有这样一组有趣的视频：在一个容器中倒入一些丙酮，再把用于包装的泡沫塑料放入其中，泡沫塑料很快消失不见，如果把更多的泡沫塑料放进去，原本无色透明的丙酮变成了白色粘稠的液体。这样黏糊糊的液体可以像面团一样被做成各种形状，例如可以用手把它揉成一个球。那么这个过程中到底发生了什么呢？ 视频中的这种泡沫塑料又称发泡聚苯乙烯。顾名思义，它的主要成分是聚苯乙烯。这是一种高分子化合物或者说聚合物，也就是说它是由许多小的分子互相之间发生化学反应而得到的非常巨大的分子，对于聚苯乙烯而言，这种小分子就是苯乙烯，这也就是该材料得名的原因。 如果把糖这样的小分子投入水中，稍加搅拌，它们就会消失不见，这就是我们都很熟悉的溶解过程：糖的分子和水的分子彼此相互亲近的倾向很强，因此一旦相遇就会很快“打成一片”。而当聚苯乙烯分子与丙酮分子相遇时，二者之间也有类似的亲近倾向，因此一旦相遇，聚苯乙烯也会很快溶解在丙酮中。 聚苯乙烯溶解在丙酮中这个现象，实际上反映了一个非常深刻的原理，那就是塑料、橡胶等高分子化合物尽管分子巨大，许多性质也迥异于小分子，但在本质上与小分子并没有什么不同。它们都是原子通过化学键连接起来，小分子能够做到的，大分子一样可以做到，溶解现象就是一个很好的例子。别看这个道理十分显而易见，在一百多年前，许多科学家还是打死也不肯相信世界上真的有这么大的分子。直到包括1953年诺贝尔化学奖得主、德国化学家赫尔曼·施陶丁格在内的一大批科学家用铁一样的事实证明了高分子化合物的存在，人们才逐渐接受了正确的观念，从而促成了高分子科学和技术的大发展。 把白糖不断地加入水中，我们会发现后面加入的白糖无论怎么搅拌也无法溶入水中，这说明很多情况下溶解是有一定限度的。同样，如果我们不断将泡沫塑料加入丙酮中，丙酮分子也容纳不下这么多聚苯乙烯的分子，但由于双方之间的亲密关系，丙酮分子仍然会想法分散到聚苯乙烯分子之间，让原本僵硬的聚苯乙烯分子变得具有流动性。这就是为什么随着更多泡沫塑料的加入，原本澄清的丙酮变成了白色粘稠液体的原因。 如果你试着用手或者工具搅拌一下此刻容器中的液体，就会发现如果只是轻轻搅拌，这些液体非常难以流动，跟固体没什么区别，但如果用力搅拌，液体的流动性明显提高了不少。相反，如果搅拌糖水，则不会有这种感觉，无论用多大的力，液体的粘稠程度都差不多。这个时候就体现出高分子化合物与小分子明显不同的一面了：当高分子化合物溶解在其他物质中形成溶液后，当溶液的浓度高到一定程度，如果不用力搅拌，溶液则很粘稠；若用力搅拌，溶液的粘稠度会大大下降。这样的液体被称为剪切稀化流体，属于非牛顿流体的一种。而像糖水以及纯水，它们的粘稠程度与我们施加的力的大小并无任何关系，这种液体称为牛顿流体。 剪切稀化流体在现实生活中非常有用，例如油漆通常都是这一类流体，这样当我们粉刷墙壁时， 只要稍稍用力就可以把容器中的油漆转移并覆盖到墙壁上，但随后油漆又能老老实实地呆在墙壁上直到彻底固化，而不会顺墙壁流下。同样，我们不需要模具，用手就可以把溶解了聚苯乙烯的丙酮做成不同的形状，也是利用了剪切稀化流体的这个特性。 丙酮很容易挥发，一旦它挥发干净，聚苯乙烯分子失去了流动性，于是新的形状就被保留了下来。这个过程很好地体现了塑料的一个重要性质——可塑性。正是因为塑料的这种性质，当我们不再需要一件塑料容器后，可以将它重塑为新的形状，从而节约了宝贵的资源。当然，工业生产中很少采用像这段视频中展示的那样通过用溶剂溶解的办法改变塑料的形状，这样既不经济也不环保。那么如何改变塑料的形状呢？方法很简单， 只要将它们加热到一定温度以上，原本僵硬的塑料就变得可以流动，之后就可以随心所欲地变换形状了。 有的朋友可能要问，既然塑料能够被溶剂溶解，我们在平时的生活中又该如何放心去使用它们呢？其实大可不必担心，因为像丙酮这样能够很好地溶解塑料的溶剂并不会经常遇到。在日常生活中，最常和塑料打交道的液体要数水了，但绝大多数塑料的“秉性”与水相差甚远，因此不会溶解在水中。同理，食盐（氯化钠）的性质与汽油相差甚远，因此也不会溶解在后者中，这样的现象被称为“相似相溶”。另外有一些塑料经过了化学交联，所有的分子都被连成一个网络，因此不会再溶解在任何溶剂中。这样的塑料在加工成型后也无法再通过加热的方法再次改变形状，因此被称为热固性塑料。对应地，没有经过化学交联，可以反复改变形状的塑料被称为热塑性塑料。严格来说，只有热塑性塑料才真正具有可塑性。 这个视频中的实验者之所以选用发泡聚苯乙烯进行实验，除了聚苯乙烯很容易溶解在丙酮中以外，还有一个重要的原因是发泡聚苯乙烯中绝大多数体积都被空气占去，因此当它溶解在丙酮中时有非常好的演示效果：当你震惊于大块大块的泡沫塑料顷刻之间“消失”在丙酮中时，实际上泡沫塑料中的空腔是它体积大的主要原因，而空腔中都是空气，真正被溶解的聚苯乙烯并没有想象的那么多。 聚苯乙烯制成的泡沫塑料坚固耐用、隔热性好并且密度极低，因此常常被用于包装材料、餐具等用途。然而这些泡沫塑料废弃后也带来了一大环境公害。虽然聚苯乙烯可以被回收再利用，但是由于泡沫塑料密度太低，费时费力收集起来后并没有得到多少有用的材料，因此让厂家觉得无利可图。正因为这个原因，许多地方都对发泡聚苯乙烯实行了不同程度的禁令，例如纽约市政府在今年年初就禁止在饮食行业使用这种材料制成的一次性餐具。不过也有不少研究人员仍然致力于寻找更好的回收再利用发泡聚苯乙烯的途径。另外需要说明的是，并不是所有的泡沫塑料都是发泡聚苯乙烯，例如用于床垫和沙发垫的泡沫塑料主要是由聚氨酯制成的。聚氨酯的性质与聚苯乙烯相差很大，一般也不溶于丙酮，所以用这种泡沫塑料是做不了视频中那种实验的。 读完本文，各位朋友可能惊讶于短短几段视频背后竟然蕴含了这么多科学原理，按捺不住想要亲手尝试一下这个实验了吧。笔者在这里提醒一下：丙酮易挥发且易燃，实验中一定要注意安全，最好在通风处或者室外进行实验以避免吸入丙酮蒸汽，同时一定要远离火源。另外，如果有条件，最好在实验过程中佩戴防护手套和护目镜，而不要像视频中的实验者那样让裸露的皮肤直接与丙酮接触。
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