为什么不同的塑料透明程度不同(一)

为什么不同的塑料透明程度不同(一)各种塑料制品在我们的生活中随处可见,如果仔细观察一下就会发现,不同的塑料制品往往有着不同的透明程度。例如装矿泉水的塑料瓶透明程度堪比玻璃,如果把一张报纸放在瓶子背后,可以清楚地辨认出上面的文字;
为什么不同的塑料透明程度不同(一) 各种塑料制品在我们的生活中随处可见,如果仔细观察一下就会发现,不同的塑料制品往往有着不同的透明程度。例如装矿泉水的塑料瓶透明程度堪比玻璃,如果把一张报纸放在瓶子背后,可以清楚地辨认出上面的文字;而另外一些塑料制品则是半透明甚至完全不透明,例如一些装牛奶和果汁的塑料瓶就是如此。  为什么不同的塑料制品透明程度不同?  首先,塑料是高分子化合物的一种,也就是说,它是由许许多多的小分子之间发生聚合反应得到的分子量非常大的化学物质,发生聚合反应的小分子我们称之为单体。例如常见的塑料聚乙烯,它的单体在常温常压下是一种气体——乙烯。在合适的条件下,无数的乙烯分子互相拉起手来,就得到了聚乙烯。值得注意的是,单体经聚合反应变成塑料后,通常并非直接得到成型的塑料制品,而是先被加工成粉末或者颗粒。实际塑料制品生产加工过程包含原材料生产和塑料制品加工两个环节。生产企业只负责让乙烯分子互相之间发生反应,得到聚乙烯的粉末或者颗粒。之后,这些粉末或者颗粒会交给加工企业,由它们负责生产出形状各异的聚乙烯制品。图1两种常见的塑料:聚碳酸酯(上)和聚丙烯(下),厚度均为约3毫米,可见二者的透明程度有明显差别。  那么塑料的粉末或者颗粒是如何在塑料加工企业的手上变成各种塑料制品呢?简单来说,先将塑料加热到一定的温度以上,这个时候原本坚硬的塑料会变得像水一样能够自由的流动,虽然它们流动起来要比水慢许多,这样的状态称为熔融态。由于可以流动,接下来就可以把熔融态的塑料注入到特定的模具中,赋予它新的形状。最后将温度降下来,新的形状就被固定了下来[1]。而正是在降温的过程中,一系列微妙的变化发生了。  还需要值得关注的一点是,结晶过程。塑料分子相当于成千上万的小分子连接起来,因此当温度降低时,它们结晶的速度要比小分子慢得多。而且,即便延长时间,也很难看到一块塑料全部变成晶体。绝大部分塑料不仅结晶很慢,而且很难让全部的分子都形成晶体,例如聚丙烯这种常见的塑料只有50~60%的分子能够形成晶体。  无法结晶的塑料分子去了哪里?  如果温度足够高,这些分子当然继续以可流动的熔融态形式存在。当温度降低到室温后,这些无法结晶的分子失去了流动的能力,也变成了固体。在这样的固体中,塑料分子仍然杂乱无章地排列着,这种情况被称为无定形态[2]。我们见到的塑料制品,往往同时包括了这种塑料的结晶态和无定形态。当然,我们并不会观察到一只塑料盒中某个区域是结晶的塑料或是无定形的。这是因为这两种形式的塑料固体并非像互不相容的油和水那样完全分隔开。相反,塑料分子的晶体通常形成小的球形颗粒分散在无定形态的塑料中[3],这些球形颗粒的直径往往在几微米到几百微米之间,这么小的尺寸肉眼是很难分辨的[4]。正是这样的结构,让塑料变得不透明。而导致这些现象的“罪魁祸首”就是一种名为散射[5]的光学现象。图2塑料加工的一种常用方法:挤出成型。塑料的粉末或者颗粒被加入挤出机并被加热,熔融态的塑料在转动的螺杆的带动下向前移动,通过模具后冷却成型。  虽然同一种塑料的结晶态和无定形态化学结构相同,但是由于分子的排列不同,对于光来说这仍然是两种不同的介质,因此当在无定形态的塑料中穿行的光遇到了晶体的小颗粒时,散射同样会发生,于是塑料的透明程度就显着下降了了[6]。  参考文献和注释  [1]实际上这里描述的加工方法只适用于热塑型塑料,这类塑料在高温时可以流动,因而可以被反复改变形状。另一大类常见的塑料是热固型塑料。热固型塑料的生产加工一般是先将单体初步反应得到预聚物,预聚物随后被注入到模具中,经过进一步的反应得到塑料制品成品。热固型塑料在反应过程中分子之间发生了交联,因而在高温时不再能够流动,也就是成型之后无法被再次加工。  [2]熔融态的塑料失去流动性形成无定形态的温度称为玻璃化转变温度。常见塑料的玻璃化转变温度都高于室温,但也有一些例外,例如聚乙烯和聚丙烯的玻璃化转变温度都低于室温。因此在室温下,这些塑料中没有结晶的部分实际上仍然处在熔融态。  [3]实际上这种球形颗粒并非完全由晶体组成,而是由许多从同一中心出发沿着径向生长的片状晶体组成,夹在片状晶体之间的是无定形态的塑料分子。这种形态被称为球晶。  [4]结晶态和无定形态的塑料光学性质往往差别不大,因而即便普通的光学显微镜也难以分辨,观察球晶通常需要使用偏光显微镜。  [5]当颗粒的尺寸与可见光的波长相仿时,光的散射会非常强烈。塑料晶体颗粒的尺寸一般都在这个范围。  [6]塑料制品的透明程度当然还与其他许多因素有关。例如同一种材料,厚度越大,越容易变得不透明。表面处理也可以改变塑料制品的透明程度。