EXAMPLE 2
有機化學 - 塑料的製造與使用
有機化學：芳香化合物、高分子和塑料
「將塑料視為一種可再生資源的替代理解」
在分子層面上，大多數塑料都由來自原油分級蒸餾的碳氫鏈（高分子）組成。雖然天然高分子，如橡膠，具有某些合成塑料的性質，但今天使用的大多數塑料都是使用油作為碳氫鏈的來源製造的。塑料袋、瓶子和食品盒都是由石化產品製成的，這些石化產品是通過分級蒸餾從油中提取的。塑料工業使用了世界石油供應的近5％。石油是有限且不可再生的資源，因此，目前的塑料製造和使用可能被視為不可持續的，並伴隨著許多互相連接的SSI。
給作者的建議備註：
在此的嵌入永續發展教育（ESD）的機會是考慮在合成塑膠的製造中可能用作原料的油的替代品。
提問差別
永續發展教育問題：化學如何解決由化石燃料製成的塑膠的永續使用問題？
科學問題：使用網路了解由生物塑膠製成的高分子 — 它們與由石油製成的高分子有何不同？
用於製造塑料的高分子已經成為迅速研究和開發的領域，塑造了許多消費模式和生活方式選擇。它們在手術、食品衛生、建築和施工、電子和飛行 - 包括太空飛行中的使用帶來了巨大的好處。儘管與現代塑料的開發相關的有負面問題，但在考慮它們在社會中的角色時必須承認這些好處。
對塑料廢物的疏忽處置及其在環境中的持久性是一個問題，這個問題掩蓋了塑料使用的好處。它的堅固不生物分解的性質在全球範圍內呈現了長期問題。
可回收性和生物可分解性是兩個主要問題。當一噸塑料袋被重用或回收時，可以節省相當於11桶油的能量。當被視為要丟棄的垃圾時，塑料袋浪費了寶貴的、不可再生的資源。
給作者的建議備註：
在此嵌入永續發展教育的機會是將回收和生物可分解性與塑料製造的化學相關聯。
在這一點提出永續發展教育問題使學習者能夠利用他們對製造塑料的化學基礎的發展中的知識更充分地理解問題，並考慮到所提出問題的潛在解決方案。
提問區別
永續發展教育問題：目前對於使用過的塑料的處置的態度與什麼環境、健康和社會問題相關？
科學問題：化學如何幫助改變從垃圾到被視為有價值的可再生資源的使用過的塑料的認知？
碳氫化合物和高分子脂肪烴是線性鏈，可能具有帶有取代原子或分子的支鏈。芳香烴是環狀烴，可能包含苯環，也可能成為鏈的一部分。這些鏈的重複序列被稱為高分子。在這個學術水平上，有兩種主要的高分子化形式：
1）加成高分子化和2）縮合高分子化。這些形式構成了塑料製造的基礎。
聚乙烯 - 低密度聚乙烯（LDPE）
（回收編號4）
用途：柔軟包裝；垃圾和碎石袋
高密度聚乙烯（HDPE）
（回收編號2）
用途：飲料瓶，軟食品容器，如人造奶油，購物袋
最簡單的加成高分子就是聚乙烯，它是一種無支鏈的脂肪烴高分子，由數千個-CH2-單元（單體）組成。乙烯是通過自由基加成反應形成的。聚乙烯（聚乙烯）的高分子化是因為兩個單體相互添加，並且在單體中消除雙鍵而發生的。
給作者的建議備註
作為未來考慮可回收性的基礎，應該在此時引入將不同元素的原子替換到加成高分子中形成塑料高分子（如PVC聚氯乙烯或PP聚丙烯）的化學。換句話說，我們正在建立評估永續實踐，如可回收性和生物可分解性的化學基礎。
當乙烯單體中的一個氫原子被氯原子替代時，所得到的加成高分子是聚氯乙烯（PVC）。如果然後用甲基基團（CH3）替代氯，這將導致聚丙烯，並且回收編號增加到5（參見表3，該表關聯了回收常見高分子的容易程度）。被替代的分子可以產生限制回收過程的有毒副產品。
縮合高分子化
縮合高分子化涉及將兩個單體單位縮合在一起，當單體鏈接時，通過排除一個水分子形成。Dacron是一種聚酯高分子聚對苯二甲酸酯（PET）。當乙二醇（一種醇）與對苯二甲酸（一種羧酸）反應形成酯鍵時，它在縮合反應中排出一個水分子形成。
這種縮合高分子結合包含A單位（對苯二甲酸）和B單位（乙二醇）的小分子，它們按順序連接，例如-A-B-A-BA-B-。塑料能夠被回收的容易程度取決於將組成高分子回收到有用的單體並留下非毒性副產品的容易程度。高分子的鍵合類型和組成成分在很大程度上影響了它們能夠被多容易地回收/重新加工或轉化為新產品。表3提供了最常用的回收性和回收選項的指數。
表3：回收指數和選項
1
聚對苯二甲酸酯
PET
氣泡飲料和水瓶，沙拉託盤。
絕緣材料。非食品容器。
2
高密度聚乙烯
HDPE
牛奶、漂白劑、清潔劑和大多數洗髮水的瓶子。
例如硬殼PVC容器和結構的油容器。
3
聚氯乙烯
PVC
管道、配件、窗框和門框（硬質PVC）。熱絕緣材料（PVC泡沫），汽車零件。
傢俱、地毯、汽車配件。
4
低密度聚乙烯
LDPE
