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科学松鼠会

让我们剥开科学的坚果

 
 
 

日志

 
 
关于我

什么是科学松鼠会? 我们认为,对于部分人来说,科学就像一枚枚难以开启的坚果,虽味美却不易入口。 我们希望自己能够像松鼠一样,打开科学的坚硬外壳,将有营养的果仁剥出来,让人们能够领略到科学的美妙。 我们试图让科学传播并且流行起来。

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塑料的世界(2)族谱——令人震撼的庞大家族   

2014-05-27 17:36:32|  分类: 默认分类 |  标签: |举报 |字号 订阅

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本文作者:孙 亚飞

塑料2题图在纪录片Addicted to Plastic(中文译作《塑料成瘾》)刚开始的片段,大家可能会注意到演员从起床到刷牙的一连串动作过程中,大约两分钟左右居然先后接触了聚氯乙烯、聚酯、聚氨酯发泡塑料、低密度聚乙烯、高密度聚乙烯和聚丙烯多种塑料。当你看到这篇文章的时候,可以把头抬起来环顾四周,我敢说95%的读者会搜罗出至少五种不同的塑料,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,以及看到此处时下意识端起的PP咖啡杯,或许盖子还是PS的,耳中响起来自PC外壳手机的铃声……

天哪,我们到底一天要接触多少种不同的塑料?这是个大问题,或许有些无聊,但的确影响着生活的方方面面。所以我们这一篇就是来认识一下塑料家族的核心成员们。

关于塑料的那些号码

 

在如今信息高度发达的时代,多数家庭主妇都知道微波炉加热要使用5号塑料,很多人在拿到塑料容器时也会下意识地找一个三角形,然后仔细辨认其中的数字是多少。不过真正了解这些数字的人并不多,于是也就产生了很多问题,比如5号塑料是不是最安全?实际上并不是那么简单。因此,要真的更好地利用塑料的数字来提高生活质量,首要的问题是搞清楚塑料号码的含义。

塑料容器上的三角形如果注意看便可以发现,其实是循环利用的标志,其中的数字就是进入不同回收渠道的标记,换言之,对于回收人员而言,当他看到塑料瓶上标的1号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。很多网站或电视里的“专家”都提出塑料号码代表的是塑料的安全性,数字越大越安全,甚至说5号以下不能用,这都是子虚乌有的事情——号码根本就不是对塑料的评级。有的时候看到这样的节目也发现,专家们如果被主持人问得多了,明显有些语无伦次,所以站不住脚的说法就是站不住脚。多说一句,这个谣言尽管技术含量很低,但迷惑性很高,很多看过这个说法的人就会牢牢记住这个概念,因为人们都会觉得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,可惜事与愿违。安全性包含的内容相当复杂,绝非一个数字可以概括的,我们在下一篇会说起这个话题。

塑料目前商业化的品种大约有140种,日常使用的即有约30种,可谓是门丁兴旺。想想塑料的亲戚橡胶与纤维,四胶(顺丁胶、异戊胶、丁苯胶、乙丙胶)与四纶(涤纶、腈纶、锦纶、维纶)就已经说明了行业里的常规成员,剩下的一般都要用“特种”标注了,相比于常规塑料的品种数简直是弱爆了。不过众多塑料品种中,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。每个号码都对应着不同的塑料品种,依次是PET、HDPE、PVC、LDPE、PP、PS、PC,每一个缩写里都有一个“P”,这是英语中聚合“Poly-”的意思。

No.1

PET

软质透明的瓶瓶罐罐几乎是PET的天下,美观大方,价格低廉

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,便可用于纤维行业,即涤纶纤维,也是现在更常说的聚酯纤维(导购们显然知道如果说数千块钱的西装是涤纶产品未免显得太低端了),而造丝方面的用途也决定了PET的回收方式,绝大多数回收的饮料瓶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,就是不怎么耐热,这一点应该很多人都深有体会,用矿泉水瓶接收饮水机的热水时瓶子就开始变形了,那温度也就85度左右。不过通常80摄氏度以下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,它便是生产PET的重要原料,而且也是其他很多重要消费品的原料,现代工业中它的地位与乙烯、丙烯差不多。有一些利益团体不希望中国实现对二甲苯的自给,因此不断强化关于PX各种各样的危言耸听,我们应当擦亮双眼。

