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塑 料:又爱又“恨”

2012-12-11  红瓦屋图书馆

塑 料:又爱又“恨”

李 珺 《 光明日报 》( 2012年12月11日   12 版)
可降解塑料原理图 (资料图片)
可降解塑料结构图(资料图片)

    塑料中的塑化剂会危害人们的健康,废弃的塑料制品在自然界中难以被分解,又会污染人类的生存环境。人们曾经享受着颜色鲜艳、价格低廉的塑料制品带来的极大便利,如今,也必须面对塑料带来的烦恼。为了降低甚至消除塑料所产生的负面影响,科学家们也在这一领域不断尝试,希望能研制出既安全又无污染的新塑料种类。

 

    “千用材料”也让人烦恼

 

    塑料偶然产生于一位英国摄影师的暗房之中。此后经过半个多世纪的发展与研究,美籍比利时人列奥·亨德里克·贝克兰第一次完全人工合成了塑料,并于1907年注册了酚醛塑料的专利。塑料是人工合成的高分子材料,由于其绝缘、稳定、耐热、耐腐蚀等特性,贝克兰将其称为“千用材料”。的确,塑料质地轻巧,加工方便、价格低廉,因而塑料制品被广泛应用于化工、电子、机械、汽车制造、航空、建筑、交通等领域。

 

    塑料作为现代科技的产物,如今已经广泛地渗透到生活的各个领域,给人们带来巨大的便利,但同时也产生了负面影响。

 

    塑料具有良好的耐腐蚀性,这既是它的优点,也是致命的缺陷。科学研究发现,由于塑料的化学分子结构比较稳定,高分子中的主化学键在自然情况下不易断裂;同时,塑料是人工合成的高分子聚合物,自然界中很难有相对应的微生物将其分解。因此,除了热降解以外,塑料在自然环境中的光降解和生物降解的速度都比较慢。科学家用C14同位素跟踪考察了塑料在土壤中的降解情况,结果表明,塑料的降解速度虽然与环境条件(降雨量、透气性、温度等)有关,但总体而言,塑料降解的速度非常缓慢,通常需要200—400年。

 

    近些年来随着大家对于食品安全的重视,人们发现塑料制品中含有的一些化学物质也会危害人体健康。

 

    去年5月,台湾运动饮料行业爆发塑化剂风波;近日某品牌白酒中被发现含有塑化剂又导致该企业数亿市值蒸发……这些食品安全事件使“塑化剂”这个专业名词进入人们的视野。塑化剂,也叫增塑剂,它是一种在塑料生产过程中加入的添加剂,能够增强塑料的柔韧性,使其更容易加工,属于合法的工业添加剂,但如果人体摄入过量的塑化剂则会造成内分泌失调,阻害人体生殖机能,造成流产、天生缺陷、睪丸损害,甚至还会引发恶性肿瘤等。

 

    塑化剂之所以会出现在食品中,是因为很多食品(包括饮料和白酒)的包装材料是塑料制品或者食品生产及运输时采用塑料制品储藏。在这个过程中,塑料制品会直接接触食品,其中含有的塑化剂就有可能会渗入食品中。

 

    可降解塑料避免“白色污染”

 

    面对塑料带来的环境污染问题,许多国家采用了掩埋、焚烧和回收利用等方法来处理废弃塑料,但是,这些方法也都存在无法克服的缺陷——填埋处理占地多,而且容易使填埋地不稳定;焚烧处理时,由于塑料焚烧发出热量大,容易损坏焚烧炉,还会排出二恶英等有害物质;回收利用,往往难以收集并且经济效益很差。

 

    为了真正解决“白色污染”问题,一些科学家开始探索新的途径,可降解塑料随之出现了。对于可降解塑料的研究始于20世纪70年代。当时英国的一位科学家提出在聚合物中加入廉价的可生物降解的天然淀粉作为填充剂,他还注册了第一个淀粉填充乙烯塑料的专利,并开发出一种采用淀粉与聚乙烯共混然后滚压成膜得到的“生物降解型”塑料。这种塑料被埋在土壤里后,经过一段时间就会变成粉末状,当时的研究者据此认为聚乙烯已被生物降解。这种新材料的出现引起了人们对生物降解塑料的兴趣,从而引发了以淀粉基塑料为主的研究与开发浪潮。

