塑膠

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各式塑膠製品

塑膠希臘語Plasticos拉丁語Plasticum德語PlastikKunststoff英語Plastic法語Plastique),是指以高分子量合成樹脂為主要組分,加入適當添加劑,如增塑劑穩定劑抗氧化劑阻燃劑潤滑劑著色劑等,經加工成型的塑性(柔韌性)材料,或固化交聯形成的剛性材料[1][2]

自從它被開發以來,各方面的用途日益廣泛。

IUPAC對塑膠(plastic)的定義

一個用來指聚合材料的通用詞語,材料中可能包括其他可以提昇性
能或降低成本的物質

註1:使用此一詞語而不用聚合物(polymer)的原因是後者常造成
困擾,因此不建議使用。

註2:在聚合物工程中,此一詞語是指可以混合,而且在特定條件下
可以應用流動特性在製造上的材料[3]

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分類[編輯]

塑膠分類的方式有許多種。常用聚合物中骨架及側鏈化學結構英語Chemical structure來分類。其中重要的有丙烯醯基塑膠、聚酯塑膠、矽氧樹脂聚氨酯及含鹵素的塑膠[4]。塑膠也可以依合成時的反應來分類,例如縮合反應聚合加成交聯反應英語en:cross-link[5]

熱塑性塑膠及熱固性塑膠[編輯]

塑膠可以依加熱後是否軟化分為兩種,分別是熱塑性塑膠熱固性塑膠。

熱塑性塑膠在加熱後其成份不會有化學變化,因此可以反覆的模塑[6]。這類的塑膠包括聚乙烯聚丙烯聚苯乙烯聚氯乙烯[7]。常見的熱塑性塑膠分子量約在20,000到500,000 amu之間。

熱固性塑膠只能熔化成型一次,當受熱固化定型之後,就無法再重新加熱成型[6]。在熱固程序中發生了不可逆的化學反應。像橡膠的硫化就是一種熱固程序。在硫化加熱前,橡膠是有粘性、略有流動性的物質,但在硫化後聚異戊二烯變成沒有粘性的固體。像酚醛塑膠脲醛塑膠也都是熱固性塑膠。熱固性塑膠的分子量一般假設是無限大。

其他分類[編輯]

其他分類會依在製造或是產品設計有關的特性來分類,例如產量大的通用塑膠彈性體、結構應用(工程塑膠,像聚碳酸酯聚碸聚苯醚聚醯胺聚甲醛等)、生物可分解性或是其導電性等。塑膠也可以依其物理性質分類,例如密度、拉伸強度玻璃轉化溫度。也有些特殊用途的特種塑膠,如醫用塑膠導電塑膠耐高溫塑膠等。

生物可分解性[編輯]

生物降解的塑膠在暴露在特定自然界的環境條件或生物條件下,會自然降解。特定的條件可能包括暴露在太陽下、遇水或濕氣、細菌、酶、風的磨耗等環境條件(環境降解英語Environmental degradation),也可能是在有囓齒動物,害蟲或昆蟲攻擊等生物條件下。有些型式的塑膠降解需要讓塑膠暴露在陽光下,有些則是要在在垃圾填埋場或堆肥中才會降解。澱粉顆粒曾加在塑膠中以加快其降解,但仍然無法使塑膠完全分解。有些研究者利用基因工程已改良一種細菌,可以合成完全可以生物降解的塑膠,但這種材料(聚羥基丁酸酯)到2013年為止仍非常昂貴[8]。也有公司開發了生物可分解添加物英語Environmental degradation以加速塑膠的降解。

天然及合成[編輯]

大部份塑膠都是石化工業英語petrochemical的產物,由於石油的有限以及全球暖化的威脅,已開始開發生物塑膠。是來自於可再生的生物質來源的塑膠,如來自於植物油玉米澱粉豌豆澱粉[9]等。

估計世界上軟包裝材的年消耗量是1230萬噸,其中利用生物相關材料有32.7萬噸[10][11]

結晶及無定型[編輯]

有些塑膠其分子結構為半結晶聚合物[12],其化學結構一半是晶質,另一半是無定型,因此同時有熔點(克服分子間作用力的溫度)及一個或多個玻璃轉化溫度(局部的分子彈性顥著增加的溫度)。這類的半結晶塑膠包括聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚氯乙烯、聚醯胺、聚酯和某些聚氨酯。

許多塑膠是完全的無定形體[12],包括聚苯乙烯及其共聚物、聚甲基丙烯酸甲酯及所有熱固性塑膠。也有一些塑膠屬於液晶聚合物英語Liquid crystal polymer[12]

組成[編輯]

主要包括有機聚合物塑膠,絕大多數的這些聚合物的基礎上單獨或與氧,硫,氮以及碳原子鏈。骨幹是鏈上的主要「路徑」,一起把大量的重複單位的一部分。定製塑膠,不同的分子團骨幹的「掛起」(通常他們是「掛」作為單體的一部分之前,單體連接在一起,形成高分子鏈)的屬性。這些「側鏈」的結構,影響聚合物的性能。這種重複單元的分子結構的聚合物性能的微調,使塑膠成為二十一世紀的世界中不可或缺的一部分。

