這個課題有了進展，科學家研究出一種能自我修復內部「勞傷」的全新塑料，它在自我修復的過程中需要氧氣，而且有趣的是，一旦修復完了，它竟然有「排洩物」排出。據說這種全新塑料已在具體的產品上開始使用。
迄今為止，我們日常使用的塑料有容易老化、產品壽命短的缺點，製造抗老化的材料一直是科學家的目標。就拿塑料來講，儘管做了許多改進，但現在日常使用的塑料的壽命至多也不過10年。科學家將生物自我修復的機理用於人造材料取得成功，製造出壽命更長的材料。
科學家認為，如果材料自我修復手段真正實現，將對今後的產品發生深刻的影響。
塑料強度的秘密
世上的塑料大體可分為三類，即通用塑料、工程塑料以及超工程塑料。通用塑料有聚苯乙烯、聚乙烯以及氯乙烯等，它們用於製造日常生活用品，壽命5～6年。工程塑料有聚碳酸酯、聚醯胺和聚氧化甲烯等，它們一般用於製造汽車的零件、電器電子用品，**一般比通用塑料高，壽命約10年。
超工程塑料僅在特殊環境下使用，主要用於航空航天用品，其**昂貴，使用壽命可達100年。
我們日常使用的塑料，其壽命短的主要原因是塑料內部會出現「勞傷」，這與材料老化有關。那麼老化是怎樣產生的呢？
塑料是由碳和氫以及氧結合成的纖維狀結構高分
能「自我修復」的塑料
■吳再豐
子。這種高分子的纖維錯綜地絡合在一起，是塑料作為固體具有的強度。在普通的塑料裡，每一條纖維大約有7處絡合在一起，這是保證塑料使用的安全強度。
塑料老化是由於纖維被切斷引起的，其原因是太陽的紫外線或人們在使用中施加的外力導致的。假定7處絡合在一起的纖維正中附近斷了，於是一條纖維就變為兩條纖維，這個反應過程被稱之為塑料的老化。
你也許有這樣的經驗：一直被太陽曬的塑料桶灌滿水，剛想提起來，只聽見嘎叭一聲響，提手與塑料桶斷裂。這種狀況可以說每條纖維已有多處斷裂。
通常塑料隨著使用時間越長而老化越嚴重。為此在製品的材料裡已摻入一些紫外線吸收劑，以抑制老化，或者在製品外表塗上油柒以抗老
化。儘管如此，老化依舊進行。
科學家研製的「自我修復塑料」是將斷開的高分子再自發地接上，以消除老化。當然這並非說壽命可以無限長，但是與普通塑料相比，老化程序較慢，使用時間明顯延長。
橡皮膏與修補劑
2023年，科學家首次開發出的自我修復塑料，是一種叫聚苯醚的工程塑料。成功的關鍵是開發了為應急處理傷用的「橡皮膏」和治傷的「修補劑」。修補的原理十分簡單，首先假定在某些外因作用下，擔負分子結合的電子錯開，導致高分子被切斷，出現自由的電子，老化開始。
由此，預先置入的修補劑向這個自由電子靠近。在聚苯醚中，銅起到了這個修補劑的作用。開始，銅以2價（缺少2個電子）的狀態存在，當它從斷開部分得到乙個電子後變成1價。
這個過程很複雜，但簡單地說，通過這樣的氧化還原反應，中斷部分就被恢復原樣。這時，重要的是起「橡皮膏」作用的氫。為了供給氫，使聚苯醚具有自我修復能力，已預先在聚苯醚中置入了「氫供給劑」，當斷裂出現時，氫來到斷開部分產生的自由電子處進行結合。
如果沒有氫供給劑的應急處理，聚苯醚的高分子內部可能出現「拆東牆補西牆」現象，於是在各處連鎖產生自由電子，有可能造成材料「傷痕累累」。
自我修復不可缺
自我修復到此完了，但是反應還在繼續。得到電
子變成1價的銅，繼續與大氣中的氧發生氧化反應。這時氧得到乙個電子，銅又回到2價，再次獲得作為「修補劑」的能力。而且這時反應產生的氧離子與「橡皮膏」的氫離子結合生成的水作為廢物「排洩」出來。
每克聚苯醚修復產生的水量為幾百微克，修補「勞傷」系統的這種有規律迴圈，是自我修復不可缺的。
科學家還成功地為聚碳酸酯等構築自我修復系統。聚碳酸酯的修復劑是碳酸鈉，這時作為排洩物是石碳酸（苯酚），氣味非常難聞。排洩物的出現是材料修復過程乙個非常有趣的事，其實通過改進也可不排洩。
例如在聚碳酸酯材料中加入起垃圾箱作用的物質，具體地說如果放入鹼性的微小矽膠，則石碳酸將被矽膠吸附，就不會往外釋放垃圾了。但是反應生成的物質又成為另乙個問題，研究還在進行。目前，科學家正全力以赴構築其他塑料的修復系統。
或許誕生一門全新學科
現在我們知道，上述材料自我修復是銅等觸媒作用在受傷處完成的。但是塑料是固體，銅等原子或分子真的能流動到斷裂處嗎？許多研究者認為觸媒不可能在固體中流動到斷開部分。
但是有專家認為，在5～10奈米區域中有觸媒就能引起自我修復反應。
對於化學反應的條件，很多人認為只能在水溶液中或氣態中，即反應分子能流動的地方。這個常識妨礙了對自我修復反應的理解。其實，材料自我修復引起的化學反應，與普通的化學反應完全不同，也無法使用「化學平衡」等概念，也許這是一門全新科學的領域，需要從理論上進一步研究。
另外，科學家在進行這項研究中還發現，自我修復反應優先發生在老化最厲害的部分，一旦高分子斷開部分增加，理應引起的修復反應也多，結果是老化嚴重的部分優先修復。由此專家開始將研究方向轉移到延伸塑料的壽命上了。
自2023年起日本約10家企業推出以自我修復塑料為原料的產品，這些產品主要是電化產品，因為這些產品經常受光曝曬容易老化。另外，汽車部件使用自我修復塑料後，壽命也明顯延長。
自我修復延伸壽命
科學家預言，今後不但是塑料，包括金屬和陶瓷等一切人造材料在內都有可能具有自我修復性，自主地應對老化。在材料研究中，所謂「自我修復」概念以前就有，但是從未見過有實物。科學家製造出實物，顯示「自我修復」是可能的。
由此，科學家進行相應各種材料的自我修復性的研究。如果自我修復材料被人們日常使用，或許不久自我修復性將作為產品的標準，因產品的壽命顯著延伸了，產品的可靠性和效能都提高了。
在資源日趨減少的今天，有效地利用自我修復性，延長物品的使用壽命，這從另一方面也緩解了日益嚴重的環境問題。
【責任編輯】蒲暉
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