Transcript 100BMC-1001019

生醫Bulk材料 - 金屬與高分子
1. 有機化學反應與高分子合成:
聚合型態與方法
2. 高分子的特性和應用
3. 民生用途的高分子
4. 生物醫學應用
張憲彰
100/10/05
生醫材料就用途：硬組織、軟組織、其它
硬組織：人工關節(Joint)材料-有金屬,高分子等.
齒科(Dental)材料-有金屬,陶瓷等
金屬材料包括： (p. 139-144)
不鏽鋼(Stainless steel): F55, F56 (P, S < 0.03%)
F138, F139 (P<0.025%, S<0.01%)
F745(Cast stainless steel, cast 316L)
鈷鉻鉬合金(Cobalt-Chrome-Molybdenum ):
F75 (Co rich),
F799 (forged at 800℃)
鈦合金(Titanium): CP F67 (Commercial pure titanium),
low interstitial F136 (Ti-6Al-4V)
不鏽鋼 (Stainless Steels)
• 316L超低碳不鏽鋼具有良好的耐孔蝕性(pitting)，
• 優點：由於低碳量，在體內較不易引起敏化作用
(sensitization)，或造成晶界應力腐蝕。
• 缺點：因強度稍差需以冷加工改善，且抗耗磨性不佳.
• 316L：60-65％ Fe
17-19% Cr
12-14% Ni
2- 3% max. (2.0% Mn, 0.5% Cu, 0.03% C,
0.1% N, 0.025% P, 0.75 % Si, 0.01% S)
ASTM (American Society for Test and Materials) Standards
Trade name: 316L (ASTM F55, F56, F138, F139)
鈷-鉻- 鉬-(鎳)合金(Co-Cr-Mo-(Ni) Alloy)
1. 具面心立方結構，排列斷層表面能(stacking fault
2.
3.
energy) 很低，所以耐磨耗性很強。
韌性不佳容易脆化，若加入鎳可促使加工性，韌性
均可藉此改善.。
鈷鉻合金則由於表面會形成鉻氧化膜，故在體液中
之耐磨性與生物相容性較不鏽鋼為佳
ASTM F75：58-69％ Co, 26-30% Cr
This alloy is corrosion resistance in chloride environments.
鈦合金(Titanium-Based Alloy)
鈦-鋁-釩合金(Ti-Al-V Alloy)如Ti-6Al-4V,
1.具有之生化相容性,抗蝕性比不鏽鋼，鈷鉻合金佳
2.和其它高強度的金屬材料相比有較低的密度，及與骨骼較接近
的彈性係數，兼具良好的疲勞強度，故可減輕患者的負荷，且
避免材料與骨頭彈性係數相差過大的缺點，如應力集中與骨質
衰弱等現象。
3.缺點：由於目前僅能以鍛造或切削加工為主,精密鑄造技術較難,
所以商業化較困難。
CP Ti (Commercially pure titanium)
Yield strength
ASTM F67 98.9-99.6% Ti, 0.18% O (grade 1) 170 MPa
0.25% O (grade 2) 280 MPa
0.35% O (grade 3) 365 MPa
p. 148
0.40% O (grade 4) 485 MPa
生醫用途的金屬材料
生醫材料乃以製造醫療、檢驗用之器具，或以人工臟
器所用之材料之總稱。包括：
1. 手術器具，人工骨骼、人工關節等所用之生醫金屬
材料(biomaterials)
2. 生物陶瓷(bioceramics)，製造醫療用丟棄式製品
3. 人工心臟、人工血管、人工皮膚所應用之生醫高分
子材料(biomedical polymer)等。
Polymer
1. 人工合成高分子:
結構較單純，可因製程與方法，呈線狀、分枝狀，
以及三維結構。
2. 天然高分子：
結構較複雜，但依然有基本單位(unit)，因常具有
-OH，-COOH，-NH2等活性官能基，可藉修飾方
法，將呈天然高分子衍生化(derivatization)，以利
各種用途。
幾種重要的有機反應
1. Esterization:R1-COOH + HO-R2  R1-CO-OR2
2. Amidation: R1-COOH + H2N-R2  R1-CO-HNR2
聚乙烯的聚合物之表示式子
當乙烯氣體在催化劑中被加熱及加壓時，形成黏稠的
白色固體，冷卻後即行硬化，此即以乙烯為單元
熱塑性塑膠-具有溫度高變軟，溫度低變硬性質
鏈狀聚合物通常加熱後就熔化，有可塑性，冷卻後就變硬成形。
如保特瓶（PET）、耐綸等，可收回重複使用。
1. 聚乙烯（PE塑膠）
2. 聚氯乙烯（PVC）
3. 聚醋酸乙烯（PVA）
4. 耐綸-66
(縮合反應所成的聚合物)
HOOC(CH2)4COOH +H2N(CH2)6NH2 --> (-OC(CH2)4COO-HN(CH2)6NH-)n
