塑料的奇妙應(yīng)用

陸遠熙

防彈衣背后的化學(xué)秘密

敵方狙擊手的一顆子彈，按照路線本已應(yīng)當(dāng)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(chǎn)、加工成本高昂，而且相較于傳統(tǒng)制服，舒適度也大打折扣。

而特種纖維的出現(xiàn)，為防彈衣復(fù)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(yōu)異的同時，還擁有媲美傳統(tǒng)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(yōu)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(xué)角度來看，防彈特種纖維的成功，和它本身的化學(xué)結(jié)構(gòu)有著很大關(guān)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(gòu)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(xué)名“對位芳綸”正是由此而來的。由于塑料的性質(zhì)直接取決于其單體分子的化學(xué)結(jié)構(gòu)，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(xué)纖維（即民間俗稱的“化纖”，全部屬于塑料類物質(zhì)）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(dāng)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(huán)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?。ㄈ缭?014年6月號《“純天然”背后的健康風(fēng)險》一文中介紹的馬兜鈴酸腎病）在我國的發(fā)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(nèi)分泌穩(wěn)態(tài)、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(yī)學(xué)技術(shù)的發(fā)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(nèi)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(guān)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(jié)構(gòu)如同一張大網(wǎng)，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(jié)合，維持“相安無事”的狀態(tài)。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?qū)⒆陨頂y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(xiàn)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(nèi)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(fā)癥是高血鉀，而搶救高血鉀的關(guān)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(fā)揮，和這些“量身定做”的衣物也有著很大關(guān)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”?？傻搅诉\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(yè)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(yīng)運動員節(jié)奏的，是微觀結(jié)構(gòu)的變化。

對于聚酯纖維而言，影響它們性質(zhì)的因素除了化學(xué)結(jié)構(gòu)，就是在形成纖維時的微觀紡織結(jié)構(gòu)?；瘜W(xué)結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)，就能獲得截然不同的性質(zhì)。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(jié)構(gòu)，就可以得到“防水”布料（水流能夠流經(jīng)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(jié)”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(lǐng)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(tài)勢呢。而我們?nèi)祟愒诖罅窟\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(huán)境以及塑料這位大功臣最大的回報。