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生活中到處都是塑膠製品?幾個降低暴露塑化劑的注意事項

行政院環境保護署毒物及化學物質局_96
・2019/11/07 ・2486字 ・閱讀時間約 5 分鐘 ・SR值 520 ・七年級

本文由行政院環境保護署毒物及化學物質局之推動化學物質綠色生活知識教育平臺計畫企劃,泛科學執行

  • 文/文詠萱

我們的生活中到處充滿著塑膠材料:買菜裝菜的塑膠袋、手搖飲料的塑膠杯、晚餐炒飯的便當紙盒。除了一次性的塑膠容器,還有身上穿的、使用的東西,塑膠製品佔有很大的比例。而除了一次性塑膠用品的廢棄問題,生活中的塑膠往往也與「塑化劑」有著難以分割的關係。

自 2011 年,塑化劑風波席捲全臺,從益生菌,到果汁、手搖飲料、藥品等,越來越多食品被驗出塑化劑,一時之間,在電視、網路新聞中與食安問題相關的報導,時不時會聽到「塑化劑」這個名詞。

塑化劑究竟是什麼?我們的生活中可以有效避開它的危害嗎?


從容器、食品到藥品都能發現塑化劑的蹤跡,我們該如何避開它的危害?圖/Pixbay

塑化劑是什麼?在塑膠中有什麼作用?

塑膠材料是源自於石化工業的高分子聚合物,塑膠材料中加入少量塑化劑可以增加塑膠品的柔軟度,並且加強韌性。建築材料、家具、衣服、食物包裝及醫藥產品等許多我們生活中的材料都有使用到塑化劑。

塑化劑的種類達上百種,其中鄰苯二甲酸酯類化合物中的鄰苯二甲酸二(2-乙基己基)酯(DEHP)是最廣泛被使用的塑化劑。鄰苯二甲酸酯類在水中溶解度很小,但易溶於多數有機溶劑中,在日常及工業上被廣泛使用於聚氯乙烯(Polyvinylchloride,以下簡稱 PVC)、聚丙烯(Polypropylene,以下簡稱 PP)、聚乙烯(Polyethylene,以下簡稱:PE)、聚苯乙烯(Polystyrene,以下簡稱 PS)的生產。

舉例來說,PVC 的材質相當堅硬,就是我們常見硬式水管的材料,但只要加入塑化劑,就能將其製成柔軟、易伸縮的材質,如在市面上常見食物用的保鮮膜,絕大部分為有添加塑化劑的 PVC 材質。

除了保鮮膜外,我們生活中最常接觸到塑化劑的來源可說是一系列的美粧用品,指甲油、化粧品、洗髮精、沐浴乳中,也常使用鄰苯二甲酸酯類作為定香劑。除了可以讓商品保持香料氣味外,也讓指甲油擦起來看起來更光滑。

但是,由於鄰苯二甲酸酯類結構和雌激素相似,進入人體和動物體內可能會有類似雌激素的作用,干擾人體內分泌。因此被認為對於生殖系統有相當風險,除了性早熟、精蟲減少等影響外,也會對孕婦胎兒有一定的風險。

塑化劑的主要功用是提高塑膠材料的柔軟度和韌性。圖/wikipedia

增加食物包裝中塑化劑擴散的因素有哪些?

除了前述的美粧用品,多數人最擔心莫過於食物包裝中的塑化劑了。的確,如果食物包裝的接觸面為含有塑化劑的塑膠(如塑膠袋、保鮮膜,塑膠杯等),雖然一般的含量非常少,塑化劑仍可能經由擴散作用釋放到食物中。

主要原因在於,塑膠與塑化劑並非是用化學鍵連結,而是以混合的狀態存在。影響塑化劑轉移含量的因素包含了溫度、食物與包裝材料接觸面積、包裝材料屬性、以及食物本身屬於哪種組成。

液體類的食物與包材的接觸面積最大,轉移效果較固體容易產生。而食物中如果含有油脂或酒精,也會加速塑化劑滲出。在化學反應中,溫度和反應速度大多呈正相關,塑化劑的擴散作用也會此而加快。

這也是為什麼通常不建議以塑膠材料盛裝剛炸好的食物或是熱湯。一方面食物接觸面的溫度較高;二方面食物中的油脂也會增加溶出塑化劑的風險。

因為油脂和高溫容易讓塑膠中的塑化劑溶出,因此不建議用塑膠材料盛裝剛炸好的食物或熱湯。圖/Pixabay

使用塑膠製品的注意事項,如何減少塑化劑的暴露風險?

