一次性聚苯乙烯发泡塑料餐具解禁事件及其对化学教学的启示.doc

一次性聚苯乙烯发泡塑料餐具解禁事件及其对化学教学的启示.doc 一次性聚苯乙烯发泡塑料餐具解禁事件及其对化学教 学的启示 摘要 “一次性聚苯乙烯发泡塑料餐具”在禁用14年之后，近期被国家发展和改革委员会“解禁”，并引起社会的广泛关注和争论。“一次性发泡塑料餐具”问也是化学教学中经常涉及的“热点”问题之一，因此“解禁”事件也必然会影响到化学教学。结合“一次性发泡塑料餐具”生产的化学工艺流程，了其“解禁”原因，探讨了“解禁”事件对化学教学的几点启示。 关键词 一次性发泡塑料餐具 解禁 聚苯乙烯 白色污染 化学教学 1999年1月，也就是14年前，当时的国家经贸委发布第6号令，一次性聚苯乙烯发泡塑料餐具(以下简称“一次性发泡塑料餐具”)被禁用，限期在2000年底前淘汰。多年以来，“一次性发泡塑料餐具”总是与“有毒”、“白色污染”等词汇如影随形，新闻舆论和学校教学也对其穷追猛打，让其臭名昭著。但是，在2013年2月26日，国家发展和改革委员会发布第21号令，在淘汰类产品目录中删除了“一次性发泡塑料餐具”。昔日的“有毒产品”变成了“安全、绿色、环保的包装材料”，并再次获得“合法身份”，已于2013年5月1日重新上市。一时间，社会上争论声、质疑声四起，沸沸扬扬。 一石激起千层浪，这一“解禁”事件同样波及校园，影响到当前的化学教学。“一次性发泡塑料餐具”问题，因为与之相关联的知识众多，如 “苯乙烯的性质”、“聚合反应”、“食品安全”、“白色污染”、“绿色化学”和“环境保护”等，一直以来(尤其自禁用时起)都是教学中津津乐道的必讲话题，是一个典型的“反面教材”。另外，在各种化学习题和各级各类化学考试的考题中，也是高频率出现的考查点和考试素材之一。在这些课堂教学、命题以及讲座、板报等教学活动中，教师和学生普遍对“一次性发泡塑料餐具”持否定、批判和拒绝的观点和态度。现在突然要面对一次性发泡塑料餐具“重出江湖”的局面，很多师生可能难以实现“脑筋急转弯”，只能尴尬应对或无所适从。所以，关于“一次性发泡塑料餐具”教学问题有很多值得我们反思的地方。这里我们重新梳理一下“一次性发泡塑料餐具”从“严禁”到“解禁”的过程，从化学原理上解答对它的一些误解，并得出其对化学教学的启示。 1.“一次性发泡塑料餐具”生产的化学原理及其安全性分析 1.1“一次性发泡塑料餐具”生产的化学原理及其循环利用 “一次性发泡塑料餐具”是石油化工的下游产品。石油化工企业首先以苯和乙烯为原料发生烷基化反应制得乙苯，然后再由乙苯催化脱氢得到苯乙烯。泡沫塑料餐具企业接着以石化行业生产的苯乙烯为原料开始生产，或者直接由下步的聚苯乙烯为原料开始生产。原料苯乙烯单体在引发剂作用下发生自由基聚合反应制得聚苯乙烯(PS)颗粒，经过脱水、洗涤和干燥后，加入发泡剂制得可发性聚苯乙烯(EPS)，最后经过圆熟、成型和熟化等成型加工技术生产出“一次性发泡塑料餐具”，其主要生产流程见图1。 使用过的“一次性发泡塑料餐具”如果随意丢弃，“白色污染”的惨 剧将重演。而如果建立起有效的回收体制，强制回收，则可以实现废弃餐具的循环利用，符合资源节约方向(见图1)。“一次性发泡塑料餐具”主要有下列循环利用途径:?再生造粒:经分拣和清洗后，重新熔融法或溶剂法造粒，得到的聚苯乙烯再生料可以用于生产建材、保温板、文具等产品;?直接利用:废弃餐具经粉碎，掺入其他物料中制成轻质混凝土、仿木料、涂料、水包油乳液等;?改性利用:通过化学改性、共混改性或增强改性等制成离子交换树脂、高抗冲击聚苯乙烯(HIPS)材料等;?裂解回收:在无氧条件和高于330?