 

    根据美国材料实验协会对可降解塑料的定义:在特定环境下,其化学结构发生明显变化,并用标准的测试方法能测定其物质性能变化的塑料。这也就是说,可降解塑料与普通非降解塑料相比,在功能上可以满足使用要求,在保存期内性能不会发生变化;废弃后,它还能以较短的时间,在自然界中分解。通常情况下,可降解塑料在光照,机械震荡或微生物的作用下其分子链会断裂,结构被破坏,然后很快在自然中分解。由于可降解塑料既具有塑料的优点,又不污染环境,它被视作是21世纪应用极其广泛的一类“功能聚合材料”。越来越多的科学家提倡开发和应用可降解塑料,并将它看作是解决“白色污染”的理想途径。

 

    塑料还需更完美

 

    尽管可降解塑料受到了科学家的追捧,但是20世纪90年代初有研究发现,在聚合物中加入天然淀粉所形成的可生物降解塑料并不是真正的可降解——这种材料中的聚乙烯并不是完全被分解,它实际上只是成为碎片留存于土壤中。到目前为止,国内外已经开发出很多生物降解塑料品种,但真正具有良好的生物降解性能且与传统塑料性质类似的可降解塑料的种类仍然十分有限。从环境保护和可再生资源利用的角度出发,目前对于可降解塑料的研究主要集中在具有完全降解特性的完全生物降解塑料和具有双重降解特性的光/生物降解塑料这两个方面。如何研制出以可再生资源为原料,能够完全降解为对环境无害的产物,同时又能低成本大规模生产的可降解塑料一直是当代新材料研究的重要方向。

 

    科学家们认为应用可降解塑料能在一定程度上缓解和抑制环境矛盾,但由于成本和性能等多方面因素的影响,可降解塑料目前在市场上的规模与普通塑料相比还很小。提高可降解塑料的性能并实现大规模生产也是世界研究开发的热点。

 

    既然研制可降解塑料是解决“白色污染”问题的途径,那么这种新材料是否也能解决另一个烦恼——塑化剂带来的食品安全问题呢?与普通塑料相比,可降解塑料更容易分解,这就意味着它的稳定性比普通塑料差,例如,生物可降解塑料具有生物不稳定性,在微生物环境下可被分解,容易滋生细菌。同时,可降解塑料普遍脆性较大,在制作产品的过程中,也需要添加有效的化学物质,才能增强其柔韧性和延展性,因此可降解塑料中也不可避免的含有塑化剂。实际上,可降解塑料出现在食品包装领域的机会并不多,更多的是应用在工业和农业生产领域。

 

    科学家们已经寻找到了解决“白色污染”问题的方向,接下来,如何保证塑料在食品领域应用的安全性,是他们需要攻克的难题。

 

    链接

 

    新型触敏塑料可自行愈合

 

    美国斯坦福大学的科研团队研制了具有敏锐触感,在室温下能迅速、反复愈合的人工合成材料。

 

    斯坦福大学的鲍哲南团队使用了特殊的塑料聚合物,其中包含氢键连接的长链分子,这些分子很容易打散,但当其重新接触时,氢键能自我重组并恢复材料的结构。

 

    研究人员将这种塑料和金属进行混合,新的合成材料既具有塑料聚合物的自我修复能力,又具有金属的导电性。

 

    研究人员将薄带状材料切成两半,将其放在一起按压几秒钟后,材料可恢复75%的机械强度和导电性。如果按压30分钟,该材料性能的恢复接近100%。更重要的是,同一样品可在同一个地方反复切削,经过50次切削,样品的柔韧性和伸展度仍恢复的完好如初。

 

    鲍哲南表示,该材料对下压和屈曲都非常敏感,因此利用这种材料制成的假肢在关节处将有更好的弯曲度;覆有这种材料的电气设备和电线也可自我修复。研究团队的下一个目标是使材料更透明,更具弹性,以使其适用于电子设备或显示屏的外表面。

 

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