塑料
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塑料是指以高分子量的合成树脂/石油为主要组分，加入适当添加剂，如增塑剂、稳定剂、抗氧化剂、阻燃剂、润滑剂、着色剂等，经加工成型的塑性（柔韧性）材料，或固化交联形成的刚性材料。塑料最早来自于1850年代的英国，自从被开发以来，各方面的用途日益广泛。
塑料分类的方式有许多种。常用聚合物中骨架及侧链的化学结构来分类。其中重要的有丙烯酰基塑料、聚酯塑料、硅氧树脂、聚氨酯及含卤素的塑料[2]。塑料也可以依合成时的反应来分类，例如缩合反应、聚合加成及交联反应[3]。
热塑性塑料及热固性塑料
[编辑]塑料可以依加热后是否软化分为两种，分别是热塑性塑料及热固性塑料。
热塑性塑料在加热后其成分不会有化学变化，因此可以反复的模塑[4]。这类的塑料包括聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯和聚氯乙烯[5]。常见的热塑性塑料分子量约在20,000到500,000 amu之间。
热固性塑料只能熔化成型一次，当受热固化定型之后，就无法再重新加热成型[4]。在热固程序中发生了不可逆的化学反应。像橡胶的硫化就是一种热固程序。在硫化加热前，橡胶是有黏性、略有流动性的物质，但在硫化后聚异戊二烯变成没有黏性的固体。像酚醛塑料、脲醛塑料也都是热固性塑料。热固性塑料的分子量一般假设是无限大。
其他分类
[编辑]其他分类会依在制造或是产品设计有关的特性来分类，例如产量大的通用塑料、弹性体、结构应用（工程塑料，像聚碳酸酯、聚砜、聚苯醚、聚酰胺、聚甲醛等）、生物可分解性或是其导电性等。塑料也可以依其物理性质分类，例如密度、拉伸强度、玻璃转化温度。也有些特殊用途的特种塑料，如医用塑料、导电塑料、耐高温塑料等。
生物可分解性
[编辑]生物可分解塑料在暴露在特定自然界的环境条件或生物条件下，会自然分解。特定的条件可能包括暴露在太阳下、遇水或湿气、细菌、酶、风的磨耗等环境条件（环境分解），也可能是在有啮齿动物，害虫或昆虫攻击等生物条件下。有些型式的塑料分解需要让塑料暴露在阳光下，有些则是要在在垃圾填埋场或堆肥中才会降解。淀粉颗粒曾加在塑料中以加快其降解，但仍然无法使塑料完全分解。有些研究者利用基因工程已改良一种细菌，可以合成完全可以生物分解的塑料，但这种材料（聚羟基丁酸酯）到2013年为止仍非常昂贵[6]。也有公司开发了生物可分解添加物以加速塑料的分解。
天然及合成
[编辑]天然塑料包括了天然橡胶、乳胶（可用于制作口香糖）、虫胶、硝化纤维等，但现今大部分塑料都是石化工业的产物。
生物塑料
[编辑]由于石油的有限存量以及全球暖化的问题，促使了生物塑料之研发，是来自于可再生的生物质来源的塑料，如来自于植物油，玉米淀粉，豌豆淀粉[7]等。
估计世界上软包装材的年消耗量是1230万吨，其中利用生物相关材料有32.7万吨[8][9]。
结晶及无定型
[编辑]有些塑料其分子结构为半结晶聚合物[10]，其化学结构一半是晶质，另一半是无定型，因此同时有熔点（克服分子间作用力的温度）及一个或多个玻璃转化温度（局部的分子弹性显著增加的温度）。这类的半结晶塑料包括聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚酰胺、聚酯和某些聚氨酯。
许多塑料是完全的无定形体[10]，包括聚苯乙烯及其共聚物、聚甲基丙烯酸甲酯及所有热固性塑料。也有一些塑料属于液晶聚合物[10]。
组成
[编辑]主要包括有机聚合物塑料，绝大多数的这些聚合物的基础上单独或与氧，硫，氮以及碳原子链。骨干是链上的主要“路径”，一起把大量的重复单位的一部分。定制塑料，不同的分子团骨干的“挂起”（通常他们是“挂”作为单体的一部分之前，单体连接在一起，形成高分子链）的属性。这些“侧链”的结构，影响聚合物的性能。这种重复单元的分子结构的聚合物性能的微调，使塑料成为二十一世纪的世界中不可或缺的一部分。
添加剂
