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. . . 塑料的化学性质

现代文明的无价遗物在我们眼前一点点瓦解

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在华盛顿特区郊外,史密森学会的一间粉色金属棚屋里,楼上的修复师实验室里,一张桌子上摊放着哈里森(杰克)·施密特(Harrison (Jack) Schmitt)的宇航服,看起来有些褶皱。实际上,躺在这里的是他穿过的太空服,上面还沾满了月尘。这确实是一件理想的博物馆藏品,因为它能立即将你从一个时间和地点——2000年12月,马里兰州苏特兰(Suitland)——带到另一个地点:1972年12月,月球,金牛山。但施密特的宇航服也有些令人伤感,这不仅是因为他和阿波罗17号的吉恩·塞尔南(Gene Cernan)是最后登上月球的人类。施密特的氯丁橡胶-乳胶手套正随着时间的推移变得易碎——虽然不像尼尔·阿姆斯特朗(Neil Armstrong)的那么易碎,后者如果用力挤压就会碎成渣。如果你能透过特氟龙涂层玻璃纤维的外层看进去,你会发现曾经保护施密特免受月球环境侵扰的多层迈拉(Mylar)现在状况堪忧。至于那套长内衣——你根本不想看。所有那些聚氯乙烯(PVC)管子肯定都完蛋了。

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我们现代人有一个奇怪的问题。我们之前的任何文化都不像我们一样关心了解过去(考古学直到19世纪才出现),也不像我们一样致力于将自身理解传递给未来(时间胶囊)。没有任何文化像我们一样意识到自身在历史中的地位,像我们一样热衷于保存我们那个时代的文物。在华盛顿的史密森学会博物馆里,你不仅可以看到宇航服,还能看到芭比娃娃、呼啦圈和自行车头盔。但我们的文物却嘲弄着这种执着。它们不是由石头、陶瓷或大多数金属制成的。我们生活在塑料时代——而塑料并不持久。

“塑料改变了我们的文化,”曾为史密森学会工作,现任多家博物馆顾问的聚合物化学家玛丽·贝克(Mary Baker)说。“因为塑料,人们现在拥有了更多的物品。如果我们必须用石头或金属制作一切,那么只有富人才能拥有它们。问题是,因为塑料很容易制造,所以它们也很容易降解。”讽刺的是,塑料常常因为其不易降解以及被丢弃后在环境中长期存在而受到谴责。但当您开始像博物馆策展人一样看待塑料——将其视为我们文明的文物而非垃圾时——它们远非长寿。塑料及其同类合成纤维是由聚合物制成的:由称为单体的重复单元构成的长链分子。所有聚合物都容易受到热、光、湿气、氧气、酸或碱的侵蚀,并且最终都会分崩离析,它们各自以自己的方式,在自己的时间里。通常不需要外部侵蚀。

以硝酸纤维素为例,它是第一种塑料,发明于19世纪中期,也称为赛璐珞或硝化纤维。它基本上是糖分子链,在其各个节点上连接着硝酸盐(NO2)分子。这种塑料曾经被广泛用于制作胶片,尽管它有一个不幸的习惯——在电影放映室里会着火。但今天这并不是让博物馆策展人担忧的问题。纯硝酸纤维素是易碎的,为了使其柔韧,化学家必须添加所谓的增塑剂——通常是樟脑,也就是过去让樟脑丸散发出气味的物质。不幸的是,随着时间的推移,樟脑会从塑料中逸出到空气中,使硝化纤维素恢复其原来的易碎状态。

取代硝酸纤维素的醋酸纤维素不易燃且不易碎,因此不需要增塑剂。但这并不意味着它很稳定。当纤维素与乙酸反应形成该材料时,一部分乙酸不会被用完。它会滞留在塑料中——并开始缓慢地侵蚀自身。“它基本上是在烘烤纤维素,”贝克说。塑料会变黄,失去质量,开始收缩。策展人会闻到醋的味道——乙酸就是其中的芳香成分——然后胶片或其他文物就会开始分解,常常是壮观地分解。“表面下有巨大的张力,”贝克解释道。

