塑料的奇妙应用

陆远熙

防弹衣背后的化学秘密

敌方狙击手的一颗子弹，按照路线本已应当正中胸膛，却在和衣服接触的那一刻掉在了地上……这犹如科幻片一般的镜头，随着防弹衣的流行，变得一点儿也不少见。防弹衣对于子弹冲击造成的伤害有着绝佳的防护效果，可在以往，防弹衣只能利用金属材料来制作，不仅生产、加工成本高昂，而且相较于传统制服，舒适度也大打折扣。

而特种纤维的出现，为防弹衣复杂到有些相互矛盾的需求，提供了近乎完美的解决方案。目前最为流行的几种防弹特种纤维，在防冲击性能优异的同时，还拥有媲美传统织物的舒适度和重量，虽然不会“薄如蝉翼”，但至少也能够让警员及军人们乐于接受。如此优异的性能，也难怪手机界巨头摩托罗拉会决定采用最为著名的防弹特种纤维“凯芙拉（Kevlar）”来制造旗舰三防手机的后盖。

从化学角度来看，防弹特种纤维的成功，和它本身的化学结构有着很大关系——防弹特种纤维同其他塑料一样，是由多个有机分子（即塑料的“单体”）互相聚合而成，而构成防弹特种纤维的单体，都无一例外地为对位芳香化合物，它的学名“对位芳纶”正是由此而来的。由于塑料的性质直接取决于其单体分子的化学结构，因此由对位芳香化合物聚合而成的防弹特种纤维，具有远超其他化学纤维（即民间俗称的“化纤”，全部属于塑料类物质）的防冲击、防切割性能。用俗语来概括防弹特种纤维的特性，就是一个词——“皮实”！

当然，芳纶纤维可绝非仅仅只有防弹的对位芳纶一种，对位芳纶的“亲兄弟”间位芳纶（“间位”指苯环上的两个分子团所处的碳原子间，恰好隔着一个碳原子），在近几年的名声甚至盖过了对位芳纶。原来，间位芳纶的出色特性并不是防弹，而是耐热：间位芳纶织出的衣物即使在高达400℃的熊熊烈火之中，也不会融化、燃烧，还能将衣物下的人体同高温隔绝开来。这样一来，位于某些需要接触高温的岗位（如石油、化工、高压电、消防）的工人，只要穿着由间位芳纶纤维织出的衣物，就可以远离高温，防止在工作时被烧伤了。

得了肾病，“塑料”来拯救？

由于多种肾病（如在2014年6月号《“纯天然”背后的健康风险》一文中介绍的马兜铃酸肾病）在我国的发病率居高不下，中国可谓是一个实实在在的“肾病大国”。有了这么多肾病病人，一个个问题也会随之而来，这是因为慢性肾病会从多个方面影响人体的生理机能，患者的无机盐平衡、内分泌稳态、骨骼重建等功能都会受到严重影响，而治疗慢性肾病最常见的“武器”——透析，压根就解决不了这些问题。

不过在今天，医学技术的发展使得慢性肾病伴随的诸多问题都有了近乎完美的解决方案，例如今天的主角磷代谢异常。作为人体骨骼所必需的元素，磷在人体里的地位自然不言而喻，但这种需要依靠肾脏才能排出体外的元素，在慢性肾病患者的体内难免会大量滞留。过量的磷非但不能造福骨骼，还会惹出很多麻烦。由此看来，慢性肾病患者迫切需要一种药物来帮助人体排出多余的磷。

不过你可能会问，这又与塑料有什么关系呢？答案就在于，目前唯一一种能够帮助慢性肾病患者排出多余的磷的药物，其实就是一种特殊的塑料——司维拉姆（Sevelamer）！司维拉姆的结构如同一张大网，拥有许多个带有正电荷的原子团，平时制成药物的司维拉姆，其带正电荷的原子团与碳酸氢根相结合，维持“相安无事”的状态。而一旦进入人体，司维拉姆就会开始“变脸”：作为一种离子交换树脂，顾名思义，司维拉姆能够将自身携带的离子与外界携带的离子进行交换；在人体之中，这个过程体现为司维拉姆身上所带的碳酸氢根和人体肠道中的磷酸根进行交换，最后和磷酸根一起排出体外。因为人体中磷的主要存在形式正是磷酸根，所以慢性肾病患者在服用司维拉姆后，身体内的磷含量也会随之大幅下降，磷元素过多的问题也就自然解决了。

话说回来，利用“塑料”来治疗肾病患者离子代谢紊乱的思路，可谓是早已有之。慢性肾病最为紧急的并发症是高血钾，而抢救高血钾的关键药物聚苯乙烯磺酸盐（俗称“除钾树脂”），这正是一种典型的离子交换树脂。

运动场上，健儿的衣物为什么“特殊”？

相信有购买过足球球衣的人都会知道，球衣除了普通销售的版本，还有特殊的、一般很少对外销售的“球员版”，而这些我们普通球迷就能购买到的球员版球衣的特殊之处，就在于它和绿茵场上球员所穿着的衣物完全相同。不仅仅是足球运动，很多运动服都有着这样的“运动员版本”。实际上，运动员在运动场上之所以能有特殊的发挥，和这些“量身定做”的衣物也有着很大关系。

人们对日常穿着的衣物的要求，无非局限于两点，一是“美观”，二是“舒适”。可到了运动员这里，情况就大为不同了：相较于衣物的美观，需要穿着衣物进行高强度运动的职业运动员，都会希望衣物有着更为出色的舒适性，这也正是运动员运动服的终极追求。但可能会令很多人都为之惊讶的是，通常运动员运动服在材料上和普通衣物并无二致（比如聚酯纤维，即俗称的“涤纶”），真正让它们能够适应运动员节奏的，是微观结构的变化。

对于聚酯纤维而言，影响它们性质的因素除了化学结构，就是在形成纤维时的微观纺织结构。化学结构完全相同的聚酯纤维，如果能够用特殊纺织方法改变纤维丝的排列结构，就能获得截然不同的性质。例如倘若提高聚酯纤维面料的纤维密度，再在其表面加上凹凸不平的结构，就可以得到“防水”布料（水流能够流经其表面，而布料本身丝毫没有被浸湿）。由此来看，我们可以毫不夸张地说，运动员所用的衣物，其实是靠“细节”取胜的。

塑料，论坚固比不过金属，论柔软比不过布料，但在某些领域，还非得塑料上场不可。相信在未来的一大段时间里，塑料的地位还会呈上升态势呢。而我们人类在大量运用塑料的同时，特别需要注意的就是垃圾分类、注意回收，别把塑料随意丢弃，这才是对人类环境以及塑料这位大功臣最大的回报。