【科普】塑料你知多少

一、引言

1904年，“塑料之父”Leo Baekeland 发明了塑料。1920年，施陶丁格提出高分子物质是由具有相同化学结构的单体经过化学反应 (聚合)，通过化学键连接在一起的大分子化合物，塑料也是一种高分子。1933年，英国的一家化工厂在无意间制造出“聚乙烯”—常用的一种塑料，在当时，塑料及其塑料制成的物件可以称得上是一种稀罕的东西。

时至今日，塑料及其制品已经遍布在全球各地，如塑料购物袋的年产量高达几万亿个，随着塑料制品的大量消耗，由此造成的 “白色污染”严重影响着水体及人们的安全。人们不仅在珠穆朗玛峰最高处发现塑料制品，而且在马里亚纳海沟深达10898米处，也发现了人造塑料垃圾。下面跟着笔者了解一下塑料是什么、生活中塑料制品的标号的含义以及新型可降解塑料的研究进展。

图1.左,珠穆朗玛峰上塑料制品（来源于腾讯网）右,深海10898处的垃圾（来源于新浪科技）

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二、通用塑料及其分类

1.塑料

塑料指的是以单体为原料，通过加聚或者缩聚反应聚合而成的高分子化合物，通过加入各种添加剂，在一定条件下塑制成型且在常温下能够保持其形状不发生变化的一种材料1。在生活中，小到塑料袋、鼠标、键盘以及保鲜膜，大到洗衣机、汽车和飞机等都可见到塑料的身影2-4。

图2.汽车上使用的塑料制品（来源于中新华美）和塑料购物袋（来源于www.unsplash.com）

2.塑料的优点

塑料在我们的日常生活有着举足轻重的地位，它极大的便利了人们的生活，对科技的发展也起到巨大的促进作用5。塑料的优点非常多，大致可以分为如下几点：a.加工性能优异，可以根据使用要求制造成各种各样的形状。b.质量轻，塑料的密度范围为0.75~2.3 g/cm3，是铝密度的0.5倍，混凝土密度的0.33倍。c.化学稳定性高，对酸碱盐以及油脂有很好的耐受性。d.绝缘性能好，塑料的电阻很大，普通塑料都是电的不良导体。

3.生活中常见塑料的标号及其含义

在生活中，我们常见的塑料按照回收等级可以大致分为七种，分别标号为1~7，代表着七种不同类型的塑料。下面简单的介绍一下这七种不同标号的塑料及其在生活中的应用。

图3.通用塑料标号（图片来源于szbxc88.com）

（1）“1”号塑料

“1”号塑料是聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET），耐热温度最高可达65 ℃，当其装载高温液体或者受热时容易变形，同一塑料制品连续使用10个月后，可能会释放其中的增塑剂邻苯二甲酸二(2-乙基己基)酯（DEHP）—位列于2B类致癌物清单之中，有可能损伤生育能力。

图4.PET和增塑剂DEHP

（2）“2”号塑料

“2”号塑料是高密度聚乙烯（HDPE），是由乙烯共聚而成的一种结晶度高、非极性的热塑性塑料，最高耐温可达110 ℃，可以用来装食品。HDPE是世界上需求量位居第三大类的聚烯烃，在生活中常常用于桶装水，沐浴露等。

（3）“3”号塑料

“3”号塑料是聚氯乙烯（PVC），由氯乙烯（VCM）单体按自由基聚合反应而成的聚合物。PVC的使用很普遍，但其仅仅只能够耐高温80 ℃，在生活中常常用于雨衣、建材和塑料膜等。

（4）“4”号塑料

“4”号塑料是低密度聚乙烯（PE），其材质普遍较软，耐热性不强，通常被用作保鲜膜，使用时切忌不要将保鲜膜和食物一起放入微波炉，这是因为食物中的油脂可能会将保鲜膜中有毒物质提取出来。

（5）“5”号塑料

“5”号塑料是聚丙烯（PP），是由丙烯通过加聚反应生成的一种加聚物，通常透明且质地轻，最高耐热到150 ℃左右，在生活中通常被用来塑料餐盒、果汁饮料瓶等，聚丙烯在3类致癌物清单之中。

（6）“6”号塑料

“6”号塑料是聚苯乙烯（PS），指由苯乙烯单体经自由基缩聚反应合成的聚合物，是一种无色透明的热塑性塑料，具有高于100 ℃的玻璃化转变温度，常常用于碗装泡面盒以及一次性泡沫饭盒等，尤其不耐酸碱，切忌不要用来盛装酸碱类食物。

