各種塑料制品在我們的生活中隨處可見(jiàn)，如果仔細(xì)觀察一下就會(huì)發(fā)現(xiàn)，不同的塑料制品往往有著不同的透明程度。例如裝礦泉水的塑料瓶透明程度堪比玻璃，如果把一張報(bào)紙放在瓶子背后，可以清楚地辨認(rèn)出上面的文字；而另外一些塑料制品則是半透明甚至完全不透明，例如一些裝牛奶和果汁的塑料瓶就是如此。

圖1 兩種常見(jiàn)的塑料：聚碳酸酯(上)和聚丙烯(下)，厚度均為約3毫米，可見(jiàn)二者的透明程度有明顯差別。

為什么不同的塑料制品透明程度不同?

首先，塑料是高分子化合物的一種，也就是說(shuō)，它是由許許多多的小分子之間發(fā)生聚合反應(yīng)得到的分子量非常大的化學(xué)物質(zhì)，發(fā)生聚合反應(yīng)的小分子我們稱(chēng)之為單體。例如常見(jiàn)的塑料聚乙烯，它的單體在常溫常壓下是一種氣體——乙烯。在合適的條件下，無(wú)數(shù)的乙烯分子互相拉起手來(lái)，就得到了聚乙烯。值得注意的是，單體經(jīng)聚合反應(yīng)變成塑料后，通常并非直接得到成型的塑料制品，而是先被加工成粉末或者顆粒。實(shí)際塑料制品生產(chǎn)加工過(guò)程包含原材料生產(chǎn)和塑料制品加工兩個(gè)環(huán)節(jié)。生產(chǎn)企業(yè)只負(fù)責(zé)讓乙烯分子互相之間發(fā)生反應(yīng)，得到聚乙烯的粉末或者顆粒。之后，這些粉末或者顆粒會(huì)交給加工企業(yè)，由它們負(fù)責(zé)生產(chǎn)出形狀各異的聚乙烯制品。

那么塑料的粉末或者顆粒是如何在塑料加工企業(yè)的手上變成各種塑料制品呢?簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，先將塑料加熱到一定的溫度以上，這個(gè)時(shí)候原本堅(jiān)硬的塑料會(huì)變得像水一樣能夠自由的流動(dòng)，雖然它們流動(dòng)起來(lái)要比水慢許多，這樣的狀態(tài)稱(chēng)為熔融態(tài)。由于可以流動(dòng)，接下來(lái)就可以把熔融態(tài)的塑料注入到特定的模具中，賦予它新的形狀。最后將溫度降下來(lái)，新的形狀就被固定了下來(lái)[1]。而正是在降溫的過(guò)程中，一系列微妙的變化發(fā)生了。

圖2 塑料加工的一種常用方法：擠出成型。塑料的粉末或者顆粒被加入擠出機(jī)并被加熱，熔融態(tài)的塑料在轉(zhuǎn)動(dòng)的螺桿的帶動(dòng)下向前移動(dòng)，通過(guò)模具后冷卻成型。

還需要值得關(guān)注的一點(diǎn)是，結(jié)晶過(guò)程。塑料分子相當(dāng)于成千上萬(wàn)的小分子連接起來(lái)，因此當(dāng)溫度降低時(shí)，它們結(jié)晶的速度要比小分子慢得多。而且，即便延長(zhǎng)時(shí)間，也很難看到一塊塑料全部變成晶體。絕大部分塑料不僅結(jié)晶很慢，而且很難讓全部的分子都形成晶體，例如聚丙烯這種常見(jiàn)的塑料只有50～60%的分子能夠形成晶體。

