高分子化學與工業化學　申論題歷屆試題與參考架構

114 年（考試時間 120 分鐘）　原卷 PDF

1. 1

   Polyoxymethylene（POM）是通用型工程塑膠的一種，具備優異的力學性能、低摩擦係數、耐磨性與良好的尺寸穩定性，因此廣泛用於工程結構與精密零件。

   （一）請寫出此類材料的化學結構式。（4 分）

   （二）在市面上主要有兩種 POM，一種是均聚型 POM（POM-H） ，另一種是共聚型 POM（POM-C） ，請說明這兩種聚合物在分子結構上的主要差異。 （4 分）

   （三）分別就結晶度、加工溫度範圍、抗張強度、抗蠕變性能、抗氧化性，比較這兩種未填充其他添加物的聚合物的性質差異並解釋其原因。（15 分）

   （23 分）

   參考架構・破題

   POM（聚甲醛、聚縮醛）主鏈為交替的碳氧單元，兩型的差別在端基封閉方式與是否含共聚單元，這決定熱穩定性、結晶性與抗鹼性，作答宜由結構差異推導性質差異。

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2. 2

   以濃度為 1.0 × 10⁻³ M 的萘鈉（naphthalenesodium）在四氫呋喃（tetrahydrofuran, THF）的溶劑中，聚合濃度為 2.0 M 的苯乙烯（styrene） ，聚合而成的聚苯乙烯（polystyrene），其數目平均分子量（number average molecular weight）是多少？若反應在 25℃中進行，要達到 90%的轉化率需花費多長時間？（在 25℃下聚苯乙烯的陰離子聚合速率常數，kₚ = 80 L/mol·s）（15 分）

   （15 分）

   參考架構・破題

   萘鈉引發的苯乙烯陰離子聚合為活性聚合（無終止、無鏈轉移），每個萘鈉產生兩個活性鏈端（雙陰離子），分子量由單體與引發劑的莫耳比決定，時間則由一級動力學求得。

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3. 3

   逐步聚合反應（step-growth polymerization）與鏈鎖聚合反應（chain-growth polymerization）是兩大基本的高分子合成機制，請分別就單體結構的要求、高分子生成時機、分子量分布與控制、反應是否有副產物、聚合反應機制，比較兩者的差異。 （20 分）

   （20 分）

   參考架構・破題

   兩種機制的根本差別在「成長是否只發生在活性中心」：逐步聚合為官能基間任意反應，鏈鎖聚合為活性中心與單體逐一加成，建議以表格逐項對照。

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4. 4

   第一個被發明的人造纖維是 Nylon（耐隆）66，緊接著 Nylon 6 也被開發出來，請寫出：

   （一）這兩種 Nylon 的化學結構式（重複單元） 。（6 分）

   （二）以苯酚（Phenol）為原料及反應過程中所需加入的有機與無機試劑，寫出 Nylon 66 單體的製造方法。（10 分）

   （三）以苯酚（Phenol）為原料及反應過程中所需加入的有機與無機試劑，寫出 Nylon 6 單體的製造方法。（5 分）

   （21 分）

   參考架構・破題

   尼龍 66 由己二酸與己二胺縮合，尼龍 6 由己內醯胺開環聚合；兩者上游都可由苯酚經氫化得到環己醇／環己酮，再分流。作答重點是每一步的試劑與中間物要正確。

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5. 5

   玻璃為一種非晶態材料，廣泛應用於航太、通訊、工業與民生用品，依其組成與用途之不同，請任寫七種類型不同的玻璃材質並敘述其組成物質與特性。（21 分）

   （21 分）

   參考架構・破題

   玻璃是以二氧化矽為主的非晶質無機材料，不同用途透過改變網狀形成物、修飾劑與中間氧化物的種類與比例得到不同特性。題目要求任選七種，每種寫組成與特性，格式宜條列統一。

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