下裂解，可回收得到苯乙烯、苯、烷基苯等化工产品。需要特别指出的是，所有跟食品接触的塑料制品必须使用“新料”，“再生料”不得再用于生产食品级的材料，所以要严控回收得到的聚苯乙烯再生料流向“一次性发泡塑料餐具”生产环节。 1.2“一次性发泡塑料餐具”的性质、特点及安全性分析 因为缺乏对生产化学原理的了解，人们普遍对“一次性发泡塑料餐具”的性质、特点一知半解，对其毒性问题忧心忡忡，误解重重。下面，我们结合其生产原理(见图1)分几个方面进行分析。 1.2.1从合成原料分析 “一次性发泡塑料餐具”原料的源头是石油化工产品乙烯和苯。正是因为这两种原料来源丰富，价格低廉，决定了同其他餐具相比，“一次性发泡塑料餐具”具有无可比拟的价格优势(每个餐盒仅6,7分钱左右)，这也是14年的“禁用”也没能让其退出市场的主要原因之一。事实上，人们曾寄希望于“可降解餐具”如纸浆模塑餐盒、降毹餐盒、植物纤维素餐盒、纸板复合餐盒等替代发泡餐具，但“可降解餐具”却因成本高出发 泡餐具十多倍，推行起来步履维艰。在没有理想替代品的情况下，“一次性发泡塑料餐具”以其高性价比和方便快捷等优点受到青睐，出现了“淘”而不“汰”的状况。 有观点认为，“一次性发泡塑料餐具”高温时会释放双酚A等物质，影响生殖发育并致癌。其实这是混淆了不同种类的塑料合成所用的原料单体所致:双酚A是聚碳酸酯、环氧树脂、不饱和聚酯的合成单体，而聚苯乙烯发泡塑料的合成单体是苯乙烯，二者的结构和元素组成都不相同(见表1)。所以发泡塑料餐具不会释放或沾染双酚A。 1.2.2从结构特点分析 (1)化学键牢固，性质稳定 聚苯乙烯的结构属线型结构，分子链上交替连接着苯基，苯基较大的体积和它的无规则排列使得分子链变得刚硬且无定型。聚苯乙烯的结构中存在3种化学键:碳-氢键、碳-碳单键、碳-碳双键，其键能如下:碳-氢键的键能约414.2kJ/mol，碳一碳键的键能约347.3kJ/mool，碳一碳双键的键能约610.9kJ/mol。由这一结构特点可以看出，聚苯乙烯化学键键能大、断裂困难。不过，其侧链苯基和主链上的a-H原子比其他部位稍显活泼，在剧烈的条件下能够发生苯环和a-H原子所能发生的特征反应。 总体来说，以聚苯乙烯生产的发泡塑料餐具化学键牢固，化学性质比较稳定。这就决定了其正、反两方面性质: ?因为键能大、断裂难，正常食品的温度不足以破坏这些化学键，对一定浓度的酸、碱、盐溶液以及醇类、植物油类等也有一定的抵抗能力。这种耐温性和耐油性，保证了这种餐具在正常条件下使用时的安全性。 一些有关“一次性发泡塑料餐具”低温就分解的观点流传甚广，有人认为，发泡塑料餐具在遇到热汤、热饭等高温时，会释放出苯乙烯单体并产生多种毒素，不经意间这些毒素就融化在食物中了。其实，聚苯乙烯的解聚温度需高达280?以上，盛装滚烫的食品时就会解聚的说法是没有科学根据的。 还有观点认为，发泡塑料餐具在65?以上使用，会产生强致癌物“二噁英”。二噁英和聚苯乙烯在结构和元素组成上相差很大(见表1)，一般需要含苯环结构的物质与含氯(或溴)、氧元素的物质在370?,440?高温条件下焚烧，或者在金属催化剂存在下发生反应才有可能产生。而“一次性发泡餐具”生产和使用过程都是无氯条件，不具备产生二噁英的可能性。 ?从降解难度分析:因为键能大、断裂难，所以发泡塑料餐具丢弃后，经过长期日晒雨淋也极难分解，即使填埋也很难破坏其化学结构，自然会造成“白色污染”。所以发泡塑料餐具使用后只有“焚烧”和“回收”2种办法。因为化学性质稳定，餐具使用后其结构、性能和成色变化不大，反而使其“回收再利用”的价值提高，这样既可解决“白色污染”问题，又有经济回报，还可节约已日渐枯竭的石油资源(见图1)，所以“难以降解”也并非坏事。