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塑料
來源:互聯(lián)網(wǎng)

塑料(英文名稱:Plastic)是以聚合物為主要成分,在一定條件下可塑成一定形狀并且在常溫下保持其形狀不變的材料,習(xí)慣上也包括塑料的半成品,如壓塑粉等。作為塑料基礎(chǔ)組分的聚合物,不僅決定塑料的類型而且決定塑料的主要性能般而言,塑料用聚合物的內(nèi)聚能介于纖維與橡膠之間,使用溫度范圍在其脆化溫度和玻璃化溫度之間。

塑料由主要原料石油或天然氣制造而成,是一大類有機高分子化合物聚合物,系聚氯乙稀、聚苯乙烯聚乙烯聚丙烯等的總稱,其中往往含有fe5著色劑劑等添加劑。其具有質(zhì)輕、耐腐蝕、耐熱、抗沖擊、抗拉伸、抗彎曲、保溫節(jié)能等性能。在各行各業(yè)都應(yīng)用廣泛,如生活中常見的日用品(飲料瓶、食物包裝袋等),工業(yè)上可以用來制造各種零部件、器材、材料等,醫(yī)藥上可以用來制造醫(yī)療器械等。

塑料污染即白色污染,是由大量的廢舊農(nóng)用薄膜、包裝用塑料膜、塑料袋和一次性塑料餐具(以下統(tǒng)稱為塑料包裝物)在使用后作為垃圾被拋棄,給景觀和生態(tài)環(huán)境帶來很大破壞。由于廢舊塑料包裝物大多呈白色,因此造成的環(huán)境污染被稱為“白色污染”。白色污染對環(huán)境造成了“視覺污染”和“潛在危害”兩種負面影響。

歷史沿革

早在19世紀以前,人們就已經(jīng)利用青松、酪蛋白和蟲膠等天然樹脂制造商品。19世紀40年代,英國化學(xué)家和發(fā)明家亞歷山大·帕克斯(AlexanderParkes)研發(fā)了最早的合成材料硝化纖維素(CeIlulosenitrate),并將其命名為“Parkesine”,他于1862年展示了這種材料。1869年,美國化學(xué)家約翰·衛(wèi)斯理·亞特(JohnWesleyHyatt)申請了一個硝化纖維素合成過程的專利,他將天然纖維索硝化,用樟腦作增塑劑,制成了世界上第一個塑料品種,稱為賽璐珞(Celluloid),從此開始了人類使用塑料的歷史。

1907年,比利時出生的化學(xué)家列奧·貝克蘭(LeoBaekeland)發(fā)現(xiàn)了電木(Bakelite),這在當(dāng)時新興的電信行業(yè)得到應(yīng)用。在大蕭條年代,它的應(yīng)用達到鼎盛期,這歸因于人們在缺錢的情況下還能用上價格便宜、色彩明快的塑料。

20世紀20年代初,德國化學(xué)家赫爾曼·施陶丁格(HermannStaudinger)有了驚人的發(fā)現(xiàn),這將永遠改變塑料工業(yè)的性質(zhì)。他發(fā)現(xiàn),塑料是由數(shù)以千計的分子鏈構(gòu)成的。這些“超級聚合物”的發(fā)展也為未來幾十年內(nèi)許多新產(chǎn)品的發(fā)明提供了支持。到20世紀20年代后期,聚氯乙稀(PVC)首次用作電纜的絕緣體,其后快速發(fā)展。如今,PVC有兩種形態(tài)——剛性的和柔韌的——后者被廣泛地用在包裝行業(yè)上。

第二次世界大戰(zhàn)結(jié)束,塑料家族已包括聚乙烯(PE),聚苯乙烯(Ps),聚甲基丙烯酸甲酯(Perspex),聚氨(PU),聚丙烯(PP),丙烯腈丁二烯一苯乙烯共聚物(ABS)和聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET),有許多今天仍然在廣泛使用。1952年左右,意大利的朱利奧·納塔(GiulioNatta)和卡爾·齊格勒(KarlZiegler)發(fā)明了聚丙烯——這一成就使他們獲得了諾貝爾化學(xué)獎。喬·科倫坡是嘗試最新的生產(chǎn)工藝和新開發(fā)的,包括玻璃纖維、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、聚氯乙稀和聚乙烯在內(nèi)的塑料的代表人物之一。

