每时每刻,我们都在和各种材料打交道,它们是人类文明的载体,也是助推器。而在形形色色的材料中,有一种材料,它很年轻,却在短时间内便占据了我们生活的方方面面,极大地改变了人类的生活方式,而且随着时间的推移,它的存在愈发广泛,也让我们看到了其在未来的远大前景。它就是塑料。欢迎收看大型娱乐节目回到2049第三季第46集《塑造世界:新材料、新世界》。
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塑料
首先,让我们把历史的时钟拨回到原始时代,当时的原始人主要使用的材料主要有三种,这就是:木器、石器和陶器,除此之外,在很多考古发掘中,科学家也发现一些游离的金属矿在原始社会中得到了应用,主要是金和银。不过,由于这两种金属作为材料来说都偏软,所以其实基本上没有太多的实用价值,只是在后来充当了一般等价物,才有了突飞猛进的应用。
当时的人们会重视使用木器和石器并不奇怪,因为这些材料都可以随地取材,这是连猩猩和黄博士都会使用的基本工具。而从化学的角度看,木器和石器也代表了人类历史上的两大类型材料——有机材料和无机材料。虽然有机和无机听起来各占一大山头,就好比男人和女人、高山和大川,但其实历史的发展是很不均衡的。在漫长的数千年时光中,直到19世纪以前,有机材料除了木器以外,就是毛皮、秸秆这些可以从生物中直接获取的材料,没有发生什么大的变迁。但无机材料却不同,这一家族以石器为起点,逐渐发展出了陶器、瓷器、金属、玻璃等等人造材料,不知道高到哪里去地改变着人类生活的方方面面。而且在这些材料中我们也可以看出来,除了石器之外,其余的全是依靠人类智慧,对已知物施加化学变化之后创造出的新材料,即使是游离状态的金、银、汞等,人们也都开发了一些利用化学反应进行的提纯方法。但反观有机材料这一边就有点寒酸了,它们几乎都是随取随用,虽然这么说也不完全公平,比如有机材料中的鞣革技术也是化学作用,但其产物革其实与原料皮的性质接近,用途也差不多。所以我们完全可以说,在历史上的很长一段时期中,无机材料的风头是大大压过有机材料的。
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皮革
在这些无机材料中,陶器出现的意义尤其重大,因为它是人类第一个利用化学作用制作的材料,其也被认为是文明的标志。而使用的化学手段当然就是火,实际上火也是大多数无机材料产生化学变化的条件,直到铝时代的来临,火才逐渐被电所取代,这是后话,以后再说。除此之外,陶器也有着深刻的材料学意义,是人类材料学上的一次伟大变革,因为木器也好,石器也罢,对它们的加工都需要通过修葺或打磨的方式进行,就地取材的方式,就导致了成品取决于基材原本的形状。而且,加工的速度慢,成功率也不高,浪费原料不说,很多时候材料还很难找。
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陶器
我小时候在农村生活就自己做弹弓,然后和左邻右舍开始激烈的交战,做弹弓对枝杈的要求很高,形状要好、材质要结实,还不能太磨手,最好还要有很大的韧性,这样既保证劲儿大了也拉不断,也能在一定程度上提供一些力道。但事实上,这样好的枝杈是很难找的,不是什么树的枝杈都适合利用。
但是陶器就不一样了,取一块粘土出来,你想怎么捏就怎么捏,想吃饭了捏个碗,想喝酒了捏个杯,想洗脚了捏个盆,你就是想妹子了,捏个胸出来那也没人管你,照猫画虎照着黄博士捏就行了。捏完后烧一会儿就定型了,甚至在有些地区还出土了陶器的娱乐器具,这证实了一万年前的人类,就有了生殖使命以外的自渎活动。可以说,原始人的物质文明和精神文明,都随着陶器的出现提升了一大档次。
无机材料这边玩儿的是风生水起,但有机材料家族中,却迟迟出不来一个像陶器这样的开天辟地的鼻祖。莫非人类智慧在有机材料上,真的就毫无用武之地了吗?人类自然是不信邪的,终于,在自我奋斗与历史的进程的双重推动下,塑料,这一神奇的材料诞生了。
毫不夸张地说,塑料的出现所引发的革命丝毫不亚于陶瓷,因为塑料是真正意义上的用化学变化创造出的有机新材料。在塑料之前的有机材料,只能利用原料本身的形态,像是丝、麻、棉、毛、皮、木等等,无一不如此。但塑料之后的材料却不仅局限于此,仅仅依靠石油,我们就可以生产出塑料、橡胶抑或是纤维、皮革,自然对人类的限制越来越小。所以塑料的历史地位完全可以比作有机材料界的陶器,其对人类活动有着意义重大的变革,甚至是翻天覆地的改变。塑料时代的到来,意味着人类文明的再一次跃进,由此,人类走进了轻量化、易加工、低成本的新材料时代。
那么塑料的出现,究竟历经了怎样的历史进程呢?
故事要从19世纪开始说起。在那时,化学已经从炼金术士时代的雏形中脱胎出来,拉瓦锡已在前一个世纪奠定了现代化学的基础。而到了19世纪的时候,欧洲化学界极为热闹,几乎我们能够叫上名儿的经典化学家,都在此时纷纷亮相,比如门捷列夫、居里夫人、拜耳、贝采里乌斯、李比希、戴维、盖-吕萨克、诺贝尔等等,都是不知道高到哪里去了。而最有新意的几件新材料也在此时得到了应用,其中,对后世产生极大影响的材料之一便是「纤维素」。和以往不同的是,这时的应用不再是简单的拿来主义,而是经过了化学改性。
纤维素其实就是木头里的主要成分,但更纯净的纤维素则来自于棉花,其化学本质是葡萄糖的聚合物,在自然界中广泛存在。历史上的很长一段时间中,纤维素都主要以木器、棉布和纸张的形式被古人使用,当然了,当时的人们是不知道纤维素究竟为何物的。而纤维素之所以在19世纪被大举使用,还得感谢炸药的快速进步。而这就不得不提硝化棉这一奇葩。把棉花加入到浓硝酸或者发烟硝酸中,滴上几滴浓硫酸作催化剂,神奇的硝化棉便诞生了,经过纯化干燥处理,这种传统的烈性无烟炸药便可以应用了。制作过程很简单,但我奉劝你千万不要在家里尝试,更不要在机场或火车站尝试,出了什么问题,你可别给我招出来,也别开罪于我,要相信政府或者是医院,好好劳动、好好养伤吧。而硝化棉中的主要成分就是「硝基纤维素」,也就是纤维素分子中的羟基所形成硝酸酯基的结构。
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纤维素
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硝化棉
如果仅仅是作为炸药材料的话,那么这种物质或许会因为炸药之父诺贝尔开发出的「硝基甘油」而逐渐被人淡忘。但正所谓是金子早晚都会被人捡去的,就在炸药界逐渐抛弃并遗忘硝基纤维素的时候,材料专家们却看中了它。而到了19世纪后半叶,随着化学技术突飞猛进的发展,人们对硝基纤维素的研究也得到了加深,特别是对它的溶解与定型工艺,于是,人们也想到了更多新的硝基纤维素的应用方式。
最终,经过近二十年的积淀,终于在1872年,美国出现了第一家生产硝基纤维素的工厂,而且不是应用于炸药。最初,工厂的奠基者约翰-韦斯利-海亚特是考虑用硝基纤维素来生产台球,因为经过特殊工艺生产出来的硝基纤维素,不仅足够硬,而且还很有韧性,其触感和物理特性与台球的传统材料象牙相比,除了一点就着的脾气以外,都没有太大的差异。关键是,这样一来,大象就不用遭罪了。在140多年前,这个发明足以在材料学的历史上画上浓重的一笔了,所以很快它就有了一个商业化的名字——赛璐珞,也有翻译叫赛璐璐的,甭管什么,这不重要,重要的是它优异的性质。赛璐珞一经出现,便在很短的时间里替代了之前很多领域中的木器和金属,特别是在新兴的电影胶卷方面,简直是神来之笔。可以说,没有赛璐珞,就没有后来的电影发展。
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海亚特
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赛璐珞胶片
而赛璐珞,便是人类历史上的第一种塑料,甚至直到今天,乒乓球还是由这个材料制作的。所以如果你没有条件去玩硝化棉的话,可以把乒乓球给磨碎了,也能大致体会一下,据说爆炸威力也挺可观,所以还是要做好保护措施才行。
与我们前面所说的“鞣革”技术不同,这种改性已经拓展了原料的应用领域,皮和革都是用于制衣、制鞋、搞球等等,总之应用上是一样的,只是些微的性质不同。但纤维素和硝基纤维素的性质与用途却完全不同,毕竟台球那和袜子,真是八竿子打不着的感觉,人类第一次利用化学反应合成出了新型有机材料。
当然了,这还只是第一步,由于纤维素本身就是高分子,所以合成硝化纤维素还只是一次“改性”反应,称不上太大的进步。不过尽管如此,“塑料”的大门却就此打开,一场材料革命以势不可挡、所向披靡、一往无前之势就此展开。更让当时的人们所预料不到的是,塑料替代原有材料的速度,远超过青铜、铁器替代原有材料的步伐,从此,在材料世界中,纪年单位不再是世纪,而只是年。
1907年,一种全新的材料得到了工业化,由于其突出的绝缘性能,至今仍然广泛地应用于电学材料上,比如墙壁上的开关,所以它的商业名称就被叫做“电木,学名「酚醛树脂」。虽然「酚醛树脂」不是第一种塑料,但历史上对酚醛树脂的评价,甚至高于硝基纤维素,那么为什么会如此呢?老大的开宗立派之功,怎么能被老二比下去了呢?