显然，“回收”问题才是发泡塑料餐具当前最核心、最迫切需要解决的问题。 (2)聚苯乙烯的结构中没有-OH、-NH2、,COOH等亲水基团，所以其耐水性和湿强度优于其他餐具，不会出现其他餐具易汤汁渗漏等情况。 (3)聚苯乙烯结构密度较小，经发泡后密度进一步减小，使得餐具 质量轻、耗材少。一般发泡餐具的单盒重量仅为其他非发泡一次性餐具的1/4左右。耗材少就意味着它有垃圾产生量低、废弃物的处置压力小的优点，同时还有节约资源尤其是石油资源的优点。 (4)聚苯乙烯毕竟是有机物，因此它溶解于很多有机溶剂，所以日常使用过程中应避免与氯仿、二氯甲烷、甲苯等有机溶剂接触。 1.2.3从生产流程分析 聚苯乙烯生产流程中除单体苯乙烯以外，还使用多种添加剂，包括引发剂、分散剂、助分散剂和发泡剂等，很多人担心:这些添加剂都安全吗,餐具成品中会有苯乙烯单体和添加剂残留吗, (1)引发剂:在苯乙烯自由基聚合时，常常采用有机过氧化物(-O-O-)或偶氮类化合物(-N=N-)作为自由基引发剂。例如:过氧化氢、过氧化二叔丁基、过氧化二苯甲酰、过氧化叔丁基乙酸酯等过氧化物，以及偶氮二异丁腈等偶氮化合物。 (2)分散剂:在悬浮聚合步骤中多使用有机和无机分散剂并用的，提高苯乙烯在水相中的分散效果。常用的有机分散剂为聚乙烯醇(PVA)或羟乙基纤维素(HEC)，无机分散剂多为磷酸三钙(TCP)。 (3)助分散剂:加助分散剂的目的也是为了提高苯乙烯的分散效果。一般使用十二烷基苯磺酸钠、苯乙烯/顺丁烯二酸酐共聚物的钠盐等表面活性剂。 (4)发泡剂:发泡剂有物理发泡剂和化学发泡剂多种，我国较多使用前者。早期的PS发泡餐具以氟利昂做发泡剂，对臭氧层危害较大。目前发泡剂已被低沸点的烷烃如丁烷、液化石油气等或二氧化碳替代，不仅 成本较低，而且不会对臭氧层造成破坏。 从以上生产过程中添加剂的使用情况可以看出:?化学成分:尽管各个厂家使用的添加剂不尽相同，但都以无毒或低毒物质为主;?使用量与残留量:添加剂的使用量一般都较小，并且在聚合反应完成后都有洗涤、纯化步骤，其目的就是降低添加剂的残留量，以免影响产品色泽和质量;?严格的卫生标准:围绕食品包装用聚苯乙烯的生产，我国相继制定了“食品包装用聚苯乙烯树脂卫生标准”(GB9692-1988)、“食品包装用聚苯乙烯成型品卫生标准”(GB9689-1988)，以及“食品包装用发泡聚苯乙烯成型品卫生标准的分析方法”(GB/T5009，100-2003)等相关国家标准，这些国标都专门设定了成品中残留有机物(即添加的引发剂、分散剂、助分散剂和发泡剂，以及未聚合的苯乙烯单体等)溶出量指标，送检的餐具样品分别用水、乙酸(4%)、乙醇(65%)和正己烷在60?下浸泡2h，用这4种溶液模拟餐具接触水、酸、酒、油等不同性质食品的情况，要求不同浸泡液中有机物的溶出量达标。所以，严格按这些国家标准生产的“一次性发泡塑料餐具”，其单体和添加剂残留在食物或器皿中的机会微乎其微，其质量和安全性是稳定、可控的。 1.2.4从“绿色化学”的原理评估、分析 由图1和上述分析可以看出，“一次性发泡塑料餐具”的生产和使用过程中:?生产用料省，耗材少，节约资源;?“原子经济性”高，污染低;?使用过程中对人体健康无危害;?产品用后其废弃物可回收再利用、再资源化。“一次性发泡塑料餐具”具的这一循环过程，既符合“绿色化学”的理念，又遵循循环经济的“3R原则(Reduce，Reuse，Recycle)”， 同样也达到了“生命周期评价(LCA，即产品从摇篮起至坟墓)”的准则。