要減少塑化劑的暴露,最直接的方式就是注意自己平常使用的產品,避免使用塑膠材質容器,可選用玻璃、不鏽鋼、陶瓷。並在飲食前養成洗手的習慣,以免食入環境中的塑化劑。

若是一定得使用塑膠包裝,盛裝食物的塑膠製品需慎選,當包裝上標註為 PVC 時,成分較易含有塑化劑,購買時需多加注意,特別是在選擇購買兒童用品時。有高溫加熱的需求時,避免使用 PVC 材質的保鮮膜、包裝一同微波或加熱。若有使用保鮮膜加熱的需求,則儘量選用 PE 保鮮膜。與食物塑膠包裝接觸的時間也要注意,有許多外帶食物多用塑膠袋盛裝,應避免讓食物長時間接觸、浸入塑膠。

除了食物之外,先前提到化粧品、香水等日常用品中的定香劑,也要注意使用。上粧後須澈底卸粧,香味太重的洗髮精、沐浴乳、香皂、洗衣劑等儘量減少使用。另外,許多人會使用巧拼鋪地板,巧拼材若為 PVC 或 PS,含有塑化劑可能性較高,使用上可以鋪上地毯、在觸摸後洗手降低接觸的風險。

塑化劑有優點也有缺點,它讓便宜的塑膠成為我們更隨心所欲的材料,人類生活更便利。但是已經有許多實驗、研究指出暴露在一定濃度的塑化劑對人體有一定的影響。多加注意食品安全,減少塑膠使用,才能讓自己減少暴露在塑化劑的危機之中。

參考資料

  1. 李允誠,用塑膠容器會吃到塑化劑?都是擴散作用搞的鬼! ──「Pansci Talk:餐具都會釋放間接添加物?」,泛科學。
  2. 如何避免塑化劑的暴露– 馬偕紀念醫院
  3. 維基百科,塑化劑
  4. 馬嘉駿,都是塑膠惹的禍?到底什麼是塑化劑?──「Pansci Talk:都是塑膠惹的禍?」,泛科學。
  5. 高瞻自然科學科學教育平台:塑化劑 ─ 鄰苯二甲酸酯類
  6. 真有那麼毒?!正確認識塑化劑
  7. 塑化劑對生殖系統的影響
  8. 風傳媒:別讓小孩睡在巧拼上!遠離「塑化劑」的毒,作這7件事就對了
  9. 黃柏菁、陳重羽、郭育良、李俊璋;鄰苯二甲酸酯國人暴露及其健康效應台灣醫學 2010 年 14 卷 2 期

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行政院環境保護署毒物及化學物質局_96
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行政院環境保護署毒物及化學物質局,落實毒物及化學物質之源頭管理及勾稽查核,從源頭預防管控食安風險,追蹤有害化學物質,維護國民健康。 網站:https://www.tcsb.gov.tw/

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柔軟的導電革命:前所未見的無序高分子導體
linjunJR_96
・2022/12/30 ・1995字 ・閱讀時間約 4 分鐘

只有金屬會導電?

怎麼樣的材料能導電?這個問題的答案或許將永遠改寫。

怎麼樣的材料能導電?金屬?這個問題的答案或許將永遠改寫。圖/pexels

芝加哥大學的研究團隊發現了一種新的合成材料,擁有塑膠般柔軟的非晶體結構,同時又有金屬般的導電性質。

講到導體,首先會想到的是老字號的金屬家族。金銀銅鐵這類材料是由單一金屬原子排列成整齊的晶格,自由電子可以穿梭其中。大約從十八世紀開始,科學家便知道常見的金屬可以用來傳導電荷,並將物質分為導體和橡膠這類的絕緣體。利用金屬電纜和元件,人們打造了公共電力網和電力火車頭,將人類社會帶進了電氣時代。