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电木
这是因为,「酚醛树脂」是由一类全新的化学反应——聚合反应合成而来的。事实上,这个反应早在酚醛树脂商业化之前的三十多年就已经被发现了。1872年,德国的天才化学家阿道夫-冯-贝耶尔就在实验室中,用甲醛和苯酚合成出了酚醛树脂。由于在有机化学特别是染料方面的贡献,贝耶尔获得了1905年的诺贝尔奖,只可惜到1907年,82岁的贝耶尔便续不动了,如果他能活得更久等来聚合反应的大发展的话,那么合成酚醛树脂的成果也足可获得又一项诺贝尔奖提名,甚至是再搞来一次诺贝尔奖。
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贝耶尔
那么成就酚醛树脂的聚合反应究竟是什么呢?可以说,聚合反应如同一项神奇的魔法,实现了古代炼金术士点石成金的梦想。就拿酚醛树脂为例,原料甲醛和苯酚都是小分子,分子量分别是30和94。但经过聚合反应之后,酚醛树脂的分子量就不知道高到哪里去了,它的分子量会达到几万、几十万,甚至趋向于无穷大。当然了,这里面的“趋向于无穷大”并非数学方面的定义,只是说由于甲醛与苯酚反应时形成交联状结构,所以存在一种可能性,即一整块酚醛树脂就是一个分子,这时计算出的分子量数据就已经没有了意义,一般都会用“无穷大”来形容,事实上,也就是10的23次方数量级。
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半透明的酚醛树脂,理论上就是一整块分子
所以,酚醛树脂的出现,意味着人类第一次用非生物手段,硬生生地造出了高分子,这首先证明高分子不仅只有蛋白质、淀粉、核糖核酸这些生物大分子,更为关键的是,它的出现为人类提供了一种制造新材料的手段,并且也由此产生一项新的学科,这便是高分子化学。没有这一学科,黄博士又如何制造他的学术垃圾呢?所以,意义重大啊。
当然了,也和其他所有学科一样,高分子化学这个学科也不是一蹴而就的,甚至有许多波折,因为直到酚醛树脂已经出现,很多科学家也并没有认识到这种材料具有超高分子量,而是认为其与氢氧化铁这些胶体物质一样,是通过一些次级键结构堆积出的“大分子”。但德国化学家赫尔曼-施陶丁格并不这样认为,他冷静地指出,这些新材料是通过化学键结合的大分子,并由此在上世纪20年代掀起了一场大辩论。最终,一些客观的观察现象支持了施陶丁格的观点,高分子化学由此真正奠立,而他本人也借此获得了1953年的诺贝尔化学奖。最初高分子化学还只是有机化学的分支,但如今它已是化学学科下的一门二级学科。
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施陶丁格
有了理论基础和理论自信后,而且这是真的自信,在随后的数十年内,人造高分子的发展步伐明显加快,并且也由此奠定了很多大型化学公司的发展基础。比如杜邦公司在1930年开发出的「聚酰胺」,也就是尼龙,到目前为止的快100年以来,仍然没有竞争对手可以超越;拜耳公司在1937年开发出「聚氨酯」材料,而聚氨酯材料也成为拜耳公司最响亮的产品之一;1930年,巴斯夫公司成为全球第一家工业化生产「聚苯乙烯」的公司,这项业务也被巴斯夫保留至今。除了以上这些之外,陶氏化学的「环氧树脂」、3M公司的「聚丙烯酸酯」、英国帝国化学工业的「聚乙烯」,等等等等,基本上每个化学界巨头都会发展各自的高分子板块。
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杜邦
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尼龙丝袜
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拜耳
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巴斯夫
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陶氏
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3M
不过,在众多的高分子材料中,有一种我们很熟悉的塑料却姗姗来迟,这便是目前在食品行业叱咤风云的聚丙烯塑料。直到1954年,意大利化学家居里奥-纳塔才第一次在实验室中,聚合出了具有利用价值的聚丙烯,而联想到原材料丙烯如此易得,再联想到聚乙烯早在1899年就被发明的事实,聚丙烯确实来得太晚了。事实上,在此之前的数十年中,对聚丙烯的开发一直有人在尝试,但无一例外都失败了。而纳塔的成功则在于选择了一类更靠谱的催化剂系统,也就是“钛铝催化剂”,在这种催化剂体系下,聚丙烯的结构不再是之前那么混乱,这种全新的聚丙烯材料,专业术语称之为「全同聚丙烯」、「间同聚丙烯」或是「规整聚丙烯」,虽然我们都听不懂说的是啥,感觉也没有多么高大上,拿出来谈笑风生都不好意思,但事实上,「全同聚丙烯」的出现,对高分子化学来说,是一次划时代的伟大变革。
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纳塔
而就在纳塔合成出全同聚丙烯的前一年,德国科学家卡尔-齐格勒也用钛铝催化剂系统折腾出了一种新型的聚乙烯,这也是一种具备更优结构的材料,所以钛铝催化剂系统又被称之为齐格勒-纳塔催化剂,而采用齐格勒-纳塔催化剂进行的聚合反应,则被称为齐格勒-纳塔聚合,在后来的高分子合成中具有统治性地位,毫无疑问,他们的发现引领了一个时代。正是由于这二位在这项技术上的突出贡献,1963年,他们分享了当年的诺贝尔化学奖。从第一次发现到获奖仅有不到十年时间,这在化学奖中并不多见,足见二人的贡献对化学工业发展的意义之重大。
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齐格勒
1974年的诺贝尔化学奖也是由一位天才的高分子化学家获得,这便是高分子理论的奠基者——美国化学家保罗-约翰-弗洛里。一般的高分子教材基本上都是每隔几页,就要说起这位老哥的,足见在高分子化学中的地位之崇高。事实上,到目前为止,能够对一个二级学科的理论知识提出垄断性理论系统的没几个科学家,而弗洛里便是其中之一。高分子化学发展的时间较短,在弗洛里之前,几乎还只有各种实验数据,从这些数据中要提炼出一些理论指导的确不是一件易事,所以为此,弗洛里花了一生时间完成这项伟业,对于塑料工业而言,这就如同点亮了一盏灯,让工业操作也变得有章可依。
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弗洛里
我们的故事到此为止,虽然是大神迭出,新产品也如雨后春笋般蹭蹭往上冒,但事实上,就算是今天,高分子化学以及作为其产品代表的塑料,还都处在发展的初期,上升空间也是不可限量、难以预料,很多新型塑料更是拥有着让人意想不到的性质,比如说难以置信的导电塑料。在我们绝大部分人的印象中,塑料都是一些柔软且有韧性的非金属材料,但有人是不信邪的。2000年,日本科学家白川英树、美国科学家艾伦-黑格及艾伦-麦克德尔米德,因在「聚乙炔」方面的突出贡献共同捧起诺贝尔奖,而聚乙炔的核心特点,就是具有出色的导电性,掺入卤素后可与银相媲美。所以,塑料连导电性都可以不逊于最易导电的金属,未来还能有什么新的特征出现,我们都不要惊讶,甚至超乎我们的想象。
