塑料的奇妙應用

陸遠熙

防彈衣背后的化學秘密

敵方狙擊手的一顆子彈，按照路線本已應當正中胸膛，卻在和衣服接觸的那一刻掉在了地上……這猶如科幻片一般的鏡頭，隨著防彈衣的流行，變得一點兒也不少見。防彈衣對于子彈沖擊造成的傷害有著絕佳的防護效果，可在以往，防彈衣只能利用金屬材料來制作，不僅生產、加工成本高昂，而且相較于傳統制服，舒適度也大打折扣。

而特種纖維的出現，為防彈衣復雜到有些相互矛盾的需求，提供了近乎完美的解決方案。目前最為流行的幾種防彈特種纖維，在防沖擊性能優異的同時，還擁有媲美傳統織物的舒適度和重量，雖然不會“薄如蟬翼”，但至少也能夠讓警員及軍人們樂于接受。如此優異的性能，也難怪手機界巨頭摩托羅拉會決定采用最為著名的防彈特種纖維“凱芙拉（Kevlar）”來制造旗艦三防手機的后蓋。

從化學角度來看，防彈特種纖維的成功，和它本身的化學結構有著很大關系——防彈特種纖維同其他塑料一樣，是由多個有機分子（即塑料的“單體”）互相聚合而成，而構成防彈特種纖維的單體，都無一例外地為對位芳香化合物，它的學名“對位芳綸”正是由此而來的。由于塑料的性質直接取決于其單體分子的化學結構，因此由對位芳香化合物聚合而成的防彈特種纖維，具有遠超其他化學纖維（即民間俗稱的“化纖”，全部屬于塑料類物質）的防沖擊、防切割性能。用俗語來概括防彈特種纖維的特性，就是一個詞——“皮實”！

當然，芳綸纖維可絕非僅僅只有防彈的對位芳綸一種，對位芳綸的“親兄弟”間位芳綸（“間位”指苯環上的兩個分子團所處的碳原子間，恰好隔著一個碳原子），在近幾年的名聲甚至蓋過了對位芳綸。原來，間位芳綸的出色特性并不是防彈，而是耐熱：間位芳綸織出的衣物即使在高達400℃的熊熊烈火之中，也不會融化、燃燒，還能將衣物下的人體同高溫隔絕開來。這樣一來，位于某些需要接觸高溫的崗位（如石油、化工、高壓電、消防）的工人，只要穿著由間位芳綸纖維織出的衣物，就可以遠離高溫，防止在工作時被燒傷了。

得了腎病，“塑料”來拯救？

由于多種腎病（如在2014年6月號《“純天然”背后的健康風險》一文中介紹的馬兜鈴酸腎病）在我國的發病率居高不下，中國可謂是一個實實在在的“腎病大國”。有了這么多腎病病人，一個個問題也會隨之而來，這是因為慢性腎病會從多個方面影響人體的生理機能，患者的無機鹽平衡、內分泌穩態、骨骼重建等功能都會受到嚴重影響，而治療慢性腎病最常見的“武器”——透析，壓根就解決不了這些問題。

不過在今天，醫學技術的發展使得慢性腎病伴隨的諸多問題都有了近乎完美的解決方案，例如今天的主角磷代謝異常。作為人體骨骼所必需的元素，磷在人體里的地位自然不言而喻，但這種需要依靠腎臟才能排出體外的元素，在慢性腎病患者的體內難免會大量滯留。過量的磷非但不能造福骨骼，還會惹出很多麻煩。由此看來，慢性腎病患者迫切需要一種藥物來幫助人體排出多余的磷。

不過你可能會問，這又與塑料有什么關系呢？答案就在于，目前唯一一種能夠幫助慢性腎病患者排出多余的磷的藥物，其實就是一種特殊的塑料——司維拉姆（Sevelamer）！司維拉姆的結構如同一張大網，擁有許多個帶有正電荷的原子團，平時制成藥物的司維拉姆，其帶正電荷的原子團與碳酸氫根相結合，維持“相安無事”的狀態。而一旦進入人體，司維拉姆就會開始“變臉”：作為一種離子交換樹脂，顧名思義，司維拉姆能夠將自身攜帶的離子與外界攜帶的離子進行交換；在人體之中，這個過程體現為司維拉姆身上所帶的碳酸氫根和人體腸道中的磷酸根進行交換，最后和磷酸根一起排出體外。因為人體中磷的主要存在形式正是磷酸根，所以慢性腎病患者在服用司維拉姆后，身體內的磷含量也會隨之大幅下降，磷元素過多的問題也就自然解決了。

話說回來，利用“塑料”來治療腎病患者離子代謝紊亂的思路，可謂是早已有之。慢性腎病最為緊急的并發癥是高血鉀，而搶救高血鉀的關鍵藥物聚苯乙烯磺酸鹽（俗稱“除鉀樹脂”），這正是一種典型的離子交換樹脂。

運動場上，健兒的衣物為什么“特殊”？

相信有購買過足球球衣的人都會知道，球衣除了普通銷售的版本，還有特殊的、一般很少對外銷售的“球員版”，而這些我們普通球迷就能購買到的球員版球衣的特殊之處，就在于它和綠茵場上球員所穿著的衣物完全相同。不僅僅是足球運動，很多運動服都有著這樣的“運動員版本”。實際上，運動員在運動場上之所以能有特殊的發揮，和這些“量身定做”的衣物也有著很大關系。

人們對日常穿著的衣物的要求，無非局限于兩點，一是“美觀”，二是“舒適”。可到了運動員這里，情況就大為不同了：相較于衣物的美觀，需要穿著衣物進行高強度運動的職業運動員，都會希望衣物有著更為出色的舒適性，這也正是運動員運動服的終極追求。但可能會令很多人都為之驚訝的是，通常運動員運動服在材料上和普通衣物并無二致（比如聚酯纖維，即俗稱的“滌綸”），真正讓它們能夠適應運動員節奏的，是微觀結構的變化。

對于聚酯纖維而言，影響它們性質的因素除了化學結構，就是在形成纖維時的微觀紡織結構。化學結構完全相同的聚酯纖維，如果能夠用特殊紡織方法改變纖維絲的排列結構，就能獲得截然不同的性質。例如倘若提高聚酯纖維面料的纖維密度，再在其表面加上凹凸不平的結構，就可以得到“防水”布料（水流能夠流經其表面，而布料本身絲毫沒有被浸濕）。由此來看，我們可以毫不夸張地說，運動員所用的衣物，其實是靠“細節”取勝的。

塑料，論堅固比不過金屬，論柔軟比不過布料，但在某些領域，還非得塑料上場不可。相信在未來的一大段時間里，塑料的地位還會呈上升態勢呢。而我們人類在大量運用塑料的同時，特別需要注意的就是垃圾分類、注意回收，別把塑料隨意丟棄，這才是對人類環境以及塑料這位大功臣最大的回報。