塑料如何修复？一种可以自我修复的“高级塑料”！

人类能发明自愈塑料吗？希望老化的塑料能自我修复。最近，这方面取得了进展。科学家开发了一种新型塑料，可以修复内部疲劳。这种塑料在自我修复时需要一些氧气。有趣的是，塑料一旦修复，也会产生一些“排泄物”。据说这种新塑料已经用于一些产品中。

到目前为止，我们日常生活中使用的塑料容易老化，产品寿命短。制造抗衰老材料一直是科学家追求的目标。就塑料而言，虽然做了很多改进，但目前使用的塑料寿命最多10年。研究人员认为，如果塑料材料的自愈合功能获得成功，可能会对未来的材料产生深远的影响。

塑料强度的秘密

世界上的塑料可分为三大类：通用塑料、工程塑料和超级工程塑料。一般塑料包括聚苯乙烯、聚乙烯、氯乙烯，用于制作日用品，使用寿命为5~6年。工程塑料，包括聚碳酸酯、聚酰胺和聚甲醛，通常用于制造汽车部件、电气和电子产品。它们的价格普遍高于普通塑料，使用寿命在10年左右。工程塑料只在特殊环境下使用。它们主要用于航空航天产品。它们价格昂贵，使用寿命长达100年。

为什么我们常用的普通塑料寿命很短？那是因为普通塑料内部会有“疲劳现象”。那么，“疲劳”是怎么发生的呢？

塑料是一种由碳、氢和氧组成的纤维聚合物。这种聚合物纤维的结合是塑料作为固体的强度。在普通塑料中，每种纤维大约在7个位置复合，以保证塑料的安全强度。

塑料的老化是由于纤维被切断，这是由于太阳的紫外线或人们在使用过程中施加的外力造成的。假设七根纤维中间断裂，一根纤维变成两根纤维。这个反应过程被称为塑料的老化。

你可能有过这样的经历，一个暴露在阳光下的塑料桶里装满了水。就在你想举起来的时候，只听到一声格格声，手被塑料桶砸断了。在这种情况下，可以说每根纤维都断了很多次。通常随着时间的推移，整形的情况会越来越严重。因此，在加工好的产品中加入一些紫外线吸收剂来抑制老化，或者在产品上涂油来抗老化。尽管如此，老龄化仍在继续。

科学家研发的“自愈塑料”可以自动连接断裂的聚合物，消除老化。其实这并不是说这种塑料的寿命很长，而是和普通塑料相比，老化速度相当慢，使用寿命会明显增加。

橡皮膏与修补剂

早在1997年，材料科学家首次开发出一种“自修复塑料”。这种材料被称为“聚苯醚”。成功的关键是开发急救的“药膏”和伤口治疗的“修复剂”。修复的原理很简单。第一，假设在一些外界因素的影响下，负责分子键合的电子发生交错，导致聚合物被切断，自由电子出现，老化。所以预修复剂靠近这个自由电子。在这种材料中，铜起着“修复剂”的作用。起初，铜以二价态存在(缺少2个电子)。当它从断开的部分得到一个电子，就变成一价。简单来说，通过这种氧化还原反应，那些破碎的部分就会恢复原状。这时候氢气作为“石膏”就很重要了。为了提供氢气，使聚苯醚具有自愈能力，在聚苯醚中预先设置了“氢气供应器”。当端

发生开裂时，请输入断裂部分产生的自由电子进行成键。

如果不紧急处理氢供体，聚苯醚聚合物中可能会出现“以牙还牙”的现象，于是到处都会产生自由电子链，可能会造成材料的“伤痕”。

自我修复不可缺

自愈已经结束，但反应仍在继续。电子变成一价铜，并在大气中继续与氧气氧化。此时，氧得到一个电子，铜返回到价态2，并再次获得充当“修复剂”的能力。此外，由反应产生的氧单体和“软膏”的氢离子的组合产生的水作为废物“排出”。每克聚苯醚修复产生的水量为几百微克。这种修复“应变”系统的定期循环对于自我修复是必不可少的。

科学家们还成功地为聚碳酸酯和其他材料构建了自愈系统。这个“聚碳酸酯”它的修补剂是“碳酸钠”。这时，它是石碳酸（苯酚）的排泄物，而且气味很难闻。排泄物的出现是材料修复过程中非常有趣的事情。事实上，它不能通过改善而排泄。例如，在聚碳酸酯材料中添加充当垃圾桶的物质。具体来说，如果添加碱性微硅胶，则碳酸将被硅胶吸附，垃圾不会释放。然而，反应产生的物质已成为另一个问题，研究仍在进行中。目前，科学家们正全力以赴地建造其他塑料的修复系统。

或许诞生一门全新学科

现在我们知道，上述材料的自愈合是通过催化剂（如铜）在受伤部位的作用完成的，但塑料是固体。像铜这样的原子或分子真的能流到断裂处吗？许多研究人员认为，催化剂不能流向固体中的断开部分，但一些专家认为，催化剂存在于5~10nm区域会导致自愈反应。

对于一些化学的反应条件，大多数的人都认为它只能溶于水或者变成气态，这一常识阻碍了对自愈反应的理解。其实，“材料的自我修复”引起的化学反应和一般的化学反应不太一样，也许这是一个新的科学领域，需要进一步的理论研究。

此外，在这项研究中，科学家还发现，自愈反应优先发生在最老化的部位。一旦聚合物的断裂部分增加，就会引起更多的修复反应。因此，应优先修复严重老化的零件。因此，专家们开始将研究方向转向延长塑料的使用寿命。

自2000年以来，日本约有10家企业推出了以自愈塑料为原料的产品。这些产品主要是电化学产品，因为这些产品经常暴露在光线下，容易老化。此外，使用自愈塑料后，汽车零部件的使用寿命显著延长。

自我修复延伸寿命

科学家预测，在未来，不仅塑料，而且包括金片和陶瓷在内的所有人造材料都可能具有自我修复能力，并能独立处理老化问题。在材料研究中，所谓的“自愈”概念以前就存在过，但我们从未见过真正的物体。科学家们创造了一个真实的物体来证明“自愈”是可能的。因此，科学家们对各种材料的自我修复进行研究。如果每天使用自愈材料，或许很快，自愈将被用作产品的标准，因为产品的使用寿命显著延长，产品的可靠性和性能得到提高。

今天地球上的资源日益减少，有效使用“自愈材料”这样就可以有效的延长商品的寿命，在另外的方面，这样也可以解决比较严重的环境。