認識高分子

人類運用材料的歷史最早可追朔到漫長的石器時代,將隨手可得的石頭、獸骨、黏土、木材製成簡單的工具。距今約五千年前發展出冶金技術後,先進入銅器時代,將熔點低、易鑄造成形的青銅製成工具和武器,之後再進入運用較複雜的金屬加工技術來生產高熔點、高硬度鐵製品的鐵器時代。進入二十世紀後,除了陶瓷與金屬材料的加工技術不斷提升,材料界最革命性的變化是在1920年代發現高分子的分子結構是由小分子單體透過共價鍵一個一個結合而成,從而奠定高分子合成技術的基石,新的高分子不斷出現且高分子特殊的物理性質也逐漸被認識,「高分子時代」於是來臨,不論學術研究或產業應用均蓬勃發展。

雖然人類使用人工合成高分子材料的時間約僅一世紀,由於其成本低廉、質地輕盈、加工容易、具多樣性,已大幅取代其他材料的使用,甚至發展出許多獨特的應用,如凝膠與彈性體等。高分子材料性質涵蓋甚廣,從液體到固體、柔軟到強韌、易分解到高穩定性、疏水到親水、絕緣到半導體、遮光到透明,都能透過合成與加工技術達成。生物體內的蛋白質、多醣體、去氧核糖核酸等其實也都是高分子,在生物體內各司其職,維持生理功能。

鑑於高分子科技之重要性,學術單位紛紛投入大量資源進行高分子研究與教學,橫跨化工、材料、化學、機械、物理、生醫等領域。以經濟規模而論,化學工業佔我國製造業總產值超過三成,其中一半以上來自於高分子相關產業的貢獻,涵蓋泛用塑膠、工程塑膠、合成橡膠、合成樹脂、人造纖維等材料,應用於電子、光電、通訊、汽車、紡織、建築、醫療等各行各業。現今高分子材料已是日常生活中密不可分的一部分,衣食住行育樂的各個面向幾乎無處不在。

高分子材料大幅提升人們生活的便利性,然而大量使用下已逐漸產生負面效應。大多數人工合成的高分子來源是較不環保的石化原料,且在大自然環境中不易分解,成為生態環境保護上的隱憂。因此開發對環境友善的高分子材料,包括從生物提煉或從生物原料合成的高分子以及可以被大自然環境所分解的高分子,或建立高分子材料重複使用的循環經濟模式,把高分子產品對環境的負面影響降到最低,是現今高分子科學家與工程師的重要使命,讓社會進步與環境保護得以兼顧,達成永續發展的目標。