我們已經看到塑料是由聚合物製成的,但聚合物是怎麼製成的呢?它們以碳氫化合物(由氫和碳原子構成的分子)為基礎,而碳氫化合物主要來自石油、天然氣或煤炭等物質。從陸地或海洋中開採的原油是一種黏稠的混合物,含有數千種不同的碳氫化合物,我們必須將它們分離出來才能使用。這是在煉油廠通過一個叫做分餾的過程發生的。這是一種更複雜的蒸餾法,你可能會用它來淨化水。如果我們加熱水,它最終會變成蒸汽,然後我們可以收集、冷卻並冷凝成水;這就是蒸餾法,它可以生產高度淨化的水或「蒸餾」水。我們可以用同樣的方法加熱和蒸餾原油,但是原油中含有的碳氫化合物分子大小和重量不同,所以它們在不同的溫度下沸騰和凝結。在不同的溫度下收集和蒸餾原油的不同部分,我們得到了一組更簡單的碳氫化合物混合物,稱為餾分,然後我們可以用它來製造不同類型的塑料。
以這種方式產生的碳氫化合物是聚合反應的原料,聚合反應是我們對產生聚合物的化學反應的稱呼。有些聚合物是通過簡單地將烴類單體連接在一起而形成的,比如菊花鏈,這個過程被稱為加成聚合。其他的是通過連接兩個小的碳氫化合物鏈,去掉一個水分子(兩個氫原子和一個氧原子),在一個被稱為縮聚反應的過程中形成一個更大的碳氫化合物鏈而生成的。重複次數越多,聚合物就越長。
注塑成型的塑料家居用品的選擇。
通常,我們需要使用其他被稱為催化劑的化學物質來啟動聚合反應。催化劑就是我們可以添加的使化學反應更容易發生的物質,雖然它們在反應過程中可能會暫時改變,但它們最終會以原來的形式重新出現;換句話說,它們不會隨著反應的發生而永久改變。齊格勒-納塔催化劑是德國化學家卡爾·齊格勒和義大利化學家朱利奧·納塔共同開發的,他們在1963年獲得了諾貝爾化學獎,其中一些是製造聚合物最重要的催化劑。
因為我們需要塑料做各種各樣的事情,我們經常不得不在基本的碳氫化合物中添加其他成分,以產生具有完全正確的化學和物理特性的聚合物。這些額外的原料包括著色劑(顧名思義,把塑料變成各種各樣的明亮和快樂的顏色),增塑劑(使塑料更靈活、黏性和容易形狀),穩定劑(停止我們在陽光和熱塑料分裂),和填料(通常是低成本的礦物質,這意味著我們需要更少的昂貴的石油碳氫化合物,使我們最後的塑料產品,我們可以生產和銷售更便宜)。
四種塑料成型工藝:注塑、吹塑、擠出、壓延。
藝術品:用塑料製作物品的四種常見工藝。注射成形是將熱塑料噴射到模具中。塑料顆粒(淺藍色)經過一個螺旋鑽(阿基米德螺絲),加熱製成熔融塑料,然後通過針(注入)噴射到模具中。吹塑成型是類似的,但是空氣(黃色箭頭)吹進塑料後使它膨脹並填充模具。3)擠壓是指通過噴嘴和塑形模具將塑料擠出,製成類似管道的東西。4)壓延使用滾輪,使塑料薄片平坦、薄、光滑。
塑料製造過程還不止於此。我們現在得到的是一種被稱為樹脂的塑料聚合物,它可以用來製造各種塑料產品。樹脂以粉末或顆粒的形式供應,然後裝入機器,加熱,然後通過一個或多個過程成形,從而製成我們的最終塑料產品。形成過程包括注射和吹塑(我們通過噴嘴噴射熱塑料模具製造塑料瓶之類的東西),軋光(例如,重型輥之間的擠壓使塑料布或電影),擠壓(擠壓塑料通過一個噴嘴,可能使管道或吸管),並迫使塑料通過一種顯微鏡下小篩,稱為噴絲板,製造細纖維(這就是製造牙刷或尼龍襪之類的纖維的方法)。還有許多其他的塑料製造過程。#聚合物#