己二酸
1,6-二胺酸己烷
Nylon 6,6
高分子的定義
物
質
分子量
碳原子數
分子長(Å)
單體(ex:甲烷) 16
(monomer)
1
1.25
寡聚合體
(oligomer)
16～1000
1 ～100
1 ～100
準聚合體
(mesomer)
1000～10000 100 ～1000
100 ～1000
高聚合體
(polymer)
104～106
103 ～105
103 ～105
高分子的分類
高分子的分類
依來源分類
依可塑性 依結構次元 依聚合方式
依來源分類
天然高分子
Natural polymers
有機高分子
無機高分子
Ex:纖維素;
蛋白質
Ex:石墨;
石棉
合成高分子
Synthetic polymers
有機高分子
無機高分子
Ex:合成纖維 Ex:人造雲母
;合成橡膠
依可塑性劃分：
熱可塑性
熱硬化性
Thermoplastic
Thermosetting
Linear polymer, it can be
melted and remelted without
a basic change in structure
熱塑性塑膠
Ex: PVC、 PE 、
PMMA、PP、
PTFE (Teflon)、
Polycarbonates。
p. 26
Polymer with side chain
and formed (covalent)
links between chains
熱固性塑膠
Ex: Polyester
依結構次元劃分：
依結構次元
單聚合體 Homopolymers
共聚合體 Copolymers
Random copolymer
Graft copolymer
Block copolymer
Alternating copolymer
高分子的聚合型態( Type of Polymers)
(a)單聚合體 ( homopolymers )
X
(M)n
Y
M：結構單位 ( structural unit ) Ex： — CH2 — CH2 —
X、Y：末端基 ( end groups )
n ：聚合度 ( degree of polymerization)
(b)線性共聚合體 ( linear copolymers)
(a) 交連共聚合體 ( alternating copolymer )
—A —B —A —B —A —B—
(b) 雜連共聚合體 ( random copolymer )
—A—A —B —A —B —A —
(c) 團連共聚合體 ( block copolymer)
—AA• • •AA —BB • • •BB —
(d) 分枝共聚合體 ( graft copolymer)
—A—A —A—A —A —A —
B-B-B-B-B-B-B
(c)非線性共聚合體 ( nonlinear copolymers )
接枝狀聚合體
( graft polymers )
—A —A —A —A —A —A —
|
|
B
B
|
|
B
B
|
|
交聯狀聚合體
( cross-linked polymers)
—A —A —A —A —A —
|
B
|
A —A —A —A —A —A
|
B
|
—A—A —A —A —A —
高分子聚合反應的方法
聚合反應
Polymerization reactions
連鎖反應
Chain reaction
逐步反應
Stepwise reaction
連鎖反應 ( Chain reaction )
游離基聚合
Free radical
連鎖反應
離子聚合
Ionic
陽離子聚合
Cationic
陰離子聚合
Anionic
(1)游離基聚合
1. 起始過程
( Initiation )
2. 生長過程
( propagation )
( Free radical polymerization )
R ( initiator) → R•
R• + M (monomer) → RM•
RM• + M → RMM• ( = RM2• )
RM2• + M → RM3•
…………………….
RMn-1• + M → RMn•
3. 終結反應
( Termination)
Mn• + Mp • → Mn + p
(recombination)
Mn• + Mp• → Mn + Mp (disproportionation)
Mn• + M → Mn + M • (chain transfer)
Free Radical Polymerization
1. C6H5— C— O— O— C— C6H5 → 2 C6H5— C— O•
ll
ll
ll
O
O
O
Benzyl peroxide
C6H5— C— O• + CH2= CH → C6H5— C— O— CH2 — CH •
l
l
ll
ll
X
X
O
O
Vinyl compounds
2. R— CH2— CH• + CH2= CH → R— CH2— CH — CH2— CH•
l
l
l
l
X
X
X
X
…………………………………………………………………………………..
