塑料自白
塑料是以合成的或天然的高分子化合物为主要成分,可在一定条件下塑化成形,产品最后能保持形状不变的材料。大多数塑料以合成树脂为基础,并通常含有填料、增塑剂、着色剂等。根据受热后性能的变化,可分为热塑性和热固性两种。前者主要具有链状的线型结构,受热软化,可反复塑制;后者成形后具有网状的体型结构,受热不能软化,不能反复塑制。塑料一般具有质轻、绝缘、耐腐蚀、美观、易加工等特点,可作绝缘材料、建筑材料及各种工业的构造材料和零部件,也可制作各种日用品。
塑料出世较晚,但是它很快便成为20世纪的宠儿。它已渗透到人们的生产和生活的各个方面,构成了一个五彩缤纷的世界。
农作物增产的好帮手——塑料薄膜
当你来到种植蔬菜的温室,见到那一大片一大片翠绿欲滴的各种鲜菜,一定会被农艺师和菜农们的出色工作所感动。谦虚的菜农一定会告诉你:这里也有塑料薄膜的一份功劳。
农艺师们经研究后发现,许多蔬菜喜爱特定波长的反射阳光。如果改变农用塑料薄膜的颜色,就能使蔬菜增产。
在过去,普通温室的塑料薄膜多为白色或黑色。科学研究表明,用红色塑料薄膜覆盖在番茄上,比用黑色薄膜可增产约13%,并且果实质量上乘。马铃薯却特别喜欢白色塑料薄膜,使用它可增产25%。不过,由于品种不同,蔬菜对塑料薄膜也有所偏爱。例如,有的马铃薯喜爱覆盖红色和蓝色塑料薄膜,虽然亩产与覆盖白色塑料薄膜不相上下,但结出的马铃薯质量有所区别,由红色和蓝色塑料薄膜庇护的马铃薯质量更佳。研究人员还发现,无论是大田种植,还是庭院(温室)栽培,使用有色农用塑料薄膜的效果完全相同。
压电塑料
压电塑料薄膜像一张透明的食品包装纸,但它具有压电效应。在压力作用下,薄膜表面会出现电势差。这种薄膜的用途相当广泛。它的特点是,能将一种能量转变成另一种能量,但又不消耗其他外来的能源。如果把压电塑料薄膜用在一种音响设备的微型扬声器和话筒上,能将电信号转换成发声振动,又能将发声振动转换成电信号。压电塑料薄膜还有热电转换特性,当它感受到热时,会产生电流。所以,可用它来制作火警预报装置以及对人体温度极敏感的夜盗报警器。小偷尚未伸手,即会警铃大作。
压电塑料薄膜还可用来制作海洋潮汐发电机、风力发电机以及放在手腕上的血压计;甚至可以包在潜艇外壳上,制成高灵敏度的声纳装置,可以使机器人具有“知觉”,像真人般地行动;也可以用来制造有知觉的人造皮肤。你瞧,压电塑料薄膜的用处不少吧!
“黑夜里的交警”——回归反光塑料
现在有一种回归反光塑料薄膜,它具有特殊的反光性能,能用来制作自行车尾灯和各种交通标志。一束入射光,在一定角度范围内任意投射到这种薄膜上,就会在入射光的周围形成圆锥形的反射光。当汽车前灯照射到回归反光塑料薄膜上时,由于反射层呈弯曲状,光线不会散射,而总是经玻璃微珠汇聚射出。入射光由某方向射入,反射光则必沿原方向成光锥反射回去,因此称为回归反光。
回归反光塑料薄膜有“黑夜里的交通警”的美称,在国外自行车上用得很普遍。它不仅应用于自行车尾灯,而且还普遍应用于机场、港口码头、道路行车标记上,在交通安全方面发挥着巨大的作用。
在国外,回归反光塑料薄膜还应用于某些会议室、剧院、厂房等的标志方面,甚至别出心裁地应用在广告宣传上。在周围四面八方的光线照射下,人们从各个方向都能看到它,而不像霓虹灯那样需要消耗大量的电能。
能导电的塑料
一般认为,塑料是一种很不错的电绝缘体。的确,绝大部分的塑料都具有优异的电绝缘性能,因此,你在家里可以见到塑料做成的电线包覆、插座、插头以及电器外壳等。如果塑料能导电,那么,我们当中有许多人不就随时有触电的可能?!
