關鍵概念
化學
聚合物
比例
混合物
簡介
你有沒有想過像橡皮泥、Gak 和 Slime 這樣的有趣玩具是如何製成的？正是聚合物（某些型別的大分子）的特性使這些產品具有彈性、黏滑、可拉伸、易碎、堅硬、柔軟、粘稠、可塑——而且非常有趣。
聚合物存在於各種具有廣泛特性的材料中。由聚合物製成的材料可以在自然界中找到，例如琥珀和天然橡膠，也可以人工合成，例如尼龍、矽酮和所有塑膠。聚合材料獨特的物理和化學性質會隨著用於製造它們的不同成分的量而變化。改變成分的比例將如何影響聚合材料的感覺和表現？
背景
您可以在家制作類似於橡皮泥的聚合物基材料，方法是將水、硼砂和埃爾默膠水混合在一起。埃爾默膠水由聚醋酸乙烯酯製成，這是一種合成聚合物。聚合物是一種長分子，主要由許多相似的重複單元組成。在聚醋酸乙烯酯的情況下，每個重複單元都包含一個乙酸酯基團。硼砂是一種由四硼酸鈉組成的白色粉末，可以與該乙酸酯基團反應。具體而言，一個硼砂分子可以與兩個不同的聚醋酸乙烯酯分子（例如來自膠水中的那些分子）上的乙酸酯基團反應，從而在兩個聚醋酸乙烯酯分子之間形成鍵。
硼砂將聚醋酸乙烯酯分子交聯在一起。交聯分子越多，由反應制成的聚合材料就越大。此外，隨著交聯的增加，聚合材料變得越來越不像液體，並獲得固性。
材料
三個拉鍊袋
水
埃爾默白色學生膠水
硼砂（也稱為 20-騾子隊硼砂家用清潔劑）
量杯
量匙和茶匙
兩個帶蓋玻璃罐
永久性記號筆
手套，乳膠或類似款式的檢查手套（可選）
護目鏡或其他眼睛保護裝置
準備工作
• 兒童應佩戴護目鏡或其他防護眼鏡，成人處理硼砂時應進行監督並謹慎，因為它會刺激眼睛。
• 在一個玻璃罐中加入三湯匙水和三湯匙埃爾默膠水。擰緊罐蓋並搖晃，直到膠水完全稀釋，沒有粘稠的團塊殘留。將此罐貼上標籤“溶液 #1：50% 膠水”。
• 在第二個玻璃罐中，加入半杯溫水和一茶匙硼砂。再次擰緊蓋子並搖晃，直到沒有硼砂顆粒殘留，溶液澄清為止。將此罐貼上標籤“溶液 #2：4% 硼砂”。
• 在此活動中製成的聚合物材料可能具有粘性，因此應避免接觸衣服、木材和其他難以清潔的粗糙表面。此外，50% 的膠水溶液和膠水-硼砂混合物不應倒入下水道，因為它們會形成堵塞。將它們丟棄在塑膠袋中。
步驟
• 取出三個拉鍊袋，分別標記為“A”、“B”和“C”。
• 從裝有溶液 #1（50% 膠水）的罐子中，向 A 袋中加入一湯匙，向 B 袋中加入兩湯匙，向 C 袋中加入三湯匙和一茶匙。將溶液 #1 新增到每個袋子後，小心地放置袋子，以免溢位。
• 從溶液 #2（4% 硼砂）罐子中，向 A 袋中加入三湯匙，向 B 袋中加入兩湯匙，向 C 袋中加入兩茶匙。將袋子密封關閉。
• 新增到每個袋子中的兩種溶液的比例是多少？哪個袋子包含的膠水最多，哪個包含的最少？
• 在袋子密封關閉的情況下，用手指擠壓每個袋子中的混合物，將袋子內的成分混合在一起。有些袋子可能需要比其他袋子更多的混合。你觀察到每個袋子內發生了什麼？每個袋子中產生的聚合材料彼此之間有何不同？
• 在混合物形成粘性團塊後，您可以將其從袋子中取出。您可以描述您製作的每種材料的哪些物理特性？有些材料是流淌的、黏滑的、粘稠的、堅硬的、柔軟的、有彈性的等等嗎？
• 在研究它們之後，如果您想儲存您的聚合物產品以供日後使用，請將它們放回拉鍊袋中，密封它們並放入冰箱中儲存。
• 額外內容：是否有其他方法可以改變配方以改變聚合物產品的物理特性？嘗試改變溶液 #1 中膠水的百分比或溶液 #2 中硼砂的百分比，看看這如何改變您的產品。您能否以新的不同方式最佳化配方，以獲得不同型別的產品？
• 額外內容：明膠中發現的蛋白質也是一種聚合物。您可以進行哪些實驗來探索其他聚合物（例如明膠）的物理特性？觀察和結果
混合後，每個袋子中是否都形成了一些固體產品（聚合物材料）？C 袋是否包含最堅固的聚合材料，A 袋是否包含最像液體的聚合材料？
埃爾默膠水包含聚醋酸乙烯酯分子，這些分子是相互纏結的長聚合物分子。這就是使膠水粘稠或濃稠和粘性的原因。當將硼砂（四硼酸鈉）新增到聚醋酸乙烯酯並將其分子相互交聯時，膠水溶液變得更加粘稠。
隨著硼砂將越來越多的膠分子交聯在一起，並且它們變得更加粘稠，由反應制成的聚合材料變得越來越大和堅固。膠水最少的 A 袋應該是最像液體的，而膠水最多的 C 袋應該是最堅固的。商店購買的橡皮泥和 Slime 不是使用聚醋酸乙烯酯製成的，而是由有機矽氧烷聚合物或聚乙烯醇製成的，以提高其耐用性。
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清理
50% 的膠水溶液以及膠水和硼砂混合物不應倒入下水道，因為它們會形成堵塞。將它們丟棄在您可以扔進垃圾桶的塑膠袋中。
更多探索
“從廚房裡製作奇異物品的頁面，滴著粘液”，來自奇異實驗室
“橡皮泥：合成聚合物”（pdf），來自路易斯安那州立大學。
“用聚合物製造物品”，來自南密西西比大學聚合物科學學習中心。
“彈性聚合物化學”，來自科學夥伴
此活動由科學夥伴合作推出