增塑剂的是是非非

魏昕宇 2019-12-3120:25:51 评论 770 views

《塑料的世界》系列

1926 年的一天, 就职于美国古德里奇公司的沃尔多· 西蒙(Waldo Semon)博士做了这样一个实验:将聚氯乙烯这种塑料与一些高沸点的有机溶剂混合并加热。实验结果令他倍感意外:原本坚硬无比的聚氯乙烯变得相当柔软。他又把家中的窗帘拿到实验室,将这种处理过的聚氯乙烯涂在上面,结果布帘一下子具有了很好的防水效果。欣喜若狂的西蒙顾不得公司内部正常的请示汇报的流程,拿着处理过的布帘径直来到一位公司高管的办公室进行推介,还做了现场演示:将布帘覆盖在这位高管的信件上,然后把一瓶水泼了上去。据西蒙回忆,这位高管当时吓得不行,他自己也有点后怕,万一布帘漏水,自己以后在公司可怎么混啊。

增塑剂的是是非非

沃尔多·西蒙 (1898-1999) (图片来源https://www.washington.edu/alumni/columns/sept99/semon.html)

然而布帘没有让西蒙失望,做到了滴水不漏。由于看到了这种材料的巨大价值,古德里奇公司在几年后将其推向市场,并取得了巨大的成功。如今,几乎没有哪种塑料像聚氯乙烯这样应用得如此广泛,但也没有哪种塑料像聚氯乙烯这样备受争议甚至声名狼藉。而所有这一切,都要归结于西蒙90 多年前的这一偶然发现。

人们很早就发现氯乙烯可以聚合成聚氯乙烯。聚氯乙烯有很多优点—成本低廉、化学性质稳定、耐腐蚀等,而且由于含有大量的氯元素,聚氯乙烯的阻燃性能也比其他塑料要好一些。然而,聚氯乙烯有一个致命的缺点,那就是过于硬脆。因此,在很长一段时间里,聚氯乙烯都被认为毫无应用价值,直到西蒙的发现改变了它的命运。

聚氯乙烯之所以硬脆,简单来说是因为室温下聚氯乙烯分子之间的相互作用太强,用力很难把它们分开。但如果我们把一些小分子化合物添加到聚氯乙烯中,情况就不同了。这些流动性好的小分子就像调皮的孩子,非要挤在两个紧挨着的大人的中间坐下。这样一来,聚氯乙烯分子间的相互作用变得没有那么强,遇到外力容易变形,自然会表现得柔软,也就是通常所说的塑性增强。而这样的小分子化合物也就被称为增塑剂。

增塑剂的是是非非

左:普通的聚氯乙烯中,聚氯乙烯分子之间相互作用较强,使得材料过于坚硬;右:增塑剂分子分散到聚氯乙烯分子之间后,削弱了聚氯乙烯分子之间的相互作用,使得材料塑性增强

增塑剂的出现让原本无人问津的聚氯乙烯一下子炙手可热。未经增塑的聚氯乙烯由于过于硬脆,只能用于比较有限的场合,如城市污水管道。但通过添加不同类型和比例的增塑剂,聚氯乙烯的塑性可以被随意调节,这就大大拓宽了它的应用范围。用增塑过的聚氯乙烯制成的软管、电线绝缘层、包装袋、地板、浴帘、汽车内饰和玩具等产品,由于价格低廉且经久耐用,很快就占领了市场。后来虽然被高密度聚乙烯、聚丙烯等后起之秀抢了一些风头,但是聚氯乙烯目前仍然是最为重要的塑料之一,产量位居第三名。尤为值得一提的是,20 世纪四五十年代,美国医学教授和外科医生卡尔·沃尔特(CarlWalter)发现,增塑后的聚氯乙烯非常适合用来储存血液,一次性塑料血袋由此诞生。虽然在此之前输血就已经成为一种重要的医疗手段,但一次性血袋的发明无疑使得血液的采集、储存和使用都更加方便和安全,几十年间不知拯救了多少人的生命。从这个角度来说,我们真的应该给聚氯乙烯发一枚大大的奖章呢。

