塑料为什么会老化、难降解、污染大?

作者: 大嶋绘理奈

来源: 科学世界

发布日期: 2021-05-15 18:30:00

本文详细介绍了塑料的性质、种类、老化原因及其对环境的影响,并探讨了生物塑料和塑料循环利用技术的发展前景。

生活中有很多塑料制品,比如吸管、塑料瓶等。我们把具有“加热变软、冷却凝固”性质的高分子化合物(聚合物)材料统称为塑料。高分子,指的是一种或几种小的分子大量聚合,形成了如同锁链一般的分子。塑料具有如下特征:可加工塑造为各种形状、结实耐摔、轻便易于携带等。

塑料的种类多达数万种,其中生活中常见的主要有5种:在塑料袋等物品中使用的“聚乙烯”、在容器或瓶盖中等使用的“聚丙烯”、一次性杯子等使用的“聚苯乙烯”、自来水管等使用的“聚氯乙烯”以及塑料瓶等使用的“聚对苯二甲酸乙二醇酯”(简称PET)。

塑料加热之后,高分子链变得容易移动,就能浇注到各种厚度和形状的金属模具中了。如果再在此状态下冷却,高分子链的活动受到限制,便能固定成金属模具的形状。碳酸饮料的塑料瓶,其横截面必定是圆形的,这是为了使碳酸气体的压力可以均衡地施加到塑料瓶的内壁,防止瓶身破裂。

塑料瓶是由一条条“聚对苯二甲酸乙二醇酯”(PET)高分子化合物组成的。PET由大量的被称为对苯二甲酸乙二醇酯的基本单元连接而成,呈链状。PET受热后,高分子链变得容易活动,越来越柔软,形状也就容易发生改变。如果在此状态下施加外力,就很容易变形。之后,通过冷却,可以塑造为各种各样的形状。

晾衣夹使用多年之后,某一天会突然折断。这是因为在太阳光紫外线的照射下,高分子链断裂,塑料的强度变弱。因此,为了防止紫外线等造成的塑料老化,一般会在塑料中添加各种添加剂。

构成晾衣夹的高分子总是在轻微地活动着。因此,随着时间的流逝,高分子化合物缝隙之间的添加剂便会脱离出去,发生渗出的情况。若将此状态下的晾衣夹置于紫外线之下,高分子化合物中的化学键就会因紫外线的照射而被破坏,从而导致晾衣夹极易折断。

在世界各地使用的塑料当中,有很多都以石油为原料制成。这种“石油合成塑料”一般无法在环境中完全分解。塑料老化后会变成更加细微的“微塑料”,引发海洋污染。另外,焚烧塑料垃圾产生的二氧化碳(CO2)也成为引起全球变暖的一大诱因。

考虑到上述塑料对环境的影响,最近出现了“生物塑料”(bioplastic)这一概念。生物塑料有两种。

第一种是以源于植物的资源,即生物质为原料的“生物质塑料”(biomass plastic)。尽管生物质塑料的燃烧会产生二氧化碳,但由于植物可以通过光合作用吸收大气中的二氧化碳,所以从长远来看,二氧化碳的总量不会增加,这一点是有利的。第二种是可经由微生物等分解的“生物降解塑料”(biodegradable plastic)。

生物降解塑料是由微生物产生的酶可以分解的成分构成的,所以能够在自然界中分解(生物降解),最终被分解为二氧化碳和水。

由于生物质塑料来源于植物,所以大家可能认为它能够全部生物降解,绿色环保。其实不然。比如说由生物质制造出的“生物聚乙烯”塑料袋或“生物PET”塑料瓶就无法生物降解。另一方面,有些石油合成塑料却是可以生物降解的。

如果能把同一种类的塑料集中起来,就能实现它的循环使用。目前,塑料瓶或家电产品中的塑料都是以循环利用为目的在回收的。但要基于回收的塑料制造出完全相同的产品,目前的技术还很难达到。存在诸多原因,比如塑料中掺杂着不同的添加剂,反复加热后高分子链很容易被切断等等。因此,很多塑料瓶都会再加工成服装纤维的原料或者鸡蛋包装盒等的原料,因为这类原料即使强度变弱也不会有太大问题。

虽然目前还处于研究阶段,但从多种塑料垃圾中提取出一种高分子化合物,并以此为基础制造塑料制品的技术一直在向前发展。尽量不给环境带来负担的塑料循环利用技术的研发,备受社会期待。

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