生物分子、聚合物與合成

加成聚合物(addition polymer)

/ uh-DISH-un POL-ih-mer /

加成聚合物是把許多小分子首尾相扣、連成一片做出來的塑膠,而且沒有任何東西被剩下——起始小分子的每一個原子都進了鏈裡。聚乙烯(塑膠袋、瓶子)、PVC(管材)、聚苯乙烯(泡沫杯)和鐵氟龍都是加成聚合物。起始的小分子叫單體;長鏈叫聚合物;而祕密在於單體帶著一個碳-碳雙鍵。

用平實的步驟看鏈是怎麼長的。取一個帶 C=C 雙鍵的單體,比如乙烯 CH2=CH2。一個引發劑打開其中一個雙鍵,留下一個活潑端——一個自由基(有時是正離子或負離子)。這個活潑端去攻擊下一個單體的 C=C,打開它的雙鍵、把它接到鏈上,同時又造出一個新的活潑端。這個端再攻擊下一個單體,再下一個,重複成千上萬次——一場鏈式反應,這正是它被稱為連鎖(鏈增長)聚合的原因。這正是你已經會的烯烴加成化學(常常還是自由基鏈機理),一遍遍重複。關鍵是沒有任何小分子被排出:-CH2=CH2- 單元只是連成 -CH2-CH2-CH2-CH2-,所以聚合物的實驗式與單體相同。這使加成聚合成為一個原子經濟性很高的過程。

加成聚合物之所以重要,是因為它們是日常塑膠的主體,也展示了烯烴化學在工業規模上的運作。它們的性質靠改變單體上的取代基來調節:一個氫給出柔軟的聚乙烯,一個氯給出剛硬的 PVC,一個苯環給出堅挺的聚苯乙烯,幾個氟給出滑溜的鐵氟龍。同一招鏈增長,掛的基團不同,材料就天差地別——這是聚合物化學家最基本的槓桿。

n 個 CH2=CH2(乙烯)聚合成 -(CH2-CH2)n-,即聚乙烯。雙鍵打開,碳連成一條連續的長鏈,沒有任何副產物。把每個單體的一個 H 換成 Cl(CH2=CHCl),同樣的鏈增長就給出 PVC。

烯烴單體打開 C=C,首尾相連而不丟失原子——這就是鏈增長聚合。

這裡的「加成」指烯烴的加成反應(打開 C=C),不是「把東西加起來」。由於沒有小分子離去,加成聚合物原子經濟性高——但大多不可生物降解,因為那條惰性的全碳主鏈很難被自然界打斷。

又稱
chain-growth polymer加聚物连锁聚合物