的分子量以平均分子量平均分子量來表示。聚合物為非晶形排列，難以結晶，且沒有一定的熔點。某些聚合物在特定的溫度範圍會呈現黏滯性較大的膠體狀態。分子結構的影響聚合物的分子結構，會影響分子間的作用力。進而影響聚合物的機械強度、硬度、撓曲性、彈性、延伸性、密度、溶解度、可塑性等性質。分子結構的影響聚合物的主鏈上若存在許多支鏈，會使分子的排列不整齊。因而造成聚合物的密度較小，且機械強度較差。例如低密度聚乙烯(LDPE)、高密度聚乙烯(HDPE)。低密度聚乙烯結構：主鏈上有分枝，結構鬆散。密度：較小。強度：較弱。應用：軟塑膠製品、保鮮膜。高密度聚乙烯結構：主鏈上無分枝結構，結構較緊密。密度：較大。強度：較強。應用：塑膠管、塑膠瓶、塑膠繩。線狀聚合物的分子間作用力較弱，溶解性與可塑性較佳。網狀聚合物的分子間因主鏈具有交叉相連的鍵結（稱為交聯），分子間作用力大，溶解性與可塑性較差。例如熱塑性塑膠、熱固性塑膠。分子結構的影響動畫：三聚氰胺聚合物美耐皿餐具熱塑性塑膠結構：主鏈間沒有鍵結。可溶性：可溶於甲苯或庚烷等適當有機溶劑中。可塑性：受熱會軟化與熔化，可倒入鑄模中重新塑形。實例：線狀聚氯乙烯、高密度聚乙烯、低密度聚乙烯。熱固性塑膠結構：主鏈間有交聯現象。可溶性：很難溶解於溶劑中。可塑性：受熱亦不軟化或熔化，一旦硬化成形後，無法重新塑形。實例：酚甲醛樹脂、尿素甲醛樹脂、硫化橡膠。酚甲醛樹脂俗稱電木，為常見的熱固性塑膠。結構為網狀交聯的聚合物，故硬度頗大。具耐熱性、絕緣性與耐化學藥劑等特性，常用作鍋具把手、電器配件或製成玻璃纖維樹脂等用途。1907 年美國人貝克蘭 將酚甲醛樹脂的生產技術改進後，更是使人類使用塑膠的方便之門大開。聚合物分子中所含有之官能基，仍保有該官能基原有之化學性質。如聚合物中的羧基仍可發生酯化反應。官能基的影響老師講解3 聚合物性質下列有關聚合物一般性質的描述，何者正確？(A)一般聚合物沒有一定的分子量(B)熱固性塑膠通常可回收再利用(C)聚合物中的官能基已失去原有的化性(D)所有聚合物皆不溶於水(E)聚合物具有一定的熔點。觀念提示：(1)聚合物各分子的大小不一，以平均分子量表示，且 無一定熔點。(2)分支愈少的聚合物堆積愈緊密。老師講解3解：(A)(B)應改為熱塑性塑膠。(C)聚合物之官能基仍保有原來之化性。(D)部分聚合物，如可溶性澱粉，可溶於水。(E)聚合物沒有一定的熔點。學生練習3下列哪些固態物質呈現晶形排列？(A)聚乙烯(B)金剛石(C)食鹽(D)橡膠(E)硫酸銅。解：(B)(C)(E)(A)(D)是聚合物，為非晶形排列。(B)網狀共價固體與(C)離子晶體，為晶形排列。老師講解4 熱固性塑膠性質下列有關熱固性塑膠的敘述，哪些正確？(A)為合成聚合物(B)需高溫才能重新軟化塑形(C)為主鏈上有支鏈的線狀聚合物(D)難溶於水(E)硬度高於熱塑性塑膠。觀念提示：(1)塑膠的單體主要為石油化學品，屬於合成聚合物。(2)熱固性塑膠為網狀交連的聚合物，分子間作用力大，硬度大，溶解性差，無法重新塑形。老師講解4解：(A)(D)(E)(B)熱固性塑膠受熱後不會熔化或軟化，無法重新塑形。(C)熱固性塑膠為網狀結構，主鏈間有交叉相聯之鍵結。學生練習4下列高密度聚乙烯的敘述，哪些正確？(A)單體為乙烯(B)為熱固性聚合物(C)可溶於水(D)主鏈上有很多分支結構(E)可作為容器使用。