[编辑]大多数塑料含有其他有机或无机化合物，混合添加剂的范围从零百分比（为用于包装食品），某些电子应用超过50％的聚合物量。添加剂的平均含量是聚合物重量的20％。填料改善性能和/或降低生产成本。稳定的添加剂包括阻燃剂，降低材料的可燃性。许多塑料中含有填料，相对惰性的，廉价的材料，使产品变得便宜。通常情况下，填料是在原产地的矿产，如粉笔。一些填充物有化学活性，被称为增强剂。由于许多塑料经过聚合后硬度极大，难以加工或作为一般材料使用，因此添加塑化剂（或名可塑剂），用来增加柔软性及弹性。塑化剂是一种常使用的添加剂，但大部分的增塑剂对人体有生殖毒性，至目前为止仍对于塑化剂种类及使用与否有极大的争议。
用途
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塑料的原始目标是用为电绝缘物，自从发现电木以来，屡经改良，塑料大有助于超高压的发展和薄膜电子零件的进步。
环保问题
[编辑]自面世以来，塑料得到广泛应用，但同时亦产生严重的环境问题。塑料垃圾难以自然分解，导致固体废物的增加；若流入海洋中，亦会导致海洋生物误食、窒息、中毒等，影响海洋生态；焚化塑料垃圾亦会造成空气污染，部分塑料，如聚氯乙烯（PVC）和聚碳酸酯（Polycarbonates）在某些条件下或会释出有害物质或内分泌干扰素，危害生物的生育机能。因此，减少使用塑料成为环境保护中一项重要的工作。
回收分类标签
[编辑]为方便塑料的回收，美国塑料工业协会（The Society of the Plastics Industry, Inc., USA）提出利用塑料类型来分类的标签系统：“合成树脂识认码”（Resin Identification Code，常译为“塑料材料编码”或“塑料编码”）。可回收的塑料容器均会附有一个以三个箭号围绕而成的三角形标签，标签上会表示塑料的类型。
中国国家标准（GB18455-2001）规定，体积/容积超过100毫升的塑料包装制品或塑料容器必须直观标注塑料回收标示。
但很可惜，塑料的回收并不容易，推行成效亦不理想。与金属回收比较，塑料回收最大问题是难以用机器进行自动分类，工序牵涉大量人力。除了容器通常以单一塑料造成以外，不少塑料制品皆以多种不同材料装配而成，将其解体的成本可能比回收得来的塑料价钱高。而且，部分种类的塑料回收没有经济价值，例如发泡胶。这类塑料垃圾通常会被掩埋或焚化。
其它，如美国回收塑料占的比重很低，只有5%，但是，德国、北欧等部分国家或地区，则有较高资源回收比重。
可分解塑料
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可分解塑料能于阳光下分解。亦有于塑料中加入淀粉使其更易于生物分解，但分解仍不完全。亦有人利用基因改造细菌产生完全可生物分解的塑料，但成本仍高昂。德国巴斯夫公司（BASF）研究出一种称为Ecoflex的可生物分解塑料，用于食品包装。以上的可分解塑料由于成本问题，因此鲜有使用。而这种塑料必需曝露于空气的情况下才能分解，因此若被掩埋，仍然会导致固体废物的问题。
故此，德国环境部长舒尔兹（Svenja Schulze）2019年9月宣布，计划明年禁止即弃塑料袋。而超级市场及零售商的收银处，将不能向客人提供塑料袋，包括可生物分解的塑料袋及采用再生物料制造的塑料袋在内，违反企业将面临高达十万欧元的罚款。[11]
塑料的表面装饰
[编辑]一般来说，塑料制品的表面比较难有变化，因此需要采用喷涂、电镀等二次加工技术来装饰表面，增加产品的价值感。不过喷涂、电镀技术对环境会造成污染。近几年出现的IMD技术，因为较传统二次加工技术更环保，并且可以在塑料注塑成型的同时就完成图案印刷，较省人力与时间成本。IMD技术一般包括三种：IMR（In-Mold Decoration by Roller；模内转印）、IML（In-Mold Labling；模内标签）、IMF（薄膜成型）。IMR目前已广为笔记型电脑与智能手机所采用。
生态灾难
[编辑]据绿色和平最近的研究显示，自从2017年12月31日中国收紧洋垃圾进口的禁令起，马来西亚、泰国和越南迅速成为新的“垃圾岗”。单是2018年，马来西亚接收近100万吨，主要来自美国、日本和德国的废塑料。此举令许多亚洲地区的乡郊沦为塑料垃圾弃置场，伤害自然环境。[12]
其他问题