R— ( CH2— CH )n-2— CH2— CH• + CH2= CH
l
l
l
X
X
X
R— ( CH2— CH )n-1 — CH2— CH•
l
l
X
X
Free Radical Polymerization
3.
R— ( CH2— CH )n-1— CH2— CH• + R— ( CH2— CH )p-1— CH2— CH•
l
l
l
l
X
X
X
X
R— ( CH2— CH )n — ( CH— CH2 )p — R
l
l
X
X
R— ( CH2— CH )n-1— CH2— CH• + R— ( CH2— CH )p-1— CH2— CH•
l
l
l
l
X
X
X
X
H• transfer R— ( CH2— CH )n-1— CH2— CH2 + R— ( CH2— CH )p-1— CH2=CH
l
l
l
l
X
X
X
X
R— ( CH2— CH )n-1— CH2— CH• + CH2= CH
l
l
X
X
H• transfer R— ( CH — CH ) — CH — CH + CH = C•
2
n-1
2
2
2
l
l
l
X
X
X
(2) 離子聚合 ( Ionic polymerization )
陽離子(Cationic)聚合:
R+ + M → RM+
(δ﹣)
{M：( CH2= CH )}
X
X：極性側鏈基
陰離子(Anionic)聚合:
R﹣ + M → RM ﹣
(δ+)
{M：( CH2= CH ) }
X
逐步反應 ( Stepwise reaction )
縮合聚合
Condensation polymerization
逐步
反應
加成聚合
Addition polymerization
(3)縮合聚合(Condensation polymerization )
n H2N-(CH2)6-NH2
+ n HOCO-(CH2)4COOH
Hexamethylene diamine
Adipic acid
→
n H{NH(CH2)6NHCO (CH2)4 CO}OH + (2n-1) H2O
Nylon 6,6
加成聚合 (p. 72)
Diisocyanate
Polyol
n OCN(R1)N=C=O + n H-O-(R2)n-O-H
→ n {NH(R1)NHCOO(R2)OCO}
高分子連鎖反應與逐步反應的比較
連鎖反應
逐步反應
單體濃度隨反應時間漸減
單體濃度在反應初期消失
聚合體的生成是瞬間的
聚合度在反應期間不變
聚合體的生成是逐步的
聚合度隨反應時間變大
延長反應時間可增加產量
但對聚合度無影響
延長反應時間可得到高聚
合度的高分子
反應系中除聚合體外還有
單體存在
反應系中存在不同聚合體
已無單體存在
反應時間與聚合方式的關係圖
3
逐步反應
聚合體的分子量
2.5
2
連鎖反應
1.5
1
0.5
0
0
1
2
3
反應時間
4
5
6
聚合反應法的分類
聚合反應法
Polymerization Methods
氣相聚合
EX:目前只應用
於PVC的聚合
液相聚合
均一相
固相聚合
EX:無實際應
用價值
非均一相
總體聚合
均一相
溶液聚合
懸浮聚合
非均一相
乳化聚合
各種聚合的比較
聚合方法
引發劑
溫度控制
總體
單體可溶
溶液
單體可溶
懸浮
單體可溶
乳化
水可溶性
困難
較易
容易
容易
快
慢
快
特快
聚合量
較大
小
大
特大
形狀
塊狀
溶液
顆粒
乳液
聚合速度
特點
電性和透
明性佳
適於塗料
和黏著
加工性易
粒子微細
Recyclable Polymer Container
Polymer
Structure
Application
Poly(ethyleneterephthalate); (-OCH2-CH2-O-CO-C6H4-CO-)n
寶特瓶
High Density Polyethylene; (-CH2-CH2-)n
洗髮精瓶
PET(聚乙烯對苯甲二酸脂)
