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1700544107 行文至此,就有必要用通俗易懂的话说明塑料的本质了。塑料的英语“plastic”的本义是“拥有可塑性、柔软之物”的形容词。单从这个角度来看,往黏土或面粉里加点水就能获得所谓的塑料。
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1700544109 目前,日本工业标准(JIS)对塑料做出如下定义:以高分子物质(涵盖大部分合成树脂)为主要原料,可根据用途人工塑造成各种形状的固体,但不包括橡胶、涂料、黏合剂等材料。这段话中的关键词就是“高分子”。
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1700544111 多个原子结合成分子,最终构成了我们身边的大部分物质。例如,水分子由1个氧原子和2个氢原子组合而成,而蔗糖分子则是由12个碳原子、22个氢原子和11个氧原子,合计45个原子组成。这种相对分子量在一千以下的分子被称为小分子。
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1700544116 蔗糖分子结构图
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1700544118 与此相反,由数千乃至数万个原子所构成的巨型分子则被称为高分子。高分子并非罕见之物,本书前文介绍的纤维素、蚕丝等都属于高分子物质,我们体内的DNA和蛋白质等也属于高分子物质。但是,这些物质无法做到“可根据用途人工塑造成各种形状的固体”,因而不属于塑料的范畴。
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1700544120 简而言之,利用人工手段将多种原子组合成易于使用的固体物质,这就是塑料的本质。所以说,“塑料”一词涵盖的是一个极为广泛的物质群体,尼龙、涤纶等众所周知的合成纤维在广义定义上也属于塑料的范畴。
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1700544125 聚丙烯分子结构图
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1700544127 实际上, PET这种高分子物质在不同的成型工艺下会变成饮料瓶、摇粒绒或衬衣之类的衣物、磁带的记忆媒介等不同物品。外形变化多端,成为千差万别的物品,但是在分子层面上是同一物质,这就是塑料最广为人知的特点。
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1700544129 塑料的种类很多,诸如“聚乙烯”“聚苯乙烯”等以“聚”(poly-)开头的物质占了大多数,它的词源来自希腊语的“多”一词。聚乙烯和聚苯乙烯是大量乙烯分子和苯乙烯分子组成的高分子物质。
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1700544131 不过,高分子物质反应对于化学家来说是个难题。因为高分子物质难以溶解于液体中。化学家们从处于反应均衡状态的溶液中抽取出一定量的物质,不影响反应继续发生,并对该物质进行分析,从而推测溶液中反应生成物是不是自己设想的物质。一般来说,将相关的物质溶解于液体中,在溶液状态之下才能保证整个反应过程得以实现。这样一来,越是难溶的高分子物质越难以参与化学反应,导致科研人员必须耗费极大的代价去揭开那些难以合成的高分子材料的奥秘。
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1700544133 高分子材料是由多个相同单元组合而成的,但是具体每个高分子包含的单元数量不一。目前,人类还无法精确控制每个高分子包含的单元数量。长久以来,塑料中的高分子长短不一这个问题困扰着研究人员,这已经被列为高分子化学亟待攻克的最尖端科研课题之一。
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1700544135 其实,在很久以前就有科学家在实验当中偶然合成过塑料的高分子。可惜所获得的是难以清理的黑色黏性物质,往往被当成令人头痛的失败产物而弃之不理。这可以说明为什么在很长一段时间内,敢于投身于高分子化学研究的科学家少之又少。
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1700544137 由于以上原因,在很长一段历史时期内,高分子化学的学术发展要远远落后于小分子化学领域。直到19世纪中叶,高分子化学才开始发展,这也是塑料与合成纤维在20世纪中叶才普及的主要原因。
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1700544142 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 [:1700542038]
1700544143 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 诞生于意外好运的塑料
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1700544145 让我们以时间为主线追寻塑料发展的历史。人们往往会把塑料称为树脂(类似松香等将树木汁液干燥后的固体),正是因为人类最早使用的类似塑料的化合物就是取自天然树木的树脂。不过那时树脂的主要用途仅限于黏合剂、防滑剂等极为有限的领域。
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1700544147 树漆也属于树脂的一种。将这种取自漆树的汁液涂布于木材的表面,在干燥过程中所含的漆油成分在酶和氧气的作用下相互链接,最终形成高分子。可以说,漆器是塑料最早的雏形。
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1700544149 真正人工合成的塑料材料要直到19世纪中叶才问世。人类的第一种塑料诞生在瑞士化学家克里斯琴·舍恩拜因(1799—1868)家的厨房里。1846年的一天,他在厨房里进行化学实验时不小心将硝酸与硫酸打翻,由于妻子曾经严令禁止他在家里做实验,舍恩拜因急忙用妻子的围裙清理地板,然后将围裙挂在炉子上烘干。不料,围裙突然着火,并在极短的时间内烧了个一干二净。
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1700544154 克里斯琴·舍恩拜因
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