什麼,塑料的老祖宗竟是「假象牙」?

審核專家：孫亞飛

清華大學化學博士

如今，大家對塑料材料並不陌生，塑料製品幾乎遍及生活每個角落：農用塑料薄膜、板材等是大棚種植必不可少的工具；五顏六色的食品、衣物包裝袋，精緻的禮品盒，輕便的塑料飯盒幾乎成了家中常備日用品；塑料製成的門窗材料、管道等建築用品輕便耐用，車用塑料外表光滑美觀，還能減輕車身重量，降低能耗，在輕工業裡，塑料製品也是公認的寵兒……

可大家知道麼，小小的塑料已經有超過百年的進化歷史了，最早的塑料還是為滿足貴族休閒娛樂，替代象牙製作撞球而誕生的，下面我們就來一起回顧一下塑料的發展史吧。

最初由來：「假象牙」賽璐珞

十八世紀末十九世紀初，打撞球成為了貴族的休閒愛好，但撞球需用象牙製作，原料稀缺，成本較高，無法滿足需求。美國一位熱愛化學實驗的民間發明家海厄特在看到了象牙替代品的懸賞消息後，經過多次試驗，終於在1869年發現硝化纖維中加入樟腦所得物質的柔韌度、硬度和脆性都很適合製作撞球，並將其命名為「賽璐珞」（Celluloid Nitrate），這是人類歷史上最早出現的合成塑料，由於其最初為代替象牙而出現，在民間也被稱作「假象牙」。

賽璐珞學名為硝化纖維塑料，是最早的商用合成塑料，其主要成分是纖維素硝酸酯和樟腦等。該種材料著色、耐水耐油性能良好，表面光滑美觀，在梳子等飾品、玩具、桌球和鋼筆製作上得到了廣泛應用。

賽璐珞制的玳瑁鋼筆

但這種材料有一種致命的缺點——易燃，且燃燒後可能產生有害物質。硝化纖維素是纖維素與硝酸酯化的產物，根據纖維素分子中羥基酯化程度的不同，會生成含氮量不同的硝化纖維素。硝化纖維素燃點極低，易與多種氧化劑發生強烈反應，引起燃燒、爆炸甚至火災，且產物中有二氧化氮等有毒氣體。

由於賽璐珞使用時太危險，歷史上還曾發生過電影膠片燃燒的案例，因此這種材料漸漸淡出了人們的視線，少量使用的往往也經過改良，而塑料的發展卻遠沒有止步於此。1907年美國化學家貝克蘭實現了人工合成高分子酚醛樹脂，從此拉開了人類應用合成高分子塑料材料的序幕。

硝化纖維素分子結構

當前主要應用：高分子合成塑料

當前的塑料多以高分子樹脂為主要材料，再添加潤滑劑和增色劑等物質合成。最常見的合成塑料有聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）、聚氯乙烯（PVC）、聚對苯二甲酸乙二醇酯（PET）、聚苯乙烯（PS）和聚醯胺（PA）等，它們根據各自理化性質的不同應用於不同領域。

聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）和聚氯乙烯（PVC）在工業中屬於產量最高的塑料品種。前二者分別由乙烯和丙烯聚合得到，化學性能較穩定，常溫條件不易腐蝕，無毒；介電損耗低、介電強度大，可用作絕緣材料；質地較為柔軟，抗衝擊性較強。聚乙烯常被製成薄管、塑料桶和衣架等；聚丙烯在車用及建築用塑料零部件上應用廣泛。而聚氯乙烯是由乙烯、氯和催化劑經取代反應製成。防火耐熱性能良好，被廣泛用於電線和光纖外皮、鞋、手袋、袋、飾物、招牌與廣告牌、建築裝潢用品、兒童玩具、門帘、卷門、輔助醫療用品、手套、食物保鮮紙和時裝等。

聚乙烯塑料薄管

聚氯乙烯薄膜

聚對苯二甲酸乙二醇酯（PET）俗稱滌綸，在高溫高頻下仍保持較好電絕緣性電性和熱穩定性，力學性能好，耐折耐摩擦，多被製成錄音錄像用薄膜和飲料包裝瓶等。此外，滌綸纖維模量較低，抗皺性和保持性較好，不容易粘毛，常被用於製作衣物。

聚對苯二甲酸乙二醇酯製成的飲料瓶

滌綸面料

聚苯乙烯（PS）熔融時熱穩定性和流動性很好，易成型加工，適合大量生產，發泡成型後多用於保溫隔熱和防震製品，如泡沫材料和一次性快餐盒等。但聚苯乙烯耐氧化性較差，十分易燃，且燃燒後會產生大量有毒氣體。

聚苯乙烯製成的一次性餐盒

儘管前面提到的多種塑料都可以用作製作餐具，但只有聚丙烯（PP）材質的餐盒可以放到微波爐加熱。對苯二甲酸乙二醇酯（PET）製成的塑料瓶在70℃以上就很容易變形，只能用來裝常溫礦泉水和飲料；聚苯乙烯（PS）在100℃以上的溫度加熱時容易分解出對人體有害的物質，不能放入微波爐中，以免釋放有害物質。而聚丙烯塑料（PP）無毒無味，可使用溫度範圍約在-20℃-120℃，分子結晶度較高，一般在150℃以上才開始軟化，熔點高達167℃，是最耐熱的塑料材料，且不易分解，不產生對人體有害的物質，可安全加熱。

擁有可安全加熱PP5標誌的聚丙烯餐盒

聚醯胺（PA）俗稱尼龍，是重要的工程材料，它的綜合應用領域最為廣泛，包括化工航空等重工業領域和衣物魚線繩索等輕工業領域。聚醯胺最突出的特點是其超高的耐磨性和強度，比棉花和羊毛高出數十倍，因此被大量用於製造纜繩和工業用布等。

聚醯胺尼龍繩

未來發展方向：新型降解塑料

作為應用最廣泛的高分子材料，塑料給人類的生活帶來了不少便利，但卻有一個致命的缺點：難降解。有些塑料製品由於沒有得到很好的回收處理，可能沉積在土壤中，數十年不能分解，還會產生有害物質；有些塑料垃圾流入大海，造成海洋的汙染，影響海洋生物的生存。為了解決這個挑戰，科學家們正在致力於研究新型可降解塑料，其性能在保存期內不變，使用後在自然環境條件下能降解成對環境無害的物質。

降解塑料主要有光降解和生物降解兩大類。光降解塑料是通過在塑料聚合物中加入光敏感基團或化學助劑，加速光氧化反應的過程，使塑料製品能更快降解。生物降解塑料目前正處於研製發展階段，在市場應用較廣泛的有澱粉基生物降解塑料，它將澱粉改性塑化後與聚合物混合，功能與傳統塑料類似，但由於澱粉的存在，微生物酶等可在材料降解時發揮作用，加快降解速度，並減少有害產物含量。除澱粉外，微生物也是生物降解塑料研究的重點，將微生物和塑料製品放在一起，在一定條件下，通過微生物的生命活動，可將塑料分解成甲烷、水和二氧化碳等對環境無毒害的物質，但由於成本和技術等問題，該類降解塑料的市場投入度並不高。

可降解塑料購物袋

在可持續發展和循環經濟理念引導下，可降解塑料是塑料行業未來的發展方向，根據國家要求，海南等多省已發布禁塑名錄，對不可使用的非可降解塑料材料進行了列示。日常生活中我們也應該儘量減少一次性餐具和塑膠袋等物品的使用頻率，儘量使用布袋或可降解製品，提高塑料材料的重複利用率，減少回收壓力和對環境的破壞。