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2000年诺贝尔化学奖
可以说,人类使用的材料中,没有哪一种可以像塑料这样,迭代如此之快、普及范围如此之广、品类用途如此之多。而事实上,塑料从出现直到今天,也只有一个半世纪的时间,与漫长的人类历史相比不过是一个瞬间,但其成就却是非凡的。现在,你不妨把头抬起来暗中观察一下四周,我相信你至少可以搜罗出五种不同的塑料,比如电脑用的ABS外壳、液晶屏上的PVA偏光片、电线上的PVC绝缘层、插线板使用的PF酚醛树脂、手边的PMMA中性笔,还有你看2049时下意识端起的PP咖啡杯,或许盖子还是PS的,耳中响则是起来自PC外壳手机的铃声,等等等等不胜枚举。那么我们一天中,到底要接触多少种不同的塑料呢?接下来,我们就来认识一下塑料家族的核心成员们。
现在我手上有这样几件塑料产品,首先是一个咖啡杯的盖子,上面有一个三角形,三角形中是一个数字5。这个小瓶瓶是我用来续命的药,底部也有一个三角形,里面是数字是1+1s,这是我编的,数字是2,而且三角形下面还有四个字母HDPE。这是一个饮料瓶,底部三角形中的数字是1,另有三个字母是PET。可见,不同的塑料有着不同的号码。那么这些号码究竟是什么意思呢?
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塑料标识
其实,如果你仔细观察就会发现,塑料容器上的三角形是循环利用的标志,而其中的数字就是进入不同回收渠道的标记。也就是说,对于回收人员来说,当他看到塑料瓶上标的1号时,就知道应该通过渠道1的方式回收,而数字大小与塑料本身的性质并无直接关系。很多所谓的“专家”都提出塑料号码代表的是塑料的安全性,代表着塑料的评级,数字越大越安全,甚至说5号以下的塑料不能用,这显然是一派胡言。不过很多时候,生活在当下的我们,很容易中“安全性”的招,所以就宁可信其有不可信其无了。再者,尽管这个谣言技术含量很低,但迷惑性很高,因为人们都会想当然地认为这个数字的大小一定会代表什么,而安全性显然是最有说服力的。不过事实上,安全性包含的内容相当复杂,绝非一个数字可以概括的,这个我们一会儿再说。
目前,塑料商业化的品种大约有140种,日常使用约有30种,可谓是门丁兴旺。相比之下,塑料的亲戚橡胶与纤维就比较寒酸了。基本上都各有四种,也就是所谓的“四胶”与“四纶”,“四胶”是顺丁胶、异戊胶、丁苯胶和乙丙胶,而“四纶”则是涤纶、腈纶、锦纶和维纶,再剩下的一般都要用“特种”标注了,这相比于常规塑料的品种数简直是弱爆了。不过在众多塑料品种中,也并不是每一种用途都十分广泛,目前,产量足够大并且具有统一回收方向的通常也就七种,这就是三角形当中为什么只有1-7这七个数字的原因。每个号码都对应着不同的塑料品种,依次是PET、HDPE、PVC、LDPE、PP、PS和PC。可见其共同点是,每一个缩写里都有一个字母“P”,而这便是英语中聚合“Poly-”的意思。下面我们就来依次认识一下各种塑料。事先提醒一下,今天的内容比较多,如果各位老板条件允许的话,可以在我们介绍各种塑料的时候,记一下塑料的号码、名称、英文缩写以及大致用途,因为在介绍完这些塑料后,很多内容我可能就直接脱口而出1号或是PET了,到时候可能就懵了,不知道我们指的是哪一种了。
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塑料标识体系
首先是1号塑料PET,学名「聚对苯二甲酸乙二醇酯」,也被简称为「聚酯塑料」,生活中极为常见,目前的饮料瓶、食用油瓶几乎全都是采用的这种塑料。如果PET分子量足够大的话,便可用于涤纶纤维行业,也就是现在更常说的聚酯纤维。而这一用途便决定了PET的回收方式,所以,绝大多数回收的饮料瓶并不是洗洗涮涮就又成为了饮料瓶,而是都进入了塑料绳行业。PET的突出特点是透明度高、耐水也耐油,但是不怎么耐热,这一点应该很多人都深有体会,用矿泉水瓶接热水时,瓶子就开始变形了,通常温度也就是85℃左右。不过一般情况下,80℃以下时PET还是可以扛得住,所以1号塑料在生活中普遍使用也就不奇怪了。提到PET还得补充一件事,那就是对二甲苯PX,这个给很多城市惹来麻烦的化学品,便是生产PET的重要原料,而且也是其他很多重要消费品的原料,在现代工业中,它的地位与乙烯、丙烯差不多。至于该不该建,我是真不知道,毕竟很多事情不透明。
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1号塑料-PET-聚酯塑料
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聚酯纤维
2号塑料HDPE,学名「高密度聚乙烯」,在卫生间和药房里最容易找到它们的身影,因为它们常被做成日化用品和药品的容器,很多大饮料瓶也会使用这种塑料。与PET明显不同的是,由于这种塑料高度结晶,所以外观上就呈现出不透明的状态。你也许会有疑问了,天然水晶的结晶度越高就越透明,为什么塑料不是这样呢?关于这个问题,一两句话还真说不清,简单来说就是水晶是一整块晶体,而塑料是其中许许多多的小晶体,每个小晶体都有一点反射,最后就变成不透明的了。而要做成透明的,就得像玻璃那样,做成无定型的。具体内容,各位老板可以参考我们前几天的节目《玻璃:平凡的伟大创造》。我们继续说回「高密度聚乙烯」,其与「聚酯塑料」的区别,除了不透明之外,HDPE的硬度也更高,甚至有点脆生生的感觉。也正是因为高强度、不怕摔,而且也不透光,所以奶制品常常偏好2号塑料。另外,这种塑料耐水耐油性都非常出色,所以适应性很广。与PET类似的是,2号塑料也不是很耐热,但比PET略强一些,一般100℃以上才会容易变形。再者,这种塑料还特别耐酸、耐碱、耐腐蚀,如果不把氟塑料这种Boss级的超强耐腐蚀塑料请出来,它基本可以秒杀其他所有材料,所以工业中也是应用极为普遍,也正由于此,聚乙烯工业是任何一个工业国家都不可忽视的产业。
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2号塑料-HDPE-高密度聚乙烯
3号塑料PVC,学名「聚氯乙烯」,这也是七大塑料中唯一不推荐接触食品的塑料,原因正在于其中含有氯。但实际上,在一般的使用条件下,材料中的氯并不容易游离出来,所以拿它包着猪蹄也没什么大问题,再说了,看到猪蹄子,黄博士还管什么塑料么?当然了,尽管如此,3号塑料还是很少在食品类容器中看到。同时PVC还有一个唯一,这就是它也是七大塑料中唯一必须使用增塑剂的材料,这就使得它的状态可以在软而弹与硬而脆之间变化。而增塑剂就是我们常听说的“塑化剂”,其是一种在食品工业中饱受诟病的材料。而PVC既然可以呈现软而有弹性的一面,也就可以模拟橡胶或皮革的一些用途,比如车的内饰大量使用的人造革、一次性检查手套、桌布、塑胶鞋,还有我们小时候随处可见的地板革等等等等,而且PVC价格比天然胶和聚氨酯人造革低得多,所以应用十分广泛。不过PVC工业通常要用到乙炔,所以作为高耗能行业还是面临很多危机,这便意味着,在对环保要求更高的未来,我们可能只有面对物美而价不廉的PVC了。
