元素周期表高中生（元素家族連載28）

2023-06-09 03:02:51 1

有機物中的明星（五）高分子化學和聚乙烯

從現在開始我們要進入"高分子"的世界了。所謂"高分子"，是相對於我們之前提到的二氧化碳、氧分子甚至甲烷、乙醇、苯等這些簡單的分子來說的，這些高分子含有的原子數多，分子量大，結構卻不一定複雜，聚乙烯就是其中一例。

聚乙烯的結構式

人們接觸到這些"高分子"其實很早，哥倫布發現新大陸的時候，歐洲人發現拉美的土著們在玩一種很有意思的球，這種球彈性很大。原來，這種球是用硬化了的植物汁液來做的。說到這裡，你一定想到了，這種樹就是橡樹。歐洲人將這種材料視為珍品，運回了歐洲，人們發現這種橡膠球可以擦去鉛筆的痕跡，所以給它起了個名字："rubber"，意思就是擦子，這個名字也一直用到現在。

1839年美國人固特異（這個名字你肯定非常熟悉）發現在橡膠中加入硫磺可以使橡膠更加耐久，從此以後橡膠就走上了工業應用的舞臺。

現在我們知道這些天然的橡膠其實是一種聚合物：聚異戊二烯。

天然橡膠到了今天仍然不能完全被合成橡膠取代，東南亞、拉美是重要的橡膠資源的來源地。

到了19世末20世紀初，酚醛樹脂、人造絲、賽璐珞、合成橡膠等材料如同雨後春筍般的被製造出來，人們也認識到澱粉、多肽等有機物是有重複的結構單元的。但是關於這些新型有機物究竟是什麼樣的結構，還是有很多種意見，大部分人認為這些重複的結構單元是很多小分子通過一些類似於範德華力的"價鍵"結合在一起的，而不是共價鍵。因為當時，大部分化學家都熟悉了簡單的小分子，對於"大分子"這種概念感到陌生和恐懼。

一種多肽的分子結構

1932年，施陶丁格出版了《高分子有機化臺物》，這是高分子化學誕生的標誌。對高分子的研究有了理論的指導，再也不像之前是點對點的探索，而是鋪開面的大規模研究，各種各樣的橡膠、塑料、樹脂、纖維如同雨後春筍般的來到我們日常生活的方方面面，改變了我們的世界。施陶丁格也因此獲得了1953年的諾貝爾獎。

施陶丁格，他對高分子化學開創性的貢獻一直影響到現在，高分子材料與金屬材料、無機非金屬材料並稱工程材料的三大支柱。

最早發現聚乙烯的記載可以追溯到1898年，德國化學家Pechmann在研究重氮甲烷的時候，他的同事發現一種白色蠟狀物，他們一起研究發現其中含有很長的線性亞甲基（-CH2-）的結構，命名為"聚乙烯"。

一直到1939年，"聚乙烯"才算是搭上了施陶丁格高分子化學的順風車，英國帝國化學工業公司（ICI）成功的將聚乙烯規模化生產，在二戰中發揮了重要作用。

英德空戰中，英德飛機損失比為1:2，英國空軍為何能有如此神勇表現，與他們的雷達使用是密不可分的。聚乙烯在雷達中用作絕緣材料，我們是不是可以說："如果沒有聚乙烯，英國雷達就幹不過德國，英國就會輸掉這場空戰，德國就不會有後顧之憂，就可以全心全意發動巴巴羅薩計劃攻打蘇聯，美國也不敢參與歐洲戰爭，蘇聯可能滅亡，二戰的結果會完全兩樣？"

二戰以後，聚乙烯在更多的領域得到了應用，取代了聚氯乙烯，成為最為常用的塑料。

家用的保鮮膜，就是聚乙烯。這裡提醒大家，用微波爐加熱食物的時候，一定要把保鮮膜撤去，因為在聚乙烯保鮮膜在110度左右會熱熔。

農用大棚也有很多是用聚乙烯做的

上面這兩種是低密度聚乙烯（LDPE），密度低，材質軟，是聚乙烯最早的應用。後來人們又發明了高密度聚乙烯（HDPE），耐溫耐油耐蒸汽，絕緣性能好，我們生活中也經常見到。

這種塑料瓶一般都是聚乙烯做的，比如我們家用的洗髮水、洗衣液的瓶子

墨西哥，工人們正在鋪設安裝用高密度聚乙烯（HDPE）做的雨水道

隨著科學進步，後來又發明了線型低密度聚乙烯（LLDPE），是讓乙烯在聚合的時候引入少量的α烯烴，被稱為第三代聚乙烯，它將傳統的聚乙烯各方面的性能都提升了，也得到了更多的應用，目前世界上新投產的聚乙烯工廠已經沒有生產低密度聚乙烯（LDPE）的了。

用線型低密度聚乙烯作的包裝材料

聚乙烯的壞處是它的不易降解，這讓它背上了罵名，造成了很多"白色汙染"。想想，我們每天要使用多少垃圾袋、包裝袋吧。由於聚乙烯中碳碳鍵的超強穩定性，這些聚乙烯塑料製品要過幾十年才會分解。目前每年生產出來的聚乙烯接近1億噸，大部分都被做成了塑料製品，如果人類一直這麼發展下去，我們的世界是不是會被這些塑料垃圾包圍。在很多地方，比如我國的老鐵路沿線，已經成為很嚴重的問題。

"白色汙染"，盛況空前，你還看得下去嗎？

為了解決這個問題，一方面，要發展新型的可降解塑料製品。另一方面，也要研究如何快速降解聚乙烯製品。

另一方面，不僅要靠科學技術的發展，還得依賴於我們要建立一個回收機制。早在10幾年前，我們國家就已經提出了垃圾分類回收的概念，但是執行的怎麼樣，大家心裡都有數，即使是在北上廣這些一線城市，有關部門只是在若干地方將垃圾分類回收作為形象試點工程，大眾對垃圾分類回收也存在嚴重的知識缺失。塑料製品大多數是做成生活消費品，如果生活垃圾不能分類回收，廢棄塑料就很難集中處理，快速降解也只是空想。

說到這裡，我又不得不吐槽科學與人文的脫節。科學再如何發展，人文的落後照樣會讓我們的生活一團亂麻。