塑料制品从诞生到改变世界

爱玩的蛋哥 2024-09-29 11:11:28
一、塑料制品的起源

(一)赛璐珞:塑料制品的先声

赛璐珞作为人类历史上最早出现的合成塑料,在塑料制品的发展历程中占据着重要地位。它的诞生源于对贵族娱乐需求的满足,19 世纪台球运动在欧美盛行,而制作台球的象牙因资源短缺限制了台球运动的发展。1868 年,美国的约翰・海厄特为寻找象牙台球的替代品开始了艰苦的探索。1869 年,他发现当在硝化纤维中加进樟脑时,得到了一种柔韧性相当好的又硬又不脆的材料,命名为 “赛璐珞”。赛璐珞具有有色或无色透明或不透明的片状物,性软,富有弹性等特性,熔点为 110℃,相对密度(水 = 1)在 1.35 - 1.60 之间,不溶于水、苯、甲苯,溶于乙醚、丙酮、乙酸乙酯、丁酮。其主要用途广泛,可用于制造乒乓球、眼镜架、玩具、钢笔杆、建筑装饰等。但由于硝酸纤维素极易燃烧,以及其稳定性差、易开裂等问题,逐渐被其他更安全的塑胶取代。

(二)酚醛塑料的诞生

酚醛塑料的发明者是列奥・亨德里克・贝克兰。1905 年,贝克兰开始研究苯酚与甲醛的反应及其产物,经过近 5 年的努力,完成了以催化剂类型和用量控制缩聚反应,树脂的三阶段固化机理等研究,使酚醛树脂成为工业生产的第一个合成高聚物。1907 年 7 月 14 日,贝克兰注册了酚醛塑料的专利,并以自己的名字命名为 “Bakelite”。酚醛塑料具有绝缘、稳定、耐磨、耐腐蚀、不可燃,刚性好,变形小,耐热等特点,能在 150 - 200°C 的温度范围内长期使用,在水润滑条件下,有极低的摩擦系数,其电绝缘性能优良,被称为 “千用材料”。应用范围涵盖汽车、无线电和电力工业等,产品包括插头、插座、收音机、电话外壳等。酚醛塑料虽有诸多优点,但也存在受热会变暗,只有深褐、黑或暗绿 3 种颜色,冲击强度差,质脆容易摔碎等缺点。

二、塑料制品的发明者

(一)贝克兰:塑料之父

列奥・亨德里克・贝克兰于 1863 年 11 月 14 日出生在比利时根特的一个普通家庭,父亲是鞋匠,母亲是佣人。他凭借自身努力,21 岁获得根特大学博士学位,24 岁成为比利时布鲁日高等师范学院的物理和化学教授。1889 年,贝克兰移居美国,在纽约为一家摄影供应商工作。他发明了 Velox 照相纸,后被柯达公司以 75 万美元购得专利权。此后,他将寻找虫胶替代品作为商业目标,开始研究苯酚与甲醛的反应。1907 年,他成功发明酚醛塑料并注册专利,以自己的名字命名为 “Bakelite”。酚醛塑料的发明标志着现代塑料工业的开端,贝克兰也因此被称为 “塑料之父”。他拥有超过 100 项专利,不仅在科研上取得巨大成就,还建立了庞大的塑料商业帝国。1940 年 5 月 20 日,《时代》周刊将他评为 “塑料之父”。

(二)其他可能的发明者

亚历山大・帕克斯在 19 世纪 50 年代,查看处理胶棉的不同方法时,试着把胶棉与樟脑混合,产生了一种可弯曲的硬材料,命名为 “帕克辛”,这便是最早的塑料。帕克斯用该材料制作出梳子、笔、钮扣和珠宝印饰品等各类物品,并参展了 1862 年的伦敦世博会,获得铜奖。虽然帕克斯没有像贝克兰那样将塑料工业推向新的高度,但他的发明为后来塑料的发展奠定了基础。

三、塑料制品的发展与演变

(一)早期发展阶段

19 世纪中叶,随着赛璐珞的诞生,塑料制品开始登上历史舞台。赛璐珞具有质轻、有色或无色透明、富有弹性等特点,被广泛应用于乒乓球、眼镜架、玩具等领域。然而,由于其易燃性和稳定性差等问题,逐渐被其他塑料品种取代。

亚历山大・帕克斯发明的 “帕克辛” 虽然在当时也引起了一定的关注,但由于种种原因未能得到广泛应用。不过,他的发明为后来塑料的发展奠定了基础。

(二)中期发展阶段

20 世纪初,酚醛塑料的出现标志着塑料制品进入了一个新的发展阶段。酚醛塑料具有绝缘、稳定、耐磨、耐腐蚀、不可燃等优点,被广泛应用于汽车、无线电和电力工业等领域。例如,插头、插座、收音机、电话外壳等产品都采用了酚醛塑料。

酚醛塑料也存在一些缺点,如受热会变暗,只有深褐、黑或暗绿 3 种颜色,冲击强度差,质脆容易摔碎等。为了克服这些缺点,科学家们不断进行研究和改进。

(三)现代发展阶段

从 20 世纪中叶至今,随着科学技术和工业的发展,塑料制品的品种越来越丰富。聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯等热塑性塑料,以及酚醛树脂、环氧树脂、不饱和聚酯树脂等热固性塑料相继出现。