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3号塑料-PVC-聚氯乙烯
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地板革
4号塑料LDPE,学名「低密度聚乙烯」,听这名字就知道,这哥们和2号塑料「高密度聚乙烯」是亲兄弟。不过在本质上,除了单体都使用乙烯之外,2号和4号的结构并不相同。4号塑料很少在容器中出现,因为这玩意非常软而且有些黏,同时由于结晶度很低,LDPE的透明度也比较高,所以在日常生活中,我们主要在保鲜膜、塑料袋等领域,可以看到它的身影。不过,这种塑料的耐油性比较低,其隔绝油的能力比较弱鸡。所以说,当你带着PE手套啃羊腿、吃烧鸡,抑或是大啖小龙虾的时候就会发现,虽然手套没有气孔,也没有破,但是仍然会有油腻的感觉,让人万分不爽。抑或者你买了红油猪耳用塑料袋装着,回家扔到床上就开始玩电脑,准备吃饭的时候再吃,但几个小时后你就发现床单该换了,你还以为自己尿炕忘了,其实这都是PE塑料惹的祸,我们太过于相信它了。所以,这种塑料在食品中的应用相对有限。但在工业上,4号塑料还是很威风,在膜工业中它是当之无愧的霸主,可谓是第一膜、膜王、膜法师。
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4号塑料-LDPE-低密度聚乙烯
5号塑料PP,这就是我们的明星塑料「聚丙烯」了,最常见的莫过于乐扣。目前,市场上绝大多数微波炉专用塑料容器都是PP塑料,这是因为,它十分耐热且化学稳定性比较高。也多亏了它,黄博士才可以摆脱每天都是泡面加火腿加榨菜的日子了,因为我和小妹妹在外面吃完饭,用聚丙烯餐盒装回来,黄博士放微波炉里热一下就可以了。其实,这种塑料本质上和2号塑料很接近,不过,其结晶度比2号略低,所以一般呈现半透明的状态,而硬度与2号则差不太多。可以说,5号塑料在食品方面的应用,超过了其他任何塑料,除了容器之外,还有软包装中的BOPP膜,香烟盒的最外层薄膜便是这种塑料。我刚才拿的咖啡杯盖子,也是这个5号塑料,大家平日喝咖啡的时候也可以看看,不论是星巴克还是瑞幸什么的,都是如此。此外,目前的新建小区通常使用的家用水管,推荐或强制使用PPR管,同样也是聚丙烯材料,除了安全性考虑以外,还因为它具有热熔的特点,易于加工。也与2号塑料一样,聚丙烯工业同样也是衡量一个国家产业水平的标准。
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5号塑料-PP-聚丙烯
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BOPP膜
6号塑料PS,学名「聚苯乙烯」,这是一种具有传奇色彩的塑料。曾几何时,6号塑料遍布全球各地,特别是我国铁路的两侧,但近20年过去了,很多人都早已忘记了那时的“白色污染”。时至今日,6号塑料的重要用途还是发泡塑料,家装中的聚苯板就是指的这种塑料,只是其在食品方面的地位降低了很多,一般在方便面、肯德基全家桶这些食品外包装上还在广泛使用,泡沫饭盒当然也还有,只是很多人会拒绝使用。需要注意的是,6号塑料本身是透明的,只是由于加了气泡的缘故,才变得不透明。虽然6号塑料已经被人骂得体无完肤了,但千万不要觉得PS很低档,不信你下次坐飞机上看一下飞机上的一次性饮料杯,你会发现这些大都采用的是6号塑料,此外,PS的存在,也至少可以让一些服务于我这样底层民众的小餐馆活下去,活下去,就很好啊。
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6号塑料-PS-聚苯乙烯
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聚苯板
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PS塑料杯
7号塑料PC,学名「聚碳酸酯」。虽然这个PC和个人电脑八竿子打不着,但它的确与个人电脑有点关系,因为不少电脑的外壳都是PC塑料。有些地方说7号代表“其他塑料”,这其实也没错,不过由于PC的广泛使用,使得现在7号塑料基本等价于聚碳酸酯塑料了。和上面那些塑料不同的是,PC出身“高贵”,它不是通用塑料,而是工程塑料,工程塑料具有优良的综合性能:刚性大、蠕变小、机械强度高、耐热性好、电绝缘性好,可在较苛刻的化学、物理环境中长期使用,可替代金属作为工程结构材料使用。当然了,它的价格也比较高、产量也相对较小。在电器外壳方面,PC和另一种工程塑料ABS塑料占据了主流市场。而在食品行业中,最普遍的应用莫过于太空杯、饮水机桶和奶瓶了。它的强度之高,别说摔不坏了,好一点的PC外壳踩都踩不烂。当年不可一世的、号称摔不烂的诺基亚的外壳,用的便是PC塑料。
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PC太空杯
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PC-聚碳酸酯
好了,到此为止,1-7号塑料我们就全都介绍完了。 除了这七大塑料之外,有些塑料的产量比较低或者回收渠道不统一,所以就没有一个确定的号码。不过,尽管它们没户口,但有一些却也一样深深地影响着我们的生活,所以接下来我们就再来看看其他重要的塑料类型。
首先是PMMA,学名「聚甲基丙烯酸甲酯」,它有个响亮的名字叫“有机玻璃”。塑料中有一大门类叫“亚克力”,这是对「丙烯酸树脂」Acrylics的音译,而PMMA则是「丙烯酸树脂」中最具代表性的材料。PMMA的出现可谓是材料界的一大革命,因为玻璃优异的折射率与强度近似于水晶,所以在其诞生后的1000多年时间里,没有哪种材料向玻璃发出过挑战,直到PMMA的出现。而且相比于玻璃,这种塑料重量轻、强度好、折射率高,破碎后没有尖锐物,不怕扎到腚,耐热耐寒性也都不错,除了不怎么耐溶剂以及表面易刮花之外,简直可以用完美来形容。所以,包括PMMA在内的亚克力材料,现在的发展不仅在工业材料方面,替代了玻璃那些包括食品包装在内的很多用途,在工艺品方面也有着突出的应用,比如门帘与吊灯上常见的人造宝石,以及油画中的“丙烯”都是亚克力材料。
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亚克力
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人造宝石吊灯
下一种塑料是PU,学名「聚氨酯」。聚氨酯也是一大类材料,根据原料可以调整结构,既可以很软,与橡胶无异,也可以很硬,跟石头差不多,此处不要想歪了。保温材料是聚氨酯的一大用途,不过需要通过发泡工艺来进行处理。而且不仅房屋用,冰箱内层也会用。聚氨酯的另一大用途便是人造革,迄今为止,PU革是最接近真皮手感的材料,所以大多数德系车的内饰都广泛采用聚氨酯,毕竟PU革最大的生产商正是德国拜耳。但在食品方面,聚氨酯并不是很常用,它不怎么耐水也不怎么耐油,算是一大缺憾。2010年11月15日14时,上海静安区一高层住宅发生大火,造成58人遇难,事故调查结果显示,聚氨酯保温材料是造成火势迅速蔓延的原因之一。这一惨剧也把聚氨酯材料推到了风口浪尖,但我想,造成惨剧的难到不是人吗?难到不是违规的管理吗?聚氨酯招谁惹谁了,用聚氨酯材料的住宅多了去了。令人欣慰的是,现在阻燃型的聚氨酯已经问世了。