No.2

HDPE

不透明的硬质瓶瓶罐罐多是HDPE,耐受力强自然适用与日化用品

2号塑料HDPE,学名高密度聚乙烯,在盥洗室里最容易找到它们做的日化用品容器,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,因此外观上也就呈现出不透明的状态(高分子材料不同于钻石,结晶度高往往会降低透明度),并且硬度也更高,甚至有点脆生生的感觉。正是因为高强度不怕摔而且不透光,奶制品常常偏好2号塑料。这种塑料耐水耐油性都非常出色,因此适应性很广。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摄氏度以上才会容易变形。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材料,所以工业中也是应用极为普遍,也正因此聚乙烯工业是任何一个工业国家不可忽视的产业。

No.3

PVC

大家都不喜欢PVC用于食品,其实PVC最有价值的用途也不是食品行业,PVC人造革虽然不透气,但便宜

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,因为其中含有氯。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,尽管如此3号塑料还是很少在食品类容器中看到。PVC也是七大塑料中唯一必须使用增塑剂的材料,这使得它的状态可以从软而弹到硬而脆之间变化。而增塑剂就是媒体报道中的“塑化剂”,是一种食品工业中饱受诟病的材料,但事实如何,我们将来再解释。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,比如日系车的内饰大量使用的人造革、一次性检查手套、地板、桌布、塑胶鞋,因为PVC价格比天然胶和聚氨酯人造革低得多。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,这意味着未来我们可能只有面对物美价不廉的PVC了。

No.4

LDPE

LDPE的保鲜能力并不强,但却仍然是保鲜膜最理想的材料之一

4号塑料LDPE,和2号塑料是亲兄弟,学名低密度聚乙烯。不过本质上2号和4号的结构并不相同,除了单体都使用乙烯之外。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的透明度比较高,所以我们日常生活中主要在保鲜膜、塑料袋等方面可以看到它。但是这种塑料耐油性比较低,生活中也有很多这样的例子,比如吃羊蝎子时戴了PE手套,尽管手套并没有气孔,但仍然会有油腻的感觉;或者买了红油猪耳用塑料袋装着,回家扔到床上就开始玩电脑,几个小时后发现床单该换了。因此,这种塑料在食品中应用相对有限。但工业上4号塑料还是很威风,在膜工业中它是当之无愧的霸主。

No.5

PP

PP是一种很会讨好人的塑料,它与微波炉的组合可以用非方便面加火腿肠的方式解决宅男宅女的饮食问题

5号塑料PP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,这是因为它的耐热且化学稳定性比较高。这种塑料本质上和2号塑料其实很接近,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号差不太多。5号塑料在食品方面的应用超过其他任何塑料,除了容器,还有软包装中的BOPP膜,香烟盒的最外层薄膜便是这种塑料。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。聚丙烯工业同样也是衡量一个国家产业水平的标准。

No.6

PS

不要觉得PS的饭盒很低档,至少它们可以让一些服务于底层的小餐馆活下去

6号塑料PS,学名聚苯乙烯,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,特别是中国铁路的两侧,但近20年过去了,很多人都忘记了那时的“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,只是在食品方面的地位降低了很多,一般在方便面、全家桶这些食品外包装上还在广泛使用,泡沫饭盒当然还有,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,如果在飞机上无聊得研究一次性饮料杯,可以发现大都采用的是6号塑料,当然如果喝咖啡或者茶这些热饮就只会观察到纸杯或5号塑料了。

No.7

PC

PC是种很漂亮的塑料,而且相当结实,妈妈再用不用担心杯子被打碎了

7号塑料PC,不是指的个人电脑,而是聚碳酸酯,但确与个人电脑有关,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,只是由于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,PC出身“高贵”,它不是通用塑料,而是工程塑料,名字上就可以知道这家伙的物理性能比较优异。电器外壳方面,PC和另一种工程塑料ABS占据了主流市场,而在食品行业,最普遍的莫过于太空杯、饮水机桶和奶瓶了。它的突出特点是强度高,别说摔不坏,好一点的PC外壳踩都踩不烂,著名的核桃开壳器品牌诺基亚大家应该早有感受了吧,而iPhone5C的出现则让这种塑料又露了大脸。