添加劑[編輯]

大多數塑膠含有其他有機或無機化合物,混合添加劑的範圍從零百分比(為用於包裝食品),某些電子應用超過50%的聚合物量。添加劑的平均含量是聚合物重量的20%。填料改善性能和/或降低生產成本。穩定的添加劑包括阻燃劑,降低材料的可燃性。許多塑膠中含有填料,相對惰性的,廉價的材料,使產品變得便宜。通常情況下,填料是在原產地的礦產,如粉筆。一些填充物有化學活性,被稱為增強劑。由於許多塑膠經過聚合後硬度極大,難以加工或作為一般材料使用,因此增加增塑劑(或名可塑劑),用來增加柔軟性及彈性。增塑劑是一種常使用的添加劑,但大部分的增塑劑對人體有生殖毒性,至目前為止仍對於增塑劑種類及使用與否有極大的爭議。

用途[編輯]

在日式餐廳外,常可見以塑膠製成的食物模型。

塑膠的原始目標是用為絕緣物,自從發現電木以來,屢經改良,塑膠大有助於超高壓的發展和薄膜電子零件的進步。

  • 電器絕緣(例如導線的絕緣層,或電子零件的外殼)
  • 機械材料(因為具有比金屬輕與防鏽蝕的特性)
  • 建築材料與傢俱材質
  • 包裝材料(例如:塑膠袋
  • 人造纖維(例如:尼龍

環保問題[編輯]

自面世以來,塑膠得到廣泛應用,但同時亦產生嚴重的環境問題。塑膠垃圾難以自然分解,導致固體廢物的增加;若流入海洋中,亦會導致海洋生物誤食、窒息、中毒等,影響海洋生態;焚化塑膠垃圾亦會造成空氣污染,部份塑膠,如聚氯乙烯(PVC)和聚碳酸酯(Polycarbonates)在某些條件下或會釋出有害物質或內分泌干擾素,危害生物的生育機能。因此,減少使用塑膠成為環境保護中一項重要的工作。

回收分類標籤[編輯]

為方便塑膠的回收,美國塑膠工業協會(The Society of the Plastics Industry, Inc., USA)提出利用塑膠類型來分類的標籤系統:「合成樹脂識認碼」(Resin Identification Code,常譯為「塑膠材料編碼」或「塑膠編碼」)。可回收的塑膠容器均會附有一個以三個箭號圍繞而成的三角形標籤,標籤上會表示塑膠的類型。

中國國家標準(GB18455-2001)規定,體積/容積超過100毫升的塑膠包裝製品或塑膠容器必須直觀標註塑膠回收標示。

但很可惜,塑膠的回收並不容易,推行成效亦不理想。與金屬回收比較,塑膠回收最大問題是難以用機器進行自動分類,工序牽涉大量人力。除了容器通常以單一塑膠造成以外,不少塑膠製品皆以多種不同材料裝配而成,將其解體的成本可能比回收得來的塑膠價錢高。而且,部分種類的塑膠回收沒有經濟價值,例如發泡膠。這類塑膠垃圾通常會被掩埋或焚化。

現時,美國回收塑膠佔的比重很低,只有5%。

可分解塑膠[編輯]

用可降解的澱粉塑膠製造的餐刀,叉子和匙。

可分解塑膠能於陽光下分解。亦有於塑膠中加入澱粉使其更易於生物分解,但分解仍不完全。亦有人利用基因改造細菌產生完全可生物分解的塑膠,但成本仍高昂。德國巴斯夫公司(BASF)研究出一種稱為Ecoflex的可生物分解塑膠,用於食品包裝。以上的可分解塑膠由於成本問題,因此鮮有使用。而這種塑膠必需曝露於空氣的情況下才能分解,因此若被掩埋,仍然會導致固體廢物的問題。

塑膠的表面裝飾[編輯]

一般來說,塑膠製品的表面比較難有變化,因此需要採用噴塗、電鍍等二次加工技術來裝式表面,增加產品的價值感。不過噴塗、電鍍技術對環境會造成汙染。近幾年出現的IMD技術,因為較傳統二次加工技術更環保,並且可以在塑膠射出成型的同時就完成圖案印刷,較省人力與時間成本。IMD技術一搬包括三種:IMR(In-Mold Decoration by Roller;模內轉印)、IML(In-Mold Labling;模內標籤)、IMF(薄膜成型)。IMR目前已廣為筆記型電腦與智慧型手機所採用。

其他問題[編輯]

塑膠生產商常在包裝上含糊地稱產品樹脂,即使明明是人造樹脂/合成樹脂。一般人很易受誤導以為是天然樹脂而放心購買和使用。許多生產商也未有清楚列出製造產品時加入的各式有害化學品