主要成分

塑料是以樹脂為主要成分,加入適當(dāng)添加劑(如填料、fe5、固化劑、穩(wěn)定劑、潤滑劑、著色劑等),在一定溫度和壓力下塑造成一定形狀,并在常溫下能保持既定形狀的有機高分子化合物有機材料。樹脂是指受熱時通常有轉(zhuǎn)化或熔融范圍,轉(zhuǎn)化時受外力作用具有流動性,常溫下呈固態(tài)或半固態(tài)或液態(tài)的有機聚合物,它是塑料最基本的,也是最重要的成分。廣義地講,在塑料工業(yè)中作為塑料基本材料的任何聚合物都可稱為樹脂。樹脂有天然樹脂和合成樹脂,現(xiàn)代塑料工業(yè)中主要采用合成樹脂,常用的合成樹脂有聚乙烯聚丙烯、聚氯乙稀、聚苯乙烯PF、不飽和聚酯樹脂和ep等。常溫下它們可以是固態(tài)、半固態(tài)或液態(tài),固態(tài)或半固態(tài)樹脂受熱后成可流動的熔體或液體。絕大部分塑料由大分子(巨分子)締合的碳化合物組成。除碳之外,塑料中還含有,部分塑料還含有氧、氮、氯和等。塑料由主要原料石油或天然氣制造而成,其制造分為兩個步驟:活性半成品的合成。這類半成品多由單個分子組成,因此被稱為單體。數(shù)千個單分子連接成巨分子(大分子)。這里所產(chǎn)生的物質(zhì)稱為聚合物。單個分子可以按照不同的反應(yīng)類型締合成巨分聚合反應(yīng)、縮聚反應(yīng)和加聚反應(yīng)。

塑料以聚合物為主要成分,屬于高分子化合物,簡稱高聚物。每個有機高分子化合物里含有一種或數(shù)種單體,這些單體按照一定的方式排列,首先是排列成許多相同結(jié)構(gòu)的鏈節(jié),再通過化學(xué)鍵連成一個分子鏈。如果高聚物是由一根根的分子鏈組成的,則稱為線性高聚物;如果在大分子的鏈之間還有一些短鏈把它們連接起來,則稱為體型高聚物,此外還有一種網(wǎng)形高聚物,它介于線型與體型結(jié)構(gòu)之間,與體型結(jié)構(gòu)實際上沒有嚴格區(qū)別,只是分子鏈之間交聯(lián)的短鏈比較疏松。

分類方式

按用途分類

通用塑料

通用塑料是指一般只能作為非結(jié)構(gòu)材料使用,產(chǎn)量大,用途廣,價格低,性能普通的一類塑料。主要有聚乙烯聚丙烯、聚氯乙稀、酚醛塑料和氨基塑料等品種,約占塑料總產(chǎn)量的75%以上。

工程塑料

工程塑料是指可以作為工程結(jié)構(gòu)材料,力學(xué)性能優(yōu)良,能在較廣溫度范圍內(nèi)承受機械應(yīng)力和較為苛刻的化學(xué)及物理環(huán)境中使用的一類塑料。主要有聚胺(尼龍)、聚碳酷醋多聚甲醛、ABS、聚苯醚、聚磯等各種增強塑料。

工程塑料與通用塑料相比產(chǎn)量小,價格較高,但具有優(yōu)異的力學(xué)性能、電性能、化學(xué)性能、耐磨性、耐熱性、耐腐蝕性、自潤滑性及尺寸穩(wěn)定性,且具有某些金屬性能,因而可代替一些金屬材料用于制造結(jié)構(gòu)零部件和傳動結(jié)構(gòu)零部件等。

