原副标题:塑胶基本科学知识详述
塑胶是以乙烯为原料,通过加聚或PdF裂解而成的电化学氧化物,其抗位移潜能中低,介乎水溶性和塑料之间,由合成聚丙烯及石蜡、阻燃剂、发泡剂、黏合剂、釉彩等防腐剂组成。塑胶的主要就成份是聚丙烯。聚丙烯是指尚未和各种防腐剂混和的电化学氧化物。塑胶的基天操控性主要就决定于聚丙烯的天性,但防腐剂也起着关键作用。
塑胶是关键的有机化学电化学材料,应用非常广为。但是弃置塑胶带来的“雷松县”也越来越严重,如果他们能详尽了解塑胶的有关科学知识,不仅能帮助他们科学地使用塑胶制品,也有利于塑胶的进行分类拆解,并有效控制和减少“雷松县”。
一、塑胶的主要就优点
缺点
1.大多数塑胶机械性稳定,耐腐蚀潜能强,不与酸、碱反应。
2.商业用途广为、价格低廉,制造效率高。某些塑胶相较于混和物。
3.厚实耐用、防尘、耐电解质且厚实,具有良好耐热耗性,耐腐蚀性好。
4.加工难可大量生产,效率高,难被塑做成不同花纹。
5.绝大部分为良好超导体,保暖性低,部分耐热。
6.具金属光泽,部分透明化或乳白色,难著色。
⒎ 可用于制取重油和推进剂气,降低铁矿石耗用。
缺点
1.拆解利用弃置塑胶时,进行分类困难,而且经济上DD10。
2.绝大部分塑胶机械操控性差,受热率大,难熔化,熔化时造成烟雾。例如聚氯乙烯熔化时造成硝基,这种物质小量会引致失聪,排出有咳嗽等病症;PVC熔化也会造成硫化氢烟雾,除了熔化,就是低温环境,会引致塑胶降解出剧毒成份,如苯等。
3.塑胶是由石油炼制的产品做成的,石油资源是有限的。
4.塑胶埋在地底下几百年才能腐烂。
5.塑胶的机械操控性能较差,尺寸稳定性差,难变形,多数塑胶耐低温性差,低温下变脆,易于老化。
6.由于塑胶无法自然降解性,它已成为人类的第一号敌人,已经引致许多动物死亡的悲剧。比如动物园的猴子,鹈鹕,海豚等动物,都会误吞游客随手丢的塑胶瓶,由于不消化而痛苦地死去;在多只死去海鸟的肠子里,发现了各种各样的无法被消化的塑胶。
二、塑胶的结构和种类
塑胶有两种基本结构:
第一种是线型结构,具有这种结构的电化学氧化物称为线型电化学氧化物;
第二种是体型结构,具有这种结构的电化学化合称为体型电化学氧化物。
两种不同的结构,表现出两种相反的操控性。线型结构,加热能熔融,硬度和脆性较小的特点。体型结构硬度和脆性较大。
由线型电化学做成的是热塑性塑胶,由体型电化学做成的是热固性塑胶。
通常情况下,热塑性塑胶的产品可再拆解利用,而热固性塑胶则不能,根据塑胶的光学操控性来分,可分为透明化、乳白色及不透明化原料。
⒈ 热塑性塑胶
热塑性塑胶:指加热后会熔化,可流动至模具冷却后成型,再加热后又会熔化的塑胶;即可运用加热及冷却,使其造成可逆变化(液态←→固态),是所谓的物理变化。可溶于一定的混和物,具有可熔可溶的性质。
聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯并称为四大通用塑胶。通用的热塑性塑胶其连续使用温度在100℃以下,热塑性塑胶具有优良的电绝缘性,特别是聚四氟乙烯(PTFE)、聚氯乙烯(PS)、聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)都具有极低的介电常数和介质损耗,宜于作高频和高电压绝缘材料。
热塑性塑胶易于成型加工,但机械操控性较低,易于蠕变,其蠕变程度随承受负荷、环境温度、混和物、湿度而变化。
⒉ 热固性塑胶
热固性塑胶是指在受热或其他条件下能固化或具有不溶(熔)优点的塑胶,如酚醛塑胶、环氧塑胶等。
热固性塑胶分为甲醛交联型和其他交联型两种类型。
典型的热固性塑胶有酚醛、环氧、氨基、不饱和聚酯、呋喃、聚硅醚等材料,还有较新的聚苯二甲酸二丙烯酯塑胶等。它们具有机械操控性高、受热不易变形等缺点。缺点是机械强度一般不高,但可以通过添加石蜡,做成层压材料或模压材料来提高其机械强度。
甲醛交联型塑胶包括酚醛塑胶、氨基塑胶(如脲-甲醛-三聚氰胺-甲醛等)。其他交联型塑胶包括不饱和聚酯、环氧聚丙烯、邻苯二甲二烯丙酯聚丙烯等。
