塑膠
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塑膠是指以高分子量的合成樹脂/石油為主要組分，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。塑膠最早來自於1850年代的英國，自從被開發以來，各方面的用途日益廣泛。
塑膠分類的方式有許多種。常用聚合物中骨架及側鏈的化學結構來分類。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[2]。塑膠也可以依合成時的反應來分類，例如縮合反應、聚合加成及交聯反應[3]。
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，分別是熱塑性塑膠及熱固性塑膠。
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[4]。這類的塑膠包括聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯和聚氯乙烯[5]。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[4]。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，橡膠是有黏性、略有流動性的物質，但在硫化後聚異戊二烯變成沒有黏性的固體。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]
生物可分解塑膠在暴露在特定自然界的環境條件或生物條件下，會自然分解。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（環境分解），也可能是在有囓齒動物，害蟲或昆蟲攻擊等生物條件下。有些型式的塑膠分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分解的塑膠，但這種材料（聚羥基丁酸酯）到2013年為止仍非常昂貴[6]。也有公司開發了生物可分解添加物以加速塑膠的分解。
天然及合成[編輯]
天然塑膠包括了天然橡膠、乳膠（可用於製作口香糖）、蟲膠、硝化纖維等，但現今大部份塑膠都是石化工業的產物。
生物塑膠[編輯]
由於石油的有限存量以及全球暖化的問題，促使了生物塑膠之研發，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[7]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[8][9]。
結晶及無定型[編輯]
有些塑膠其分子結構為半結晶聚合物[10]，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（局部的分子彈性顯著增加的溫度）。這類的半結晶塑膠包括聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚醯胺、聚酯和某些聚氨酯。
許多塑膠是完全的無定形體[10]，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[10]。
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，因此添加塑化劑（或名可塑劑），用來增加柔軟性及彈性。塑化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，至目前為止仍對於塑化劑種類及使用與否有極大的爭議。
用途[編輯]
塑膠的原始目標是用為電絕緣物，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。
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。
其它，如美國回收塑膠佔的比重很低，只有5%，但是，德國、北歐等部分國家或地區，則有較高資源回收比重。
可分解塑膠[編輯]
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。
故此，德國環境部長舒爾茲（Svenja Schulze）2019年9月宣布，計劃明年禁止即棄塑膠袋。而超級市場及零售商的收銀處，將不能向客人提供塑膠袋，包括可生物分解的塑膠袋及採用再生物料製造的塑膠袋在內，違反企業將面臨高達十萬歐元的罰款。[11]
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飾表面，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技術一般包括三種：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。
生態災難[編輯]
據綠色和平最近的研究顯示，自從2017年12月31日中國收緊洋垃圾進口的禁令起，馬來西亞、泰國和越南迅速成為新的「垃圾崗」。單是2018年，馬來西亞接收近100萬噸，主要來自美國、日本和德國的廢塑膠。此舉令許多亞洲地區的鄉郊淪為塑膠垃圾棄置場，傷害自然環境。[12]
其他問題[編輯]
塑膠生產商常在包裝上含糊地稱產品為樹脂，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]
- Polypropylene（PP）聚丙烯：
- 食品包裝、家用電器、汽車配件（如保險桿）。
- Polystyrene（PS）聚苯乙烯：
- 包裝材料、食品包裝、免洗杯子、盤子、餐具、CD和DVD文件夾。
- High impact polystyrene（HIPS）高衝擊聚苯乙烯：
- 包裝材料、免洗杯子。
- Acrylonitrile butadiene styrene（ABS）ABS樹脂（丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物）：
- 涵蓋電子設備（如顯示器、印表機、鍵盤）。
- Polyethylene terephthalate（PET）聚對苯二甲酸乙二酯：
- 飲料瓶、薄膜、包裝。
- Polyester（PES）聚酯：
- 纖維、紡織品。
- Polyamides（PA）聚醯胺：
- 纖維生產、高爾夫球、釣魚線、汽車塗料。
- Polyvinyl chloride（PVC）聚氯乙烯：
- 管件生產、浴簾、窗框和地板覆蓋物。
- Polyurethanes（PU）聚氨酯：
- 泡沫保溫、防火、滅火泡沫。
- Polycarbonate（PC）聚碳酸酯：
- 光碟、太陽鏡、防護罩、安全眼鏡、指示燈、鏡片。
- Polyvinylidene chloride（PVDC）聚二氯乙烯：
- 包裝（食品和藥品）。
- Polyethylene（PE）聚乙烯：
- 薄膜、包裝袋（一般常見塑膠袋）、填裝瓶（如沐浴乳、清潔劑）、水管。
- Polycarbonate/Acrylonitrile Butadiene Styrene（PC/ABS）聚碳酸酯 / ABS樹脂：
- 融合了PC和ABS塑膠，更為堅固。用於汽車內裝和外部配件、手機外殼。
特殊用途的塑膠[編輯]
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維基教科書中的相關電子教學：塑膠的種類及名稱 |
- Polymethyl methacrylate（PMMA）聚甲基丙烯酸甲酯：
- 隱形眼鏡，玻璃（如有機玻璃）。
- Polytetrafluoroethylene（PTFE）聚四氟乙烯：
- 耐熱，低摩擦塗層：不沾塗層的不沾鍋、水電工用的密封膠帶、遊樂場的滑水道等。
- Polyetheretherketone（PEEK）聚醚醚酮：
- 化學和耐熱熱塑性塑膠，生物相容性高，使用醫療植入，航空航太製品。其中為最昂貴的商業聚合物。
- Polyetherimide（PEI）聚醚亞醯胺：
- 具有耐高溫，化學性質穩定，不結晶聚合物。
- Phenolics（PF）酚醛樹脂：
- 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。
- Urea-formaldehyde（UF）尿素甲醛樹脂：
- 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。
- Melamine formaldehyde（MF）三聚氰胺-甲醛樹脂：
- 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。
- Polylactic acid（PLA）聚乳酸：
- 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，如水選蛋的透明盒子。
參見[編輯]
參考文獻[編輯]
引用[編輯]
- ^ 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. （原始內容存檔 (PDF)於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 網際網路檔案館的存檔，存檔日期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）. 國科會高瞻自然科學教學資源平台. 2010-12-04 [2014-01-13]. （原始內容存檔於2020-12-25） （中文）.
- ^ Composition and Types of Plastic （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館） Inforplease website
- ^ Biodegradation of plastic bottles made from Biopol in an aquatic ecosystem under in situ conditions, accessed March 2009 (login required)[永久失效連結]. 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]. （原始內容存檔於2013-12-24）.
- ^ National Non-Food Crops Centre. NNFCC Renewable Polymers Factsheet: Bioplastics （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）
- ^ Plastics News 網際網路檔案館的存檔，存檔日期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
- ^ 綠色和平, 德國開始「走塑」擬明年禁用即棄膠袋, [2022-04-22], （原始內容存檔於2020-11-24）
- ^ 綠色和平, 廢塑膠傾倒亞洲, [2022-04-22], （原始內容存檔於2020-10-31）
- ^ 《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
來源[編輯]
- 書籍
- 《塑膠物性入門》，陳世春 譯，復漢出版社.
延伸閱讀[編輯]
[在維基數據編輯]
外部連結[編輯]
- （繁體中文）國立台灣大學 塑膠加工實驗室
- （繁體中文）財團法人塑膠工業技術發展中心（Plastics Industry Development Center） （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）
- （繁體中文）（英文） 台灣區模具工業同業公會 （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）
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