每年生產(chǎn)數(shù)百萬(wàn)噸塑料制品， 圖片來(lái)源：Bert Kaufmann / Wikimedia，CC BY

從第二次世界大戰(zhàn)期間以及之后的早期，聚合物的商業(yè)產(chǎn)業(yè)―長(zhǎng)鏈合成分子―“塑料”是一種常見的誤稱―已經(jīng)迅速增長(zhǎng)。2015年，全球生產(chǎn)了不包括纖維在內(nèi)的聚合物超過(guò)3.2億噸。

在過(guò)去的五年中，聚合物產(chǎn)品的設(shè)計(jì)者最初通常沒有考慮到產(chǎn)品的使用壽命結(jié)束后會(huì)發(fā)生什么。但這種情況正開始發(fā)生變化，將在未來(lái)幾年內(nèi)得到更多的關(guān)注。

塑料工業(yè)

“塑料”已經(jīng)成為一種被誤導(dǎo)的描述聚合物的方式。它們通常事來(lái)自石油或天然氣的長(zhǎng)鏈分子，每條鏈中具有成百上千個(gè)鏈接。長(zhǎng)鏈傳達(dá)了短分子根本無(wú)法匹配的重要物理性質(zhì)，例如強(qiáng)度和韌性。

“塑料”實(shí)際上是“熱塑性塑料”的縮寫形式，這一術(shù)語(yǔ)描述了可以使用熱塑造和重塑的聚合物材料。

現(xiàn)代聚合物工業(yè)實(shí)際上是由華萊士卡羅斯在20世紀(jì)30年代創(chuàng)立的。他對(duì)聚酰胺的艱苦研究從而使尼龍的商業(yè)化，因?yàn)閼?zhàn)時(shí)的絲綢短缺迫使女性尋找其他材料來(lái)制作長(zhǎng)筒襪。

當(dāng)其他材料在第二次世界大戰(zhàn)期間變得稀缺時(shí)，研究人員尋找人工合成聚合物來(lái)填補(bǔ)缺口。例如，日本對(duì)東南亞的征服切斷了汽車輪胎用天然橡膠的供應(yīng)，導(dǎo)致了一種合成聚合物代替品出現(xiàn)。

CC-BY-ND資料來(lái)源：Plastics Europe

在化學(xué)領(lǐng)域的突破推動(dòng)合成聚合物的進(jìn)一步發(fā)展，包括現(xiàn)在廣泛使用的聚丙烯和高密度聚乙烯。有一些聚合物是偶然發(fā)現(xiàn)的，如特氟龍。

最終，需求、科學(xué)進(jìn)步和意外發(fā)現(xiàn)的結(jié)合形成了一整套聚合物制品，你現(xiàn)在可以很容易地將其識(shí)別為“塑料”。由于人們希望減少產(chǎn)品的重量，并為纖維素或棉花等天然材料提供廉價(jià)的替代品，這些聚合物很快就被商業(yè)化。

塑料類型

全球生產(chǎn)的合成聚合物主要是聚烯烴 - 聚乙烯和聚丙烯。

聚乙烯有兩種類型：“高密度”和“低密度”。在分子的尺度上，高密度聚乙烯看起來(lái)就像一個(gè)有規(guī)律間隔短牙齒的梳子。與之不同的是，低密度的版本看起來(lái)就像一個(gè)有著不規(guī)則間隔的長(zhǎng)牙梳子;如果從高處看的話，有點(diǎn)像河流和它的支流。雖然它們都是聚乙烯，但形狀上的差異使這些材料在被塑造成薄膜或其他產(chǎn)品時(shí)有不同的表現(xiàn)。

CC-BY-ND來(lái)源：科學(xué)進(jìn)展(2017)

聚烯烴的優(yōu)勢(shì)有幾個(gè)原因。首先，它們可以使用相對(duì)便宜的天然氣生產(chǎn)。其次，它們是大規(guī)模生產(chǎn)的最輕的合成聚合物；它們的密度如此之低，以至于可以漂浮起來(lái)。第三，聚烯烴可以抵抗水、空氣、油脂、清潔劑的破壞―這些聚合物在使用時(shí)可能會(huì)遇到的所有問(wèn)題。最后，它們很容易被塑造成產(chǎn)品，同時(shí)又足夠堅(jiān)固，由它們制成的包裝箱不會(huì)在整天暴露在陽(yáng)光下的運(yùn)輸卡車?yán)镒冃巍?/p>