解：(A)(E)(B)為熱塑性聚合物(C)不溶於水(D)主鏈上無分支結構聚合物的合成反應加成聚合反應縮合聚合反應加成聚合反應反應機制：各單體分子利用電子，與相鄰的單體分子形成新的鍵，而聚合為高分子。反應過程中無小分子被釋出。單體特徵：具有不飽和鍵不飽和鍵（鍵），如CC雙鍵或CC參鍵。加成聚合反應例如聚乙烯的加成聚合反應縮合聚合反應 反應機制：單體間的官能基相互反應，利用脫脫去小分子去小分子而使單體聚合成為高分子。反應過程中有小分子（如H2O、HX）被釋出。單體特徵：需具有兩個或兩個以上可供利用的官能基，如羥基(OH)、胺基(NH2)、羧基(COOH)等。縮合聚合反應 例如對苯二甲酸與乙二醇的縮合聚合反應老師講解5 聚合物的單體判別某聚合物化學式為，此聚合物的單體可能為下列何種組合？(A)CH3CHO、C6H5NH2(B)CH3COOH、C6H5NH2(C)HOOCCH2COOH、H2NCH2C6H4CH2NH2(D)CH3CH2COOH、CH3C6H4CH2NH2(E)CH3COOH、H2NC6H4NH2。觀念提示：含()的聚合物為聚醯胺，由二元羧酸（或二醯氯）與二元胺縮合聚合而成。老師講解5解：(C)此為聚醯胺，單體應為二元酸與二元胺，單體為HOOCCH2COOH、H2NCH2C6H4CH2NH2，故選(C)。學生練習5下列哪些單體可以形成縮合聚合物？(A)乙烯(B)乙炔(C)乙醇(D)乙醛(E)乙二醇。解：(E)縮合聚合物的單體須有多官能基，(A)(B)(C)(D)皆僅有一個官能基，無法構成縮合聚合物；(E)有兩個羥基，可脫水聚合為縮合聚合物。老師講解6 加成聚合特性加成聚合反應具有下列哪些特性？(A)必為同元聚合物(B)單體須為多官能基的分子(C)單體為具有不飽和鍵的分子(D)聚合過程中會有小分子釋出(E)同元聚合物中單體的元素重量百分組成與聚合物 的元素重量百分組成相同。觀念提示：加成聚合反應的單體須含 鍵，過程中無小分子被釋出。老師講解6解：(C)(E)(A)加成聚合反應的單體未必是一種，可以為同元聚合 物或共聚物。(B)(C)加成聚合反應的單體須含 鍵，不一定須含多官 能基。(D)(E)加成聚合反應不會釋出小分子，故單體形成聚合 物時各元素的比例不變，即各元素重量百分組成在 單體中與在聚合物中完全相同。學生練習6下列哪些化合物，可以作為加成聚合的單體？(A)(B)(C)CH2CCl2(D)CH3CH2F(E)CH2CHCH3。解：(B)(C)(E)加成聚合的單體需含有碳碳 鍵。(A)(D)不具碳碳 鍵，無法進行加成聚合。常見的加成聚合物 聚合物名稱聚合物名稱單體單體結構結構回收標誌回收標誌用途用途聚乙烯(PE)乙烯保鮮膜、塑膠袋（瓶）、電線包覆層聚丙烯(PP)丙烯奶瓶、塑膠杯、降落傘、人造皮聚氯乙烯(PVC)氯乙烯雨衣、水管、電線絕緣層、塑膠地板影片：變態的膠水常見的加成聚合物聚苯乙烯(PS)苯乙烯容器瓶、保麗龍、包裝材料聚丙烯腈(PAN)丙烯腈人造羊毛、地氈、帳篷、帆布特夫綸(Teflon)四氟乙烯軸承、墊片、代用血管、不沾鍋塗料壓克力樹脂(PMMA)2-甲基丙烯酸甲酯保齡球、廣告招牌、鏡片、人體義肢聚酯類的縮合聚合物 反應的通式：二元二元羧羧酸與二元醇二元醇反應，縮合聚合為聚聚酯酯類類。聚酯類的縮合聚合物 聚酯類的性質：耐熱、耐光、絕緣性佳、吸溼性小、張力 強度大。聚酯類的用途：容器、雨傘布、電影膠片、聚酯纖維。