所以说“一次性发泡塑料餐具”是“绿色、环保包装材料”是有道理的。在我国因发泡塑料餐具带来的“白色污染”问题，最重要的成因是行业管理不善，国民素质不高和环保意识不强，以及回收和再利用体系不健全等造成的。 2.“禁用”与“解禁”原因的对比分析及“一次性发泡塑料餐具”的合理使用 2.1“一次性发泡塑料餐具”“禁用”与“解禁”原因的对比分析 一种化学产品“禁用”还是“解禁”，仅仅考查其化学原理方面的原因是不够的，还要综合考虑环境、经济和社会等多方面因素，才能做出全面和科学的决策。关于发泡塑料餐具“禁用”和“解禁”的原因，国家主管部门分别给出了五大原因(见表2)。在“禁用”的五大原因中，涉及生产环节的只有1条(前已提及，氟利昂发泡剂现已停用)，涉及使用环节的1条，涉及回收和处理环节的有3条。而在“解禁”的五大原因中，也都集中在使用、回收、处理3个环节。所以，社会因素才是决定发泡塑料餐具“禁用”还是“解禁”的主要和核心原因，而非聚苯乙烯材料本身之过。 聚苯乙烯发泡塑料餐具国内和国外的不同遭遇最能说明这一问题。美国、欧洲和日本等一些发达国家对“一次性发泡塑料餐具”并无“禁令”，相反这类产品还呈现多样化、人性化和高端化的发展态势，这些国家都享受着“一次性发泡塑料餐具”带来的实惠，并未受到“白色污染”等负面问题的困扰，很值得我们深思和借鉴。 对比表2中的“禁用”和“解禁”原因、结合前面所做的分析，不难 看出，发泡塑料餐具“解禁”是大势所趋。 2.2“一次性发泡塑料餐具”面临的问题及其合理使用 “解禁”并不意味着“一次性发泡塑料餐具”万事大吉，目前在生产、销售、回收、中转、运输与处置利用等全过程，还面临着不少棘手的问题。 (1)违规掺杂问题:为了节省成本，有些企业以次充好，向聚苯乙烯新料中掺杂废塑料或再生料;同时，为了让餐盒表面光滑、洁白，还私自添加滑石粉、荧光增白剂等。这些都是不符合国家标准的违规行为，会危害人体健康。因此，国家相关部门应该严格“一次性发泡塑料餐具”行业准入门槛，制定和完善产品质量标准，加强生产环节的监管。 (2)国内低端产品居多，竞争乏力:由于我国对“一次性发泡塑料餐具”禁用了14年，使得这一领域投资热情不高，新工艺和新产品开发滞后，与并未“禁用”的国外的同行业相比，我国已经落后很多距离。目前国内发泡塑料餐具低端产品居多，在高端产品领域与国外企业的竞争乏力，尤其在贴合、淋膜、彩印、抗氧化、耐高温等技术方面有待提高。 (3)废弃餐具回收机制还不成熟、不完备:对于大多数废弃物尤其是塑料制品，“回收再利用”是通行政策，但回收的效益高低和技术难度却不同。“一次性发泡塑料餐具”质轻、体积大、清洗难、运输和储存费用高，使得不少企业回收热情不高。加上目前的回收渠道还不通畅，回收网络不完备，回收产业链不成熟，因此“一次性发泡塑料餐具”的复出将再一次考验民众的环保意识和我国的废弃物回收机制。 (4)民众对“一次性发泡塑料餐具”的认可和信心仍需恢复、提升:对于“解禁”事件，民众普遍疑虑未消，支持者有之、担忧者有之，争论 激烈。“一次性发泡塑料餐具”只有再次赢得民众的认可和信心，被更多消费者选用，才能激活市场需求，从而带动餐具的研发、生产、回收等整个产业链，走上良性发展轨道。 另外，餐饮经营者和消费者的科学使用也非常重要。尽管符合国家标准的“一次性发泡塑料餐具”化学键牢固，性质稳定，添加剂残留微乎其微，但并不意味着它可以随心所欲的滥用。任何产品都有其特定的适用范围与使用方法，这类餐具:?不适用于微波炉加热;?不适于在沸水或蒸屉中蒸煮;?不宜盛装高温和高油量的食品;?尽量避开食醋和料酒等物质，特别注意不能与有机溶剂接触;?