如今,策展人面临的最大压力之一是聚氯乙烯,即PVC,也称为乙烯基。它是一种非常简单的聚合物——只是一个带有氢原子和氯原子的长碳链骨架——从芭比娃娃和其他无数玩具,到LP唱片,再到家用排水管,都是用它制成的。(宇航员氨纶长内衣上缝制的用于冷却皮肤的水管就是用PVC制成的。)PVC的主要问题,就像硝化纤维素一样,是其天然的易碎性。在大多数应用中(尽管幸运的是在管道中不是),它必须通过混合一种称为邻苯二甲酸酯的化合物来软化。

就像硝化纤维素中的樟脑一样,邻苯二甲酸酯也会析出——有时,丹麦国家博物馆的化学家伊冯娜·沙舒阿(Yvonne Shashoua)说,它会令人惊讶地迅速迁移到塑料表面。由于担心邻苯二甲酸酯,包括一种常见的称为DINP的邻苯二甲酸酯,可能模仿雌性激素的作用,从而可能损害生殖系统,这最近已成为一个公共卫生问题。欧盟已禁止在食品容器和可能被幼儿放入口中的玩具中使用邻苯二甲酸酯。而博物馆策展人的担忧是,芭比娃娃和其他PVC文物可能在现在变成过去之前就失去其吸引力,甚至失去其结构完整性。“问题是,这些塑料的设计寿命只有五到十年,然后就需要更换,”沙舒阿说。“但博物馆不能采取这种态度。”她发现,一些PVC文物在不到15年的时间里就会因析出的邻苯二甲酸酯而变得黏糊糊的。

无论好坏,一些具有复杂工程的现代塑料可能比预期的更持久。例如,丙烯腈-丁二烯-苯乙烯,即ABS,它足够坚固耐用,可用于汽车零部件。另一种前景比平均水平更好的塑料是聚对苯二甲酸乙二醇酯,即PET,它是汽水瓶和涤纶套装等的材料,还有成千上万种其他用途。用硝酸纤维素或醋酸纤维素制成的旧胶片现在正被复制到PET制成的胶片上。它非常耐用且化学惰性,以至于贝克推荐使用PET罐作为家庭时间胶囊,但如果你有埃及法老的远见,那就不行了。“我很有把握地说,50年,”她说,这是她对最佳塑料寿命的一般估计。“100年?这足够长的时间让一个我们尚未注意到的问题出现了。”

阿波罗宇航服的某些部件可能甚至无法坚持那么长时间,尤其是手套和关节,它们是由合成橡胶和天然橡胶制成的。宇航员在月球上的剧烈活动在橡胶上造成了裂缝,汗水和氧气渗入裂缝,橡胶反应不佳。在某些地方,氧气导致异戊二烯聚合物链断裂成更短的分子,横链减少,使橡胶更具流动性;而在其他地方,通常在同一个关节处,形成了更多的横链,材料变得易碎和易碎。“那些部分,你最好和它们说再见了,”贝克说。约翰·格伦(John Glenn)的水星宇航服的靴子内衬,比阿波罗宇航服早几年,已经碎成渣了。它们只会以文献的形式流传下来。

但至少贝克对我们有机会将我们文化的塑料本质传递给遥远后代的前景感到乐观——如果只是因为我们非常努力。她说,有一段时间,塑料在策展界必须努力赢得尊重。(“如果你试图争取有限的博物馆预算,如果你拥有一幅《蒙娜丽莎》,而不是说‘嗯,我想保存这个晶体管收音机’,那就容易多了。”)但这种情况正在改变。在苏特兰的史密森学会设施中,修复师丽莎·杨(Lisa Young)获得了一项为期两年的“拯救美国瑰宝”(Save America's Treasures)拨款,用于详细研究阿波罗宇航服,并找出最佳的储存和处理方法。她将对每一套宇航服进行CT扫描,以监测其内部的腐蚀状况。“我希望它们至少能保存一百年,”她说。

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埃及人有更好的材料可用,但他们不是在制造时间胶囊;他们只是想让法老在来世安享舒适的旅程。贝克毫不怀疑博物馆的努力是值得的。“我们不希望有一天人们说,‘也许是外星人教他们这样做的’,”她说,她指的是芭比娃娃、登月以及构成我们这一切的塑料织锦。“如果人们对金字塔的建造者这样说,也许他们会更好地记录自己的工作。”

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