功能塑料

功能塑料是指用于特種環(huán)境中,具有某一方面特殊性能的塑料。主要有醫(yī)用塑料、光敏塑料、導(dǎo)磁塑料、高耐熱性塑料及高頻絕緣性塑料等。這類塑料產(chǎn)量小,價格較貴,性能優(yōu)異。

按化學(xué)組成分類

按塑料的化學(xué)組成材料分類,常用的有聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚氯乙稀(PVC)、聚苯乙烯(PS)、聚碳酸酯(PC)、聚酰胺(PA)等。

聚乙烯(PE)

聚乙烯(PE)的性質(zhì)因品種而異,主要取決于分子結(jié)構(gòu)和密度。采用不同的生產(chǎn)方法可得不同密度的產(chǎn)物。聚乙烯可用一般熱塑性塑料的成型方法加工,主要用來制造薄膜、容器、管道、單絲、電線電纜、日用品等,并可作為電視、雷達等的高頻絕緣材料。

聚丙烯(PP)

聚丙烯(PP)是一種半結(jié)晶性材料。它比PE要更堅硬并且有更高的熔點。聚物型的聚丙烯有較低的熱扭曲溫度(100℃),低透明度、低光澤度、低剛性。一般常加入玻璃纖維、金屬添加劑或熱塑橡膠的方法對PP進行改性。聚丙烯制品可進行蒸氣消毒,適宜做醫(yī)療器械,也可以做機械零件。聚丙烯還可作為化工容器、表面涂層等防腐材料,并廣泛用于電器工業(yè)上。無毒性又使聚丙烯可用于食品、藥品的包裝和日用雜貨。如可以制作衣襯、毯子、棉制品、工作服、地毯、濾布、防水布等,在制鞋業(yè)中也有應(yīng)用。

聚氯乙烯(PVC)

聚氯乙烯(PVC)其實是一種乙烯基的聚合物質(zhì),其材料是一種非結(jié)晶性材料。PVC材料在實際使用中經(jīng)常加入穩(wěn)定劑、潤滑劑、輔助加工劑、色料、抗沖擊劑及其他添加劑。具有不易燃、高強度、耐氣候變化性以及優(yōu)良的幾何穩(wěn)定性。PVC對氧化劑還原劑和強酸都有很強的抵抗力。PVC材料用途極其廣泛,而且具有加工性能良好,制造成本低,耐腐蝕,絕緣等良好特點。

PVC材料主要用于制作:普瑞文PVC卡片、PVC貼牌、PVC鐵絲、PVC窗簾、PVC涂塑電焊網(wǎng)、PVC發(fā)泡板、PVC吊頂、PVC水管、PVC踢腳線等以及穿線管、電纜絕緣、塑料門窗、塑料袋等方面。在我們的日常生活領(lǐng)域中處處可見到聚氯乙稀產(chǎn)品。PVC被用來制作各種仿皮革,用于行李包、運動制品,如籃球、足球和橄欖球等。還可用于制作制服和專用保護設(shè)備的皮帶。

聚苯乙烯(PS)

PS塑料(PS)無色透明,能自由著色,相對密度也僅次于PP、PE,具有優(yōu)異的電性能,特別是高頻特性好。另外,在光穩(wěn)定性方面是所有塑料中最強的。聚苯乙烯最重要的特點是熔融時的熱穩(wěn)定性動性非常好,所以易成型加工,特別是注射成型容易,適合大量生產(chǎn)。常用于制作擠塑板。聚苯乙烯在輕工市場和一般工業(yè)的裝飾、照明指示等地方有普遍的使用價值,在電氣方面更是良好的絕緣材料和絕熱保溫材料,如可制作各種儀表外殼、燈罩、化學(xué)儀器零件、光學(xué)儀器零件、透明模型、冷凍絕熱層聚苯乙烯泡沫塑料可用作電冰箱、火車、船、建筑等的絕熱材料。

聚碳酸酯(PC)