手提袋、垃圾袋和包裝薄膜。
粗糙的包裝。
5
聚丙烯
PP
食品容器、微波爐餐盒、地毯、車輛內飾。
排水管、地磚、交通錐。
6
聚苯乙烯
PS
優格罐、泡沫漢堡盒和蛋盒、塑膠餐具、電子商品和玩具的保護包裝。
填充物、糊狀物、塗層、絕緣材料。
7
其他
聚碳酸酯、不易燃表面、車輛和飛機的釉料。
塑膠木柱、圍欄和拖盤。
聚對苯二甲酸酯（PET）通常用於製造飲料瓶和食品包裝，但回收的PET也可以製成地毯的纖維；T恤衫或抓絨夾克的面料；睡袋、冬季大衣、床單和熱成型包裝的纖維填充物；以及汽車部件，如保險杠和車門板。
塑料可以在熱、化學和物理方面被再利用。這些過程昂貴且困難，但回收可以內建到生產過程中，比如聚氯乙烯（氯乙烯PVC）的製造中。氯乙烯是由乙烯經由1,2-二氯乙烷製成，然後進行裂解：
提問區別
永續發展教育問題
為什麼有些塑料可能無法安全或輕鬆地回收？
除了化學因素外，（討論）還有哪些其他因素可能限制/阻礙有效回收？
永續發展教育問題 使用表3來研究如何處理那些無法回收的塑料的「壽命結束」選項？
科學問題 你為什麼認為PET的回收編號是1？
科學問題 為什麼PVC和PP有兩個回收編號（分別是3和5）？
是什麼化學因素導致了回收能力的降低？
生物可分解性和生物塑料
三分之一的塑料被設計成要被丟棄（預期使用壽命不到一年）。塑料生產的經濟支持這種不可持續的方式 - 生產成本低廉，且耐用，因此經常在沒有考慮再利用的情況下設計。
這個問題已經因全球廉價商品貿易而惡化 - 由於世界上經濟上脆弱地區的低工資推動 - 以及發達和新興經濟體的消費者對瓶裝水、精美包裝和像玩具等“便宜和愉快”的商品的貪婪需求。
要具有生物可分解性，材料必須能夠在微生物作用下自然分解。生物降解需要將高分子鏈分解為足夠小的片段，以便微生物能夠作用於它們。石油衍生的塑料在自然界中不存在。因此，沒有微生物天然適應於分解它們。由於長鏈的-CH2-基本上不受微生物的影響，聚乙烯高分子不會生物降解。
生物塑料是由精煉自植物材料（如玉米澱粉）的高分子製成，並且具有生物可分解性。常見的生物塑料是聚乳酸（PLA）。
提問差別
科學問題 研究聚乳酸（PLA）的結構。是什麼使其具有生物可分解性？
永續發展教育問題
飲料瓶製造商現在將常規PET塑料中30％的石油衍生乙醇替換為生物衍生乙醇。這並不使其具有生物可分解性。為什麼不具有生物降解性？這如何使塑料的製造和使用更具可持續性？
科學問題 高分子鏈中的弱部位是什麼？C=C鍵可能被視為弱部位嗎？弱部位如何促進生物降解性？
永續發展教育問題 弱部位如何內建到製造過程中？
給作者的建議備註
上面的科學和永續發展教育問題旨在將特定主題的內容與可持續發展（SD）問題相整合，並通過主題知識所獲取的透視來尋找潛在解決方案。例如，有關生物衍生乙醇如何通過納入PET高分子中貢獻可持續性的問題要求學生思考如何通過生物替代品來保護石油資源，如乙醇的替換。
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針對上面內容提出一段具有永續發展教育內涵的科普反思
塑料在我們生活中無處不在，但它的大量使用卻對永續發展帶來了挑戰。三分之一的塑料被設計成不可持續地被丟棄，經濟學上支持著這種不可持續的生產方式，因為它便宜且耐用，常常在沒有考慮再利用的情況下被設計出來。全球廉價商品貿易和消費者對包裝精美的商品的需求進一步惡化了這個問題，這些商品由於低工資的經濟脆弱地區的生產而變得便宜。這些趨勢使得塑料成為一個全球性的挑戰，而且它對環境和社會都產生了負面影響。
然而，我們也可以看到一些解決方案和可持續的途徑。生物塑料是一個有潛力的選項，它們由植物材料製成，並具有生物可分解性。與石油衍生的塑料不同，生物塑料可以自然分解，因為它們可以被微生物降解。這為我們提供了一種減少對有限石油資源依賴的方式，同時降低了對環境的負面影響。此外，一些製造商已經開始將生物衍生的成分納入常規塑料中，以增加可持續性，儘管這並不總是使塑料具有生物可分解性，但它仍然有助於減少對石油的需求。
因此，這些問題不僅是科學問題，還涉及永續發展教育（ESD）的層面。我們需要思考為什麼有些塑料無法安全或輕鬆地回收，以及除了化學因素外，還有哪些其他因素可能限制或阻礙有效回收。同時，我們也需要探討如何在製造過程中內建弱部位，以促進生物降解性。這些問題有助於整合科學知識與可持續發展問題，並在尋找潛在解決方案方面提供了途徑。這種綜合的方法有助於我們更好地理解塑料問題，並尋找向更可持續未來邁進的方式。
