繼上一篇DIY彈跳球與『聚乙烯醇』，我們來談聚乙烯醇與硼砂的交聯作用，也就是自製水黏土實驗。手邊沒有硼砂，所以這篇文章沒有我的實驗相片。

在寫水黏土文章時，曾與 余岳川 教授進行交流， 余 老師糾正我對Silly Putty的錯誤說法並指導：
……新版提到的透明玩具不是Silly Putty。Silly Putty是用矽油加硼砂製成，是無機聚合物，不透明，油溶性故能轉印報紙油墨。可在玩具反斗城買到。
……而透明那種是用聚乙烯醇加硼砂而得，我稱之為飛天法寶(一部電影)。屬有機聚合物，交叉連結反應會產生水，水溶性，不會轉印報紙油墨。

並提到硼砂與聚乙烯醇的反應：
…….硼砂溶於水產生B(OH)₄^- ，利用四個OH基與聚乙烯醇的OH基產生氫鍵或脫水反應，因此把原本可自由移動的聚合物長鏈綁在一起，顯示出來的巨觀行為就是黏滯性(與黏性無關)增加。

這個很有趣，硼砂算是無機物，聚乙烯醇則是有機高分子，彼此之間，居然能產生化學關係~讓它們緊緊相連！

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首先是『硼砂』，想去藥房買。『家裡買那個東西做什麼？小孩子在很危險！』被制止了……
很多人有所不知，早期的殺螞蟻、殺蟑螂藥含有硼砂喔！『蘇老師化學黑白講』一書中就提到，把硼酸、麵粉、糖混在一起，就變成蟑螂毒餌，就算牠不吃只是爬過，硼酸結晶黏在外骨骼上，磨掉保護的油膜，最後蟑螂會脫水而亡。

現在市售的許多殺蟑藥都改用陶斯松(農藥嗎??)，如果到大賣場找找並看看背後標示，應該還可以找到幾種是利用硼砂。至於，哪一種有效？對付『小強』還是『拖鞋』最厲害，我不怕會『爬』的，怕會『飛』的大蟑螂，還曾被高速撞到臉~超痛！謠言終結者(或搞怪實驗室)還曾經拿牠做實驗，在高單位的輻射照射下，驗證是否仍能存活！

許多食物都加有硼砂，增加彈性與保存，例如：脆丸、油條、鹼粽…等等。(硼酸用酒精燃燒是綠色火焰，可以用來測試硼元素；實驗室用的硼玻璃，則是加了氧化硼B₂O₃的玻璃，耐碰撞、溫度急遽變化也不易碎裂。)

硼砂與硼酸不一樣，硼砂的分子式為Na₂B₄O₇ •10H₂0，溶於水生成 pH~9 之硼酸/硼酸鹽緩衝溶液。硼酸（boric acid，H₃BO₃)水溶液中會接受帶負電荷氫氧根離子（Hydroxide，OH^-）進而生成硼酸根離子borate ion，B(OH)₄^- 。

硼酸根B(OH)₄^-  擔任角色為交叉連結劑(crosslinker)B(OH)₄^-  有四個OH，可與聚乙烯醇的醇基反應形成氫鍵或脫去水份產生鍵結，交叉連結越多，黏滯性越高。早期做魚丸要Q要脆，也是以硼砂為交叉連結劑。美國人固特異(Goodyear)則用硫當作天然橡膠的交叉連結劑改良了天然橡膠的性質。

『硼』的神奇就在於可以幫助分子長鏈相交聯。在長鏈結構中加進硼原子，可以產生一些接觸點(縮合或產生氫鍵)，把長鏈分子連接形成半堅固的三維空間網狀結構，達到想要的彈性。

簡單版的製作方法：

1. 直接利用含有聚乙烯醇成分的透明膠水（水8 8﹪、聚乙烯醇12﹪），調好固定濃度約為２％的硼砂水。
2. 以布丁杯盛裝約 15C C 的膠水，並適量加入喜好的顏料，攪拌均勻。
3. 嘗試倒入不同比例的硼砂水溶液( 例如1~3 cc)，以不規則之方式來攪拌。
4. 最後，可以發現它逐漸凝結成形，即可。

二個水溶液，混合在一起，迅速形成氫鍵，使其形成黏稠狀的聚合物，視水量而決定其強度，長期暴露於空氣中，失去水分也會使形成的聚合物發生改變，加『酸』也會對它造成影響喔！

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當聚乙烯醇遇上『硼』到底發生什麼事？

硼如何將聚乙烯醇交聯，余教授表示：『B(OH)₄^-   ，利用四個OH基與聚乙烯醇的OH基產生氫鍵或脫水反應…… 』二種可能：縮合反應或氫鍵，我比較認為B(OH)4-與聚乙烯醇上的醇基是形成氫鍵耶！以下反應式參考彰師大(變態的膠水---聚乙烯醇與硼砂的交聯作用)的插圖（縮合？涉及鍵的斷裂與形成，有這麼容易發生嗎？）

在中一中的科研講義[化學黏土](http://www.wretch.cc/blog/tcfns/12502358)則用四硼酸鈉[Na₂B₄O₅(OH)₄]來解釋。當四硼酸鈉與聚乙烯醇混合後，會利用氫鍵(虛線) ，與聚乙烯酸聚合連在一起，以下反應式參考中一中的科研講義：

硼砂水濃度越高，分子的交聯反應比較好，彈性佳，可以做成彈力球；反之，交聯反應較差，黏性與延展性好，變成液狀或糊稠狀或軟軟的，就是水黏土。

利用硼砂與聚乙烯醇(膠水)的反應很簡單，有不少人已經做成科展，探討硼砂與水的比例，對高分子聚合物性質的影響。而關於硼砂與聚乙烯醇的反應，可以參考以下二個連結台中一中科研社講義[化學黏土]http://www.wretch.cc/blog/tcfns/12502358，另一個來自彰師大中學理化示範實驗的變態的膠水---聚乙烯醇與硼砂的交聯作用有非常詳細的說明。

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除了使用膠水(聚乙烯醇)，硼砂與白膠(聚醋酸乙烯)混合，也會變成灰泥般的物質。

分類：科學五四三 2008/12/31 18:51