它们具有厚实厚实耐用、尺寸稳定、成型操控性好,耐除强碱外的其他化学物质作用。耐刮痕、无色、乳白色,耐油、耐水、耐电弧性,具有优良的粘接性、电绝缘性、机械操控性和化学稳定性,收缩率和吸水率小,机械强度好等特点。
⒊ 常见塑胶
根据各种塑胶不同的使用优点,通常将塑胶分为通用塑胶、工程塑胶和特种塑胶三种类型。
⑴ 通用塑胶
一般是指产量大、商业用途广、成型性好、价格低廉的塑胶。通用塑胶有五大品种,即聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚氯乙烯(PVC)、聚氯乙烯(PS)及丙烯腈─丁二烯─苯乙烯共裂解物(ABS)。
⑵ 工程塑胶
通用工程塑胶包括:聚酰胺、聚甲醛、聚碳酸酯、改性聚苯醚、热塑性聚酯、超电化学量聚乙烯、甲基戊烯裂解物、乙烯醇共聚物等。
一般指能承受一定外力作用,具有良好的机械操控性和耐高、低温操控性,尺寸稳定性良好,可以用作工程结构的塑胶,如聚酰胺、聚砜等。
在工程塑胶中又将其分为通用工程塑胶和特种工程塑胶两大类。工程塑胶在机械操控性、耐久性、耐腐蚀性、机械操控性等方面能达到更高的要求,而且加工更方便,并可替代金属材料。工程塑胶被广为应用于电子电气、汽车、建筑、办公设备、机械、航空航天等行业,以塑代钢、以塑代木已成为国际流行趋势。
⑶ 特种塑胶
一般是指具有特种功能,可用于航空、航天等特殊应用领域的塑胶。如氟塑胶和有机硅,具有突出的耐热、自润滑等特殊功用,增强塑胶和泡沫塑胶具有高强度、高缓冲性等特殊操控性,这些塑胶都属于特种塑胶的范畴。
特种工程塑胶又有交联型的非交联型之分。
交联型的有:聚氨基双马来酰胺、聚三嗪、交联聚酰亚胺、耐热环氧聚丙烯等。
非交联型的有:聚砜、聚醚砜、聚苯硫醚、聚酰亚胺、聚醚醚酮(PEEK)等。
① 增强塑胶:
增强塑胶原料在外形上可分为粒状(如钙塑增强塑胶)、水溶性状(如玻璃水溶性或玻璃布增强塑胶)、片状(如云母增强塑胶)三种。
② 泡沫塑胶:
泡沫塑胶可以分为硬质、半硬质和软质泡沫塑胶三种。
硬质泡沫塑胶没有柔韧性,压缩硬度很大,只有达到一定应力值才造成变形,应力解除后不能恢复原状;
软质泡沫塑胶富有柔韧性,压缩硬度很小,很难变形,应力解除后能恢复原状,残余变形较小;
半硬质泡沫塑胶的柔韧性和其他操控性介乎硬质与软质泡沫塑胶之间。
发泡材料中加入适当的发泡剂,使塑胶造成微孔结构。几乎所有的热固性和热塑性塑胶都能做成泡沫塑胶。按泡孔结构分为开孔泡沫塑胶(绝大多数气孔互相连通)和闭孔泡沫塑胶(绝大多数气孔互相分隔),这主要就是由制造方法(分为化学发泡,物理发泡和机械发泡)决定的。
⒋ 其他新型塑料
⑴ 高热传导率生物塑胶
日本电气公司新开发出以植物为原料的生物塑胶,其热传导率与不锈钢不相上下。该公司在以玉米为原料的聚乳酸聚丙烯中混入长数毫米、直径0.01mm的碳水溶性和特殊的粘合剂,制得新型高热传导率的生物塑胶。混入10%的碳水溶性,生物塑胶的热传导率与不锈钢不相上下;加入30%的碳水溶性时,生物塑胶的热传导率为不锈钢的2倍,密度只有不锈钢的1/5。
这种生物塑胶除保暖操控性好外,还具有质量轻、易成型、对环境污染小等缺点,可用于生产轻薄型的电脑、手机等电子产品的外框。
⑵ 可变色塑胶薄膜
英国南安普照敦大学和德国达姆施塔特塑胶研究所共同开发出一种可变色塑胶薄膜。这种薄膜把天然光学效果和人造光学效果结合在一起,实际上是让物体精确改变颜色的一种新途径。这种可变色塑胶薄膜为塑胶蛋白石薄膜,是由在三维空间叠起来的塑胶小球组成的,在塑胶小球中间还包含微小的碳纳米粒子,从而光不只是在塑胶小球和周围物质之间的边缘区反射,而且也在填在这些塑胶小球之间的碳纳米粒子表面反射。这就大大加深了薄膜的颜色。只要控制塑胶小球的体积,就能造成只散射某些光谱频率的光物质。
⑶ 塑胶血液
英国谢菲尔德大学的研究人员开发出一种人造“塑料血”,外形就像浓稠的糨糊,只要将其溶于水后就可以给病人输血,可作为急救过程中的血液替代品。这种新型人造血由塑胶分子构成,一块人造血中有数百万个塑胶分子,这些分子的大小和花纹都与血红蛋白分子类似,还可携带铁原子,像血红蛋白那样把氧输送到全身。由于制造原料是塑胶,因此这种人造血轻便易带,不需要冷藏保存,使用有效期长、工作效率比真正的人造血还高,而且造价较低。