聚碳酸酯(PC)無色透明,耐熱,抗沖擊,阻燃BI級,在普通使用溫度內(nèi)都有良好的機械性能。同性能接近的聚甲基丙烯酸甲酯相比,聚碳酸酯的耐沖擊性能好,折射率高,加工性能好。聚碳酸酯在機械工業(yè)、電子電器工業(yè)、航空工業(yè)、光學(xué)和照明等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。可以用來制作各種齒輪、電機零件、航空材料、透明有機玻璃等。

聚酰胺(PA)

聚胺(PA,俗稱尼龍)是美國DuPont公司最先開發(fā)用于纖維的沒藥樹,于1939年實現(xiàn)工業(yè)化。PA具有良好的綜合性能,包括力學(xué)性能、耐熱性、耐磨損性、耐化學(xué)藥品性和自潤滑性,且摩擦系數(shù)低,有一定的阻燃性,易于加工適于用玻璃纖維和其他填料填充增強改性,提高性能和擴大應(yīng)用范圍。聚酰胺因其良好的機械性能、電學(xué)性能以及良好的耐磨、耐油、自潤滑性和加工性能等優(yōu)點,廣泛用于各種機械、交通運輸、電子電氣以及日用工業(yè)的零部件和樹脂涂料、薄膜等。

添加劑

塑料具有質(zhì)輕、耐腐蝕、耐熱、抗沖擊、抗拉伸、抗彎曲、保溫節(jié)能等性能,但是塑料屬于有機材料,也有各種不足,如機械強度、硬度比較低,抗靜電性差等。因此,在塑料的生產(chǎn)過程中,通過加入各種添加劑,可以改善這些性能上的缺點。

填料

填料又稱填充劑,可以提高塑料的強度和耐熱性能,并降低成本。填料可分為有機填料和無機化合物填料兩類。前者如木粉、骨碎補屬、紙張和各種織物纖維等,后者如玻璃纖維、硅藻士、石棉碳黑等。

增塑劑

塑化劑可增加塑料的可塑性和柔軟性,降低脆性,使塑料易于加工成型。塑化劑一般是能與樹脂混溶,無毒、無臭,對光、熱穩(wěn)定的高沸點有機化合物,常用的增塑劑有樟腦磷酸酯類、二苯甲等。

穩(wěn)定劑

為了防止合成樹脂在加工和使用過程中受光和熱的作用分解和破壞,延長使用壽命,要在塑料中加入穩(wěn)定劑。常用的穩(wěn)定劑有硬脂酸鹽、ep等。

著色劑

著色劑可使塑料具有各種鮮艷的顏色,常用有機染料無機化合物顏料作為著色劑。

潤滑劑

潤滑劑的作用是防止塑料在成型時不粘在金屬模具上,同時可使塑料的表面光滑美觀。常用的潤滑劑有硬脂酸和鈣鎂鹽等。

抗氧化劑

抗氧劑的作用是防止塑料在加熱成型或在高溫使用過程中受熱氧化,而使塑料變黃、發(fā)裂等。

塑料污染

大量的廢舊農(nóng)用薄膜、包裝用塑料膜、塑料袋和一次性塑料餐具(以下統(tǒng)稱為塑料包裝物)在使用后作為垃圾被拋棄,給景觀和生態(tài)環(huán)境帶來很大破壞。由于廢舊塑料包裝物大多呈白色,因此造成的環(huán)境污染被稱為“白色污染”。白色污染對環(huán)境造成了“視覺污染”和“潛在危害”兩種負面影響。

視覺污染

視覺污染指散落在環(huán)境中的廢塑料對市容景觀的破壞。在大城市、旅游區(qū)、水體中、鐵道旁散落的廢塑料給人們的視覺帶來不良刺激,影響城市、風(fēng)景點的整體美感。如散落在自然環(huán)境、鐵道兩旁、江河湖泊的一次性發(fā)泡塑料餐具和漫天飛舞或懸掛枝頭的超薄塑料袋,給人們的視覺帶來不良刺激。

