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聚合物时代到来未来属于塑料

时间:2013-03-16 02:42:35  |  浏览次数:3159  |  分类:行业资讯
西班牙某月刊日前发表文章,题目是“未来属于塑料”。文章说,塑料材料是目前纳米科技、电子、医学、农业和可持续发展领域高端研究的主角。如何充分利用塑料的所有特性是科学家面对的一项挑战。如果我们把家里的塑料制品扔出去,可能你会发现家里将变得一无所有,同样,如果把含有塑料原料的衣服脱掉,你将赤身裸体。
聚合物时代到来
1907年莱奥·贝克兰发明了世界上第一种完全人工合成的材料———酚醛塑料,不过此前已经有人利用天然材料如赛璐珞制造出其他塑料制品。正如美国人保罗·约翰·弗洛里在获得诺贝尔化学奖时所说的那样,“我们的时代将是聚合物的时代”,实验室里合成的材料已经在很长一段时间内改变了人类的生活方式。这话并不夸张,当前金属和矿物产品已经被成千上万的塑料制品代替,这些在实验室中研究加工出来的材料具有绝缘、坚硬、柔软、轻巧、可生物降解、自动修复,甚至导电等各种性能。塑料可用来制造信息储存材料、汽车零件、可燃电池、太阳能板等,它广泛的用途可以满足生活中的任何需求。
在不到100年的时间里,塑料的出现使很多以前昂贵且无法购买的东西进入普通百姓的生活。现在我们称之为塑料的材料是由聚合物组成的,聚合物由大量分子聚合而成,可以是天然的,例如生物分子、纤维、橡胶,也可以是从石油或其它物质中提取的人工合成物。
更新的研究成果是电光聚合物,它们在接收到电能的时候能够放出光芒。这为显示器技术提供了无限发展空间。例如已经在手机和电视中使用的平面屏幕OLED(有机发光二极管),将在短时间内替代LCD和等离子屏幕,因为它们具有很多优点:可折叠、易生产和可以从任何角度观看等。
塑料的广泛用途
另一方面,纳米技术的发展使塑料的用途更加广泛。西班牙聚合物技术和科学研究所所长葆拉·博什说:“可以对其成分和特性进行严格控制的聚合物合成是有可能获得最大进步的值得期待的领域。”
在聚合物最深层结构中加入纳米分子可以获得用途非常广泛的新塑料产品。美国伊利诺伊大学的科学家就是这样在2007年合成了可以自我修复的塑料。当它们破裂时,合成塑料的微小分子就会释放出来,重新聚合进行自我修复。这是模仿皮肤自我修复的过程,可以为航空和医药领域提供新的材料。
事实上很早之前,化学成份稳定、价格便宜和可丢弃的塑料就为医学发展提供了诸多便利。工程师曼努埃尔·哈隆1970年发明的塑料注射器很快在全世界得到推广,它的出现避免了玻璃注射器可能产生的感染。随着时间的推移,医院里出现了更多的塑料产品,例如手术器械、营养品输送管道和假器等,它们都比金属更轻、比瓷器更结实。对于一些与血液接触的物品,例如心脏瓣膜和输血袋等,一些特殊的聚合物可以避免血小板增加和血栓的形成。
可制做人工器官
所有进入人体的材料都应该是能够生物相容的,也就是说人体接受它们,同时免疫系统不会产生排斥。生物医学最重要的分支———组织工程学因此而产生。至今该学科最大胆的设想是利用聚合物制造人工肝脏和胰腺,尽管目前这仍然是一项挑战,不过利用聚合物作为基础来培育细胞却已经在实行。聚合物技术和科学研究所已经在研究这些材料,用于骨骼和软骨组织的再生,但是它们的应用范围将比这个大得多。例如很多人在严重烧伤后因为大面积感染而死亡,为了避免这一点,可以生产一种能够生物相容又可以生物分解的聚合物支架,把它们种植到上皮细胞中,包裹烧伤区域,在皮肤再生期间阻止微生物侵入,然后再将这个支架生物分解。它也可以作为心脏组织再生的支架。
假器中最引人注目的是由塑料和钛制成的人工心脏Abiocor,这个由美国Abiomed公司发明的装置可以替代人体心脏长达18个月,延长那些患有不可逆转心力衰竭病人的生存希望。
此外,聚合物药品可以在人体内控制药物的剂量,为此只需将药品与一个可以将药物慢慢释放的大分子结合,这样只要服药一次,就能够得到定期的药剂供应。另一种方法是用聚合物薄膜包裹药物,避孕药就是以此方法慢慢调整剂量保持药效好几个星期的。
从医院到菜园子
很多人也许在不知不觉中已将塑料放进了自己的嘴里,因为今天坚固、美观的聚合物为消除我们的龋齿和牙洞提供了解决方案。另外科学家利用塑料还制造出可与人体相容的骨骼水泥以填补骨骼破裂和断折。
塑料的应用还从医院延伸至菜园子。各种塑料的使用让农业出现了翻天覆地的变化。阿尔梅里亚地区在20世纪70年代仍是西班牙经济最落后的地区,现在随着种植业的兴起,这里已经成为著名的“欧洲花园”。阿尔梅里亚3万公顷的塑料大棚已成为世界上最大的温室,瓜果生产一派繁荣。不仅塑料大棚的修建有助于充分利用水份灌溉和在干旱土地上种植,并且当地农民还将塑料用于专业目的,例如利用可进行光谱颜色选择的塑料薄膜吸收或者反射阳光,绿光适合辣椒和蜜瓜生长,红光适合西红柿生长,蓝光适合茄子和葫芦生长。
防灾害塑料罩
阿尔梅里亚的农业生产者利用上述方法使好几种草莓的产量提高了50%。此外还有防灾害塑料棚,它们可以吸收或者阻挡紫外线,避免有害真菌的繁殖和依靠昆虫传播的病毒的产生。
但这种密集型农业导致一个环境问题,即废旧塑料薄膜会分解成难以回收和再利用的碎片。这个问题的解决方法还在于聚合物。目前科学家正在创造用于地表铺设的能够生物分解的塑料薄膜,经过一段时间的微生物新陈代谢,它们就会转化成二氧化碳和水。
可生物降解是塑料能否得到大规模利用的关键。美国国防部高级研究计划局因此开展了一项特殊研究,第一阶段由布鲁克林工学院用油菜、向日葵或棕榈油生产用于包装食品的塑料,第二阶段由基因研究机构发明将塑料转化成用于生产生物柴油油料的方法。五角大楼出于经济利益关注这项研究,因为每个美国士兵每天制造3公斤的塑料垃圾,而解决这些垃圾需要人工、汽油和运输费用。
在塑料丰富多彩的特性中,现代社会又对它们提出了可持续利用的要求。尽管我们不知道未来社会怎样发展,但可以肯定未来我们将被聚合物包围。塑料的时代才刚刚开始。
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