HDPE (高密度聚乙烯)
(-CH2-CClH-)n
礦泉水瓶、
清潔劑瓶
Low Density Polyethylene;
(-CH2-CH2-)n
保鮮膜
Poly(propylene);
(-CH2-C(CH3)H-)n
菜板
(-CH2-C(C6H5)H-)n
養樂多瓶
Polyvinylchloride;
PVC(聚氯乙烯)
LDPE (低密度聚乙烯)
PP (聚丙烯)
Polystyrene;
PS(聚苯乙烯)
Other, 其他類
Poly(ethyleneterephthalate); PET
n HOCH2-CH2-OH + n HOOC-C6H4-COOH
(-OCH2-CH2-O-CO-C6H4-CO-)n + n H2O
1.材質特性為耐熱性及絕緣性良好，因它可保持產品的風味，
同時具有高透明度，故可增加包裝的美觀及變化性。
2.有透氣的特性故盛裝碳酸飲料的寶特瓶經過長時間的儲存
後，其瓶內的二氧化碳會漸漸消失，購買寶特瓶飲料時應
注意其製造及有效日期。
3.用在容器上就是俗稱的寶特瓶。PET最初的用途是做為人造
纖維，及底片、磁帶等，在 1976 年才用於飲料瓶。 寶特瓶
的硬度、韌性極佳，質量輕（僅玻璃瓶重量的1/9 ～ 1/15)
4. 辨識法：寶特瓶通常是無色透明的，有的加色成淺綠淺藍
或茶色。 圓的PET瓶底下方有一圓點，瓶身其他地方無接
縫，是最簡單的辨識方法。
High Density Polyethylene; HDPE (-CH2-CH2-)n
1. 20℃時，比重為0.94或以上之聚乙烯（以不含添加物之基準
計算），它使用在許多以吹製成型及射出成型之物品、編織
袋、汽油及油類容器，管子之壓出成型等方面，以乙烯一醋
酸乙烯之共聚物製造之成品有遮陽帽、箱中袋之容器內部襯
墊以及伸展包裝。
2. 高科技產業用管、藥廠採用最多之常溫/低溫化學品、藥品輸
送管路。重車輾壓後管體亦不破裂，埋設無後顧之憂。磨阻
(水頭損失)約較不銹鋼管低10%，較鍍鋅鐵管低30%，可長
期節省泵浦電力。在-118℃亦不脆裂，120℃時亦不軟化，但
為保證長久壽命，建議使用溫度為-60℃~60℃之間
3. PE對於酸性和鹼性的抵抗力都很優良，目前市面上所見到的
塑膠袋及各種半透明或不透明的塑膠瓶幾乎都是ＰＥ所製造，
像清潔劑、洗髮精、沐浴乳、食用油、農藥…等，大部份以
HDPE瓶來盛裝。
4. 辨識法:多半不透明手感似臘，塑膠袋揉搓或摩擦時有沙沙聲
聚氯乙烯(PVC) (-CH2-CClH-)n
1. PVC與LDPE為全球使用量最大亦為最傳統的塑膠原料。
2. PVC亦為國內使用量、生產量最高的塑膠原料，其產品可
分為硬質PVC及軟質PVC，硬質PVC用於建築材料，如塑
膠管、接頭類、膠布等；軟質PVC則再添加可塑性（DOP）
後質地變軟，主要用於膠皮、膠布、膠粒等。
3.國內目前PVC處於供過於求的狀態；據TECNON統計，亞
洲市場亦處於供過於求，估計2003年方能供需平衡。
4. 辨識法：圓的ＰＶＣ瓶底部為一條直線，是與寶特瓶的差別所
在。ＰＶＣ用力折會有白痕出現，在太陽底下長時間曝曬後會
變鐵紅色；用火燒在邊緣會有青色火焰，延燒性差，所以火源
一離開就停止燃燒是其特色。
低密度聚乙烯(LDPE) (-CH2-CH2)n
1.低密度聚乙烯由乙烯聚合而成，一般界定密度範圍在0.910～
0.940g/cm3 (20℃)之間為LDPE，屬於一種歷史悠久的塑膠原料，
在聚乙烯系列產品中耐化學藥品性最佳，導電性能優，但耐熱性、
耐溶劑性、機械性能較差。
2.在國內應用市場中主要以吹袋、吹膜為主，約佔LDPE一半的使
用量，其次用於射出、淋膜分別佔有10-15%，其餘尚有用於發
泡、抽絲、吹瓶，低壓電線電纜及押出等。
3.國內LDPE生產廠商原有台聚、亞聚兩家，產能分別為14及10萬
公噸，加上台塑位於六輕麥寮20萬公噸的LDPE廠在2000年1月完
工投產，總產能達到44萬公噸，不過由於LDPE與EVA的生產設