但是,在这一般认为不能导电的塑料家族中,却出现了一批让人看不懂的新成员,这就是“能导电的塑料”。
20世纪70年代初,在日本东京技术学院的一个实验室里,有一名研究生想利用普通乙炔制造一种叫做聚乙炔的塑料。这种塑料是一种黑色的粉末,在1955年首先合成,但是,没有人了解它更详细的情况。这位研究生在70年代所合成的却不是一种黑色粉未样的塑料,而是一种有银色光泽的软片,看起来像铝箔一般。这时候,这位研究生才知道自己犯了一个错误,他所加入的催化剂比按规定多了近100倍。因此,他合成的聚乙炔与其他聚乙炔相比完全不同。1977年,日本东京技术学院与美国明尼苏达大学的专家们共同探索这种新颖塑料。后来,当他们把碘掺入这种材料时,获得了振奋人心的成果。这种柔软的银色软片变成了金色的薄片。这种新材料的导电性随之提高了1亿倍。从此以后,科学家们发现,有10多种塑料,当人们对它们进行掺和时,都会发生类似的变化,并呈现出导电性。由于塑料导电性的提高,加上它们又易于成型,因此一下子成了材料科学家们的“宠儿”。
当时,日美科学家利用掺杂法,使塑料的导电率取得令人震惊的成果。不过,塑料的这一导电率还只够“半导体”的水平,离真正的金属导体的水平尚有一段距离。
科学研究有时候犹如田径场上的接力赛跑。联邦德国的科学家们,接过日美科学家手里的“接力棒”,将获得的导电塑料进行特殊的熟化和拉伸取向处理,将处理好的塑料薄膜再进行掺杂试验,结果,这种新颖塑料的导电率又提高了3个数量级,这时,新的塑料达到了“真正导体”的指标。
大家知道,在金属中,金和银是最佳导体,而广泛应用的是居第三位的铜。联邦德国科学家所试制成功的新颖塑料的导电能力已与铜相近了。
后来,经过其他科学家的不断试验,使新颖塑料的导电能力超过了铜,使它成了真正的导电塑料。
对于导电塑料的研究无论是在所开发的品种上,还是在导电性能等方面都取得了长足的进展。更令人可喜的是,在应用方面,已有不少成功的范例:
由于导电塑料吸收光谱的本领与照到地面上的太阳光几乎不谋而合,也就是说,导电塑料能把太阳光中几乎所有的能量都吸收下来,因此,它是制作太阳能电池不可多得的材料。
导电塑料在掺杂、脱杂过程中,会经历从绝缘体到导电体之间不同程度的变化,这种变化同时导致吸收光谱的变化,于是,塑料的颜色也随之发生变化,据此,可用来制作电致变色显示元件等。
目前,透明导电塑料已成为透明导电膜的首选材料。我国科学家与国外专家合作,利用某种导电塑料制成了发光二极管。美国则已把导电塑料用于隐身飞机。此外,导电塑料在传感器和催化等方面也大有用武之地。
专家们预言,在21世纪,对导电塑料的研究必将有新的突破性进展。
导电塑料全方位地造福于人类的日子已经为期不远了。
奇妙的发电塑料
现在的塑料和塑料用品成千上万,人们已经司空见惯,但有一种塑料,目前可能绝大多数人都没有见过。这种塑料在太阳下一晒,就能发出电来,可充当电池。它和现在的太阳能电池的不同之处是便宜而方便,可以像壁纸一样卷起来携带。
这种电池是谁发明的?为什么要发明这种电池?很多人感到奇怪。其实,凡是一种新发明,都有它的背景。比如,现在市面上的太阳能电池并不少,在有些计算器上,钟表上就有用太阳能电池的,在北京紫竹院公园大门附近就有一个大的石英电子表,其中的电源就是太阳能电池。但这些太阳能电池都是用硅一类的半导体材料制造的,价钱比较贵。
美国麻省远景研究开发公司有一位太阳能专家阿尔文·马克斯,早就想发明一种便宜的太阳能电池,但一直没有找到合适的材料。自从有了导电塑料后,阿尔文茅塞顿开,因为塑料便宜。
阿尔文调查了目前美国最便宜的电力生产成本大约是每1瓦15美分,而如果用导电塑料薄膜制造太阳能电池,生产每1瓦电力只需1美分。原因是导电塑料膜的价钱比半导体硅太阳能材料便宜好几倍。
但导电塑料膜并不像开始想象的那么美好,它本身不管怎么暴晒,也难以当电池用。阿尔文最后明白了,要想将导电塑料制成太阳能电池,还要经过一些“手续”:最主要的是要事先把导电塑料浸到一种可以把太阳光线的能量转变成电荷的一种物质溶液中。这种溶液也是他经过无数次实验才找到的。据他说,这种溶液内有三种成分的分子。一种成分称为卟琳,它的作用是能捕获阳光中的能量;另一种成分称为苯醌,受阳光照射后,它就带负电荷;第三种成分受阳光照射后就带正电荷。这三种成分一起努力“并肩作战”,就能把太阳的光能变成为电能,方法有点类似植物用叶绿素捕获太阳能的过程,只是一个是把光变成电,一个是用光合作用变成有机物将能量储存起来。
导电塑料膜浸进了三种成分后,就具有了太阳能电池最主要的功能,但还要在导电塑料膜的两端安上两个电极,一个是正极,一个是负极,这样,展开的导电薄膜只要在太阳下一晒,正电荷就都跑到了正极上,而负电荷则都跑到了负极上。两个电极之间再用导线连接。就能产生电流。
以后,你如果在风和日丽的天气去郊游,把几平方米的大导电塑料太阳能电池像卷纸一样卷起来就可以方便地携带,到了目的地把它展开,像个乒乓球台一样大,太阳一晒,就能发出很多的电能,使野炊作饭也可以电气化。
用途广泛的发光塑料
你见过发光塑料吗?
在过去,要是你去电影院的路上遇到堵车或碰到其他突发事件,当你步入电影院时,电影已经开映,那时,你只好摸着黑前进。快到座位时,再由电影院的工作人员利用手电筒告诉你具体的位置。现在,不少电影院和剧场的座位牌都是用发光塑料做成的,这样,人们即使迟到了,也能很快找到自己的座位,不必再由工作人员为你导引了。不仅如此,目前,在许多城市中,街道上的路牌、路标、交通示意图等也都是由发光塑料做成的。
在当代,随着生活水平的不断提高,人们越来越重视对自己居室的装潢。现在,不少家庭的居室都用上了发光塑料。例如,由于利用发光塑料制成了门的把手,所以,当夜晚回家时,将能很快发现门上的钥匙孔。有些家庭的电灯开关、电铃按钮、电话键盘等也都是由发光塑料制作的,这样,使用时就方便多了。
有些少年朋友可能会问:“塑料是不会发光的,那么,发光塑料的光从何而来?”
