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各种塑料制品在我们的生活中随处可见,为我们带来了极大的便利。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?我们先了解一下塑料制品是如何生产出来的。
塑料是高分子化合物的一种,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。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。而正是在降温的过程中,一系列微妙的变化发生了。
大家都知道,当温度降低到零摄氏度,水会变成冰,这就是通常所说的结晶过程。在室温下时,水的分子比较活跃,不停地朝着各个方向运动,因而它们之间的排列是杂乱无章的。一旦温度降到零度或者更低,水分子就不再是这种杂乱无章的状态,而是非常有规律地排列起来,形成晶体。这就好比在剧场里,当演出尚未开始时,观众大多在随意走动和交谈,可是一旦舞台大幕拉开,演出即将开始,大家会很快在座位上坐好。对于水这样的小分子来说,只要温度降得足够低,结晶通常可以很快地进行,液体也可以全部变成晶体。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。
那么无法结晶的塑料分子去了哪里呢?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。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。
水之所以看起来是透明的,是因为光线可以直线穿过水和玻璃到达对面的物体,在物体表面发生反射后,反射光再次穿过水和玻璃到达我们的眼睛,让我们可以看清对面的物体。然而如果往水中倒入牛奶,其所含的油脂和蛋白质分散在水中形成小液滴,在水中穿行的光遇到这些小液滴,入射光和反射光都有相当一部分就偏离了原先的轨迹,不再直线前进,而是向四面八方传播开去,对面的物体在我们的眼睛里就变得模糊了,这就造成了半透明的效果。如果倒入更多的牛奶,使得散射非常强烈,入射的光线完全不能穿过这杯水,全部回到了我们的眼中,我们就会觉得杯中的水是完全不透明的白色。
造成塑料制品半透明或者不透明直接原因是关的散射现象,但是背后的原理则是因为塑料独特的结晶过程。
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