利用金屬電纜和元件,人們打造了公共電力網和電力火車頭,將人類社會帶進了電氣時代。圖/pexels

相隔許久後,二十世紀後半幾次意外的實驗讓科學家發現聚乙炔這種高分子聚合物在摻雜了些許碘原子之後,也能表現出良好的導電性。這完全顛覆了人們對於導體的認知:

原來除了金屬材料之外,塑膠聚合物也可以作為導體。

和傳統無機材料比起來,導電聚合物的製程簡單便宜,也有較好的可塑性,被俗稱為「導電塑膠」。這種突破性的材料帶來了新一波的電子產品,像是有機發光二極體(OLED)螢幕、有機太陽能電池、以及有機半導體科技等等。

儘管有著導電塑膠的響亮名號,但是導電聚合物和金屬導體一樣,都有緊密整齊的晶格結構,讓特定能量的電子可以順暢地流通。事實上,現代的固態理論認定固態材料必須要有這些整齊排列的晶格,才能有效地傳導電力。像是玻璃、黏土、橡膠這些結構無序的非晶體材料則肯定無法導電。

從左到右分別是有序的晶體、無序的非晶體、和氣體。圖/ Encyclopædia Britannica

再一次超越想像,無序材料也能導電

不過芝加哥大學博士生 Jiaze Xie(現為普林斯頓大學博士後研究員)近期發現了另外一種可能性。他選擇了 TTFtt 這種高分子作為嘗試的目標。TTF 結構本身在數年前就已經被發現可以作為導電高分子的組成單元,但因為合成技術困難,並沒有受到研究圈的關注。Jiaze Xie 將鎳原子鑲在碳原子和硫原子組成的長鏈上,合成出全新的 NiTTFtt,開始了一系列的實驗。

在實驗室中,NiTTFtt 展現了不錯的導電性。但最令人驚訝的是,X 射線繞射結果顯示它的分子結構是無序的,沒有整齊的晶格結構。它是一種理論上不該存在的「無序高分子」導體。

事實上,NiTTFtt 的質地就像是小朋友的玩具黏土一樣,只要將一坨 NiTTFtt 黏在電路上,就可以開始導電。這表示它有著幾乎無人能敵的可塑性。除此之外,它還十分的穩定。實驗人員將它加熱到攝氏兩百多度、放在潮濕的空氣中幾十天、在它身上滴強酸強鹼,想盡各種方式考驗它,但它的導電性在各種條件下幾乎都能保持穩定,顯示其實際應用的潛力不容小覷。

這種被現有理論排除的材料為什麼有辦法存在呢?研究團隊利用掃描式電子顯微鏡和 X 光繞射的探測結果建構出了下圖的原子結構模型,企圖對這種前所未見的材料提出解釋。

每個綠色的鎳原子為基準可以看出一個個扁平的組成單元,他們首先組成長長的一維長條。圖/參考資料

以每個綠色的鎳原子為基準可以看出一個個扁平的組成單元。他們首先組成長長的一維長條(左),平行堆疊成千層派一樣的結構(中),並橫向排列形成立體的材料(右)。注意到每個長條排列的方向雖然一樣,但是並不需要有規律的秩序。

透過理論計算和電腦模擬,研究團隊發現長條之間即使經過平移或是扭曲,電子活動的範圍還是能維持足夠的重疊,讓電子能夠穿過不規則排列的千層派結構。也就是說,NiTTFtt 的特殊原子結構使得其導電性能在非結晶結構下屹立不搖。

獨一無二的特性,或許可以帶來更多的突破

NiTTFtt 獨一無二的材料性質顛覆了固態物理的既有認知,讓這份研究登上了《自然》期刊。由於電子產品是如此無所不在,任何關於導電材料的發展都會帶來無限的可能性。NiTTFtt 的可塑性以及耐溫耐濕耐酸鹼的超人特性開啟了許多傳統導體無法想像的機會。

研究團隊向全世界示範了有機分子只要有適當的結構,就可以在非結晶排列下維持金屬般的導體性質。他們也期待「無序高分子」導體能夠像金屬導體和導電聚合物兩位大前輩一樣,為人類社會帶來革命性的科技突破。

參考資料

linjunJR_96
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清大理工男。不喜歡算數學。喜歡電影、龐克、和翻譯小說。不知道該把科普當興趣還是專長,但總之先做再說。