的确,发光塑料之所以会发光,并不是由于塑料本身引起的,而是由加入塑料里面的一种能发出荧光的物质所引起的。有些金属化合物和一些所谓发光的染料以及其他一些物质,在经过紫外线或其他短波射线的激发后,就会在一定时间内,具有在黑暗中发出荧光的能力,例如硫化锌、硫化钙等就是这样一类物质。
有些夜光表的表面和指针,就涂有被紫外线激发过的、像硫化锌这类物质的细粉。在制造透明塑料的时候,假如搀进一些放射性物质及一些发光物质,例如硫化锌、硫化钙等,那么,放射性物质不断发射出来的放射线,就能使硫化锌等受到激发而发出光来,这样,发光塑料就研制成功了。
发光塑料的用途很广,除了上述几种用途以外,它的最主要的用途,还是制造多种控制设备和仪表上的标线和指针。例如,汽车在夜间行驶时,如果为了让司机看清汽车中的各种仪表而装入光度较大的灯泡,就会刺激司机的眼睛,使他看不清路面的黑暗部分;但是,假如灯泡光度太弱,司机又难以看清全部仪表。如果仪表的指针和标线是用发光塑料制成的,那么,所有问题就迎刃而解了。
发光塑料对于部队更为实用。在战争时期,在防空洞和掩蔽部里,如果有几种用具是由发光塑料制成的,那么,一旦被敌人切断了电源,也可使防空洞和掩蔽部里仍然具有足以分辨周围物体的光线。
目前,根据发光塑料的原理,人们已经研制成功了发光搪瓷、发光玻璃、发光油漆、发光脸盆、发光铅笔、发光粉笔、发光墨水、发光混凝土和发光布等发光用品。
研究表明,人们只要改变发光塑料中所含的荧光物质的数量和种类,就可以调节发光塑料的发光强度和发光的年限了。
“挑战钢铁”的工程塑料
一般的塑料很轻,但强度还是比钢铁差。可是塑料易于成型的优点,吸引了机械制造业的工程师。比如,有的金属部件,因形状复杂,往往需要用几个零件组成。而若采用塑料,就可以运用模压技术,一次就能制造出复杂的组合件,还不需要像金属那样进行第二次加工,大大降低了制造成本。在这样的背景下,美国的杜邦公司在1960年提出了让塑料“向钢铁挑战”的口号。
从此,开始出现了所谓“工程塑料”这一塑料新品种。经过20多年的努力,在80年代出现了以金属为挑战对象的庞大的工程塑料系列。
工程塑料的特点是,它能充当受力的结构件,能长期保持尺寸稳定,且性能不变。拉伸强度大于40MPa,具有优良的综合机械性能,耐腐蚀,电绝缘性好。有些工程塑料甚至能耐200℃以上的温度,在用玻璃纤维加强后,可以制作飞机的外部零件和汽车的活塞、阀门等。尼龙和“凯芙拉”就属于工程塑料之列。
以世界上最大的工程塑料生产厂家美国的通用电气公司和杜邦公司为代表,大批公司把汽车零件作为主要“攻占”对象,研究代替种种金属零件的工程塑料。在70年代,美国新泽西州的“波里发动机研究所”曾制造了一台汽车发动机,竟采用了90%的工程塑料,即除了活塞和进气口等高温部位涂敷一层陶瓷外,几乎全是用玻璃纤维和碳纤维加强树脂基体而形成的工程塑料,结果整台发动机的重量只有以往金属零件的二分之一,减少了约90公斤。可见当时的“工程塑料热”高达何等程度。
1981年,日本的日立公司生产的手提式家用录像机“马斯塔克斯VT—6500”,其中用于安装磁头和马达的支架改用玻璃纤维加强的丙烯腈和苯乙烯聚合树脂工程塑料,代替原来的铝压铸支架,外壳也采用耐热树脂和透明性能良好的异丁烯树脂,内部转动部分使用聚缩醛,其他部分使用改性聚氧化丙烯。结果使整机重量由10公斤减轻到49公斤。
现在工程塑料的主要品种有:聚酰胺、聚碳酸酯、聚甲醛、聚苯醚和聚酯;其次是聚苯硫醚、聚矾、聚芳醚酮、聚酰亚胺及其他聚芳杂环树脂。当它们和玻璃纤维、碳纤维、硼纤维和晶须等加强材料进行复合,组成非金属复合材料时,其性能大大增加,真是“如虎添翼”。
总之,现在工程塑料已广泛用于汽车、航空航天、家用电器、机械建筑和化学工业中作各种结构部件、传动部件、绝缘零件、耐蚀零件和密封件等。在保证有足够强度和其他性能的条件下,产品重量大大减轻。
飞上蓝天的塑料风筝
许多人都放过风筝,但大多数人放风筝是为了娱乐,好玩儿。其实,风筝可以派上大用场,可以进行对人类生活有密切关系的气象研究。小小的风筝能搞气象研究,和塑料有密切的关系。1994年10月,美国科罗拉多大学的科学家本·鲍尔斯科和约翰·伯克斯扎了一只硕大的风筝,面积有15平方米,他们要试验用高强度塑料扎的风筝是不是能可靠的携带探测仪器和经受高空的风力,能否在有雨水的云层中顺利工作和在大气层中采集气样。
为什么他们想起用塑料风筝来搞气象研究呢?原来现在研究高空气象的工具一般都是采用飞机或探空气球携带探空仪器。但用这些手段都相当费钱。制作一个气球花钱多不说,还只能使用一次,上天后就一去不复返,最后只能用降落伞把仪器放下来,气球则“拜拜”了。用飞机的费用更多,而且在复杂的气象条件下飞行,还有相当大的危险性。如果用风筝就灵便多了。
但对这种风筝要求特别高,即必须牢靠结实,本身的重量还不能太大。这些要求现在只有塑料可以做到。例如,现在的聚脂薄膜有很高的强度,不易破损,气密性良好,不怕水,也不吸水。还能耐化学腐蚀。放风筝的线也找到了很牢固的材料,它就是“凯芙拉”。一根“凯芙拉”线可吊起430公斤的重物,6公里长的线才18公斤重。这就是为什么现在的一些防弹衣也是用“凯芙拉”编织的了。