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聚氨酯保温板
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PU革
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静安区特大火灾
ABS塑料,与防抱死系统的简写一样,学名「丙烯腈-丁二烯-苯乙烯树脂」。这种塑料可谓大名鼎鼎,其也是少数简写中没有字母“P”的塑料,当然了这并不妨碍它是聚合物的事实,只是因为它是几种不同的单体共聚而成的,其中A代表「丙烯腈」、B代表「丁二烯」、S代表「苯乙烯」。「丙烯腈」是生产腈纶纤维的主要原料,「丁二烯」是生产顺丁橡胶的主要原料,而「苯乙烯」则是6号塑料PS的主要原料,所以ABS就好比是转基因的塑料,植入了一部分特征的橡胶基因和纤维基因。这样的结构使得ABS具有三大材料的综合性能,强度高、韧性好,应用于工程塑料也就不奇怪了。可以说,三种原料共聚,还能保留各自的优点其实并不易。日常见到的一些领域中,应用ABS塑料的,主要是家用塑料器具、电器外壳和玩具手办,比如著名的乐高玩具,便是ABS塑料,还有行李箱。有人说:为人不识ABS,看遍塑料也枉然。足见ABS的牛逼程度。
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ABS塑料
接下来这个塑料名气就更大了,这就是PA,学名「聚酰胺」,它还有个霸气的名字叫“尼龙”,如果再制成丝袜的话,那就足以让黄博士血脉贲张了。尼龙横跨塑料与纤维两个行业,在纤维中它还有个名字叫“锦纶”。这种材料最强大的特点就是超高强度,所以可以胜任很多金属的工作,比如一些汽车的轻量化,很大程度就是PA的功劳。按照目前的发展速度来看,铝合金在未来的数十年内,也许就会在主要的领域悉数被PA所取代,甚至包括飞机制造业。需要注意的是,与PA容易混淆的有一个PAM,学名「聚丙烯酰胺」,虽然名字很相似,但这两种东西实则差了十万八千里。
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聚酰胺工业元件
最后我们还要介绍两种塑料,这哥俩那都是不知道高到哪里去了。
首先是PI,学名「聚酰亚胺」,这并不是一种用量很大的塑料,但却是一种绝对不能忽略的塑料。这种塑料不怕热,600℃也能挺住,所以可用于火箭或导弹中的元件;同时,这种塑料也不怕冷,即便放到液氦中也还有韧性;再者,这种塑料强度超大,比尼龙还要强;最后,这种塑料的绝缘性超好,所以电子专业的人应当比较熟悉这种材料制成的薄膜。所有的这些,都源于它特殊的梯形分子结构。唯一的缺点就是贵。可想而知,如果哪天成本降下来后,这种材料会如何纵横材料界。另外,由于它同时还具有极度惰性和高强度的特点,一些微波炉餐具也采用它作为原料。
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聚酰亚胺薄膜
王者总是用来压轴的,所以今天最后一个出场的,就该是塑料之王PTFE了,学名「聚四氟乙烯」,它的商品名称我们应该很熟悉,这便是“特氟龙”。在日常生活中,不粘锅上有它的身影。特氟龙是氟塑料的其中一种,也是最重要的一种,在业内有“塑料王”的美誉。坦率来讲,特氟龙的强度并不是很高,比起尼龙什么的简直就是渣渣。但除此之外,特氟龙在耐热耐寒性上,都展示了突出的性能,而在耐腐蚀性方面,它则是当之无愧的王者,一般的酸碱对它来说都是小儿科,即便是王水对它也无可奈何。此外,它既排斥油也排斥水,所以用不粘锅时,我们可以看到无论是油还是水,都会以液珠的形式存在。也正由于这些优异的性能,特氟龙在工业上的用途极为广泛,尤其是化工行业的管道、反应设备,用特氟龙制造的装备既不会腐蚀也容易清洗,自然大受欢迎,就是价格还比较高。
好了,罗罗嗦嗦一大顿,流水账般的我们就介绍完了主要的有代表性的塑料。当然了,除了上述这些以外,日常使用的塑料还有不少,比较重要的还有PLA聚乳酸、EVA乙烯-醋酸乙烯共聚物、POM聚甲醛、PF酚醛树脂、EP环氧树脂,以及MF密胺树脂等等等等,感兴趣的老板可以自己查查,看看这些塑料都长啥样,以及都是干啥的。此外,从结构上说,碳纤维也是一种高分子材料,所以也可以看作是塑料。总之,每一种塑料都有着各自精彩的故事,我们今天也不可能一一介绍,一是因为你看不下去听不下去,二是因为我的体力也有限,三是因为我不会。
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碳纤维
下一大话题:塑料的安全性。随着塑料制品的普及,塑料的安全性也备受关注,当然了,这里的安全主要是指食品安全。那么塑料的安全性究竟怎样呢?我们就从几大常见的问题出发,来看看到底如何安全地使用塑料。
第一种说法是:5号塑料最安全。
确实,我们刚才已经介绍过了,5号塑料是PP「聚丙烯」,其在微波炉加热中是最安全的塑料。不过PP塑料也有软肋,那就是耐候性不好,对紫外线耐受力较差,所以在日常生活中,应尽可能避免阳光直射,家用的乐扣用久了也应该及时更新。另外,PP的极性低,所以理论上它的耐油性并不好,只是因为优异的结晶性能,才得以实现耐腐蚀的效果,而当接近熔点时,油性溶剂对PP的渗透性将明显增强。另一方面,由于耐候性的问题,多数产品中都加入了抗氧化剂,所以在高温条件下,油性溶剂就可能通过渗透作用,把这些小分子抽提出来,这对人体是有害的。所幸的是,这个温度在130℃以上,在此温度以下,PP塑料则是相当安全的。所以用PP容器进行微波炉加热时,不宜高火长时间加热,也不要将滚热的油直接倒在容器中。
事实上,PP塑料更大的风险在于回收料。正是由于PP在食品行业中特殊的地位,目前还没有可靠的途径保证回收的PP不回到餐桌上。有调查就发现,生产吸管所用的PP料,有不少是来自回收料。由于回收的PP塑料纯净度较低,其中的杂质会影响透明度,所以厂家常常就干脆加入填料做成不透明的,这种回收PP显然是不应当进入食品领域的。所以,即使确定手中的塑料是PP塑料,也要注意观察,纯净的PP塑料通常是半透明磨砂玻璃状,并且强度和韧性都比较好,因所以尽可能不要用色彩艳丽的PP,如果很容易折断或出现裂纹的话,那么就基本可以断定PP的纯度有问题。
此外,现在也有一些PP塑料是可以做成透明的,这是通过添加了一种叫做“透明剂”的物质,所以虽然常见PP塑料都是半透明的,但如果看到透明的PP塑料,也不必质疑号码是不是标错了。“透明剂”其实是通过形成晶核的方式使PP变得透明,这是一种比较惰性的物质,不会被人体吸收,而透明的属性其实更有利于判断聚丙烯的品质。
第二个说法:矿泉水瓶不能反复使用。
很多报道都提到,矿泉水瓶反复使用时,会释放出一种叫DEHP的增塑剂,甚至煞有介事地说了一些致病的案例,特别是阿联酋女孩16个月连用一个饮料瓶致癌的故事。但这是不符合实际的,矿泉水瓶基本都是1号塑料PET,不会添加增塑剂,而且目前也没有任何证据能说明PET中有可能发生化学反应产生DEHP,所以只可能是编造这个说法的人,没有搞清楚PET和PVC的区别。至于那个女孩的故事,那致癌原因多了去了,怎么就必须让塑料瓶呢背锅呢?
