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奇妙的材料:改变世界的12种化学物质和它们背后的科学传奇 第十一章 变换自如的万能材料——塑料
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席卷全球的材料
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在笔者小时候,果汁的容器不是铁罐就是玻璃瓶。在自动贩卖机旁边还专门配了一个起子,每次拿到果汁都要把瓶口那个花冠形的瓶盖打开。在打开瓶盖的瞬间,我的兴奋总是难以言表。
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用玻璃瓶装的果汁消失是因为1982年版《日本食品卫生法》的颁布。该法律要求非酒精饮料必须使用热塑性聚酯塑料容器。热塑性聚酯中最主要的品种为聚对苯二甲酸乙二酯,英文为“polythylene terephthalate”,简称PET。
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PET分子结构图
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透明的PET瓶分量轻、易搬运,能看清饮料的样子,而且掉在地上也不会破裂,瓶盖还能反复使用,所以在短时间内就彻底取代了玻璃瓶。近年来,各品牌的PET容器的设计更加个性化,在商品差异化方面起到了重要的作用。这些只有塑料才具有的特性是玻璃材料无法企及的。
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当然,塑料的应用领域不仅是饮料容器。第二次世界大战之后,以往木材、陶瓷以及玻璃等材料的应用领域,均或多或少被塑料所占据。连纸袋、布袋之类也被超薄型塑料——塑料袋给部分替代了。
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到了今天,我们身上穿的衣物原料大多是塑料纤维,坐在塑料材质的椅子上,用塑料材质的餐具吃饭,更离不开有着塑料显示屏的手机等电子产品。就算用眼过度导致近视,也要戴上塑料做的眼镜片让自己生活得舒服些。在人类的材料应用史上,没有任何一种材料能像塑料这样在众多领域占据压倒性优势。
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奇妙的材料:改变世界的12种化学物质和它们背后的科学传奇 塑料的强大之处
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塑料之所以拥有这种“颠覆性能力”,关键在于其本身没有明显的缺点,而且能变换出多种形态。塑料既轻巧又结实,并且实现了低成本量产。本身透明无色的塑料,还可以在不同染色剂的作用下呈现出各种颜色,而且可以塑造成多种形状。
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如果需要更加轻巧的材料,泡沫塑料以及人造橡胶之类内含空气的塑料,不仅轻巧,还具有优良的保温性能。如果需要更加结实的材料,首推聚碳酸酯这样的塑料,它的耐冲击性超过普通玻璃的250倍,可以耐受多种极端条件,因而广泛应用于信号塔、航空材料等领域。
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塑料最大的弱点是不耐高温。当然,要是不计成本的话也可以找到耐受一定温度的塑料。例如,聚酰化胺这种塑料既能耐受将近400℃的高温,也能耐受接近绝对零度的极低温,是航天领域中不可或缺的材料之一。
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F-22战斗机的座舱盖使用了聚碳酸酯
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如果提到耐腐蚀性,特氟龙(聚四氟乙烯)首屈一指。不论是浓硫酸还是强碱溶液,均不能将它腐蚀,是化学实验器具最理想的材料。在我们的生活中,由于特氟龙摩擦系数低而不容易出现粘锅现象,在各种不粘锅上都少不了它的身影。
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塑料的强大之处在于种类丰富,而且塑料是人工材料,可以根据需要设计性能,具有的特性变化多端。塑料具有的这些特性令木材、金属等天然材料望尘莫及。不过,塑料也存在无法克服的缺点:塑料长时间受日光直射后会出现劣化,所以无法满足长期户外使用的要求。但是,从某种意义上来说,这与现代消费型社会的特征极为吻合。
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