潛在危害

潛在危害是指塑料廢棄物進入自然環(huán)境后難以降解而帶來的長期的深層次環(huán)境問題。塑料地膜廢棄物在土壤中大面積殘留,長期積累,造成土壤板結(jié),影響農(nóng)作物吸收養(yǎng)分和水分,導(dǎo)致農(nóng)作物減產(chǎn);拋棄在陸地上或水體中的塑料廢棄物,被動物當(dāng)做食物吞食,導(dǎo)致動物死亡;進入生活垃圾中的塑料廢棄物質(zhì)量輕、體積大,很難處理。如果將其填埋會占用大量土地,且長時間難以降解。市場上大量使用的塑料制品都是不可降解塑料,以發(fā)泡聚苯乙烯聚乙烯聚丙烯為原料,分子量達20000以上。只有分子量降低到2000以下,才能被自然環(huán)境中的微生物所利用,變成水和其他有機質(zhì),而這一過程需要200年;如果將其填埋,將會影響農(nóng)作物吸收養(yǎng)分和水分,導(dǎo)致減產(chǎn);對其焚燒會釋放出多種化學(xué)有毒氣體。其中有一種叫二噁英的化合物,毒性極大,即使在攝入很小量的情況下,也能使鳥類和魚類出現(xiàn)畸形或死亡,對生態(tài)環(huán)境造成破壞,同時對人也有很大危害。

塑料回收

塑料廢棄物的回收再生可部分解決環(huán)境污染問題,節(jié)省能源、原材料等,是處理塑料廢棄物的首選方案。回收再生利用一般包括三個步驟收集、分離、再生利用。

收集

收集工作是一項社會性和技術(shù)性并重的工作。一是立法,二是建立回收中心和組織回收隊伍。許多國家都制定了相應(yīng)的塑料回收法規(guī)和政策。美國國家環(huán)境保護局新的城市垃圾對策規(guī)定的全國目標(biāo)是在年回收率要達到目前“資源保護和回收方案”的一份補充建議規(guī)定到年回收率要達到。日本法律明確規(guī)定收割后土壤中不允許含有殘留地膜。法國政府提出飲用塑料瓶押金制。意大利政府立法規(guī)定飲料瓶回收指標(biāo)必須達,并要求制造廠、包裝商出資辦回收公司,凡達不到上述指標(biāo)者,將課以重稅。

分離

分離工作是廢棄塑料再生利用的重要工藝過程。主要分離技術(shù)分為手工分離法和設(shè)備分離法。手工分離法就是用手工的方法進行分檢,一般步驟為:①先將金屬和非金屬雜質(zhì)除去;②將不同品質(zhì)的廢棄塑料分類;③根據(jù)制品色澤深淺、老化程度進行分選。設(shè)備分離法有風(fēng)力篩選法、比重分離法等。將以上兩種分離方法進行綜合使用。

再生利用

廢棄塑料再生利用技術(shù)有以下三種。①簡單再生主要利用樹脂生產(chǎn)廠和塑料制品廠生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的邊角廢料,也可以包括那些易于清洗、挑選的一次性使用廢棄物,如聚酚飲料瓶、快餐飲盒、牛奶包裝袋等。這部分廢舊料的特點是比較干凈,成分比較單一,可采取比較簡單的工藝路線和設(shè)備再利用之。②復(fù)合再生所用的廢料主要來源于通過商品流通使用后,從不同渠道收集到的廢棄塑料。這些塑料通過減容、切碎、清洗和分離或分選后,還要再一次破碎以便進入塑化機械或造粒機械進行再加工。③廢舊塑料的熱分解制液體燃料和化學(xué)品。熱分解技術(shù)的基本原理是,將廢舊塑料制品中原樹脂高聚物進行較徹底的大分子鏈分解,使其回到低分子量狀態(tài)有的組分就是其單體,其它組分是基本有機原料。

常見標(biāo)識

為了促進塑料的回收利用和防止環(huán)境污染,國家有關(guān)部委發(fā)布了相關(guān)法規(guī),強制要求塑料制品上明確標(biāo)注塑料回收標(biāo)志。塑料標(biāo)志是標(biāo)注在塑料制品上用于回收利用的標(biāo)志,由循環(huán)利用圖形、塑料代碼和相應(yīng)的縮寫代碼組成。