那些没号码的塑料

 

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,尽管没户口,但有一些却也一样深深影响着我们的生活,我们一起感受一下——

No.8

PMMA

亚克力是塑料中的艺术家,它有着对光线独到地解释,却不像玻璃那样咄咄逼人

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,因此诞生后的一千多年里,其使得没有哪种材料向玻璃发出过挑战,唯有PMMA,而且这种塑料重量轻,强度好,折射率高,破碎后没有尖锐物,耐热耐寒性都不错,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。因此,亚克力(不特指PMMA一种)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,门帘与吊灯上常见的人造宝石、油画中的“丙烯”都是亚克力材料。

No.9

PU

纪念忘却的1115上海大火,他们说罪魁祸首是PU,难道不是他们自己吗

PU,学名聚氨酯,又一种近年来被很多人开始熟悉的材料,特别是在上海大火之后很多人都把原因归罪于聚氨酯保温材料,尽管我们作为聚氨酯的粉丝为此抱不平而更认为火灾是人祸,阻燃型的聚氨酯早就已经问世。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,但也能很硬,跟石头差不多。保温材料是聚氨酯的一大用途,也需要通过发泡工艺进行处理,不仅房屋用,冰箱内层也会用;而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,谁让最大的生产商是德国拜尔呢。但食品方面,聚氨酯并不是很常用,它不怎么耐水也不怎么耐油,这是一大缺憾。

No.10

ABS

为人不识ABS,看遍塑料也枉然,三种原料共聚,还能保留各自的优点其实并不易

ABS,学名丙烯腈-丁二烯-苯乙烯树脂,与防抱死系统的简写一样,这也是少数简写中没有“P”的塑料,当然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——丙烯腈(A)、丁二烯(B)与苯乙烯(S)共聚而成。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,日常见到的一些领域主要是家用塑料器具、电器外壳和玩具手办。

No.11

PA

PA也是塑料与纤维工业中的常青树,几十年如一日扮演着Strong死壮的形象

PA,学名聚酰胺,它还有个霸气的名字叫尼龙,如果再制成丝袜足以让大多数男士血脉贲张,但实际上丝袜这个名字和娇嫩的蚕丝几乎没什么交集。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modern auto(不为秀英语,只是为了不特指某汽车品牌)的轻量化,很大程度是PA的功劳。按照目前的发展速度,铝合金在未来的数十年内会在主要的领域悉数被PA取代,包括飞机制造业。需要注意的是,与PA容易混淆的还有PAM,聚丙烯酰胺,这两种东西差了十万八千里,尽管名称和简写都很接近。

No.12

PI

如果要介绍PI这货,还有什么比火箭导弹最贴切?

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摄氏度也能挺住,所以可以用于火箭或导弹中的元件;这种塑料也不怕冷,液氦中还有韧性;这种塑料强度超大,比尼龙还要强;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材料会如何纵横材料界。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。

No.13

PTFE

不粘锅只不过是塑料王玩的一个小把戏,工业上早就非常成熟地用PTFE制作不粘釜、不粘管了

王者总是用来压轴的,所以最后一个出场的就该是PTFE了,学名聚四氟乙烯,商品名为特氟龙,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,特氟龙的强度不高,比起尼龙什么的简直是渣渣,但除此以外,特氟龙在耐热耐寒性上展示了突出的性能,而在耐腐蚀性方面,它则是当之无愧的王者,一般的酸碱对它而言都是小儿科,即使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,可以看到无论是油是水,都会以液珠的形式存在,熟悉物理的人都明白这是表面张力在作祟,也正因此,特氟龙在工业上的用途也是极为广泛,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。

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(PF和EP中的P都不是Poly-的缩写)、MF密胺树脂(仿瓷餐具)等等。此外,从结构上说,碳纤维也是一种高分子材料,也可以看作是塑料。每一种塑料都有着各自精彩的故事,但对于非专业人士而言,能够使用就可以了,专业性知识实在太枯燥。认识了上述几种主要的塑料之后,我们最重要的一篇 “品质”即将展开,敬请继续关注。

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