無(wú)法結(jié)晶的塑料分子去了哪里？

如果溫度足夠高，這些分子當(dāng)然繼續(xù)以可流動(dòng)的熔融態(tài)形式存在。當(dāng)溫度降低到室溫后，這些無(wú)法結(jié)晶的分子失去了流動(dòng)的能力，也變成了固體。在這樣的固體中，塑料分子仍然雜亂無(wú)章地排列著，這種情況被稱(chēng)為無(wú)定形態(tài)[2]。我們見(jiàn)到的塑料制品，往往同時(shí)包括了這種塑料的結(jié)晶態(tài)和無(wú)定形態(tài)。當(dāng)然，我們并不會(huì)觀察到一只塑料盒中某個(gè)區(qū)域是結(jié)晶的塑料或是無(wú)定形的。這是因?yàn)檫@兩種形式的塑料固體并非像互不相容的油和水那樣完全分隔開(kāi)。相反，塑料分子的晶體通常形成小的球形顆粒分散在無(wú)定形態(tài)的塑料中[3]，這些球形顆粒的直徑往往在幾微米到幾百微米之間，這么小的尺寸肉眼是很難分辨的[4]。正是這樣的結(jié)構(gòu)，讓塑料變得不透明。而導(dǎo)致這些現(xiàn)象的 “罪魁禍?zhǔn)住本褪且环N名為散射[5]的光學(xué)現(xiàn)象。

雖然同一種塑料的結(jié)晶態(tài)和無(wú)定形態(tài)化學(xué)結(jié)構(gòu)相同，但是由于分子的排列不同，對(duì)于光來(lái)說(shuō)這仍然是兩種不同的介質(zhì)，因此當(dāng)在無(wú)定形態(tài)的塑料中穿行的光遇到了晶體的小顆粒時(shí)，散射同樣會(huì)發(fā)生，于是塑料的透明程度就顯著下降了了[6]。

參考文獻(xiàn)和注釋

[1] 實(shí)際上這里描述的加工方法只適用于熱塑型塑料，這類(lèi)塑料在高溫時(shí)可以流動(dòng)，因而可以被反復(fù)改變形狀。另一大類(lèi)常見(jiàn)的塑料是熱固型塑料。熱固型塑料的生產(chǎn)加工一般是先將單體初步反應(yīng)得到預(yù)聚物，預(yù)聚物隨后被注入到模具中，經(jīng)過(guò)進(jìn)一步的反應(yīng)得到塑料制品成品。熱固型塑料在反應(yīng)過(guò)程中分子之間發(fā)生了交聯(lián)，因而在高溫時(shí)不再能夠流動(dòng)，也就是成型之后無(wú)法被再次加工。

[2] 熔融態(tài)的塑料失去流動(dòng)性形成無(wú)定形態(tài)的溫度稱(chēng)為玻璃化轉(zhuǎn)變溫度。常見(jiàn)塑料的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度都高于室溫，但也有一些例外，例如聚乙烯和聚丙烯的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度都低于室溫。因此在室溫下，這些塑料中沒(méi)有結(jié)晶的部分實(shí)際上仍然處在熔融態(tài)。

[3] 實(shí)際上這種球形顆粒并非完全由晶體組成，而是由許多從同一中心出發(fā)沿著徑向生長(zhǎng)的片狀晶體組成，夾在片狀晶體之間的是無(wú)定形態(tài)的塑料分子。這種形態(tài)被稱(chēng)為球晶。

[4] 結(jié)晶態(tài)和無(wú)定形態(tài)的塑料光學(xué)性質(zhì)往往差別不大，因而即便普通的光學(xué)顯微鏡也難以分辨，觀察球晶通常需要使用偏光顯微鏡。

[5] 當(dāng)顆粒的尺寸與可見(jiàn)光的波長(zhǎng)相仿時(shí)，光的散射會(huì)非常強(qiáng)烈。塑料晶體顆粒的尺寸一般都在這個(gè)范圍。

[6] 塑料制品的透明程度當(dāng)然還與其他許多因素有關(guān)。例如同一種材料，厚度越大，越容易變得不透明。表面處理也可以改變塑料制品的透明程度。