其实,PET这种材料最大的隐患是含锑的催化剂,反复使用的确有析出的危险。不过,如果从数据上分析,锑的危害还是可以小到忽略。实验发现,即使是久在高温下存放的PET瓶装水中锑的含量仍然小于1ppb,也就是不足十亿分之一,也就是说,一瓶500mL的矿泉水中,含锑少于0.5微克,而按照WHO的相关规定,一个70公斤的人,每天摄入的锑应少于60微克,这至少相当于120瓶矿泉水。这要是喝这么多的话,还没被锑毒死了,就先被水搞死了。
不过也有研究发现,由于pH值低,使用PET瓶子的碳酸饮料,其中溶解锑的含量已经超过相应的标准,这一点需要注意。好在近年来,非锑催化剂,特别是钛的发展势头很好,所以,相信不久以后我们就可以用上更安全的饮料瓶了。
当然了,即便抛开锑析出的风险,包括1号塑料PET在内的多种塑料的小口制品,确实都不适合作为食品容器反复使用,原因正在于小口的造型很容易滋生细菌。饮料瓶其实还不算太严重,2号塑料HDPE比较硬,所以可以造出更多造型,结构也更复杂,反复使用装日化品当然没问题,毕竟日化品里都有抑菌剂,但要是装食品,在那些角落处便很容易滋生细菌或霉菌。在空气湿度较大时,凹槽处就很容易形成黑色霉斑,难以清洗。类似的问题也出现在桶装水上,一般桶装水都是采用7号塑料也就PC聚碳酸酯,总体来看可以反复使用,但也要注意接口等位置的细菌或霉菌问题。
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桶装水桶-PC-聚碳酸酯
关于塑料安全性的第三个说法是:矿泉水不能放到汽车后备箱。
一些专家宣称,夏天时后备箱中会达到60℃,在这个温度下,塑料瓶会释放很多有害物质,这样的水是不能喝的。关于这个问题,我们刚才其实已经提到了,塑料瓶所用的1号塑料PET的确容易受热变形,不过仍然可以抵抗80℃的高温,所以,虽然用它来装开水不合适,但后备箱是很难达到这个温度。而就算汽车停在夏天的吐鲁番,后备箱经过暴晒达到了80℃以上了,其实也没什么问题,因为PET在此温度下也只是变形而已。由于PET惰性较强,直到150℃都不会发生化学反应。否则我们的涤纶衣服岂不是一泡水就化了么。
当然了,也确实存在这样的情况,那就是矿泉水放到后备箱时间长会有异味。这个问题确实存在,主要问题其实是水源。有些矿泉水实际的来源很可疑,水中的含氯量或者营养质偏高,那么长期放置,不管放在哪,自然会有味道。而要证明后备箱放水产生异味是水的问题而不是瓶子的问题,我们可以做个简单的实验:如果发现某个品牌的水有味道,换个品牌同样条件下对比就可以了。实际上,PET这种塑料只是有限的一些大企业,才具备生产母料的条件,连续化生产也可以保证批次间的稳定性,如果因为塑料的问题产生异味,将会大范围爆发,不会只有个别品牌出问题。而如果不同品牌的水有区别,那自然就说明是水质的事儿了。所以,矿泉水搁在后备箱里是没有问题的。
不过如果是其他饮料的话,就要注意了,饮料中的很多成分都是不耐热的,比如碳酸饮料在高温下会放出二氧化碳气体,维C的热稳定性也不高,所以不在后备箱放饮料是有道理的。
说法四:燃烧法可以确定塑料的品质。
很多电视节目都演示过用燃烧法来检测塑料质量是否合格。具体的做法是:把塑料点燃,然后观察火焰是否稳定、是否有黑烟、滴落的是否为蜡状物。这种做法有一定道理,但也有一定的局限性。事实上,每种塑料的燃烧状态差别很大,所以燃烧法确实可以大致确定是哪一种塑料,但对于塑料质量的判断,仅局限于聚乙烯和聚丙烯,也就是2、4、5号塑料。
这是因为,从元素方面分析,这几种塑料都是只含有碳和氢两种,而且摩尔比都是1:2,所以其燃烧状态与蜡烛无异,并且都会在高温下熔化,会有蜡状物滴落,因为蜡烛也是碳氢比接近1:2的碳氢化合物。如果在这几种塑料中含有杂质的话,那么燃烧时就可能会出现异味或黑烟,火焰也会变得不稳定,这是可以用来判断上述塑料品质的。
不过,虽然可以判断品质,但通过燃烧来区分聚乙烯还是聚丙烯,还是做不到的。因为相比于材料本身,燃烧的状态与制品结构关系更大,点燃同是聚丙烯的吸管与饭盒,其火焰的差异,大于聚丙烯与HDPE塑料桶之间的差异,所以靠这一方法进行区分不是特别靠谱。
除了PP与PE之外,其他的塑料燃烧起来就不是那么回事了,比如PS聚苯乙烯的含碳量较高,燃烧时就会产生浓重的黑烟,PVC塑料由于含氯具有阻燃性,离火便会不燃烧。所以这个说法只是一种比较局限的说法,也只能判断少数塑料的品质。另外,塑料燃烧时很容易产生一些致癌物,氟塑料还会因为燃烧的高温,产生一些剧毒的氟代有机物,所以最好不要用这么生猛的方法去判断,本来无害,叫你一整反倒是有害了。
下一个说法:6号塑料聚苯乙烯是有毒的塑料。
首先需要说明的是,塑料都是高分子,大多数高分子都是惰性的,我们人体不会分解,所以误食后会随着食物残渣排出体外。当然了,由于体积或形状的原因,遗留在肠胃里并造成损害的情况也会有出现,所以不要玩儿大了,什么都敢捅。但总的来看,它们都不会与我们人体反应,所以也就没有毒。
可以说,在众多的塑料中,6号塑料聚苯乙烯有毒的说法由来已久,很多人理所当然地认为其有毒、致癌,是因为看到其名字中有个“苯”字。但这无疑是先入为主的概念。因为结构中含苯的物质很多,即便是阿司匹林也含苯环。事实上,用于生产聚苯乙烯的单体苯乙烯的确对人体有危害,但聚合之后的聚苯乙烯分子变得很大,已经不再是苯乙烯,并且它也不会在体内发生化学反应。
很多年前,聚苯乙烯曾被严格限制使用,主要就是因为其有毒的说法。其实在那个时候,这种塑料确实不安全,原因是有单体苯乙烯残留。但随着技术的改进,目前聚苯乙烯生产过程中对单体的控制已经非常成熟,残余量极低,所以基本无害。之前我们也提到,目前的方便面泡沫碗等容器,都是广泛采用聚苯乙烯。
有关聚苯乙烯有毒的另一个说法是「二噁英」的阴影,二噁英是一种毒性非常强的化学物质,尽管这一说法很吸引眼球,但其实也是子虚乌有,因为二噁英的形成过程必须要有氯这种元素,而聚苯乙烯显然不具备。不过,有些纸张会采用含氯化合物进行漂白,这个过程中容易产生二噁英,所以纸包装反倒更值得注意。
既然聚苯乙烯是被各种泼脏水,所谓死猪不怕开水烫,所以很多说法也都一一安在了它的身上。比如有一种说法是,聚苯乙烯在高温下会发出有毒物质,听起来也蛮有道理,比如飞机上的饮料虽然都用聚苯乙烯的杯子,但很多航空公司提供的热饮,都是常用纸杯。其实这个问题主要还是聚苯乙烯形变的问题,70℃以上时,聚苯乙烯就开始发生形变,比如吃泡面时,加入热水后泡沫塑料就会软化塌陷。虽然纸杯也会在高温下变形,但绝大多数人都能接受变形的纸杯,但却不能接受变形的塑料杯。目前市面上也有很多耐热型的聚苯乙烯材料,开水条件下使用完全没有问题。