[编辑]塑料生产商常在包装上含糊地称产品为树脂，即使明明是人造树脂/合成树脂。一般人很易受误导以为是天然树脂而放心购买和使用。许多生产商也未有清楚列出制造产品时加入的各式有害化学品。
由于塑料大量生产，价钱便宜，颜色选择多，所有人们也大量使用塑料用品，以致常在未了解某些塑料的实际特性的情况下不当地使用塑料。例如，有些塑料不宜加热或用来存放酸性饮品食品，有些塑料不宜受阳光照射等，否则成分会不稳定而释出。由于无即时危险，以致塑料产品中各种有害物质已从不同途径，尤其是饮食，进入和污染人体。[13]
最常用的塑料
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- Polypropylene（PP）聚丙烯：
- 食品包装、家用电器、汽车配件（如保险杆）。
- Polystyrene（PS）聚苯乙烯：
- 包装材料、食品包装、一次性杯子、盘子、餐具、CD和DVD文件夹。
- High impact polystyrene（HIPS）高冲击聚苯乙烯：
- 包装材料、一次性杯子。
- Acrylonitrile butadiene styrene（ABS）ABS树脂（丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物）：
- 涵盖电子设备（如显示器、打印机、键盘）。
- Polyethylene terephthalate（PET）聚对苯二甲酸乙二酯：
- 饮料瓶、薄膜、包装。
- Polyester（PES）聚酯：
- 纤维、纺织品。
- Polyamides（PA）聚酰胺：
- 纤维生产、高尔夫球、钓鱼线、汽车涂料。
- Polyvinyl chloride（PVC）聚氯乙烯：
- 管件生产、浴帘、窗框和地板覆盖物。
- Polyurethanes（PU）聚氨酯：
- 泡沫保温、防火、灭火泡沫。
- Polycarbonate（PC）聚碳酸酯：
- 光盘、太阳镜、防护罩、安全眼镜、指示灯、镜片。
- Polyvinylidene chloride（PVDC）聚二氯乙烯：
- 包装（食品和药品）。
- Polyethylene（PE）聚乙烯：
- 薄膜、包装袋（一般常见塑料袋）、填装瓶（如沐浴乳、清洁剂）、水管。
- Polycarbonate/Acrylonitrile Butadiene Styrene（PC/ABS）聚碳酸酯 / ABS树脂：
- 融合了PC和ABS塑料，更为坚固。用于汽车内装和外部配件、手机外壳。
特殊用途的塑料
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- Polymethyl methacrylate（PMMA）聚甲基丙烯酸甲酯：
- 隐形眼镜，玻璃（如有机玻璃）。
- Polytetrafluoroethylene（PTFE）聚四氟乙烯：
- 耐热，低摩擦涂层：不沾涂层的不沾锅、水电工用的密封胶带、游乐场的滑水道等。
- Polyetheretherketone（PEEK）聚醚醚酮：
- 化学和耐热热塑性塑料，生物相容性高，使用医疗植入，航空航太制品。其中为最昂贵的商业聚合物。
- Polyetherimide（PEI）聚醚亚酰胺：
- 具有耐高温，化学性质稳定，不结晶聚合物。
- Phenolics（PF）酚醛树脂：
- 俗称电木，高模量，相对耐热，耐火和优良的聚合物。用于电气设备绝缘部件，纸层压制品，热绝缘泡沫材料。它是一种热固性塑料，可以通过热成型和压力时，混合填充物般的木粉，也可以投在其剩余的液态形式或转换为泡沫。问题包括自然成型的几率是暗的颜色（红，绿，棕），并作为热固性难以回收。
- Urea-formaldehyde（UF）尿素甲醛树脂：
- 餐具、装饰品、电器零件、配电器具、电话筒、汽车零件、合板、接着剂、涂料、按钮、容器、麻将牌、时针盘、筷子、衣扣、瓶盖等。
- Melamine formaldehyde（MF）三聚氰胺-甲醛树脂：
- 玻璃、餐具、装饰品、电器配件及外壳、配电盘、机械零件、汽车零件、丽光板、涂料、接着剂、容器、纸、布的树脂加工。
- Polylactic acid（PLA）聚乳酸：
