塑料的历史

塑料的历史

想象一个没有塑料的世界。有点难,不是吗?虽然塑料是一项相对较新的发明,但它已迅速成为使现代生活成为可能的核心成分。我们每年生产数亿吨塑料,自工业塑料生产开始以来估计有 83 亿吨。

我们为探索一下这种重要的现代材料是如何形成的历史会很有趣。我们还将讨论现代塑料工业生产带来的一些挑战,以及未来的发展方向。

到底什么是塑料?

我们用“塑料”来特指一类人造聚合物。聚合物是由许多称为“单体”的较小部分组成的大分子。聚合物通常以重复部分的长链形式形成。

聚合物不仅是合成的,而且在自然界中大量存在。木材就是一个很好的例子,它的结构和性能取决于聚合物纤维素。说到合成聚合物,塑料的特点是刚性,而不是硅树脂等高度柔韧的聚合物。

有一些天然物质,如角,类似于现代合成塑料。碰巧的是,出于用人造替代品替代这些天然物质的愿望,塑料工业诞生了。

象牙的替代品

在 1800 年代中期,用于制作台球、钢琴键和珠宝等物品的象牙需求不断增加。象牙的颜色、可加工性和耐用性使其成为这些和许多其他用途的抢手材料。

当然,问题在于大象的数量非常有限。即使在那些日子里,人们也对畜群减少和使用这种材料的可持续性表示担忧。此外,这是一个非常实际的问题:象牙很贵。

这促使一家制造台球用品的公司悬赏 10,000 美元,奖励发明象牙替代品的人。来自纽约的 John Wesley Hyatt 接受了挑战。

与发明家通常一样,他并不是从头开始工作。他购买了英国亚历山大·帕克斯开发的一种合成塑料的专利。帕克斯正在寻找虫胶的替代品,并用经过硝酸处理的纤维素制成了名为 Parkesine 的塑料。它于 1862 年获得专利,是第一种合成塑料。

尽管帕克斯甚至在 1862 年的伦敦国际展览会上展示了他的发明,但他未能取得商业上的成功。海厄特修改了他的配方,创造出一种更稳定、更容易制造的材料。

Hyatt 的发明于 1869 年以“Celluloid”的名称获得专利,畅销不衰。它被用来制作台球、钢琴键、假牙和许多其他物品。

然而,赛璐珞并不是一种完美的材料。它的主要问题是它非常易燃。显然,台球特别猛烈的碰撞甚至会引起轻微的爆炸。没有这个严重缺点的类似产品在市场上有空间。

第一种全合成塑料

1907 年,美国化学家利奥·贝克兰 (Leo Baekeland) 发明了电木,满足了这一需求。与帕克斯的发明不同,帕克斯的发明依赖天然纤维素作为主要成分,贝克兰的塑料是完全合成的,由苯酚和甲醛的混合物制成。

胶木是一种用途极为广泛的材料,是一种出色的绝缘体,并且与赛璐珞不同,它具有耐热性。它是一种热固性树脂,这意味着一旦它硬化成最终形状,就无法再加热软化。另一方面,赛璐珞很容易融化。

由于其作为绝缘体的有效性,电木被广泛用于涉及电力的应用中。它也被用于从珠宝、钟表到梳子等一系列物品的装饰。

现代塑料工业诞生

如果我们向前推进几十年,进入 1930 年代,我们会看到合成塑料的突飞猛进。1929年开发了聚苯乙烯,1930年开发了聚酯,1933年开发了聚氯乙烯(PVC)、聚乙烯和有机玻璃,1935年开发了尼龙。

1939 年二战的到来极大地扩展了塑料的使用,这既是因为这些材料的优势,也是因为更传统的替代品的短缺。例如,尼龙被用于降落伞和绳索,聚乙烯被用作飞机雷达电缆的轻质绝缘体。美国的塑料产量在战争期间增长了 300%。

战争结束时,这种扩张仍在继续,塑料开始进入无数消费品。塑料被认为是一种廉价、灵活、安全的材料,其潜力似乎是无限的。

今天塑料的使用

当今最常用的三种塑料是低密度聚乙烯、高密度聚乙烯和聚丙烯。它们加起来约占塑料产量的 45%。所有类型塑料的最大应用是包装和建筑材料(如乙烯基壁板和 PVC 管)。

然而,这个行业的种类繁多。许多其他种类的塑料也被使用,应用范围从医疗植入物到电子产品再到玩具。

塑料的问题

尽管这些材料的早期承诺及其用途不断扩大,但与许多其他创新一样,它们也并非没有问题。两个引起关注的问题是它们对健康和环境的影响。

健康问题的部分原因是某些塑料中发现的化学物质。特别是,有证据表明双酚 A (BPA) 可以从包装中渗入食品并对内分泌系统产生负面影响。现在许多不含双酚 A 的塑料容器已经解决了这个问题。

此外,微小的塑料颗粒(称为微塑料)在我们的环境中变得越来越普遍,并出现在我们的身体中。这引起了人们对这可能产生的长期影响的担忧,这是目前正在研究的问题。

从环境的角度来看,废弃塑料是一种废物,通常最终会进入垃圾填埋场或海洋。在这种情况下,塑料的最大优势之一——它的耐用性——产生了一个问题。它不容易分解,这意味着我们今天产生的塑料垃圾可能会在未来数百年内与我们同在。

明天的塑料

这些问题(以及对化石燃料作为大多数塑料来源的担忧)导致越来越多的回收努力,并促使研究人员开发可生物降解的塑料,这些塑料由纤维素等可再生资源制成。其中一些替代类型的塑料已经投入使用,例如可生物降解的塑料袋。然而,在他们准备好取代目前市场上最常见的塑料类型之前,还需要做更多的工作。

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