这一天,正是风和日丽,两位科学家将风筝带上仪器放上天。不多久,他们就把风筝放到了35公里的高空。他们使用的放线盘每小时可以释放五公里长的线。这只风筝后来在35公里的高空停留了两天,上面携带的仪器测量了那里的温度、气压、湿度、臭氧浓度和其它高空污染物。
过去用探空气球时,也可以测量这些气象数据。可惜气球根本不能停留在一个固定的位置,它随风飘。而风筝有绳子拉着,可以基本上呆在一个地方。而且气球一般只能在一二公里的高空测量气象数据。用飞机虽然能在任何高度测量,但也不能在一个地点保持4小时以上。
用塑料风筝就方便多了,用系绳在地面操纵,要上就上,要下就下,要停就停,可以在规定的高度让仪器采取任何气样,而且可以反复使用。现在这两位科学家准备在两年内将风筝放到10公里的高空。用它们测量巴西雨林上空的二氧化碳和甲烷排放物和大西洋上空的空气污染情况。这真是塑料上蓝天,再为人类立新功。
新型环保塑料
在当今世界上,塑料随处可见,塑料袋、塑料面盆、塑料衣架、塑料台布、塑料地毯、塑料凉鞋、塑料雨衣、塑料花等,红、橙、黄、绿、青、蓝、紫,七彩纷呈。但是,塑料制品一旦破损,要处理这些塑料垃圾十分不易。
化学专家指出,作为高分子化合物的塑料,需要200至400年才能分解掉。问题的严重性还在于,如果将塑料袋或一次性快餐盒之类的塑料制品丢弃或掩埋在土壤中,会妨碍农作物的生长。据测算,在每亩土地中残留塑料垃圾4千克,会使玉米减产11~23%,小麦减产10~16%,大豆减产6~10%,蔬菜减产15~60%。
在我国,近两三年来,残留在全国农田里的废盒、废膜已达几十万吨。仅1994年,我国全年使用的塑料餐具,按表面积累计,就达335平方千米,按此推算,两年就可以覆盖一个新加坡。这些塑料餐具如果被牲畜误吃,轻则消化系统得病,重者死亡。将塑料垃圾抛入海洋,被鱼类吞食,也会产生同样的后果。要是将塑料垃圾焚烧,则会释放大量的有毒气体。
在现代生活中,废弃塑料已经成为人类和环境的大敌,形成了所谓“白色污染”。对塑料垃圾的无害处理已成为当今世界的热门研究课题。随着生活水平的提高,人们对食品包装惟“塑(料)”惟“化(学)”的抵抗心理越来越强烈。为此,许多国家和地区都颁布了禁止使用塑料制品包装食品的法令法规,并积极运用化学技术,试制一大批新型的可分解塑料,或者代用品。
关于塑料的分解途径,目前主要有两种:一是通过土壤中的微生物进行分解;二是通过阳光的作用,使高分子链断裂,最后变成二氧化碳和水。
在当代科技条件下,可分解塑料的生产方法有三种:一是利用微生物生产;二是利用木材以及农业、林业加工业的残余物质来生产;三是化学合成法生产。虽然可分解塑料的生产成本还比较高,但是,由于它不会对环境造成污染,所以不少国家已投入小批量工业化生产了。80年代末期,美国可分解塑料的消耗量为137万吨,大部分用作包装材料。
英国有一家化学公司发明了一种新型的可分解塑料。这种新型塑料不仅具备以往一些塑料的优点,即经久耐用,稳定防水等性质,而且像自然界中许多有机物一样,能迅速可效地分解成为对人和环境无害的二氧化碳和水。
美国杜邦化学公司研制成功了一种可分解的塑料,它是由可再生的资源,如干酪乳清和玉米制得的。在有水分、空气和菌类存在的情况下,干酪乳清和玉米经过半年左右就可分解为水和二氧化碳。这一类新型塑料制品用于快餐业和食品工业的餐具或包装材料,是十分理想的。
国外还生产了一种光解塑料,它的外观呈微绿色,可作为包装箱内的疏松填充材料。这种塑料经过阳光照射后,就会变成粉末。
目前,也有一些专家对淀粉塑料在内的可溶性塑料抱有不同的看法。他们认为,这些塑料的分解过程并非那么理想,半年之后,75~95%的塑料还残存手掌大小的块状物;在分解过程中也会释放出一些有毒的废物;这种塑料的合成方法复杂,成本较高。
因此,一部分专家认为,寻找与制作塑料代用品,是消除或减少塑料垃圾的又一条新思路。例如,日本、美国、奥地利、意大科等已研制并生产出一批以植物材料制成的餐具。
现在台湾研制出一种塑料餐具,不过这种塑料不是用石油合成的,而是用小麦为原料做成的,其中的主要成分是淀粉,这种塑料既能做餐具盛食物,又能食用,也能当饲料喂猪。即使扔在野外变成垃圾,遇到雨水也会自行分解,不会污染环境。瑞士科学家也发明了一种盛食物的塑料盘,盘子可以吃,如不想吃也可做肥料肥田。据说这种盘子很坚固,从五米高处摔到水泥地上都不会碎。可以预料,用不了多久,可食用的塑料餐具会日益推广。
体大量轻的泡沫塑料
我们如果往某些合成树脂中加入一种“发泡剂”,并加热塑制,发泡剂因受热分解就会放出许许多多小气泡,使塑料像面包一样充满小孔,这样,泡沫塑料就制造成功了。它的原理就像家里自己做面包或馒头一样,往面粉中加入适当的“发酵粉”,就可以做成松软喷香的面包或馒头。
泡沫塑料非常轻盈。大家知道,1立方米的水有1000千克重,而1立方米的泡沫塑料却只有10~50千克重。目前市场上出售的软泡沫塑料,1立方米的重量甚至还不到20千克呢!