（7）“7”号塑料

“7”号塑料是其他类，指的是除过1-6号以外的所有的塑料。常见的有聚碳酸酯（PC）类高温下会释放双酚A，对人体有害、尼龙类（PA）等，在生活中常常被用来做奶瓶、包装箱、桌子、卡板等。

4．工程塑料

工程塑料指的是一类可以作为结构材料，在较宽的温度范围内承受机械应力，在较为苛刻的化学物理环境中使用的高性能的高分子材料。主要分为通用工程塑料和特种工程塑料两类。

（1）通用工程塑料

通用工程塑料主要有五大类分别是聚酰胺（PA）、聚碳酸酯（PC）、聚甲醛（POM）、热塑性聚酯（如聚对苯二甲酸丁二醇酯、PBT）和改性聚苯醚（PPO）。

（2）特种工程塑料

特种工程塑料指的是能够承受至少150 ℃以上的工程塑料，主要品种有聚酰亚胺（PI）、聚苯硫醚（PPS）、聚砜（PSF）、聚醚醚酮（PEEK）等。

5.“限塑令”与“白色污染”

具有关数据表明，限塑令颁布前我国每天消耗掉的塑料袋约30亿个。因此我国政府颁布“限塑令”于2008年6月1日起正式施行，在我国全国范围内禁止生产、销售和使用厚度<0.025 毫米的塑料购物袋。提倡人们使用布袋子，提菜篮子，使用可降解塑料购物袋等。未来塑料发展的趋势应该是集中于发展可降解塑料、如可光降解塑料和生物降解塑料等。

三、塑料降解研究进展

在城市中随处可以看见使用后的塑料袋、一次性餐盒、塑料瓶等使用后被随意丢弃，其中尤以白色塑料制品为最，因此人们又将塑料垃圾污染称之为“白色污染”。“白色污染”所引起的一系列环境污染在很大程度上影响着人们的生活，因此，越来越多的科学家们努力去寻找一种可以代替塑料或者能够降解塑料的方法。

例如中科院长春应化所简忠保等人6以配位聚合的方式，将乙烯/CO/极性单体（PM）进行非交替三元共聚，制备了一种主链官能团化和链内独立的羰基单元的高分子量的线性聚乙烯（如图5），在保持其本征材料性质的同时可进行光降解。

图5. 非交替E/CO/PM三元共聚物的形成过程

Lu等人7通过机器学习系统设计了一种高稳定性和高活性的PET酶，并将这种酶命名为活性、功能性、稳定性和耐受性的PET-水解酶（FAST-PETase）（如图6）。经过实验证明了51种不同热成型未经处理的和使用后的PET都可以在一周内被FAST-PETase几乎完全降解。同时，FAST-PETase降解后的单体又可以重新合成了PET。

图6.机器学习提高PET酶活性预测

Li等人8从富含木质素的海洋纸浆厂废弃物中分离得到Micrococcus hydrolyticus IRE-31，研究了其生长特性及在低密度聚乙烯（LDPE）生物降解中的应用，实验研究证明IRE-31菌株对线性LDPE有良好的生物降解效果。

四、总结

本篇文章通过在万米海洋深处以及珠穆朗玛峰处所见的塑料造成的“白色污染”为引，简单的介绍了生活中按照回收等级标号的七种通用塑料、工程塑料以及其在生活中的应用，还介绍了科学家为缓解“白色污染”而在塑料降解研究方面进行的努力。通过本篇文章，希望读者朋友们在日常生活中，能够为缓解“白色污染”尽自己的一份力量。

参考文献

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[5].卞行健.塑料的利弊及可持续发展对策研究[J].青年与社会,2013,(08):267.

[6].Wang, C.; Xia, J.; Zhang, Y.; Hu, X.; Jian, Z., Photodegradable Polar Functionalized Polyethylenes. National Science Review 2023.

[7]. Lu, H.; Diaz, D. J.; Czarnecki, N. J.; Zhu, C.; Kim, W.; Shroff, R.; Acosta, D. J.; Alexander, B. R.; Cole, H. O.; Zhang, Y.; Lynd, N. A.; Ellington, A. D.; Alper, H. S., Machine learning-aided engineering of hydrolases for PET depolymerization. Nature 2022, 604 (7907), 662-667.02

[8]. Li ZY, Wei R, Gao MX, et al. Biodegradation of low-density polyethylene by Microbulbifer hydrolyticus IRE-31[J]. Journal of Environmental Management, 2020, 263: 110402.

作者：Dr.WK