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塑料

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各式塑胶制品

塑料是指以高分子量合成树脂为主要组分,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[1][2]

塑胶最早来自于1850年代的英国。自从塑胶被开发以来,各方面的用途日益广泛。

IUPAC对塑料(plastic)的定义

一个用来指聚合材料的通用词语,材料中可能包括其他可以提升性
能或降低成本的物质

注1:使用此一词语而不用聚合物(polymer)的原因是后者常造成
困扰,因此不建议使用。

注2:在聚合物工程中,此一词语是指可以混合,而且在特定条件下
可以应用流动特性在制造上的材料[3]

分类[编辑]

塑料分类的方式有许多种。常用聚合物中骨架及侧链化学结构英语Chemical structure来分类。其中重要的有丙烯酰基塑料、聚酯塑料、矽氧树脂聚氨酯及含卤素的塑料[4]。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交联反应[5]

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,分别是热塑性塑料热固性塑料。

热塑性塑料在加热后其成份不会有化学变化,因此可以反复的模塑[6]。这类的塑料包括聚乙烯聚丙烯聚苯乙烯聚氯乙烯[7]。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[6]。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,橡胶是有粘性、略有流动性的物质,但在硫化后聚异戊二烯变成没有粘性的固体。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

生物可分解性[编辑]

生物降解的塑胶在暴露在特定自然界的环境条件或生物条件下,会自然降解。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(环境降解),也可能是在有啮齿动物,害虫或昆虫攻击等生物条件下。有些型式的塑胶降解需要让塑胶暴露在阳光下,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,但仍然无法使塑胶完全分解。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降解的塑胶,但这种材料(聚羟基丁酸酯)到2013年为止仍非常昂贵[8]。也有公司开发了生物可分解添加物以加速塑胶的降解。

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)、虫胶英语Shellac硝化纤维等,但现今大部份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[9]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[10][11]

结晶及无定型[编辑]

有些塑胶其分子结构为半结晶聚合物[12],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)。这类的半结晶塑胶包括聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚酰胺、聚酯和某些聚氨酯。

许多塑胶是完全的无定形体[12],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胶。也有一些塑胶属于液晶聚合物英语Liquid crystal polymer[12]

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。由于许多塑胶经过聚合后硬度极大,难以加工或作为一般材料使用,因此增加增塑剂(或名可塑剂),用来增加柔软性及弹性。增塑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,至目前为止仍对于增塑剂种类及使用与否有极大的争议。

用途[编辑]

在日式餐厅外,常可见以塑胶制成的食物模型。

塑胶的原始目标是用为绝缘物,自从发现电木以来,屡经改良,塑胶大有助于超高压的发展和薄膜电子零件的进步。

  • 电器绝缘(例如导线的绝缘层,或电子零件的外壳)
  • 机械材料(因为具有比金属轻与防锈蚀的特性)
  • 建筑材料与家俱材质
  • 包装材料(例如:塑胶袋
  • 人造纤维(例如:尼龙

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。塑胶垃圾难以自然分解,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;焚化塑胶垃圾亦会造成空气污染,部份塑胶,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,减少使用塑胶成为环境保护中一项重要的工作。

回收分类标签[编辑]

为方便塑胶的回收,美国塑胶工业协会(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“塑胶材料编码”或“塑料编码”)。可回收的塑胶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,不少塑胶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。这类塑胶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。

可分解塑胶[编辑]

用可降解的淀粉塑料制造的餐刀,叉子和匙。

可分解塑胶能于阳光下分解。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。

塑胶的表面装饰[编辑]

一般来说,塑胶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式表面,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,并且可以在塑料射出成型的同时就完成图案印刷,较省人力与时间成本。IMD技术一搬包括三种: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慧型手机所采用。

其他问题[编辑]

塑料生产商常在包装上含糊地称产品树脂,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,否则成份会不稳定而释出。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[编辑]

聚丙烯(PP)材料做的椅子
食品包装,家用电器,汽车配件(如保险杠)。
包装材料,食品包装,一次性杯子,盘子,餐具,CD和DVD文件夹。
包装材料,一次性杯子。
  • Acrylonitrile butadiene styrene(ABS)ABS树脂
涵盖电子设备(如显示器,打印机,键盘)。
饮料瓶,薄膜,包装。
纤维,纺织品。
纤维生产,高尔夫球,渔线,汽车涂料。
管件生产,浴帘,窗框和地板覆盖物。
泡沫保温,防火,灭火泡沫。
光碟,太阳镜,防护罩,安全眼镜,指示灯,镜片。
包装(食品和药品)。
薄膜,包装袋(一般常见塑胶袋),填装瓶(如沐浴乳、清洁剂),管道。
  • Polycarbonate/Acrylonitrile Butadiene Styrene(PC/ABS)聚碳酸酯 / ABS树脂:
融合了PC和ABS塑料,创建一个更强大。用于汽车内饰和外观件,手机机构。

特殊用途的塑料[编辑]

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隐形眼镜,玻璃(最有名的本表格由不同的商品名在世界各地,如有机玻璃)。
耐热,低摩擦涂层,用在这样的话:不粘表面的油炸锅、管道工用的密封带、游乐场的水滑梯等。
化学和耐热热塑性塑料,生物相容性高允许使用医疗植入应用,航空航天模塑制品。其中为最昂贵的商业聚合物。
具有耐高温,化学性质稳定,不结晶聚合物。
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,也可以投在其剩馀的液态形式或转换为泡沫。问题包括自然成型的概率是暗的颜色(红,绿,棕),并作为热固性难以回收。
餐具、装饰品、电器零件、配电器具、电话筒、汽车零件、合板、接著剂、涂料、按钮、容器、麻将牌、时针盘、筷子、衣扣、瓶盖等。
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、接著剂、容器、纸、布的树脂加工。
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,如水洗鸡蛋的透明外包盒。

相关条目[编辑]

参考文献[编辑]

引用[编辑]

  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) (PDF). 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 化学示范实验:彩色的胶珠-热塑性塑胶(Thermosplastic). 国科会高瞻自然科学教学资源平台. 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 互联网档案馆存档,存档日期2008-05-13.. Plastics News. Retrieved on 2011-07-01.
  12. ^ 12.0 12.1 12.2 Design guide -Performance and value with engineering plastic.DSM
  13. ^ 《注射成形塑料制品的生产》,刘大林,大孚书局,1984年9月,294页~295页

书籍[编辑]

  • 《塑胶物性入门》,陈世春译,复汉出版社

外部链接[编辑]