備可互為轉換，且EVA的單價較LDPE為高，故EVA的使用率較
LDPE為高。
4.辨識法：LDPE做成的塑膠袋較柔軟，揉搓時較不會發出沙沙聲
外包裝塑膠膜軟而易撕的是LDPE，較脆而硬的是PVC或PP膜
聚丙烯（PP） (-CH2-C(CH3)H-)n
1. 聚丙烯由丙烯聚合而成，具密度高、質輕、耐高溫及
加工優良、易回收的特性，由於其環保概念與其他塑
膠材料互補性良好，使其廣泛應用於保險桿、編織袋、
纖維加工等產品。
2. 主要應用在汽車工業(例如:汽車的內部、塑膠繩、地毯、
鞋跟) 以及用於廚房和浴室設備、管子；包裝用透明膜和
包裹生鮮食品的包裝紙。它的低燃性及透氣性使它極適合
製成運動服裝，有些高品質的喇叭用聚丙烯來製造，尤其
是汽車喇叭，因它常在日光下曝曬，而聚丙烯具有很好的
熱穩定性。它的高強度使其適合用來製造汽車的保險桿 。
3. 辨識法：PP和PE很難分出，然PP的硬度較高且表面較
有光澤， PE則像蠟製器，燃燒時PE的蠟燭味較重。
苯乙烯單體(SM)與聚苯乙烯（PS）
1.苯乙烯單體由苯與乙烯晶化學作用而形成，其特性為無色易
燃液體，若放置過久，會起化學反應而成為聚苯乙烯，故
一般庫存量不高。
2. PS吸水性低，且其尺寸安定性佳，可用射模、壓模、擠壓、
熱成型加工，PS主要應用於建材、玩具、文具、滾輪、鑲
襯（像冰箱的白色內襯）等，及工業的包裝緩衝材料。未
發泡的PS在食品容器上有乳品業的瓶罐如養樂多、優酪乳、
布丁盒、外帶奶茶杯、速食店飲料的杯蓋..等。發泡後的平
板經真空成型廣泛用於一次性餐具，如保麗龍免洗餐具
（即本會目前回收項目）；另有以模具發泡成型者（上面
有粒狀物）用於部份泡麵碗及咖啡杯、包裝用如冰淇淋盒、
蛋糕盒等。
3. 辨識法：未發泡的製品，輕折就有白痕出現，並有擴散現象，
通常以手即可撕裂。
聚乙烯（PE）分類及特性
產品/項目
特性
用途
供需
備註
高密度聚乙
烯(HDPE)
硬度較高，成 容器、編 產能可滿足國
型品表面光澤 織袋、塑 內需求，國內
佳、不透明
膠袋
自給率90﹪
低密度聚乙
烯(LDPE)
軟質、透明、 吹袋、吹 供過於求、國 製程可與
透氣
膜
內自給率65﹪ EVA（乙烯醋酸乙烯）
互換
線性低密度
聚乙烯
(LLDPE)。
優於LDPE、
可替代LDPE
國內需求＞， 製程可與
依賴進口供給 HDPE互換
聚乙烯醇 (polyvinyl-alcohol, PVA)
1.聚醋酸乙烯酯的製
取是將乙炔與醋酸
轉化而成，然後將
醋酸乙烯酯進行聚
合而得聚醋酸乙烯
酯，再經水解即得
水溶性的塑膠袋原
料 - PVA。
2.水解完全的稱為
全醇化聚乙烯醇，
如因水解不完全，
含有若干醋酸乙烯
結構，那麼稱為部
分醇化聚乙烯醇。
CH
∥
CH
+
CH3-CO
│
OH
乙炔
→
醋酸
CH2＝CH
│
OCOCH3
醋酸乙烯酯
聚合
n(CH2＝CH) → (－CH2－CH－CH2－CH－)n
｜
｜
｜
OCOCH3
OCOCH3 OCOCH3
醋酸乙烯酯
聚醋酸乙烯酯
水解
(－CH2－CH－CH2－CH－)n + n H2O →
│
│
OCOCH3 OCOCH3
(－CH2－CH－CH2－CH－)n +
│
│
OH
OH
聚乙烯醇
nCH3－CO
│
OH
醋酸
PVA 之特性與用途
n (Degree of Hydrolysis) = 68.2 - 99.8 Mol.%
MW (Weight Average Molecular Weight) = 10.000 - 190.000
10 meter deep Monterey Bay
Aquarium tank has acrylic
windows up to 13 inches thick to
withstand the water pressure
San
Francisco
Los
Angeles
PMMA (Polymethyl methacrylate)
物理性質