聚 酯纖維可與天然纖維混紡，製成耐皺性佳 的衣料。常見的聚酯類聚合物 名稱單體結構回收標誌用途達克綸(dacron)布料、寶特瓶(PET)、雨衣、聚酯纖維聚醯胺類的縮合聚合物 反應的通式：(1)二胺二胺與二元二元羧羧酸酸反應，縮合聚合為聚醯胺聚醯胺類(2)二胺二胺與二醯二醯氯氯反應，縮合聚合為聚醯胺聚醯胺類 聚醯胺類的縮合聚合物 聚醯胺類的性質：能形成分子間氫鍵，分子間作用力較強，故聚醯胺類聚合物的材料強度較大。聚醯胺類的用途：釣線、尼龍繩、降落傘、飛行服、人造皮革。常見的聚醯胺類聚合物 名稱單體結構回收標誌用途耐綸-66(nylon 66)絲襪、釣魚線、聚醯胺纖維耐綸-6(nylon 6)牙刷毛、聚醯胺纖維耐綸-6又稱為尼龍-6，其學名為聚己內醯胺，是一種同元聚合物。己內醯胺遇水可水解為6-胺基己酸，之後即迅速進行脫水縮合聚合反應，生成耐綸-6。耐綸-6 的結構雖與耐綸-66 不盡相同，但兩者的性質與用途則極為相近。老師講解7 聚合物結構式寫出下列聚合物之單體的化學式與聚合物的結構式(1)PE(2)PVC(3)PS(4)耐綸-66(5)達克綸觀念提示：(1)PE 為聚乙烯；(2)PVC 為聚氯乙烯；(3)PS（聚苯乙烯）先判斷單體種類，再區別聚合方式為加成聚合或縮合聚合。解：單體單體聚合物聚合物(1)CH2CH2(2)CH2CHCl老師講解7單體單體聚合物聚合物(3)(4)(5)學生練習7據報載：某醫院毒物科主任警告，聚合物PVC 本身無毒，算是相當穩定的材質，然而使用不當，加熱超過攝氏60，PVC 會釋出可能致癌的物質。因此，多位學者專家贊成環保署訂出法規，禁止食品或飲料的包裝膜及容器使用塑膠材質編號為 的PVC。下列何者為聚合物PVC 的單體？(A)CH2CClCO2CH3(B)CCl2CCl2(C)CH2CHCl(D)C6H5CHCHCl(E)HCCCl。解：(C)PVC 為聚氯乙烯，單體為氯乙烯。老師講解8 縮合聚合已知乙二醇(HOCH2CH2OH)可與草酸(HOOCCOOH)聚合為聚酯類化合物，試畫出此聚酯分子的結構。觀念提示：二元醇與二元羧酸可以脫水聚合為聚酯類化合物。解：學生練習8下列各聚合反應，何者在反應過程不會不會生成水？(A)葡萄糖聚合為澱粉(B)胺基酸聚合為蛋白質(C)乙二醇與對苯二甲酸聚合為達克綸(D)己二胺與己二醯氯聚合為耐綸-66(E)己內醯胺聚合為耐綸-6。解：(D)(D)此縮合反應釋出的小分子為HCl老師講解9寫出下列聚合物的單體。(1)(2)(3)(4)。老師講解9觀念提示：(1)聚合物主鏈全為碳原子者，為加成聚合。於單體單 元加上鍵，即為單體。(2)聚合物主鏈不全為碳原子者，為縮合聚合。將單體 單元還原其官能基，即為單體。老師講解9解：學生練習9下列聚合物及其化學結構的配對，哪些正確？(A)聚乙烯(B)聚苯乙炔(C)壓克力樹脂(D)聚丙烯腈(E)特夫綸。解：(A)(C)(E)學生練習9(B)此為聚苯乙烯(D)此為聚氯乙烯橡膠天然橡膠合成橡膠天然橡膠聚合反應：單體為異戊二異戊二烯烯（2-甲基-1,3-丁二烯），進行加成聚合反應。常見的天然橡膠：生膠、加硫橡膠、硬橡膠。生膠 製備：取橡膠樹的乳汁以甲酸或醋酸處理乳汁煙燻製得生膠。結構：天然橡膠的平均分子量約為30 萬、1個橡膠分子約含數千到數萬個單體單元、分子之間沒有鍵結。性質：彈性不大、遇熱黏性增加且會變形、遇冷則變為硬脆。用途：墊片、橡皮筋。