饶有趣味的是,只要利用不同的合成树脂作为原料,就可以随心所欲地改变泡沫塑料的软、硬度。
有一类软泡沫塑料,它软得连泡沫橡胶也甘拜下风。在1立方米这种软泡沫塑料上,平均地加上40吨压力,这时,它就会被压得只有原体积的三分之一。但是,压力一解除,它又会恢复到原来体积的97%左右。更令人钦佩的是,泡沫塑料不像橡胶那样,会因为“年龄”的增长而发生变脆和龟裂等“老化”现象。有一类硬泡沫塑料,却生得异常结实和坚硬,很像木材,可以经受相当大的压力,因而获得了“化学木材”的殊荣。
因为泡沫塑料具有隔热、隔音、电绝缘以及不透水等优良性能,所以有相当一部分泡沫塑料,是作为隔热、隔音材料,用于冷藏车、冷藏库、广播电台、电话局和影剧院的首选建筑材料的。而充满泡沫塑料的胶合板或金属薄板,还是制造飞机、船舶用的轻便而坚固的结构材料呢!
有一种泡沫塑料可以制成特殊的“橡皮”,实际上,那只是一块吸有特殊溶剂的泡沫塑料。当用它来擦图纸上或练习本上多余的字迹时,溶剂就从泡沫塑料的小孔中流出来,将墨汁溶解并又立即吸进泡沫塑料之中。最奇妙的是,这种泡沫“橡皮”能使墨汁脱色,使擦过的图纸或练习本上的纸张光洁如新,没有任何毛糙的痕迹。
泡沫塑料强大的浮力和不透水性,使它成为制造救生艇、救生圈的理想材料。一艘可供20人使用的泡沫塑料小艇,通常只有25千克重。即使小艇出现了漏洞,甚至充满了水,小艇也不会下沉。因为它的比重很小,即使加上乘客的重量,也不会比水的比重大,因而它不可能沉没。
用硬泡沫塑料制造的家具,既轻巧又耐用。它还可以用来建造临时住房,全部用硬泡沫塑料装配而成的房屋,重量很轻,既便于拆卸,又便于搬迁。用泡沫塑料制造的住宅屋顶,比瓦片经济得多,且隔音保暖,冬暖夏凉。
在医疗方面,硬泡沫塑料还可以代替石膏绷带。石膏完全硬化通常需要两天时间,而且取下石膏又很麻烦。而利用硬泡沫塑料做成的“绷带”能可靠地将骨折的断端固定起来,且只需几秒钟功夫就可以“穿上”或取下。因为它是用拉链将两片“绷带”合上的,所以非常方便。
光滑无比的聚四氟乙烯塑料
在人们的心目中,玻璃大概是世界上最平滑的材料了。然而,科学研究表明,假如我们把玻璃的表面放大几千倍,在显微镜下去观察,你就会惊奇地发现,玻璃的表面也是非常毛糙的。化学家们在用玻璃仪器做某些非常精密的实验时,就常常抱怨玻璃的表面太毛糙了。医院化验师在做血液的某些精密检查时,也时常担心玻璃的表面会将血小板和血球“擦破”。
经过科学家们的不懈努力,他们终于发现,某些硅树脂形成的薄膜,它的光滑程度远远胜过玻璃。只要在玻璃上涂一层硅树脂,就可以使玻璃的表面变得更光滑。少年朋友也许会问:在世界上还有没有比硅树脂更光滑的材料呢?
回答是肯定的。有一种新颖的塑料,那就是大名鼎鼎的聚四氟乙烯塑料,它已被誉为“世界上最光滑的材料”。
有些少年朋友也许会进一步刨根寻底:那么,聚四氟乙烯塑料到底有多光滑呢?