• PMMA的密度比玻璃低：PMMA的密度大約在1150-1190 kg/m3，是玻璃
(2400-2800 kg/m3)的一半； 金屬鋁（屬於輕金屬）的43％。
• PMMA的機械強度較高：有機玻璃的相對分子質量大約為200萬，是長鏈的
高分子化合物，而且形成分子的鏈很柔軟，因此，有機玻璃的強度比較高，
抗拉伸和抗衝擊的能力比普通玻璃高7～18倍。有一種經過加熱和拉伸處理
過的有機玻璃，其中的分子鏈段排列得非常有次序，使材料的韌性有顯著提
高。用釘子釘進這種有機玻璃，即使釘子穿透了，有機玻璃上也不產生裂紋。
這種有機玻璃被子彈擊穿後同樣不會破成碎片。因此，拉伸處理的有機玻璃
可用作防彈玻璃，也用作軍用飛機上的座艙蓋。
• PMMA的熔點：PMMA的熔點約130–140°C 比玻璃約1000°C的高溫低很多。
• PMMA的透光率較高
– 可見光：PMMA是目前最優良的高分子透明材料，透光率達到92％，比玻
璃的透光度高。
– 紫外光：石英能完全透過紫外線，但價格高昂，普通玻璃只能透過0.6％
的紫外線，但PMMA卻能透過73％。PMMA不能濾除 紫外光 (UV)。紫外
光會穿透PMMA，部份製造商在PMMA表面進行鍍膜，以增加其濾除紫外
光的效果和性質。另一方面，在照射紫外光的狀況下，與聚碳酸酯相比，
PMMA具有更佳的穩定性
– 紅外線：PMMA允許小於2800 nm波長的紅外線通過。更長波長的IR，小
於25,000nm時，基本上可被阻擋。存在特殊的有色PMMA，可以讓特定波
長IR透過，同時阻擋可見光，(應用於遠程控制或熱感應等)。
PMMA (Polymethyl methacrylate)
化學性質
• 由於其較大的枝鏈，聚甲基丙烯酸甲酯的黏度較高，因此
在使用熱加工方法時加工速度比較慢，有機玻璃不但能用
車床進行切削，鑽床進行鑽孔，而且能用丙酮、氯仿等粘
結成各種形狀的器具，也能用吹塑、注射、擠出等塑料成
型的方法加工成大到飛機座艙蓋，小到假牙和牙托等形形
色色的製品。
• 氰基丙烯酸酯、二氯甲烷或氯仿等都可以輕微地溶解有機
玻璃，然後可以把兩塊有機玻璃不去牢固地黏合。
• 生產1公斤的PMMA，需要大約2公斤的石油。在有氧的
情況下，PMMA在460°C開始燃燒，燃燒後生成二氧化碳、
水、一氧化碳及包括甲醛在內的一些低分子化合物。
PolyHEMA
(Poly(2-hydroxyethyl methacrylate))
• 戴隱形眼鏡的親朋好友...一定要照過來!非常重要！
• 有一天，一個21歲男生戴著隱形眼鏡去參加一個烤肉
聚會!就在他開始以木炭生火之後的幾分鐘內，他突
然大叫，然後很痛苦的跳來跳去，在地上打滾…全場
的人都嚇呆了，沒人知道究竟發生了什麼事 ?大家趕
緊送他到醫院，醫生說，他永遠都看不見了！原因是：
隱形眼鏡是用塑膠製成的，而就在他生火的同時，過
熱的溫度熔化了他的隱形眼鏡！
• 請告訴你身邊的朋友烤肉及接觸火源時，
請不要戴著隱形眼鏡！！
Polycarbonate (PC, 聚碳酸酯)
Bisphenol A
+
Phosgene
Synthesis of Polycarbonate
聚碳酸酯（PC）的性質
•
•
•
•
•
•
•
•
•
密度：1.20－1.22 g/cm3
線膨脹率：3.8×10-5 cm/cm°C
熱變形溫度：135 °C
化學性質
聚碳酸酯耐酸，耐油。
聚碳酸酯不耐紫外光，不耐強鹼。 物理性質
聚碳酸酯無色透明，耐熱，抗衝擊，阻燃，在普通使用溫度內都有
良好的機械性能。和性能接近的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)相比，
PC的耐衝擊性能好，折射率高，加工性能好，不需要添加劑就具有
UL94 V-0級阻燃性能。但PMMA的價格較低，並可通過本體聚合的
方法生產大型的器件。目前隨著聚碳酸酯生產規模的日益擴大，聚
碳酸酯同聚甲基丙烯酸甲酯之間的價格差異在日益縮小。