⑷ 新型防弹塑胶
墨西哥的一个科研小组2013年研制出一种新型防弹塑胶,它可用来制作防弹玻璃和防弹服,质量只有传统材料的1/5至1/7。这是一种经过特殊加工的塑胶物质,与正常结构的塑胶相比,具有超强的防弹性。这种新型材料受到子弹冲击后,虽然暂时也会变形,但很快就会恢复原状并可继续使用。此外,这种新材料可以将子弹的冲击力平均分配,从而减少对人体的伤害。
⑸ 可降低汽车噪音的塑胶
美国裂解物集团公司(PGI)采用可再生的聚丙烯和聚对苯二甲酸乙二醇酯造成一种新型基础材料,应用于模塑汽车零部件,可降低噪音。该种材料主要就应用于车身和轮舱衬垫,造成一个屏障层,能吸收汽车车厢内的声音并且减少噪音,减少幅度为25%~30%,PGI公司开发了一种特殊的一步法生产工艺,将再生材料和没有经过处理的材料有机结合在一起,通过层叠法和针刺法使得两种材料成为一个整体。
三、塑胶的加工及应用
加工成型方法
塑胶的成型加工指由合成聚丙烯制造厂制造的裂解物做成最终塑胶制品的过程。
加工方法(通常称为塑胶的一次加工)包括压塑(模压成型)、挤塑(挤出成型)、注塑(注射成型)、吹塑(中空成型)、压延等。
根据各种塑胶不同的成型方法,可以分为膜压、层压、注射、挤出、吹塑、浇铸塑胶和反应注射塑胶等多种类型。
为了改进塑胶的操控性,还要在电化学氧化物中添加各种辅助材料,如石蜡、阻燃剂、黏合剂、发泡剂、著色剂、抗静电剂等,才能成为操控性良好的塑胶。
同时,还加入阻燃剂、发泡剂、导电剂、导磁剂、相容剂等。以满足不同的使用要求。例如,为了降低聚氯乙烯聚丙烯的成型温度,使制品柔软而添加的阻燃剂;为了制取耐电解质、抗振、隔热、隔音的泡沫塑胶而要添加发泡剂;有些塑胶的热降解温度与成型加工温度非常接近,不加入热发泡剂就无法成型。因而塑胶助剂在塑胶成型加工中占有特别关键的地位。
包装—–塑胶消费之首
塑胶包装材料具有重量轻、强度大、抗冲击性好、透明化、防潮、美观、机械操控性稳定、韧性好且防腐蚀等缺点,在包装领域广为取代了金属、木材、纸张、玻璃、皮革等,因此,塑胶包装对减轻我国的资源、能源压力起到了不可替代的作用。
塑胶软包装、编织袋、中空容器、周转箱等,各种矿产品、化工产品、原盐、粮食、糖、食品和药品、棉花和羊毛等,还有饮料、洗涤用品、化妆品、复合膜、包装膜等,对塑胶包装材料都有很大的需求。
农业应用—-塑胶消费突飞猛进
农用塑胶制品已是现代农业发展不可缺少资料,是抗御自然灾害,实现农作物稳产、高产、优质、高效的一项不可替代的技术措施,已经广为地应用于中国农、林、牧、渔各业,农业已成为仅次于包装行业的第二大塑胶制品消费领域。
四、雷松县及对策
塑胶工业的迅猛发展,塑胶制品的广为应用,已深入到社会的每个角落,从工业生产到衣食住行,塑胶制品无处不在。但往往消费一次即被丢弃,塑胶垃圾已经悄悄地向他们涌来。每年全世界有4000万吨的弃置塑胶在环境中积累,中国约有200万吨弃置塑胶丢在环境里。
废塑胶引发的“白色污染”让人头痛,塑胶不易降解,不腐烂,无法有效拆解。塑胶在土壤中完全被微生物同化,降解成CO2和水实现无机矿化,可能需要200~400年时间,从而造成在环境中的积累。以农田用农膜为例,我国农膜年产量达百万吨,且以每年10%的速度递增,无论覆盖何种作物,所有覆膜土壤都有残膜。残膜率达42%,大量残膜遗留在农田0~30厘米的耕作层。也就是说,有近一半的农膜残留在土壤中。
塑胶弃置物成为一个越来越突出的世界环境难题,对人类生存环境造成很大压力,严重影响着他们的身体健康和生活环境。因此,对塑胶弃置物的拆解利用就迫在眉睫。
研究发现,蜡虫(印度谷螟幼虫)能够咀嚼和进食聚乙烯PE薄膜,幼虫肠道分离出能够降解PE薄膜的两种菌株,即肠杆菌属YT1和芽孢杆菌YP1。黄粉虫幼虫是一种吃掉塑胶更为厉害的动物,可以将泡沫塑胶作为唯一食品。这种发现为解决全球性的塑胶污染问题提供了思路。
总之,塑胶技术的发展日新月异,随着技术的进步,针对全新应用的新材料的开发。希望不久的将来,塑胶通过改性后可以有更广为的应用,甚至可代替钢铁等材料并对环境不再污染。