为了说明聚四氟乙烯塑料的光滑程度,材料科学家曾经做过这样一个小实验——将一块用聚四氟乙烯塑料制成的织物铺在桌子上,只要它有一小角悬出桌面之外,那么,整块织物就会慢慢地滑到地上。织物的一小角悬出所产生的重力一般来说是很小的,可是,在这里,它已经能够克服织物与桌面之间的摩擦力,使织物“溜”到地上了。
聚四氟乙烯塑料有许多可贵的性质。它在液态气体中不会变脆,在沸水中不会变软,在—2693℃的低温到250℃的高温条件下都可应用。聚四氟乙烯塑料耐腐蚀的本领特别强,无论是强酸浓碱,例如硫酸、盐酸、硝酸、王水、烧碱,还是强氧化剂,例如重铬酸钾、高锰酸钾,都不能动它半根毫毛。聚四氟乙烯塑料的化学稳定性超过玻璃、陶瓷、不锈钢以至黄金和铂。聚四氟乙烯塑料在水中不会被浸湿,也不会膨胀,把它放入水中浸泡一年,重量也不会增加。只有熔融的碱金属、三氟化氯与元素氟这三种具有强腐蚀性的化学物质,才能在高温下侵蚀聚四氟乙烯塑料。
这种异常光滑的塑料,有许多奇妙的用途。例如,它可以制成无须加润滑油的轴承。当面粉、化肥或砂糖等通过管道要装入袋中时,如果在管道的内壁贴上一层用聚四氟乙烯塑料制成的织物,那么,这些粉状或粒状的物质就会流动得更快。在滑雪板上贴上一层这种塑料,滑雪时就会感到非常轻松,速度也可大大提高。
现在,人们已利用聚四氟乙烯塑料来制造低温设备,用以贮藏液态气体。在化工厂里,人们利用它来制造耐腐蚀的反应罐、蓄电池壳、管道及过滤设备。在电器行业方面,在金属裸线上包上15微米厚的聚四氟乙烯塑料,就能较好地使电线彼此绝缘。在医药工业上,人们利用聚四氟乙烯塑料制造人工骨骼、软骨及外科器械。因为聚四氟乙烯塑料对人体无害,因此可以用酒精、高压锅加热等方法对人工“零件”和外科器械进行消毒。
由于聚四氟乙烯塑料表面非常光滑,所以,它对任何物质的粘着力都很小,即使是糨糊,也无法粘在它上面。饶有趣味的是,假如人们利用聚四氟乙烯塑料来制造自来水笔,那么,在墨水瓶里吸好墨水以后,根本用不着拿纸来擦净笔杆和笔尖,因为聚四氟乙烯塑料滴水不沾。
拯救沙漠的塑料树
在非洲大陆的广大地区,分布着绵延数百公里的沙丘,形成一片浩瀚的沙海,它们不仅对陆地的交通构成巨大的阻碍,也对沙漠中的绿洲造成极大威胁。
1990年,在沙漠占全国很大一部分领土的非洲利比亚,来了一位西班牙巴塞罗那的电子学工程师,他叫安东尼奥·伊瓦涅斯·阿尔瓦,他到利比亚可不是来搞电子设备的,而是带着他的新发明,为利比亚绿化沙漠的。他发明了一种人工造的塑料树,计划在利比亚的一片沙漠中先种三万株到四万株,进行小规模试验。
阿尔瓦发明的人工树和天然树一样,有根、树干和树叶。在坚硬的塑料树干内布满了带纹沟的聚氨酯塑料,具有很强的吸水能力,为了让这种塑料树在白天保留但又能慢慢蒸发水分,他把树干做成密度不同的两部分,树干根部用密度大的聚氨酯(每立方米6公斤),树干端部用密度小的聚氨酯(每立方米45公斤)。树根是由三根空心塑料管组成的,空心管壁上有许多小孔,三根管子就像一个三角架一样埋入沙漠下的土壤里,然后,通过空心管用高压把聚氨酯压进土壤中,形成很长的聚氨酯塑料根,延伸到距树干底部20米远的土壤内,牢牢地把人造塑料树固定在沙漠上,即使速度达每小时140公里的狂风也刮不倒它。
塑料树的树枝和树叶是用酚醛泡沫塑料制成的,全部制成棕榈树形状的树冠,这种树冠能大量吸收夜间形成的露珠,而白天又能蒸发水分。深入土壤的塑料树就像天然生长的树木一样,晚上从露水和雾气中吸收并保留潮气,天亮后又把吸收的水分慢慢蒸发,达到调节干燥的沙漠气候的目的。
阿尔瓦制造的人工树有7米到10米高,为了研究用人造树绿化沙漠,他整整花了4年时间,终于实验成功。由于他的人造树是用防火的聚氨酯和酚醛泡沫塑料做成的,又模仿了天然树吸收水分和蒸发水分的各种作用,因此既不需要浇水,也不会干死,而且还能通过吸收夜间的水分和白天蒸发水分调节沙漠地区的气候,真正达到绿化的效果。
哪些塑料袋有毒
市场上的食品袋,可以盛放干、湿、生、熟食品,是安全无毒的。食品厂、蜜饯厂包装食品的塑料袋,当然也是无毒的。用来包装日用商品、衣服鞋袜、电气用具、五金零件的塑料袋,就可能有毒,不宜盛放食品。