不能長期接觸60℃以上的熱水，聚碳酸酯燃燒時會發出熱解氣體，塑
料燒焦起泡，但不著火，離火源即熄滅，發出稀有薄的苯酚氣味，
火焰呈黃色，發光淡烏黑色，溫度達140℃開始軟化， 220℃熔解，
可吸紅外線光譜。
聚碳酸酯的耐磨性差。一些用於易磨損用途的聚碳酸酯器件需要對
表面進行特殊處理。
PC 之特性與用途
http://www.plasticseurope.org/Content/Default.asp?PageID=43#
紙尿褲的原料 - 超級吸水高分子
• 它本身是一個半透膜，水只能進來但不能出去，而食
鹽是被包在超級吸水高分子內部，當超級吸水高分子
碰到水時，因其內外鹽的濃度相差非常懸殊，水會大
量湧入超級吸水高分子，以便使內外鹽的濃度相等。
簡單的說它吸水的原理就是利用滲透原理來吸水。
• 最常見的超級吸水高分子是聚丙烯酸鈉(sodium
polyacrylate)，它是由丙烯酸(CH2CHCOOH)及丙烯酸
鈉(CH2CHCOONa)所合成的聚合物。雖可吸收它本身
重量800倍的蒸餾水，但只能吸收300倍的自來水，因
自來水中有許多離子。同樣的，它只能吸收60倍的
0.9%的食鹽水溶液(大約相當於人類尿液的濃度)。
• 紙尿布由於是由紙漿及塑膠等原料所製成，堆積在掩
埋場，要經過五百多年才能分解。
高分子材料在醫學上的應用
• 聚乳酸/甘醇酸(polylactide/glycolide)是一種合
成的高分子材料，植入生物體內後可水解，
形成可代謝之產物。目前以廣為被應用為可
吸收式縫線、藥物制放基材、骨科固定器材
以及軟骨組織再生之鷹架。
• HDPE應用在外科植入材料上，尤其是在腿骨
或髖關節上。
• PP有特殊高度的彎曲生命，因此被用在手指
接頭義肢中，它也有完美的對環境的應力破
壞的抵抗性。
• PMMA（壓克力） 此種聚合物被廣泛用於醫學應用上，
如隱形眼鏡，植入目鏡、固定義肢用的骨質水泥、齒
列等、也可用來製作人工牙齦，因它易著色也易製造。
• Polyamides （Nylon） 尼龍可由縮合或環切斷聚合而成，
它有完美的纖維形成能力，尼龍植入人體中會喪失其
強度，因水分子會攻擊其非晶區，而且蛋白水解酵素
也會攻擊胺基部分，可用來當作縫合線。
• PDMS 矽膠成型性與抗溶血性佳，用做心瓣膜、
人工血管。擴大乳房成形術或全塑膠下巴植入術。為非
親水性材料但具高氧滲透性及透明性，使它成為好的
鏡片材料 。
• Polyurethane 聚胺基甲酸酯具有優異的扯
裂強度，抗磨性，抗凝血性及生物相容性
上，應用於與血液相接觸的器官與組織。
人工小血管。PU膜具有優異的機械性質、
透氣，在PU膜上披覆膠原蛋白，應用於
傷口敷材上 。
• Polycarbonates 可用在心肺輔助裝置。
• PTFE 聚四氟乙烯應用在人工血管方面。
Cyclo-Olefin
Copolymer
(COC)
Thermoplastic
resin
60℃, 4 h
curing
Mold
device
hot embossing
Ni
stamp
Thermoplastic
resin
Electrophoresis, 9(2005)1792-9
Hydroxypropylmethylcellulose
HPMC
Amino acid, Protein, Enzyme, Coenzyme
胺基(Amino group)
羧基(Carboxylic acid)
氫原子
胺基酸 (Amino acid)
為蛋白質的基本單位。
有 20 種不同的胺基酸。
每個胺基酸之間以胜肽(peptide bond)連結。
胜肽鍵是由兩個胺基酸分別提供羧基和胺基，兩者之間經脫水
反應(失去H2O)後所生成的。
胺基酸的分類
1.非極性或疏水性的R基群(Non-polar or hydrophobic R groups)
2.不帶電荷或親水性的R基群(Uncharged or hydrophilic R groups)
3.帶負電荷的R基群(Negatively charged R groups)