当然了,不论怎么洗白,客观地说,聚苯乙烯也确实存在着很大的问题,而这便是“白色污染”。由于这种塑料不易降解,随意丢弃会给土壤带来沉重的压力。不过话又说回来,所有塑料都存在回收的问题,仅有少数塑料是可以较快地自然降解,所以关键不是塑料,而是我们的卫生习惯。可见,我们说聚苯乙烯造成白色污染,无非是因为它的用途实在太过广泛、用量实在巨大罢了。目前,一次性饭盒也开始普及5号PP聚丙烯材料,同样的,聚丙烯塑料现在也一样带来了环境污染,和当年的聚苯乙烯一样,而且聚丙烯饭盒比泡沫饭盒要重,客观上也造成了石油资源的更大浪费。
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白色污染
总的来说,和聚乙烯和聚丙烯相比,聚苯乙烯在食品业中确有不足,但是风险可控,大可不必担心使用时会有什么问题。
第六个说法:塑料总归没有陶瓷和玻璃安全。
我们知道,任何类型的材料都有优缺点,如果说塑料制品没有陶瓷和玻璃有质感、有档次和值钱,这个没有太大争议,比如说我们喝红酒,都得拿着个玻璃做的高脚杯,你要拿个塑料高脚杯,就是不那么回事儿。但如果笼统地说安全性,这个说法便是不太客观的。陶瓷和玻璃用于食品也有安全隐患,最主要的问题就是来自重金属的威胁,特别是瓷器,传统的很多彩釉都是含铅或含汞的颜料,如果烧瓷工艺不到位,使用过程中就可能会溶解。即使是普通的白瓷、陶器和玻璃,含有重金属的可能性也是存在的,比如钴、锰、铬、镍这些元素,都是自然界丰度较大的元素,很多矿土中都存在,只是说对人体危害比较小,在含量极少的时候还可以补充微量元素,所以对于它们,我们基本都可以放心大胆使用,既然如此,塑料也就没啥大问题,除非你有什么特殊的癖好。
第七个说法:白酒行业大肆添加塑化剂,以改善白酒口感,以及造成挂杯的效果。
塑化剂又名增塑剂,从化学结构上看,这是一种双亲材料,一边是极性基团,另一边是非极性基团。所以在表观上,它就会体现出很多比较有意思的现象。当塑化剂处在水中时,非极性的部分由于憎水,很多塑化剂分子就会集中在一起抱成团,把非极性的部分包在里面,形成汤圆式的结构,露出极性的那一面与水接触。但实际上塑化剂毕竟不是表面活性剂,极性的那一面也不是很待见水,所以就算是继续抱团,但到“比表面积”足够小的时候,势能降下来就稳定了。最终,塑化剂就可以在水中以悬浮颗粒的形式存在,从而有一种云雾的效果,使饮料呈现乳状,所以就被称作“起云剂”。台湾曾爆出饮料塑化剂事件,就是在饮料中添加塑化剂,使其看起来像那么回事儿,这是绝对违法的。不过显而易见的是,白酒不需要这么使用塑化剂,模模糊糊的白酒谁还会买呢?那么人工添加塑化剂是不是为了改善白酒的口感呢?
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起云剂实验
有说法是,给白酒添加塑化剂,会使得新酒呈现出陈酒的口感。但科学证明,陈酒之所以更香,主要是其中的一些醛酮、杂环化合物这些入口辛辣的物质,发生挥发作用或化学反应而产生的,添加塑化剂对此作用根本无效。另外,塑化剂也不是香料,所以生产过程中实在没有添加的必要。
还有一种说法是白酒添加塑化剂,会造成挂杯的现象,很多人一看这就是好酒,可以说,这也是一个比较强势的说法。不过编造这个理由的人,恐怕是弄混了“增塑剂”和“增稠剂”这两类截然不同的物质。白酒酿造过程中,会含有很多比较活泼的物质,比如没有酵解的低聚糖、多肽等等,会使的白酒粘度增大,从而有挂杯现象。总的来看,挂杯现象的产生原因还比较复杂,除了粘度之外,表面张力的因素也很重要。但无论如何,塑化剂没有这个本事。
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挂杯
可见,白酒中添加塑化剂完全没有必要,生产者要是这么做,浪费钱不说,反而还有可能卖不出去。那么为什么在一些白酒中会出现塑化剂的身影呢?关于这一问题的真相,我们可以从白酒中塑化剂的含量分析出结果,在检测出含有塑化剂的白酒中,其含量约为1ppm,也就是1吨中含有1g,这个级别的添加量在工艺操作上是很难把握的,况且如果这么点用量能起到那些作用的话,很多化学界的理论恐怕都要改写了。这就很像武侠小说中的铸剑大师,用一根黄博士的腿毛或是一滴血,瞬间把久炼不成钢的材料,炼成一把绝世宝剑。抑或者加个羽毛,那魔杖就不知道高到哪里去了,这种情节恐怕只有在小说中才能出现。
所以白酒中塑化剂的真相便是,企业在操作过程中违规使用了PVC塑料的管道。白酒加工与一般化工操作无异,标准的操作流程应采用硬连接,所以物料转移通常就采用不锈钢管,但显然这很麻烦,而PVC塑料管也就是我们常见的“蛇皮管”则更为灵活,所以白酒中的塑化剂便是源于这种塑料管。而至于为什么塑化剂肯定来源于PVC管,就是我们下面要说到的问题了。
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PVC蛇皮管
这就是关于塑料安全性的第八个说法:塑料里都有塑化剂,不安全。
关于这个问题,貌似已经成为了“常识”。很多商家也借此营销,说我家的保鲜盒,没有塑化剂,安全性大大的,但其实,这种宣传可能是多此一举的。
事实上,在我们日常使用的约30种主要的塑料中,只有两种是必须要添加塑化剂的,这就是聚氯乙烯PVC和聚偏氯乙烯PVDC。其中,后者的产量远不如前者,所以PVC工业中使用的塑化剂总量,大概占到全球塑化剂总用量的95%。微波炉专用塑料几乎全部是聚丙烯塑料,并不使用增塑剂,而即使是回收聚丙烯塑料,也不需要加入塑化剂来掩盖什么缺陷,所以我们使用这类饭盒根本不需要担心这个问题。
不过有些宣传还是靠谱的,比如说保鲜膜有聚氯乙烯和聚乙烯两种,买的话最好选择聚乙烯的,因为没有塑化剂。不过我们或许有一天也会改变这个看法,比如在日本,聚乙烯保鲜膜的份额不足30%,这是因为他们主要使用PVDC塑料,也就是聚偏氯乙烯。聚偏氯乙烯和聚氯乙烯的结构差别不大,也必须要添加增塑剂才可以使用,但保鲜性能优于聚氯乙烯,更优于聚乙烯。那么日本人就不怕塑化剂吗?当然也怕,但他们用了一些环保型的塑化剂。可惜我国目前,还没有攻克聚偏氯乙烯薄膜生产的一些工艺问题,所以聚氯乙烯保鲜膜更常见。如果有朝一日我们在塑化剂选择上,不再使用“邻苯二甲酸酯”系列,而是改用“柠檬酸酯”系列,那就没有什么问题了。
事实上客观来说,就算是那些被追杀的DEHP与DBP这些塑化剂,也没有什么可怕的,在美国都是可以正常使用。比如美国的餐厅里,厨师戴的都是PVC手套,这些手套都是made in China,所使用的塑化剂主要是DEHP和DINP。甭管这些塑化剂叫D什么什么P,它们都是所谓的“邻苯二甲酸酯类”,欧盟不允许使用,但欧盟的法案并不只是一项技术性禁限名录,更多地还是在假借技术名义制造贸易壁垒。直至目前,并无一例确诊为邻苯类塑化剂引起的致癌、致畸、致突变的“三致”作用,至于致死,更是需要一口气喝下几斤增塑剂才行,那肯定首先是撑死。
