能“自我修復(fù)”的塑料

　　大家也許都有這樣的經(jīng)驗：一直被太陽曬著的塑料桶灌滿水，剛想提起來。只聽見嘎巴一聲響，提手與塑料桶斷裂。這就是塑料老化造成的，通常塑料使用時間越長而老化越嚴(yán)重，人們通常在制品的材料里已摻入一些紫外線吸收劑，以抑制老化，或者在制品外表涂上油漆以抗老化。盡管如此，老化依舊進行。如果老化的塑料能夠自我修復(fù)該有多好啊!
　　1997年，科學(xué)家首次開發(fā)出的自我修復(fù)塑料，是一種叫聚苯醚的工程塑料。原理十分簡單。首先假定在某些外因作用下，擔(dān)負(fù)分子結(jié)合的電子錯開，導(dǎo)致高分子被切斷，出現(xiàn)自由的電子，老化開始，由此。預(yù)先置入的修補劑向這個自由電子靠近。在聚苯醚中，銅起到了這個修補劑的作用。開始，銅以2價(缺少2個電子)的狀態(tài)存在，當(dāng)它從斷開部分得到一個電子后變成1價。這個過程很復(fù)雜，但簡單地說，通過這樣的氧化還原反應(yīng)，中斷部分就被恢復(fù)原樣。這時，重要的是起“橡皮膏”作用的氫，為了供給氫，使聚苯醚具有自我修復(fù)能力，已預(yù)先在聚苯醚中置入了“氫供給劑”，當(dāng)斷裂出現(xiàn)時，氫來到斷開部分產(chǎn)生的自由電子處進行結(jié)合。
　　如果沒有氫供給劑的應(yīng)急處理，聚苯醚的高分子內(nèi)部可能出現(xiàn)“拆東墻補兩墻”現(xiàn)象，于是在各處連鎖產(chǎn)生自由電子，有可能造成材料“傷痕累累”。
　　自我修復(fù)到此完了，但是反應(yīng)還在繼續(xù)。得到電子變成1價的銅，繼續(xù)與大氣中的氧發(fā)生氧化反應(yīng)。這時氧得到一個電子，銅又回到2價，再次獲得作為“修補劑”的能力，而且這時反應(yīng)產(chǎn)生的氧離子與“橡皮膏”的氫離子結(jié)合生成的水作為廢物“排泄”出來，每克聚苯醚修復(fù)產(chǎn)生的水量為幾百微克，修補“勞傷”系統(tǒng)的這種有規(guī)律循環(huán)，是自我修復(fù)不可或缺的。
　　聚碳酸酯的修復(fù)劑是碳酸鈉。這時的排泄物是石炭酸(苯酚)，氣味非常難聞，排泄物的出現(xiàn)是材料修復(fù)過程一個非常有趣的事，其實通過改進也可不排泄，例如在聚碳酸酯材料中加入起垃圾箱作用的物質(zhì)，具體地說如果放人堿性的微小硅膠，則石炭酸將被硅膠吸附，就不會往外釋放垃圾了。但是反應(yīng)生成的物質(zhì)又成為另一個問題，目前，科學(xué)家正全力以赴構(gòu)筑其他塑料的修復(fù)系統(tǒng)。
　　現(xiàn)在我們知道，上述材料自我修復(fù)是銅等觸媒作用在受傷處完成的。但是塑料是固體，銅等原子或分子真的能流動到斷裂處嗎?許多研究者認(rèn)為觸媒不可能在固體中流動到斷開部分，但是有專家認(rèn)為，在5～10納米區(qū)域中有觸媒就能引起自我修復(fù)反應(yīng)。
　　對于化學(xué)反應(yīng)的條件，很多人認(rèn)為只能在水溶液中或氣態(tài)中，即反應(yīng)分子能流動的地方。這個常識妨礙了對自我修復(fù)反應(yīng)的理解。其實，材料自我修復(fù)引起的化學(xué)反應(yīng)，與普通的化學(xué)反應(yīng)完全不同，也無法使用“化學(xué)平衡”等概念，也許這是一門全新科學(xué)的領(lǐng)域，需要從理論上進一步研究。
　　另外，在進行這項研究中，自我修復(fù)反應(yīng)優(yōu)先發(fā)生在老化最厲害的部分，一旦高分子斷開部分增加，理應(yīng)引起的修復(fù)反應(yīng)也多，結(jié)果是老化嚴(yán)重的部分優(yōu)先修復(fù)。由此專家開始將研究方向轉(zhuǎn)移到延伸塑料的壽命上了。
　　自2000年起日本約10家企業(yè)推出以自我修復(fù)塑料為原料的產(chǎn)品，這些產(chǎn)品主要是電化產(chǎn)品，因為這些產(chǎn)品經(jīng)常受光曝曬容易老化，另外，汽車部件使用自我修復(fù)塑料后，壽命也明顯延長。
　　有人預(yù)言，今后不但是塑料，包括金屬和陶瓷等一切材料在內(nèi)都有可能具有自我修復(fù)性，自主地應(yīng)對老化。在材料研究中，所謂“自我修復(fù)”概念以前就有，但是從未見過有實物，科學(xué)家制造出實物，顯示“自我修復(fù)”是可能的，由此，科學(xué)家進行相應(yīng)各種材料的自我修復(fù)性的研究。如果自我修復(fù)性材料被人們?nèi)粘Ｊ褂茫蛟S不久自我修復(fù)性將作為產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)，這樣產(chǎn)品的壽命就會顯著延伸，產(chǎn)品的可靠性和性能都將提高。
　　在資源日趨減少的今天，有效地利用自我修復(fù)性，延長物品的使用壽命，這從另一方面也緩解了日益嚴(yán)重的環(huán)境問題。
　　
　　編輯　李