避免长期与光、氧气和热作用，引起餐具老化、发黄、失透或产生裂纹等。 目前我国社会方方面面都有了很大进步，如果生产企业严格按国家标准进行生产和检验、公众合理使用、不随意丢弃、相关部门做好回收和再利用体系建设，我们完全可以趋利避害，乐享“一次性发泡塑料餐具”带来的实惠。 3.“解禁”事件对化学教学的几点启示 (1)坚持从化学原理上分析问题本质，不盲从，不误导 对于“一次性发泡塑料餐具”的是非功过，有些化学教师的信息来源也是非专业性媒体，如电视、网络、报纸和期刊等，并未亲自查阅高分子化学方面的文献资料，未能从其生产过程的化学原理上追根溯源，进行深层次的本质分析，导致在讲课、命题等环节人云亦云，没有形成自己独立的、专业性的观点，也导致了学生的盲从和误解。特别是当前有些媒体发布一些不实宣传，误导不了解详细化学原理的公众，化学教师理应对此类 信息有一定的鉴别力。类似“一次性发泡塑料餐具”等有争议性的化学问题还有很多，作为化学教师应该多深人调研，多查阅权威文献，多从化学原理上分析问题，这样才能保持理性，不随媒体或传言左右摇摆。 (2)以“与时俱进”的态度看待化学问题 “一次性发泡塑料餐具”从“严禁”到“解禁”、从“有毒产品”变为“绿色产品”，反映了塑料工业的曲折发展和我国社会的不断进步。社会环境的深刻变化、公众思维观念的更新以及对“一次性发泡塑料餐具”再利用技术不断提高，使得其重获新生。其实，类似的化学问题还很多，化学的发展从未停步，化学物质数量在不断地刷新，很多化学方法或功能化学品都经历了从高毒到低毒或无毒、以及更新换代的发展历程。因此，化学教师要始终以“与时俱进”的态度关注化学问题，用发展变化的观点分析化学问题。只有这样，遇到象“一次性发泡塑料餐具”等这样的老话题时，才能理清其发展的脉络，常讲常新。 (3)重塑化学学科形象，凸显化学学科价值 化学本是造福人类的学科，本应是受人们喜爱的形象。但近些年，化学产品引发的中毒、危害或污染事件频发，例如“苏丹红”、“三聚氰胺”、“瘦肉精”、“塑化剂”等，社会大众把这些事件的都强加给了“化学”，使得“化学”背负的偏见和误解也越来越沉重，化学的学科形象一落千丈，几乎变得面目狰狞。 而“一次性发泡塑料餐具”从“严禁”到“解禁”很具典型性，发泡塑料餐具的艰难回归，反映出公众离不开化学带来的诸多实惠，重新体现其独特价值，可以为化学“正名”起到一定的示范作用。需要“正名”的 又何止“聚苯乙烯发泡塑料餐具”一个呢,许多化学问题或化学物质都需要重新“正名”，其中也包括“苏丹红”、“三聚氰胺”等，这些物质实则是因为被滥用而丑化，埋没了它们原有的价值。化学教学要注重消解学生和公众的误解和偏见，重塑化学与公众生活息息相关的“亲民”形象，凸显化学无可替代的学科价值，使化学学科重新赢得学生的兴趣和喜爱。 (4)化学教学应注重贯穿科技伦理与道德教育 化学物质都有两面性，既有造福人类的积极一面，又有危害人类的消极一面。化学物质本是无意识的，关键是“人”的因素。“一次性发泡塑料餐具”从“严禁”到“解禁”的历程再一次证实了这一点。同时，在这一事件中，掺杂再生料生产“一次性发泡塑料餐具”的行为，使用后的餐具随意丢弃的行为等，都是违背科技伦理和道德缺失的做法。如果公众的科技伦理与道德素养普遍提高，“一次性发泡塑料餐具”的核心问题之一“回收”问题将有很大的改观。学生日后都将成为化学品的消费者或制造者，所以教师应当在化学教学中贯穿科技伦理与道德教育，使学生明白在化学物质的使用过程中，应该恪守什么样的价值观念、承担什么样的社会责任、养成什么样的行为。在享受化学带来的实惠的同时，趋利避害，杜绝滥用和随意丢弃，保持人与自然、人与社会和谐发展。