4.帶正電荷的R基群(Positively charged R groups )
胺基酸的種類
中文名
(英文名)
R
非
極
性
或
疏
水
性
的
基
群
縮寫
功用
丙胺酸
(Alanine)
Ala
(A)
是肌肉組織及腦部中樞神經的
能源之一，可幫助產生抗體，
協助糖類及有機酸的代謝。
纈胺酸
Val
(V)
促進腦力，改善肌肉協調功能
及安定情緒。
Leu
(L)
是身體許多重要生化成份的原
料，包括與能量代謝有關的物
質，以及腦中與警覺性有關的
神經傳導物。
(Valine)
白胺酸
(Leucine)
異白胺酸
結構
(Isoleucine)
Ile
(I)
脯胺酸
(Proline)
Pro
(P)
對於維持關節及肌腱的正常功
能有舉足輕重的地位，它還可
以強化心肌的功能。
Hydroxyproline,
(-OH) 4-Hydroxyproline
胺基酸的種類
中文名
(英文名)
縮寫
功用
Met
(M)
能防止頭髮、皮膚及指甲之病變，
可以降低膽固醇濃度、降低肝脂
肪、防止中毒、協助腎臟排泄
「阿摩尼亞」(Ammonia)。
Phe
(F)
是腦部及神經細胞製造神輕傳導
物「新腎上腺素」的原料，新腎
上腺素可以使我們精神上保持警
覺，改善記憶及對抗憂鬱。
(Tryptophan)
Trp
(W)
是天然的精神鬆弛劑，能改善睡
眠，減輕焦慮及憂慮，改善頭痛，
加強免疫功能，減少心臟血管疾
病機會。
甘胺酸
(Glycine)
Gly
(G)
協助從血液中釋放氧氣到組織細
胞，幫助荷爾蒙的製造，加強免
疫功能。
絲胺酸
(Serine)
Ser
(S)
幫助肌肉及肝臟儲存肝糖，協助
製造抗體，合成神經纖維之外鞘。
R
非
甲硫胺酸
極
性 (Methionine)
或
疏
水
苯丙胺酸
性
的 (Phenylalanine)
基
群
色胺酸
結構
R
不
帶
電
荷
或
親
水
性
的
基
群
胺基酸的種類
中文名
(英文名)
縮寫
功用
(Threonine)
Thr
(T)
是人體膠原蛋白，及牙齒紶瑯質之
重要成份，它還可以防止肝臟脂肪
堆積，及促進胃腸道功能更平順。
半胱胺酸
(Cysteine)
Cys
(C)
清除自由基，延續老化及抗輻射，
抗空氣污染，中和毒物，它是皮膚
構造的重要成分(10~14%)，幫助皮
膚再生，使燙傷及外傷加速癒合。
酪胺酸
(Tyrosine)
Tyr
(Y)
它是腦中神經傳導物之一，可協助
克服憂鬱、改善記憶。促進甲狀腺，
腎上腺及腦下垂體之功能。
天門冬醯酸
(Asparagine)
Asn
(N)
在1806年最先由蘆筍汁中分離出來
而得名。
麩胺醯酸
(Glutamine)
Gln
(Q)
酥胺酸
R
不
帶
電
荷
或
親
水
性
的
基
群
結構
胺基酸的種類
中文名
(英文名)
R
帶
負
電
荷
的
基
群
天門冬胺酸
縮寫
功用
Asp
(D)
幫助阿摩尼亞(Ammonia)排泄，恢
復疲勞，增加身體耐力。
Glu
(E)
又稱腦細胞的食物，可以提高腦部
功能，促進傷口癒合，減輕疲勞，
減輕酒癮，降低對醣類之嗜好。它
還可促進生長激素合成，增加肌肉
量及減少脂肪囤積。
(Lysine)
Lys
(K)
可幫助鈣質吸收，促進膠原蛋白形
成，幫助抗體荷爾蒙及酵素之製造，
可以輔助治療單純性泡疹。
精胺酸
(Arginine)
Arg
(R)
可增強人體對抗細菌、病毒及腫瘤
之免疫力、促進生長激素之分泌，
促進傷口癒合及肝細胞再生，還能
促進肌肉形成及減少脂肪囤積。
組胺酸
(Histidine)
His
(H)
是人體血紅素的主要成份之一，可
以用來治療類風溼關節炎，過敏疾
病、貧血病，缺乏組胺酸會造成聽
力減退。 組織胺(Histamine)
(Aspartic acid)
(Aspartate)
麩胺酸
(Glutamic acid)
(Glutamate)
離胺酸
R
帶
正
電
荷
的
基
群
結構