无毒的塑料袋一般是用聚乙烯做的,而有毒的塑料袋则是用聚氯乙烯做的。因为聚氯乙烯树脂中有未聚合的氯乙烯单体,这是对人体会产生毒害的化合物。再说,聚氯乙烯树脂加工成塑料袋的过程中,还要加入一些增塑剂、稳定剂、颜料等辅助材料,有些辅助材料又是有毒的,这些有毒性的物质在使用中,又容易被食品中的油或水抽提出来,和食品一起吃下去,对人体健康是有害的。
聚氯乙烯树脂本身是无毒的。如果在生产聚氯乙烯树脂的时候,把游离的氯乙烯单体减少到很少很少,在制成成品时,再严格选用无毒的辅助材料,就可以制成无毒的聚氯乙烯塑料袋。
聚乙烯塑料袋和聚氯乙烯塑料袋,一般难分清楚。用燃烧的办法,能简便地鉴别出来。聚乙烯能燃烧,火焰是蓝色的,上端是黄色,燃烧时散发出石蜡气味;聚氯乙烯极难燃烧,着火时显黄色,外边绿色,并发出盐酸的刺激味。
塑料袋在使用中有没有毒害,这同使用方法也有关系。有些食品袋外面印着商标等字花,如果使用时把食品袋翻过来,让食品沾上这些颜料,是不安全的。
不宜用塑料瓶盛储食油
近年来,盛装可乐、雪碧、柠蒙等饮料的塑料瓶,由于有着坚韧、轻巧、美观的优点,受到人们的青睐。许多家庭用它来贮存食油,浸泡药酒,或盛放酱油、醋等。然而,许多人并不知道它将会带来的危害。
可乐瓶是用高纯度的聚乙烯塑料制成的,聚乙烯虽无毒,但在生产过程中,要添加一定量的辅助剂和引发剂,使乙烯聚合。用这种瓶子盛放可乐型或汽水型水剂,是安全的,因为凝结在可乐瓶表面的有机化学物质不会与水反应而溶于水中。但若盛装食油、白酒等脂溶性有机物,情况就不一样了,凝结在瓶子表面的有机化学物质会被慢慢浸溶出来。同时,油、酒还会使聚乙烯塑料发生肉眼觉察不到的溶胀,导致聚乙烯碳链断裂,而释放出低分子单体进入油、酒中。这些进入油、酒的化学物质虽然没有多大的毒性,但对人体不利,同时还会使油和酒氧化,影响油和酒的味道。
用可乐瓶盛装酱油或醋也不好。因为酱油有氨基酸,醋的主要成分是醋酸,它们都是有机化合物,长时间和瓶子接触后,也会使瓶子表面的化学物质溶出。另外,聚乙烯塑料有一定的透气性,有机物质的蒸气更容易透过。所以用可乐瓶盛放酱油、醋、油,也容易使它们特有的醇厚香气散失掉。当然,短时间用可乐盛装食油、白酒、酱油、醋等,问题也不大,但最好还是将它们换装到玻璃瓶中去!
能使人重见光明的塑料
许多盲人是由于角膜病变而失明的,全角膜白斑病就是其中之一。这种疾病用药物治疗不起作用,只有用人工角膜来代替它,才能恢复视觉。这就是眼科医生长期以来探求的理想。
200多年前,一位医生试用光学玻璃代替角膜植入病人眼中,但未获成功。后来又有人用水晶制作人工角膜,又未能成功。第二次世界大战中,有些飞行员因有机玻璃座舱罩被打碎而眼睛受伤,奇怪的是,这些有机玻璃碎片嵌入眼睛里之后并没有使伤员的眼睛发炎,也没有引起其他不良反应。一些眼科医生从这些实例中得到了启发:或许有机玻璃会是制作人工角膜的最佳材料吧。果然不出所料,用有机玻璃制作的人工角膜植入眼睛里之后,病员都恢复了视觉,并且不再产生排斥反应。
有机玻璃是什么材料呢?它的学名叫聚甲基丙烯酸甲酯,是塑料的一种。它具有高度的透明度,照到它上面的光线能透过90%以上。它是一种热塑性塑料,能用模具浇铸成型,并且能按照需要加工成具有复杂曲面的薄片。它十分坚固,耐冲击,不易破碎,在气温变化之下,外形尺寸极少变化。最重要的是,它不会引起人体组织的排斥反应。由于这种种特点,有机玻璃就成了使盲人重见光明的好材料了。
工业生产中提倡用塑料代替金属
金属是当今世界使用最广的材料之一,尤其是钢铁,更是工业生产中不可缺少的。有统计表明,铺设1千米铁路要用100~120吨钢铁;一辆公共汽车要用5~10吨钢铁;一艘万吨轮需用几千吨钢铁。除了钢铁之外,其他金属如铜、铝等也用得很多。譬如制造日常生活中使用的小五金产品,如用铜来制造,消耗也是很大的。过去生产一套卫生设备需用铜3千克左右,如按上海市约300万户计,就要消耗万吨铜。因此,科技人员就动脑筋,尽可能用塑料来代替金属有哪些好处呢?举几个例子就明白了:
如自来水管,过去都用金属管,其实是很大的浪费,由于水压不高,只利用了它强度的百分之几。如用塑料管代替,既耐腐蚀,又轻巧,易施工。如用某种尼龙来制造齿轮,机器发出的噪音可大大降低。又如在机床金属导轨表面喷一层塑料,就会使导轨的寿命延长,这也等于节约了金属。如果用玻璃纤维增强塑料(即玻璃钢)来制造氧气瓶,其耐压力超过钢瓶,而且轻得多,便于运输和使用。这类例子不胜枚举。还有塑料零件和产品制作方便,可任意加工的优点,因而,塑料已在许多生产和生活领域大量代替了金属。