这些塑料品种各有特点,应用领域也非常广泛。例如,低密度聚乙烯质轻、吸湿性小、绝缘性好、延伸性强、透明性强、耐寒性好、化学稳定性强,可用于制作齿轮、轴承、电缆包皮等。高密度聚乙烯耐热性好、耐寒性好、耐磨性好、化学稳定性好、耐腐蚀,吸水性和水蒸汽渗透性低、表面硬度高、尺寸稳定性好,可用于制作单口瓶、运输箱、储罐、电缆护套、压力管道等。

聚丙烯质轻、不吸水、介电性好、化学稳定性好、耐热性好,但耐光性能差,易老化,低温韧性和染色性能不好,可用于制作法兰、齿轮、风扇叶轮、泵叶轮、接头、各种化工容器、管道、阀门配件、泵壳等。

聚四氟乙烯耐高温性能好、耐低温性能好,但强度低、冷流性强,可用于制作减摩密封零件、化工耐蚀零件、热交换器、管、棒、板制品和各种零件、绝缘材料等。

聚苯乙烯刚度大,密度小,常温下较透明,不吸水,耐腐蚀,电阻高等特点,但耐冲击性差,不耐沸水,耐油性差,可用于制造电子工业中的仪表零件、设备外壳;化工中的储槽、管道、弯头等。

塑料制品从早期的赛璐珞和 “帕克辛” 发展到现代丰富多样的塑料品种,经历了一个漫长而曲折的过程。这些塑料制品在各个领域都发挥了重要作用,为人类的生活和工业生产带来了极大的便利。

四、塑料制品的危害

(一)塑料制品带来的便利

塑料制品自发明以来,给人类生活带来了诸多便利。首先,塑料制品质轻,便于携带和运输。例如,塑料瓶可以轻松地装在背包里,方便人们在户外活动时携带饮用水。其次,塑料制品具有良好的绝缘性能,被广泛应用于电子电器领域。电线的绝缘层、电器的外壳等很多都是由塑料制成,保障了人们使用电器的安全。再者,塑料制品成本相对较低,使得许多产品能够以较为经济的价格供应给消费者。比如,一次性塑料餐具在餐饮行业的大量使用,降低了餐饮成本。此外,塑料制品的多样性也为人们的生活提供了更多选择。不同种类的塑料可以制成各种颜色、形状和功能的产品,满足了人们不同的需求。

(二)塑料制品难降解问题

塑料制品的难降解性是其面临的主要挑战之一。据了解,塑料类垃圾在自然界停留的时间长,一般可达 200 - 400 年,有的可达 500 年。全球每年塑料总消费量 4 亿吨,目前全球只有 14% 的塑料包装得到回收,而最终被有效回收的只有 10%。一个塑料瓶自然降解需要 450 年。这使得大量的塑料制品在环境中积累,对土壤、水体等造成长期的污染。

对环境的影响

(1)侵占土地

废旧塑料包装物长期混在土壤中,会影响农作物吸收养分和水分,导致农作物减产。同时,填埋处理废旧塑料包装物会长期占用土地,且被占用的土地长期得不到恢复,影响土地的可持续利用。

(2)污染空气

塑料、纸屑和粉尘随风飞扬,污染空气。此外,白色垃圾几乎都是可燃物,在天然堆放过程中会产生甲烷等可燃气,遇明火或自燃易引起火灾事故,污染空气的同时还会造成重大损失。

(3)污染水体

河、海水面上漂着的塑料瓶和饭盒,水面上方树枝上挂着的塑料袋、面包纸等,不仅造成环境污染,而且如果动物误食了白色垃圾会伤及健康,甚至会因其在消化道中无法消化而活活饿死。同时,进入生活垃圾中的废旧塑料包装物很难处理,混有塑料的生活垃圾不适用于堆肥处理,分拣出来的废塑料也因无法保证质量而很难回收利用。若牲畜吃了塑料膜,会引起牲畜的消化道疾病,甚至死亡。

(4)海洋塑料污染

全球每年有 1100 万吨塑料流入海洋。海洋垃圾中 85% 是塑料,到 2040 年,流入海洋生态系统的塑料垃圾量将增加近两倍,相当于每一米海岸线将产生 50 公斤的塑料垃圾。海洋中的塑料对海洋生态系统造成了不可逆的生态影响,不仅会释放有毒有害物质,还会吸附周围水体中的残留有机物和重金属,对海洋生物造成威胁。同时,漂浮在海洋中的塑料,在风化、水力剪切以及生物体干扰下,逐渐形成微 / 纳塑料,很容易被海洋生物吸入体内,甚至进入血液中,造成代谢紊乱。

塑料制品在给人类生活带来便利的同时,我们也必须认识到塑料制品的危害,采取有效的措施来减少塑料制品的使用,加强塑料垃圾的回收和处理,以保护环境,实现可持续发展。

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