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【水獺媽媽專欄:從日常學永續】誰亂丟垃圾?飄進海裡的垃圾讓動物們吃壞肚子了!
PanSci_96
・2022/09/09 ・703字 ・閱讀時間約 1 分鐘

國民法官生存指南:用足夠的智識面對法庭裡的一切。

每年的 6 月 8 日被訂為世界海洋日,這個節日是希望每個人都可以好好認識海洋,並且重視汙染與資源過度開發的問題,因為海洋大約佔了地球的 70%,扮演著對於地球非常重要的角色,但近年來因為過度的開發,導致海洋生態系遭受破壞。

甚至,在荒野保護協會 2020 年的調查報告中發現,海洋垃圾中佔比的前五名,分別是寶特瓶、塑膠瓶蓋、菸蒂、吸管和塑膠提袋,這五項中就有四項是塑膠製品!

前五名的海洋垃圾中,有四個都是塑膠製品。圖/水獺媽媽提供

那我們要怎麼幫助減少海洋垃圾呢?

除了減少使用一次性塑膠製品之外,我們在去海邊遊玩的時候,如果有看到沙灘上有散落的垃圾,也可以一起幫忙搜集起來丟掉,以免在漲潮時候被海浪拍打進海裡,被海洋動物誤食。

如果垃圾還是不小心掉到海裡怎麼辦呢?於是世界各國開始研究起了清理海洋垃圾的方法。

澳洲的 Seabin 海洋垃圾桶就是一個成功的例子,它將港口或者岸邊的垃圾作為主要回收目標,可以 24 小時運轉,一年可以清理掉 1.5 噸的垃圾!

淨灘活動對於減少海洋垃圾非常有幫助。圖/水獺媽媽提供

其實還有很多很有創意的發明,都可以幫我們解決海洋垃圾的問題,但是如果我們從根源做起,不亂丟垃圾、確實做好回收分類,看到公共區域的垃圾可以隨手撿起來,改變自己小小的習慣,大家都有這樣的共識,就可以發揮無限大的效用。

隨手撿垃圾、不亂丟、要分類,就能讓海洋更乾淨!圖/水獺媽媽提供
PanSci_96
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沒看過打不壞的木製球棒?最新「加工法」讓木材硬度堪比金屬!
Rock Sun
・2021/11/19 ・2152字 ・閱讀時間約 4 分鐘

國民法官生存指南:用足夠的智識面對法庭裡的一切。

如果今天你想要好好的切食物,該用什麼樣的刀呢?

大家馬上想到的,應該不外乎就是金屬或是陶瓷吧?自古以來要製作工具,這兩個材料一定是首選,直到當代貪圖方便而使用的塑膠刀叉之外,好像想找不太到其他更好的替代方案了。

但是最近,有一群研究人員打破了大眾的想法和材料科學的界線——用木頭製作的刀來取代金屬。

10 月 20 號,這一群來自馬里蘭大學的材料科學家們在期刊《Matter》上發表了一種全新的加工方法,可以把跟木材大幅強化,製作成餐刀等工具。這把刀的硬度不只跟一般的牛排刀不相上下,可以輕鬆地切開 8 分熟的牛排,還可以多次使用、洗滌、有效的回收再利用,整個產品製造過程的能源消耗也比金屬或陶瓷低非常的多,有望在未來取代這類餐具。

經過最新加工方法製成的木材,所製作出的餐刀可比不鏽鋼材質的更加鋒利。圖/Pixabay

比金屬和陶瓷更環保的選擇:木材

當你環顧生活周遭需要以「堅硬」為訴求的材料,你會發現它們大部分都是人造或經過加工的,因為想製作堅硬的物品,最怕的就是整個物理結構上有裂痕、中空或缺口等等瑕疵,只要有以上任何一種,工具的耐久度就無法維持多久,然而天然材料通常都有這種缺陷,例如木頭內部會有中空導管,石頭內則會有導致它容易剝落或裂開的天然紋理。

所以物質多半都都需要經過高溫冶煉才能夠成為堅硬的材料,例如光是製造陶瓷,就需要將陶土加熱到幾千度的高溫,而在這個講求環保的時代,有時候又要考慮產品的碳足跡……不用說,從地球土壤中開採鐵礦和陶土所耗費的能源,絕對與使用天然材質相對多很多。