然而，這些材料有嚴(yán)重的缺點(diǎn)。它們的降解速度非常緩慢，這意味著聚烯烴在自然環(huán)境中存在幾十年到幾個(gè)世紀(jì)。與此同時(shí)，波浪和風(fēng)蝕作用機(jī)械地磨損它們，產(chǎn)生出了可以被魚類和動(dòng)物吞食的微粒子，這些微粒沿著食物鏈向我們移動(dòng)。

由于收集和清洗問(wèn)題，回收聚烯烴并不像人們希望的那樣簡(jiǎn)單。在再處理過(guò)程中，氧氣和熱量會(huì)導(dǎo)致長(zhǎng)鏈損壞，而食物和其他物質(zhì)會(huì)污染聚烯烴。化學(xué)的持續(xù)進(jìn)步創(chuàng)造了新等級(jí)的聚烯烴，增強(qiáng)了強(qiáng)度和耐用性，但在回收過(guò)程中，它們不能總是與其他等級(jí)混合在一起。更重要的是，聚烯烴通常與多層結(jié)構(gòu)包裝中的其他材料結(jié)合在一起;盡管這些多層結(jié)構(gòu)運(yùn)行良好，但它們是無(wú)法回收利用。

由石油和天然氣日益缺少，聚合物的生產(chǎn)一直被詬病。然而，用于生產(chǎn)聚合物的天然氣或石油的比例非常低;每年生產(chǎn)的石 油或天然氣中，只有不到5%用于生產(chǎn)塑料。此外，乙烯可以從甘蔗乙醇中提煉出來(lái)，就像巴西的Braskem在商業(yè)上做的那樣。

CC-BY-ND資料來(lái)源：英國(guó)塑料聯(lián)合會(huì)

如何使用塑料

根據(jù)功能不同，包裝消耗的聚合物總共占合成聚合物總量的35％至45％。聚酯對(duì)苯二甲酸乙二醇酯在飲料瓶和紡織纖維市場(chǎng)占據(jù)主導(dǎo)地位。

房屋和土木建筑消耗了生產(chǎn)聚合物總量的20％，其中PVC管占主導(dǎo)地位。 PVC管重量輕，可以膠合而不用錫焊或釬焊，并且極大地抵抗氯在水中的破壞作用。但不幸的是，給PVC帶來(lái)這種優(yōu)勢(shì)的氯原子使回收變得非常困難―大多數(shù)在使用壽命結(jié)束時(shí)被丟棄。

聚氨酯是一整套相關(guān)的聚合物族群，廣泛用于家庭和電器的泡沫保溫絕緣材料以及建筑涂料。

汽車行業(yè)使用越來(lái)越多的熱塑性塑料，主要是為了減輕重量，從而達(dá)到更高的燃油效率標(biāo)準(zhǔn)。歐盟估計(jì)，普通汽車重量中的16％是塑料部件，最重要的是內(nèi)飾部件和組件。

CC-BY-ND來(lái)源：科學(xué)進(jìn)展(2017)

   每年有7000多萬(wàn)噸熱塑性塑料用于紡織品，主要是服裝和地毯。超過(guò)九成的合成纖維(主要是聚對(duì)苯二酸酯)是在亞洲生產(chǎn)的。在服裝中合成纖維的增長(zhǎng)是以犧牲棉花和羊毛等天然纖維為代價(jià)的，這些纖維需要生產(chǎn)大量的農(nóng)田。由于對(duì)諸如拉伸、吸濕排汗和透氣性等特殊性能的要求，合成纖維行業(yè)的服裝和地毯都出現(xiàn)了大幅增長(zhǎng)。

與包裝品一樣，紡織品通常不再回收。普通美國(guó)公民每年產(chǎn)生超過(guò)90磅的紡織廢料。根據(jù)綠色和平組織的數(shù)據(jù)，2016年的平均每人每年購(gòu)買的衣服比15年前的普通人多出60%，而且衣服的保存時(shí)間也更短。

來(lái)源：材料科技在線