縮寫代碼聚對苯二甲酸乙二醇酯代表聚酯;HDPE代表高密度聚乙烯;聚氯乙稀表示聚氯乙烯;LDPE代表低密度聚乙烯;PP表示聚丙烯;PS表示聚苯乙烯;OTHER表示屬其他種類的塑料制品。通過識別塑料制品上的回收標(biāo)志,可以對廢塑料進行分類回收,從而節(jié)省分揀時間,節(jié)省人力物力,提高效率。

PET(聚酯)

礦泉水瓶、碳酸飲料瓶等,例如農(nóng)夫山泉可口可樂瓶。通常耐熱至70℃,不可裝熱水、加熱,不可循環(huán)使用。

HDPE(高密度聚乙烯)

超市和商場中使用的塑料袋多是此種材質(zhì)制成,通常可耐110℃高溫,標(biāo)明“食品用”的塑料袋可用來盛裝食品。

PVC(聚氯乙烯)

這種材料的容器已經(jīng)比較少用于包裝食品。此種材料應(yīng)盡量避免受熱,如果遇到高溫和油脂,有害物質(zhì)單分子氯乙烯易污染食物。

LDPE(低密度聚乙烯)

通常用于塑料瓶和膜的生產(chǎn),如洗發(fā)水、洗手液的包裝等。

PP(聚丙烯)

一些塑料飯盒通常采用這種材質(zhì),在小心清潔后可重復(fù)使用。

PS(聚苯乙烯)

此種材質(zhì)通常用于制造碗裝泡面盒、發(fā)泡快餐盒。建議盡量避免盛裝高溫和油脂含量高的食物。在高溫條件下,此材質(zhì)會分解出對人體有害的聚苯乙烯。

安全性

在塑料加工過程中需添加穩(wěn)定劑fe5著色劑抗氧化劑等一種或多種添加劑。以增塑劑為例,其中應(yīng)用較多的是“鄰苯二甲酸酯類物質(zhì)”,尤其以DEHP為主。根據(jù)使用情況不同,DEHP可分為通用級、食品級和醫(yī)用級。塑化劑的急性毒性很低,比如DEHP,大鼠口服30g/千克bw以上才可能致死。塑化劑的主要問題是產(chǎn)生內(nèi)分泌干擾作用,比如在動物實驗中,研究者發(fā)現(xiàn)DEHP能影響動物的生殖發(fā)育,干擾內(nèi)分泌。但沒有找到它對人類造成不良影響的確切證據(jù),也沒出現(xiàn)過相應(yīng)的病例。國際癌癥研究機構(gòu)對DEHP的分類現(xiàn)為2B類(有可能對人類致癌)。塑化劑在食品包裝材料不能隨意使用,國家標(biāo)準(zhǔn)對使用量、殘留量或遷移量有嚴格規(guī)定。

世界產(chǎn)值

塑料性能優(yōu)越,應(yīng)用廣泛,使其產(chǎn)量大增。1996年世界合成樹脂產(chǎn)量達到129.4 Mt,比1995年增長6.7%。北美、亞洲歐洲是世界最主要的合成樹脂生產(chǎn)地區(qū),產(chǎn)量分別占世界總產(chǎn)量的32.4%、28.9%、28.5%,與1995年相比,增幅最大的是亞洲,為12.3%;北美次之,為7.8%;西歐增幅最小,只有0.5%。最大的合成樹脂生產(chǎn)國是美國,約占世界總產(chǎn)量的30%,其次是日本德國韓國,分別占世界總產(chǎn)量的11.4%,8.4%和6.0%。在塑料產(chǎn)品中,聚乙烯是產(chǎn)量最大的品種,其次是聚氯乙稀、聚丙烯聚苯乙烯等。

參考資料 >

塑料的定義與分類.中國顆粒學(xué)會.2023-08-13

專家科學(xué)解讀食品接觸用塑料的安全性.微信公眾平臺.2023-08-09

怎樣安全使用塑料制品.山東省疾病預(yù)防控制中心.2023-08-09

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