有许多气孔的泡沫塑料
泡沫塑料中有许多小的气孔,重量很轻,因而用途很广。软的泡沫塑料可以做汽车座垫、沙发;硬的泡沫塑料可以做包装材料,垫在电视机的周围,防止电视机搬运时破损。把泡沫塑料衬在房屋的墙内,就好像给建筑物穿上了棉衣,使房屋内冬暖夏凉。
那么这些小气孔是怎样形成的呢?说起来与做馒头差不多,发面时在面粉中放入一些鲜酵母,蒸熟后馒头中就会形成许多小气孔,使馒头又松又软。在做泡沫塑料时,我们也要放入一些称之为发泡剂的物质,使它与塑料混合均匀,然后加热。这时塑料熔化成很粘的物料,而发泡剂则发生分解,产生氮气、二氧化碳等气体。由于熔化的塑料很粘,这些气体无法从塑料内逃逸,等塑料冷却后,这些小气孔就被包在塑料内了。
除了发泡剂外,有时也可以用一些很容易挥发的液体,例如打火机里用的丁烷,在压力下被吸收到塑料内(聚苯乙烯的小颗粒内)。当这些小颗粒被加热软化时,被吸收的丁烷气化并且产生压力,小颗粒被立即胀大成有许多小气泡的泡沫。这个过程就像爆玉米花一样。此外,有的泡沫塑料也可以用机械搅拌的方法,在树脂的水溶液中加入类似肥皂粉一类的物质,搅拌后变成泡沫,再加热使泡沫硬化,就变成泡沫塑料了。
难以燃烧的塑料
燃烧过程是氧化反应。例如煤燃烧,就是煤中的碳氧化变成二氧化碳;氢气燃烧后氧化变成水。塑料之所以容易燃烧是因为大多数塑料都含有碳、氢两种原子,它们很容易燃烧,燃烧时生成二氧化碳和水。但不同的塑料燃烧的难易程度不同。聚乙烯和聚丙烯中只包含碳和氢,所以它们很易燃烧,就像蜡烛燃烧一样,还会滴落下来使火蔓延开来。聚苯乙烯也只含碳和氢,但它含碳的比例很高,所以燃烧的时候来不及烧完,会发出很浓很黑的烟。聚氯乙烯中除碳和氢外,还含有氯原子,因此聚氯乙烯不容易燃烧,点着后离开火源会自行熄灭。
那么怎样可以使塑料难燃呢?通常可以在塑料中加入一种叫阻燃剂的物质,它们由难燃烧而且比较重的原子组成,例如溴、氯、磷、锑等。在塑料燃烧时,掺在其中的这些原子会变为不会燃烧而且比较重的气体,它们包围住燃烧的物体表面,使塑料与空气中的氧气隔绝开来,火焰就熄灭了。有的阻燃剂在燃烧时会产生大量的水蒸气,不仅吸收热量,降低温度,而且稀释了空气中氧气的浓度,从而起到阻止燃烧的作用。
由于阻燃剂的使用,使塑料的用途更广泛了。例如在建筑中使用的塑料,加入阻燃剂后其安全性就大大提高了;电器如电视机外壳等使用加阻燃剂的塑料来制造就更安全了。
制造塑料薄膜
日常生活中塑料薄膜的用途愈来愈广泛,购物用的马夹袋,冰箱中的保鲜袋等都是塑料薄膜做成的。你知道它们是怎样制造的吗?
塑料薄膜生产的方法很多,首先是要把塑料加热熔化,再用各种方法使它变为膜。一种方法是像擀面条一样,将已熔化的塑料夹在两个辊筒之间,经辊压后变成薄膜,再拉长使它更牢固。聚氯乙烯薄膜通常用这种被称为压延的方法来制造。在这种薄膜上再印上彩色的图案,就可以做成台布、浴室帘等。另一种方法是用一种类似绞肉机的机器(即挤出机),将熔化的塑料从一个环形的间隙中挤出来变成一根管子,趁管子是热的时候,从管子里面吹压缩空气,管子就吹胀,同时在前面拉伸,管子的壁就变薄了,冷却以后就成为管状膜,可以做成各种马夹袋。聚乙烯和聚丙烯薄膜,通常就是用这种被称为吹塑的方法来生产的。这种薄膜生产时在纵向和横向都经过拉伸,强度较好。还有一种方法是先挤出一块平板,再在前面将它拉长拉薄,同时又在两边拉,使它变宽,最后就得到平的薄膜。像玻璃纸一样的聚丙烯薄膜就是这样生产的。录音带的带基也是这样生产的,不过材料是纶轮。
给塑料“吃”维生素
随着科学技术的发展,塑料已广泛应用于工农业生产和生活中的各个领域,并越来越显示出它所特有的优越性。但是,塑料与金属、木材一样,也存在着老化现象。试验表明,塑料的老化规律与动物机体相类似。国外有些学者发现,给塑料“吃”些维生素,不但能增强塑料制品的牢度,而且还可延长它的寿命。
为此,学者们进行了试验。不过,维生素在高温条件下会被破坏,所以,不能在制造塑料制品时加入维生素。正确的处理方法为:将刚制好的塑料制品浸泡在饱和的维生素溶液内。这样,维生素分子就会渗入塑料表面的细孔,使塑料与周围环境之间形成一层薄薄的防护层。这一防护层对防止塑料老化十分有效。对塑料齿轮、轴承进行防老化处理后,它们的寿命可比未经处理的长1~2倍。