- 一个可由微生物分解，由玉米淀粉转化。目前市面上可看到的，如水选蛋的透明盒子。
参见
[编辑]参考文献
[编辑]引用
[编辑]- ^ Terminology for biorelated polymers and applications (IUPAC Recommendations 2012) (PDF). Pure and Applied Chemistry. 2012, 84 (2): 377–410 [2014-01-13]. doi:10.1351/PAC-REC-10-12-04. （原始内容存档 (PDF)于2015-03-19）.
- ^ Menges, Georg; Haberstroh, Edmund; Michaeli, Walter; Schmachtenberg, Ernst. Menges Werkstoffkunde Kunststoffe Auflage: 6. Carl Hanser Verlag GmbH & Co. KG. 2011: 3-11. ISBN 978-3-446-42762-4.
- ^ Classification of Plastics 互联网档案馆的存档，存档日期2007-12-15.. Dwb.unl.edu. Retrieved on 2011-07-01.
- ^ 4.0 4.1 化學示範實驗：彩色的膠珠-熱塑性塑膠（Thermosplastic）. 国科会高瞻自然科学教学资源平台. 2010-12-04 [2014-01-13]. （原始内容存档于2020-12-25） （中文）.
- ^ Composition and Types of Plastic （页面存档备份，存于互联网档案馆） Inforplease website
- ^ Biodegradation of plastic bottles made from Biopol in an aquatic ecosystem under in situ conditions, accessed March 2009 (login required)[永久失效链接]. Springerlink.com. Retrieved on 2011-07-01.
- ^ Development of a pea starch film with trigger biodegradation properties for agricultural applications. CORDIS services. 2008-11-30 [2009-11-24]. （原始内容存档于2013-12-24）.
- ^ National Non-Food Crops Centre. NNFCC Renewable Polymers Factsheet: Bioplastics （页面存档备份，存于互联网档案馆）
- ^ Plastics News 互联网档案馆的存档，存档日期2008-05-13.. Plastics News. Retrieved on 2011-07-01.
- ^ 10.0 10.1 10.2 Design guide -Performance and value with engineering plastic.DSM
- ^ 绿色和平, 德國開始「走塑」擬明年禁用即棄膠袋, [2022-04-22], （原始内容存档于2020-11-24）
- ^ 绿色和平, 廢塑膠傾倒亞洲, [2022-04-22], （原始内容存档于2020-10-31）
- ^ 《注射成形塑料制品的生产》，刘大林，大孚书局，1984年9月，294页～295页
来源
[编辑]- 书籍
- 《塑料物性入门》，陈世春 译，复汉出版社.
延伸阅读
[编辑][在维基数据编辑]
外部链接
[编辑]- （繁体中文）国立台湾大学 塑料加工实验室
- （繁体中文）财团法人塑料工业技术发展中心（Plastics Industry Development Center） （页面存档备份，存于互联网档案馆）
- （繁体中文）（英文） 台湾区模具工业同业公会 （页面存档备份，存于互联网档案馆）
