材料化學 / 子課題
聚合物
Polymers
加成聚合和縮合聚合的機制、常見聚合物例子及可生物降解性
核心考點 (Knowledge Groups)
1. 加成聚合與縮合聚合
考評提示：兩種聚合機制比較、常見聚合物例子配對
- 加成聚合 (Addition polymerisation)：烯烴單體 C=C 雙鍵打開，鏈接成聚合物。例：PTFE, PMMA。
- 縮合聚合 (Condensation polymerisation)：單體間反應，每次連接釋放小分子（如 H₂O）。例：PET, 尼龍 Nylon, Kevlar。
常見題型 · scoring points
比較加成聚合與縮合聚合的機理、方程式及例子
- 加成聚合：單體必須含 C=C 雙鍵；π 鍵斷裂後原子全部併入聚合物，無副產物產生 (100% 原子經濟)。
- 例子：nCH₂=CHCl → −[CH₂−CHCl]ₙ−（聚氯乙烯 PVC）；nCF₂=CF₂ → −[CF₂−CF₂]ₙ−（PTFE）。
- 縮合聚合：單體需含兩個官能基（如 −COOH/−OH 或 −COOH/−NH₂），每次連接釋出一小分子（通常為 H₂O 或 HCl）。
- 例子：尼龍-6,6 由 HOOC(CH₂)₄COOH + H₂N(CH₂)₆NH₂ → 聚醯胺 + 2nH₂O；PET 由對苯二甲酸 + 乙二醇縮合。
由單體推斷加成聚合物的重覆單位並寫化學方程式
- 步驟 1：識別單體中的 C=C 雙鍵（如 CH₂=CH−X，X 為取代基）。
- 步驟 2：C=C 斷成單鍵，將兩端以方括號連接以表示重覆單位 −[CH₂−CHX]−。
- 方程式示例：丙烯聚合 n CH₂=CH−CH₃ → −[CH₂−CH(CH₃)]ₙ−（聚丙烯 PP）。
- 注意：聚合物分子兩端通常畫開放鍵（以 − 表示），並在方括號外加 n 代表許多重覆單位。
描述尼龍-6,6 與聚酯 PET 的結構、合成及用途
- 尼龍-6,6：由己二酸 HOOC(CH₂)₄COOH 與己二胺 H₂N(CH₂)₆NH₂ 縮合，含重覆的醯胺鍵 −CO−NH−；每次聯結釋出 H₂O。
- 尼龍用途：耐磨、韌性佳；用於繩索、降落傘、漁網、衣料、齒輪。
- PET：由對苯二甲酸 HOOC−C₆H₄−COOH 與乙二醇 HOCH₂CH₂OH 縮合，重覆酯鍵 −CO−O−。
- PET 用途：飲料瓶（可透明且堅韌）、合成纖維（Terylene）及食品包裝膜。
解釋熱塑性塑膠與熱固性塑膠的結構差異及性質
- 熱塑性塑膠：線型或支鏈型分子，鏈間以弱范德華力吸引 → 加熱時可軟化熔化並重塑，可重覆加工回收。例子：PE、PP、PVC、PS。
- 熱固性塑膠：鏈間以共價交聯 (cross-links) 連接，形成三維網絡 → 加熱不再熔化而是焦化。例子：脲甲醛樹脂、電木（酚醛樹脂）、環氧樹脂。
- 性質影響：熱固性剛性大、耐熱佳、電絕緣性好，用於電插頭、電器外殼；熱塑性柔韌、易加工成型。
- 回收：熱塑性可熔化再製顆粒回收；熱固性難以回收，通常只能填埋或焚燒，對環境不友善。
描述 PLA（聚乳酸）作為生物可降解塑膠的製備、性質及意義
- 原料：玉米澱粉發酵產生 L-乳酸 CH₃CH(OH)COOH，屬可再生生質原料。
- 合成：2 分子乳酸先脫水環化成丙交酯，再開環聚合 n 單位 → 聚乳酸 −[O−CH(CH₃)−CO]ₙ−，含酯鍵。
- 性質：透明、可塑、機械強度足；在潮濕及微生物作用下酯鍵水解 → 最終分解為 CO₂ 與 H₂O，不殘留微塑膠。
- 意義：取代以石油為原料的 PE、PP，用於一次性餐具、3D 打印耗材、醫用縫線；屬綠色化學可持續材料。
比較纖維素、澱粉與甲殼素的結構與性質
- 纖維素：β-D-葡萄糖以 β-1,4 糖苷鍵連接成無支鏈直鏈；鏈間大量 H 鍵 → 堅硬、不溶於水，構成植物細胞壁。人類無相應酶，故不能消化。
- 澱粉：α-D-葡萄糖以 α-1,4 糖苷鍵連接；直鏈澱粉呈螺旋狀，支鏈澱粉含 α-1,6 分支；易被 α-澱粉酶水解，故可供食用。
- 甲殼素 (Chitin)：N-乙醯葡萄糖胺以 β-1,4 鍵連接；結構類似纖維素但 C2 位 −OH 被 −NHCOCH₃ 取代；構成蝦蟹外骨骼、昆蟲外殼及真菌細胞壁。
- 比較：三者皆為多醣類，β-1,4 鍵 (纖維素、甲殼素) 給與剛性及結構支撐；α-1,4 鍵 (澱粉) 給與儲存能量的可消化性。
用聚合物結構解釋高密度與低密度聚乙烯（HDPE vs LDPE）的差異
- 結構：HDPE 主要為無支鏈直鏈，分子可緊密堆疊；LDPE 含大量短支鏈，堆疊鬆散。
- 密度：HDPE 結晶度高 → 密度較高（0.95 g/cm³）；LDPE 結晶度低 → 密度較低（0.92 g/cm³）。
- 機械性：HDPE 鏈間范德華力大 → 較堅硬、強度高、熔點較高，適合製水桶、硬瓶；LDPE 柔軟透明，適合製薄膜、保鮮袋。
- 合成：HDPE 以 Ziegler–Natta 催化劑於常壓合成（綠色化）；LDPE 以高壓自由基聚合製備。
描述塑膠加工法（注塑、吹塑、擠塑、真空成型及壓塑）的適用產品
- 注塑法 (Injection moulding)：將熔融塑膠高壓注入模具內冷卻成型，適合複雜立體產品（如插頭、玩具、齒輪）。
- 吹塑法 (Blow moulding)：將管狀熔融塑膠注入模具後吹氣脹大貼壁，適合製空心容器（飲料瓶、油壺）。
- 擠塑法 (Extrusion)：熔融塑膠連續擠出模具成形，適合製長條形產品（水喉、電線絕緣層、膠薄膜）。
- 真空成型 (Vacuum forming) 用於淺容器（蛋盒、食品托盤）；壓塑法 (Compression moulding) 用於熱固性塑膠（電木插頭、盤碟）。
材料化學 其他子課題
關於本文：由 DSE 神器團隊整理，資料以香港考試及評核局（HKEAA）最新公佈為準，含歷屆考評建議引用。最後更新：2026 年 4 月。想隨時隨地溫習？下載 DSE 化學神器 App。
