[2010.10.28] 塑料:东山再起

083 Science and technology - Plastics.mp3

塑料

东山再起

一个旧想法可能会帮助解决塑料废弃物问题

Muffet小姐发现她的食物是塑料

塑料曾被认为是神奇的材料。它们仍然无处不在，但是没有以前那么受欢迎了。这是因为它们十分地稳定和持久（不易降解）——这两个特性起初为它们增光不少。持久性对那些要丢弃的东西来说并不是一个理想的特性，如此多的塑料被用于（制造）包装和一次性物品，以至于许多人现在把常见的石化塑料视为公害和威胁。

人们正在寻求可生物降解的替代物。近来俄亥俄州凯斯西储大学的David Schiraldi及其同事找到了一种可能性替代物。他们准备返回到历史中去，重新利用曾用来制造出第一块所谓塑料的原料：牛奶。

他们真正的意思是利用酪蛋白——牛奶中含量最高的蛋白。乳制品中的凝乳（见注释1）主要酪蛋白组成。1889年一个叫Jean-Jacques Trillat的法国化学家发现，如果用甲醛处理酪蛋白，结果就产生一种坚硬有光泽的物质，可以很好的用来代替像是象牙和龟壳一类的材料。所有人都对新材料抱有极大的热情，就连玛丽女王本人都定做了几件这种材料制作的饰物。然而，这种酪蛋白制造的塑料对日常使用来说太容易破碎。它最终被现代石化塑料替代，其生产也于二十世纪70年代完全停止。

然而，人们并没有完全放弃重新利用这种材料的想法。这种材料大部分是蛋白质，因此可以由细菌消化讲解——现在这种特性被认为是一种优点——只要可以克服其结构上的弱点。Schiraldi博士的方法做到了这点：用一种叫做钠蒙脱石（见注释2）硅酸盐粘土做骨架使塑料凝聚在一起。

钠蒙脱石可以冷冻干燥为一种海绵状的材料，叫做气凝胶（见注释3）。气凝胶是出了名的易碎。但是这是因为它们大部分（结构）是中空的。实际上，人们有时候称其绰号“固体烟”。这种易碎性掩盖了其潜在的硬度。用塑料填充气凝胶的气孔可以弥补气凝胶的易碎性，并且相反的，气凝胶中的粘土分子网络会防止塑料开裂。所以研究者们认为，如果他们把酪蛋白和粘土混合到一起，加入甘油醛（替代在原先塑料中使用的有毒的甲醛），他们可能会制造出真正实用的东西。

为了验证这个想法，这个团队把酪蛋白溶液跟甘油醛、钠蒙脱石混合在一起，然后剧烈搅动去除气泡，之后再将其于零下80°C冷冻。一旦冷冻，把材料放在冷冻干燥器里四天，除去水分。接着在80 °C烘箱里固化24小时。

研究人员在《Biomacromolecules》杂志上报导说，他们的新材料在硬度、强度和压缩性上和发泡聚苯乙烯（见注释4）不相上下——发泡聚苯乙烯是一种常见的包装材料，现在让许多垃圾场头痛不已。然而，跟发泡聚苯乙烯不同，新材料一旦被废弃就会降解。一个初步的实验显示，在一个类似于垃圾场的环境下，新材料会在18天内讲解20%。可能女王的胸针会降解，但是这样更加有用途。

注释
1.        curds and whey：凝乳和乳清。乳制品在增加酸度的情况下会发生大量沉淀（主要由酪蛋白组成），剩下的液体叫做乳清，包含乳清蛋白。
2.        蒙脱石(montmodUonite)：又名微晶高岭石，是一种层状结构、片状结晶的硅酸盐粘土矿，因其最初发现于法国的蒙脱城而命名的。根据层间主要阳离子的种类，分为钠蒙脱石、钙蒙脱石等成分变种。利用其粘结性可作铸造型砂粘结剂等。详见http://baike.baidu.com/view/377160.htm
3.        气凝胶，英文aerogel又称为干凝胶。当凝胶脱去大部分溶剂，使凝胶中液体含量比固体含量少得多，或凝胶的空间网状结构中充满的介质是气体，外表呈固体状，这即为干凝胶，也称为气凝胶。如明胶、阿拉伯胶、硅胶、毛发、指甲等。气凝胶也具凝胶的性质，即具膨胀作用、触变作用、离浆作用。详见http://baike.baidu.com/view/270440.htm
4.        expanded polystyrene：发泡聚苯乙烯又称可发性聚苯乙烯，是由苯乙烯悬浮聚合，再加入发泡剂而制得。白色珠状颗粒，相对密度1．05。热导率低，吸水件小。耐冲击振动、隔热、隔音、防潮、减振。介电性能优良。溶于丙酮、醋酸乙酯、苯、甲苯、二氯乙烷、氯仿、不溶于乙醇、正己烷、环己烷、溶剂汽油等。详见http://baike.baidu.com/view/1888032.htm