聚氯乙烯制品加工时要添加大量的增塑剂,增塑剂在聚氯乙烯制品中的质量分数可以高达40% 甚至80%。因此,聚氯乙烯从塑料行业的“弃儿”转变为“明星”的过程也使得增塑剂迎来了“事业上升期”。据统计,截至2014 年,全世界增塑剂的年产量超过了800 万吨,其中90% 左右都用于聚氯乙烯制品的生产。

但随着增塑剂在聚氯乙烯制品中的广泛使用,由此带来的可能的健康问题也渐渐浮出水面。增塑剂并非通过共价键与聚氯乙烯连成一个整体,因此两者之间的相互作用并不是太强。虽然大多数时候,这种相互作用足以让增塑剂老老实实地待在聚氯乙烯身边,但在长期的使用过程中,总还是会有一些“不守规矩”的增塑剂分子逃逸出来进入环境中。当聚氯乙烯制品用于食品加工、食品包装及生产医疗器械过程中时,这些游离出来的增塑剂分子就有机会进入人体内。

那么,进入人体内的增塑剂会对健康产生怎样的影响呢?目前最为常用的增塑剂是一类名为邻苯二甲酸酯的化合物。邻苯二甲酸酯被认为能够起到干扰体内激素的作用,因此备受关注。不过邻苯二甲酸酯类增塑剂虽然在结构上存在相似性,但分子中细微的变化仍然会让它们对健康的影响有很大差别。例如,邻苯二甲酸二(2- 乙基己基)酯(简称DEHP)曾经是最为主要的聚氯乙烯增塑剂,但由于其对于生殖和发育的负面影响已被大量动物实验证明,因此它的应用已经受到很大限制。欧盟已经禁止将DEHP 用于儿童玩具和化妆品的生产,从2019 年7 月起还将禁止它在除医疗器械外所有电子产品中的使用。与DEHP 具有类似命运的还有邻苯二甲酸二丁酯和邻苯二甲酸丁苄酯等几种增塑剂。但也有一些邻苯二甲酸酯类增塑剂目前尚无充分证据证明其对健康具有危害,因此目前并未受到严格的限制。例如,邻苯二甲酸二异辛酯这种增塑剂就只是被欧盟禁止用于生产可以被直接放入嘴中的儿童玩具,而并未被限制用于生产其他类型的儿童玩具。还有不少聚氯乙烯的增塑剂不属于邻苯二甲酸酯类,这些增塑剂对内分泌的干扰作用被认为没有邻苯二甲酸酯那么强,目前也没有受到太多的限制。

虽然增塑剂的使用已经受到了一定程度的限制,但不少消费者和环保团体仍然不满意,希望政府部门能够禁用更多的增塑剂甚至将聚氯乙烯彻底淘汰。这一目标能否实现呢?至少短时间内比较困难。这不仅是因为聚氯乙烯的应用实在太广泛了,寻找性价比相似的替代品并不是那么容易的事,而且聚氯乙烯能够很好地与重要的基础化工生产——氯碱法配合。氯碱法即电解饱和食盐的过程,它的主要目的在于获取氢氧化钠,但这一过程也会产生大量的氢气和氯气,必须解决它们的“就业”问题。尤其是氯气有毒且具有强腐蚀性,放任其处于“赋闲”状态是很危险的。如果将这些氯气用于合成聚氯乙烯,这一问题就能得到很好的解决。在今后相当长一段时间里,聚氯乙烯和增塑剂这一对惹来无数争议的组合恐怕仍然将陪伴在我们的左右。

顺便说一下,有不少人由于害怕增塑剂影响健康而把恐惧扩大到所有的塑料制品,这也是没有必要的。除了聚氯乙烯,其他常见塑料,特别是聚乙烯和聚对苯二甲酸乙二醇酯这两种经常用作食品包装的塑料,在加工过程中一般并不会使用增塑剂,自然也就不存在与增塑剂相关的健康隐患。

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魏昕宇

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