各種塑料制品在我們的生活中隨處可見，如果仔細觀察一下就會發(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，如果把一張報紙放在瓶子背后，可以清楚地辨認出上面的文字；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 兩種常見的塑料：聚碳酸酯(上)和聚丙烯(下)，厚度均為約3毫米，可見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，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)的小分子我們稱之為單體。例如常見的塑料聚乙烯，它的單體在常溫常壓下是一種氣體——乙烯。在合適的條件下，無數(shù)的乙烯分子互相拉起手來，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。實際塑料制品生產(chǎn)加工過程包含原材料生產(chǎn)和塑料制品加工兩個環(huán)節(jié)。生產(chǎn)企業(yè)只負責(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交給加工企業(yè)，由它們負責(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?簡單來說，先將塑料加熱到一定的溫度以上，這個時候原本堅硬的塑料會變得像水一樣能夠自由的流動，雖然它們流動起來要比水慢許多，這樣的狀態(tài)稱為熔融態(tài)。由于可以流動，接下來就可以把熔融態(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，新的形狀就被固定了下來[1]。而正是在降溫的過程中，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并被加熱，熔融態(tài)的塑料在轉(zhuǎn)動的螺桿的帶動下向前移動，通過模具后冷卻成型。

還需要值得關(guān)注的一點是，結(jié)晶過程。塑料分子相當于成千上萬的小分子連接起來，因此當溫度降低時，它們結(jié)晶的速度要比小分子慢得多。而且，即便延長時間，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的塑料只有50～60%的分子能夠形成晶體。

無法結(jié)晶的塑料分子去了哪里？

如果溫度足夠高，這些分子當然繼續(xù)以可流動的熔融態(tài)形式存在。當溫度降低到室溫后，這些無法結(jié)晶的分子失去了流動的能力，也變成了固體。在這樣的固體中，塑料分子仍然雜亂無章地排列著，這種情況被稱為無定形態(tài)[2]。我們見到的塑料制品，往往同時包括了這種塑料的結(jié)晶態(tài)和無定形態(tài)。當然，我們并不會觀察到一只塑料盒中某個區(qū)域是結(jié)晶的塑料或是無定形的。這是因為這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。相反，塑料分子的晶體通常形成小的球形顆粒分散在無定形態(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 “罪魁禍首”就是一種名為散射[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，對于光來說這仍然是兩種不同的介質(zhì)，因此當在無定形態(tài)的塑料中穿行的光遇到了晶體的小顆粒時，散射同樣會發(fā)生，于是塑料的透明程度就顯著下降了了[6]。

參考文獻和注釋

[1] 實際上這里描述的加工方法只適用于熱塑型塑料，這類塑料在高溫時可以流動，因而可以被反復(fù)改變形狀。另一大類常見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)過進一步的反應(yīng)得到塑料制品成品。熱固型塑料在反應(yīng)過程中分子之間發(fā)生了交聯(lián)，因而在高溫時不再能夠流動，也就是成型之后無法被再次加工。

[2] 熔融態(tài)的塑料失去流動性形成無定形態(tài)的溫度稱為玻璃化轉(zhuǎn)變溫度。常見塑料的玻璃化轉(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，這些塑料中沒有結(jié)晶的部分實際上仍然處在熔融態(tài)。

[3] 實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)沿著徑向生長的片狀晶體組成，夾在片狀晶體之間的是無定形態(tài)的塑料分子。這種形態(tài)被稱為球晶。

[4] 結(jié)晶態(tài)和無定形態(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] 當顆粒的尺寸與可見光的波長相仿時，光的散射會非常強烈。塑料晶體顆粒的尺寸一般都在這個范圍。

[6] 塑料制品的透明程度當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。