加硫橡膠 製備：生膠與硫共熱製得。結構：聚異戊二烯的長鏈分子間會以26 個硫原子作為架橋，形成交聯網狀結構、一般加硫橡膠的含硫量大於8%。性質：彈性與延展性佳，壓縮或延伸後可恢復原狀、化學耐性佳，不易與化學藥劑反應。用途：輪胎、雨衣、手套、橡皮擦、橡皮管。硬橡膠 製備：橡膠的含硫量增至30%50%製得。結構：交聯網狀結構、硬橡膠的含硫量約為30%50%。性質：交聯網狀結構堅固、不易變形。用途：燈罩、電器絕緣物、製造鋼筆桿。橡膠硫化前，除了生膠和硫粉外，仍需混合碳黑、抗氧化劑、催化劑與色素，以改良加硫橡膠的性質。若於硫化過程中，打入空氣或添加碳酸銨，則可製得多孔性的泡棉橡膠。加硫橡膠的添加劑合成橡膠 合成橡膠的結構：與天然橡膠相似，但合成橡膠的單體是由石油化學原料煉製而來。常見的合成橡膠：布納橡膠、新平橡膠、丁苯橡膠。布納橡膠(BR)單體：1,3-丁二烯結構：特性：耐寒性、耐磨性、耐老化性用途：高爾夫球新平橡膠(CR)單體：2-氯-1,3-丁二烯結構：特性：耐熱性、耐寒性、耐油性、耐化學性用途：雨鞋丁苯橡膠 單體：結構：特性：耐磨性、抗拉性、耐水性、耐老化性用途：輪胎新平橡膠說明：又稱為氯丁橡膠，學名為聚氯丁二烯，是第一種大規模工業化生產之合成橡膠結構：單體為2-氯-1,3-丁二烯製備：以乙炔和氯化氫為原料製得新平橡膠製備步驟生成乙烯乙炔生成2-氯-1,3-丁二烯2-氯-1,3-丁二烯再經催化聚合，即可製得新平橡膠新平橡膠性質：具耐熱性與耐燃性耐天候變化並耐化學藥品之侵蝕具優異的耐油性用途：被廣泛使用於各種工業用途，可作為汽油軟管和特殊輸送帶的材料老師講解10 天然橡膠下列有關異戊二烯的敘述，哪些正確？(A)分子中具有 鍵(B)可發生縮合聚合反應(C)為布納橡膠的單體(D)聚異戊二烯的分子結構中不具有 鍵(E)在催化劑存在下，可氫化產生異戊烷。觀念提示：(1)天然橡膠的學名為聚異戊二烯。(2)烯類氫化可生成碳類架構相同的烷類。老師講解10解：(A)(E)(A)(B)(C)(D)異戊二烯的結構為，可進行加成聚合反應，生成聚異戊二烯，即天然橡膠。(E)異戊二烯的氫化反應為學生練習10下列有關天然橡膠的敘述，哪些正確？(A)單體為異戊二烯(B)單體為1,3-丁二烯(C)平均分子量極小(D)生膠為彈性不大且質軟的物質(E)含硫量愈高的橡膠，彈性愈大。解：(A)(D)(A)(B)單體為異戊二烯（2-甲基-1,3-丁二烯）。(C)平均分子量約為30 萬。(E)含硫量超過30%以上之硬橡膠不易變形，彈性較差。老師講解11聚合物與幾何異構物下列聚合物中，哪些有幾何異構物存在？(A)聚乙炔 (B)新平橡膠(C)天然橡膠(D)布納橡膠(E)耐綸-6。觀念提示：聚合物中具有C C 雙鍵者，存在幾何異構物。解：(A)(B)(C)(D)各選項的結構如下，其中，具有CC雙鍵者，存在幾何異構物。老師講解11選項選項結構結構幾何異構幾何異構(A)有(B)有(C)有(D)有(E)無學生練習11下列聚合物中，哪些有幾何異構物存在？(A)聚苯乙烯(B)聚異戊二烯(C)聚苯乙炔(D)聚丁二烯(E)聚丙烯腈。解：(B)(C)(D)各選項的結構如下，其中具有CC雙鍵者，存在幾何異構物。學生練習11選項選項結構結構幾何異構幾何異構(A)無(B)有學生練習11選項選項結構結構幾何異構幾何異構(C)有(D)有(E)無 8-2 生物體中的大分子生物體中的大分子結束放映