所以這群研究人員把腦筋動到了陪伴原始人類到現在、樸實無華的木頭身上,他們覺得人類還沒發揮木頭 100% 的能力。

一般的木材在結構上有裂痕、中空或缺口等等瑕疵,無法加工成非常堅硬的工具。圖/Pixabay

請給我木材!人類尚未 100% 發揮它

好幾千年來,人類就不斷地想在木頭身上動手腳,但是在工具和建築上,木頭的加工通常只限於蒸氣曲木和壓縮法,用這種方法處理的木頭都會有個問題,在一段時間過後,木頭本身會有些許的回彈(定型)。

要知道為什麼就得先了解木頭!

木頭最主要的成分是纖維素,雖然平常可能無感,但纖維素其實有相當高的強度與密度比,表面上看起來是一個輕量又堅固的超理想材質,只看數字的話,甚至凌駕於大部分的高密度建築材料如水泥、金屬等等。但是我們目前加工木頭的方式,都無法把木材的材料潛力發揮到極致,部分是因為纖維素其實只佔了木材的 50%,除此之外還包含半纖維素、木質素等物質,這些聚合物主要是作為介質,而非提供強度,但如果將這些東西去除掉,整個木頭結構會變得容易崩壞。

所以研究團隊找到了方法,移除木頭內比較脆弱的物質,但是仍保留纖維素的結構,這個技術可以把原本木材的硬度整整強化 23 倍,並打造出比不銹鋼刀還鋒利 3 倍的餐刀。

蒸氣曲木加工法,將木材放在充滿蒸氣的箱子內彎曲,能加工出優美的弧線。圖/WIKIPEDIA

兩步驟加工:讓「普通木材」變「超硬木材」

第一步是將木頭浸泡在添加了特定化學物質的水中,並加熱到攝氏 100 度,以去除部分木質素。失去木質素的木材會變得較為柔軟、具有彈性甚至還會黏稠;以往的木材加工通常不會將這個方法用在木材上,除了如上述提到的結構問題外,還會有使用溶劑的毒性問題,但研究人員研發出了毒性較低、還能重複使用的溶劑。

第二步是對木頭進行高溫加壓,去除水分並讓其材質更為緻密,確保不會有結構上的缺陷,連樹木中原本被導管佔用的空間都能夠去除。

藉由這兩個步驟,他們有辦法去除木頭原本的結構問題,而經過這樣處理後的木頭還可以裁切成想要的形狀,然後再塗抹礦物油延長壽命、也隔絕水分讓纖維素不要再吸水,以免洗滌餐具降低刀子的鋒利程度。

將木材加工為「超硬木材」的實驗步驟。圖/參考資料 1

木材應用百百種!「五金材料」的新未來?

同樣的手法可以用來製作其他工具,例如和金屬釘子一樣堅硬的木頭釘子,一樣可以釘穿 3 塊木板,但是好處是木頭釘子不會有生鏽的問題,除了釘子之外,還有很多東西可以用這種木頭材質製作,例如更耐用的木頭地板。

儘管目前這個技術的使用還只是存在於實驗室環境中,但是不可否認的是,我們還沒有發揮木頭百分之百的實力,只要這個技術成熟,加上樹木可以種植並回收的特性,在未來每個人都可以分配到的超級強化木材資源或許可以凌駕於金屬,或只是打造出打不壞的木製球棒、堅不可摧的小木屋、輕量化的木頭汽車和飛機、或者是一把堪比鋼刀的超強木刀。

阿銀,你的木刀原來是這麼來的啊 ?

參考資料

2021,《Hardened wood as a renewable alternative to steel and plastic

Rock Sun
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前泛科學的實習編輯,曾經就讀環境工程系,勉強說專長是啥大概是水汙染領域,但我現在會說沒有專長(笑)。也對太空科學和科普教育有很大的興趣,陰陽錯差下在泛科學越寫越多空想科學類的文章。多次在思考自己到底喜歡什麼,最後回到了原點:我喜歡科學,喜歡科學帶給人們的驚喜和歡樂。 "我們只想盡我們所能找出答案,勤奮、細心、且有條理,那就是科學精神。 不只有穿實驗室外袍的人能玩科學,只要是想用心了解這個世界的人,都能玩科學" - 流言終結者