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PVC手套
当然了,最后还要说的是,即便美国FDA允许使用,也只是说明目前已有的证据表明其基本无害。所以,如果觉得自己的命比较精贵的,还是要尽量远离塑化剂,具体在生活中,就要保证食品远离聚氯乙烯那就行了。
关于塑料安全性的最后一个说法是:由于双酚A的存在,塑料变得不安全。
前几年因为双酚A的事情,也让很多人开始远离塑料。其实也不用这么紧张,因为双酚A并不是普遍存在于塑料中的物质,它是生产7号PC塑料也就是聚碳酸酯的原料。所以其他塑料在这个问题上都是安全的。另外,环氧树脂生产也用到双酚A,但环氧树脂和我们食品基本没关联。
双酚A本身的毒性有限,要想一口气致死,差不多要喝上半斤。不过尽管如此,其对于生殖系统和婴儿的危害疑似比较严重,这也是为什么双酚A事件发生之后,国家立即出台禁止在婴儿奶瓶中含有双酚A的规定。PC塑料虽然以双酚A为原料,但我们之前说过,聚合之后的高分子是无毒的,所以PC塑料本身还是安全的。但能否保证PC塑料在任何使用条件下都不产生双酚A呢?遗憾的是,这个问题的答案是否定的,所以安全起见,婴儿用的餐具,尽可能不要选用PC制品。而诸如饮水机的水桶、太空杯这些,成年人仍然可以大胆放心的使用。我看黄博士走哪都拎着个2.5L的太空杯,一天喝好几杯,照样活蹦乱跳,妄图施展他的把妹技能。
实际上,我们每天接触到双酚A最大的机会,并不是PC塑料,而是热敏纸,也就是POS机吐出的回单和彩票使用的那种。好在这些用途毕竟不与食品直接相关,对于一般人群危害有限,但收银员就要注意了,因为双酚A具有皮肤穿透性,建议在进行收银活动时可以穿戴手套来进行防护。另外,买个彩票也别天天搁手里攥着,放心,中不了大奖。
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热敏纸
好了,又一大段流水账搞完了,我们可以对塑料的安全性做一个总结了。
塑料的安全隐患主要是两点:一是其中的辅料,比如颜料、色浆或抗氧剂等,二是回收塑料。有时候两个问题又是统一的,比如前面提到的聚丙烯塑料的问题。我们在选择塑料制品时,应尽可能选择非二次塑料接触食品,一般不采用3号PVC塑料。除PVC外,整体来看,除2号塑料本身不透明,5号塑料多数为半透明,6号塑料常常以泡沫形式存在外,其他塑料纯净时都应当是透明的。如果没有太强的美观诉求,最好尽可能选择无色透明塑料接触食品是比较安全的。
此外,塑料合成中使用的单体可能存在残余,这也可能造成一些健康问题。不过塑料问世这100多年来,品质的提升一直就没有终止过,到目前为止,一般塑料的合成过程都可以将单体残余控制到万分之一以下,有的甚至达到ppm数量级,相当于对于一个杯子来说,仅几十微克到几毫克的单体残余,而能够在使用过程中溶解到食品饮料中的则又少之又少。
总的来说,塑料的安全性还是比较高的,隐患更多地来自于加工与使用环节,由于这样或那样的各种原因,对于塑料的误解还是比较多,我们不能说这都是谣言,但很多一知半解的媒体和公知们,在客观上起了一些负面作用。
当然了,塑料相对于传统材料来说历史还很短,很多结论只是基于目前已经获得的实验数据,存在一些未知隐患的可能性还是有的,但因噎废食肯定不对。重要的是,我们应该学会区别对待,了解到每一种塑料的性质与应用。在现代生活中,抛弃塑料已经不可能,毕竟不可否认的是,我们生活在一个塑料的世界中。那么这是怎样的一个世界呢?这就是我们接下来要谈论的话题了——塑料的世界。
如果问你世界上哪些材料产量最大,那么水泥、钢材、木材,一定是容易被想到的。具体的数字我没查到,但这哥仨肯定是前三名,之后便是纸张和塑料了。虽然从产量上看,塑料还不足以称霸天下,但要论及体积,那么除了水泥,塑料完全可以说,在座的各位都是渣渣。
我们知道,材料是科技与文明发展的象征,每一个时代都会因为当时所使用的材料,而留下特别的印记,所以在考古学上,有旧石器时代、新石器时代、青铜器时代、铁器时代等几个阶段。很多考古学家建议,还要在新石器时代的同时覆盖陶器时代,这两个时代重合度较高,陶器时代略晚。所以现在一般也不把陶器时代单独拿出来。那么我们目前这个时代应该是什么时代呢?有人说,应该是“硅时代”,毕竟现在是计算机和互联网的天下。但实事求是地说,“硅时代”只能代表一个行业,至少我们住的、吃的、穿的,虽然都与互联网关系密切,但毕竟不是基础,我还没有见到硅做的裤衩。所以,“合金时代”这个词,或许更可以概括当下的材料特征。
而在众多的合金中,钢材与铝合金无疑是我们这个时代的典型材料,其他的诸如飞机使用的镁合金、精密机械使用的钛合金、造币使用的镍合金等,也在生活中备受重视。半导体等电子构件也离不开一些特殊的合金,通常要用硅、砷等非金属与镓、锗等金属掺杂。当然了,很多材料本质上很多并不是合金材料,而是具有特定原子比的化合物或半合金,不过给它算作合金也无伤大雅。所以,我们生活在一个合金的时代。
不过这个时代也许并不稳固,历史的进程正在汹涌而来,来自塑料的挑战使得合金时代严重缩水,远不像其他时代的漫漫千年。事实上,从总量上来说,我们所处的时代,已经处在从合金时代向复合材料时代迈入的阶段。
目前,全球钢材和铝材的增长趋势已逐步放缓,而塑料的增长势头则一路高歌猛进。在未来,它们之间增长的差距还将继续拉开。更要命的问题是,传统上认为必须要使用合金的领域,现在正在被塑料逐个击破。
“以塑代钢”这既是一种趋势,也是正在发生的事情。比如说,汽车与钢材是密不可分的两个行业。不过近些年来,汽车里钢材的成分越来越少,除了有些部位被铝合金替代以外,大多数是被替换成了塑料。目前,全球汽车平均的塑料占比,大约达到重量的10%,考虑到密度的差异,从体积上看,塑料占比则在1/4到1/3之间,分布在发动机、外壳最外层、底盘以外的各种位置。而且,这样的替代还没有结束,几年前全塑概念车就已经出现,甚至未来有一天,这哥们跑在大街上也完全可能实现,问题在于,塑料真的能够胜任吗?
答案是,这只是个时间问题。事实上,塑料目前还没有彻底攻破金属的防线,并不是由于性能上的缺陷,而是高强高韧塑料成本过高造成的。关于这一点,我们只需要对比一下飞机的参数就可以看出端倪。飞机对重量的要求很苛刻,同时,飞机制造业的成本压力较小,所以现代飞机中,塑料重量占比
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