由於塑膠大量生產,價錢便宜,顏色選擇多,所有人們也大量使用塑膠用品,以致常在未了解某些塑膠的實際特性的情況下不當地使用塑膠。例如,有些塑膠不宜加熱或用來存放酸性飲品食品,有些塑膠不宜受陽光照射等,否則成份會不穩定而釋出。由於無即時危險,以致塑膠產品中各種有害物質已從不同途徑,尤其是飲食,進入和污染人體。[13]

最常用的塑膠[編輯]

聚丙烯(PP)材料做的椅子
食品包裝,家用電器,汽車配件(如保險槓)。
包裝材料,食品包裝,免洗杯子,盤子,餐具,CD和DVD文件夾。
包裝材料,免洗杯子。
  • Acrylonitrile butadiene styrene(ABS)ABS樹脂
涵蓋電子設備(如顯示器,印表機,鍵盤)。
飲料瓶,薄膜,包裝。
纖維,紡織品。
纖維生產,高爾夫球,漁線,汽車塗料。
管件生產,浴簾,窗框和地板覆蓋物。
泡沫保溫,防火,滅火泡沫。
光碟,太陽鏡,防護罩,安全眼鏡,指示燈,鏡片。
包裝(食品和藥品)。
薄膜,包裝袋(一般常見塑膠袋),填裝瓶(如沐浴乳、清潔劑),管道。
  • Polycarbonate/Acrylonitrile Butadiene Styrene(PC/ABS)聚碳酸酯 / ABS樹脂:
融合了PC和ABS塑膠,創建一個更強大。用於汽車內飾和外觀件,手機機構。

特殊用途的塑膠[編輯]

隱形眼鏡,玻璃(最有名的本表格由不同的商品名在世界各地,如有機玻璃)。
耐熱,低摩擦塗層,用在這樣的話:不粘表面的油炸鍋、管道工用的密封帶、遊樂場的水滑梯等。
化學和耐熱熱塑性塑膠,生物相容性高允許使用醫療植入應用,航空太空模塑製品。其中為最昂貴的商業聚合物。
具有耐高溫,化學性質穩定,不結晶聚合物。
俗稱電木,高模量,相對耐熱,耐火和優良的聚合物。用於電氣設備絕緣部件,紙層壓製品,熱絕緣泡沫材料。它是一種熱固性塑膠,可以通過熱成型和壓力時,混合填充物般的木粉,也可以投在其剩餘的液態形式或轉換為泡沫。問題包括自然成型的機率是暗的顏色(紅,綠,棕),並作為熱固性難以回收。
餐具、裝飾品、電器零件、配電器具、電話筒、汽車零件、合板、接著劑、塗料、按鈕、容器、麻將牌、時針盤、筷子、衣釦、瓶蓋等。
玻璃、餐具、裝飾品、電器配件及外殼、配電盤、機械零件、汽車零件、麗光板、塗料、接著劑、容器、紙、布的樹脂加工。
一個可由微生物分解,由玉米澱粉轉化。目前市面上可看到的,如水洗雞蛋的透明外包盒.

工業生產[編輯]

2012年中國累計生產初級形態的塑膠5213.3萬噸,比上年增長5.5%。

相關條目[編輯]

參考書籍[編輯]

  1. ^ Abts, Georg. Kunststoff-Wissen für Einsteiger Auflage: 2. Carl Hanser Verlag GmbH & Co. KG. 2014: 4-18. ISBN 978-3-446-43925-2. 
  2. ^ Carrage, Marc; Verney, Vincent. Matières plastiques 3ème édition. Dunod. 2012: 6-21. ISBN 978-2-100- 55997-8. 
  3. ^ Terminology for biorelated polymers and applications (IUPAC Recommendations 2012). Pure and Applied Chemistry. 2012, 84 (2): 377–410. doi:10.1351/PAC-REC-10-12-04. 
  4. ^ 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. 
  5. ^ Classification of Plastics. Dwb.unl.edu. Retrieved on 2011-07-01.
  6. ^ 6.0 6.1 化學示範實驗:彩色的膠珠-熱塑性塑膠(Thermosplastic). 國科會高瞻自然科學教學資源平台. 2010-12-04 [2014-01-13] (中文). 
  7. ^ Composition and Types of Plastic Inforplease website
  8. ^ Biodegradation of plastic bottles made from Biopol in an aquatic ecosystem under in situ conditions, accessed March 2009 (login required). Springerlink.com. Retrieved on 2011-07-01.
  9. ^ Development of a pea starch film with trigger biodegradation properties for agricultural applications. CORDIS services. 2008-11-30 [2009-11-24]. 
  10. ^ National Non-Food Crops Centre. NNFCC Renewable Polymers Factsheet: Bioplastics
  11. ^ Plastics News. Plastics News. Retrieved on 2011-07-01.
  12. ^ 12.0 12.1 12.2 Design guide -Performance and value with engineering plastic.DSM
  13. ^ 《注射成形塑膠製品的生產》,劉大林,大孚書局,1984年9月,294頁~295頁
  • 《塑膠物性入門》,陳世春譯,復漢出版社

外部連結[編輯]