Od swoich początków podczas II wojny światowej i po niej komercyjny przemysł polimerów – długołańcuchowych syntetycznych cząsteczek, których „tworzywa sztuczne” są powszechnie błędną nazwą – szybko się rozwijał.W 2015 roku na całym świecie wyprodukowano ponad 320 mln ton polimerów, bez włókien.
[Wykres: Rozmowa] Aż do ostatnich pięciu lat projektanci produktów polimerowych zazwyczaj nie zastanawiali się, co stanie się po zakończeniu początkowego okresu użytkowania ich produktu.To zaczyna się zmieniać, a w nadchodzących latach kwestia ta będzie wymagała większego skupienia się.
PRZEMYSŁ TWORZYW SZTUCZNYCH
„Plastik” stał się nieco błędnym sposobem opisu polimerów.Zwykle pochodzą z ropy naftowej lub gazu ziemnego i są to cząsteczki o długich łańcuchach, z setkami do tysięcy ogniw w każdym łańcuchu.Długie łańcuchy przekazują ważne właściwości fizyczne, takie jak wytrzymałość i wytrzymałość, którym krótkie cząsteczki po prostu nie mogą dorównać.
„Plastik” to w rzeczywistości skrócona forma słowa „termoplastyczny”, terminu opisującego materiały polimerowe, które można kształtować i przekształcać za pomocą ciepła.
Nowoczesny przemysł polimerów został skutecznie stworzony przez Wallace'a Carothersa w firmie DuPont w latach trzydziestych XX wieku.Jego żmudna praca nad poliamidami doprowadziła do komercjalizacji nylonu, ponieważ wojenny niedobór jedwabiu zmusił kobiety do szukania pończoch gdzie indziej.
Kiedy podczas II wojny światowej zaczęło brakować innych materiałów, badacze zaczęli szukać polimerów syntetycznych, aby wypełnić luki.Na przykład dostawy kauczuku naturalnego do opon pojazdów zostały odcięte przez japoński podbój Azji Południowo-Wschodniej, co doprowadziło do powstania syntetycznego odpowiednika polimeru.
Przełomy w chemii napędzane ciekawością doprowadziły do dalszego rozwoju polimerów syntetycznych, w tym obecnie szeroko stosowanego polipropylenu i polietylenu o dużej gęstości.Na niektóre polimery, takie jak teflon, natknęliśmy się przez przypadek.
Ostatecznie połączenie potrzeb, postępu naukowego i przypadku doprowadziło do powstania pełnego zestawu polimerów, które można teraz łatwo rozpoznać jako „tworzywa sztuczne”.Polimery te zostały szybko skomercjalizowane dzięki chęci zmniejszenia masy produktów i zapewnienia niedrogich alternatyw dla materiałów naturalnych, takich jak celuloza czy bawełna.
RODZAJE TWORZYW SZTUCZNYCH
W światowej produkcji polimerów syntetycznych dominują poliolefiny – polietylen i polipropylen.
Polietylen występuje w dwóch rodzajach: „o wysokiej gęstości” i „o niskiej gęstości”.W skali molekularnej polietylen o dużej gęstości wygląda jak grzebień z regularnie rozmieszczonymi, krótkimi zębami.Z drugiej strony wersja o niskiej gęstości wygląda jak grzebień z nieregularnie rozmieszczonymi zębami o losowej długości – trochę jak rzeka i jej dopływy, widziane z dużej wysokości.Chociaż oba są polietylenem, różnice w kształcie powodują, że materiały te zachowują się inaczej po uformowaniu w folię lub inne produkty.
[Wykres: Rozmowa]
Poliolefiny dominują z kilku powodów.Po pierwsze, można je wytwarzać przy użyciu stosunkowo niedrogiego gazu ziemnego.Po drugie, są to najlżejsze polimery syntetyczne produkowane na dużą skalę;ich gęstość jest tak mała, że unoszą się na wodzie.Po trzecie, poliolefiny są odporne na uszkodzenia spowodowane wodą, powietrzem, tłuszczem, rozpuszczalnikami czyszczącymi – wszystkimi czynnikami, z którymi te polimery mogą się zetknąć podczas użytkowania.Wreszcie, można je łatwo formować w produkty, a jednocześnie są na tyle wytrzymałe, że wykonane z nich opakowania nie odkształcą się w samochodzie dostawczym stojącym przez cały dzień na słońcu.
Materiały te mają jednak poważne wady.Rozkładają się boleśnie powoli, co oznacza, że poliolefiny przetrwają w środowisku przez dziesięciolecia, a nawet stulecia.Tymczasem działanie fal i wiatru mechanicznie je ściera, tworząc mikrocząsteczki, które mogą zostać połknięte przez ryby i zwierzęta, przedostając się w górę łańcucha pokarmowego w naszym kierunku.
Recykling poliolefin nie jest tak prosty, jak by się chciało, ze względu na problemy związane ze zbiórką i czyszczeniem.Tlen i ciepło powodują uszkodzenie łańcucha podczas ponownego przetwarzania, podczas gdy żywność i inne materiały zanieczyszczają poliolefinę.Ciągły postęp w chemii stworzył nowe gatunki poliolefin o zwiększonej wytrzymałości i trwałości, ale nie zawsze można je mieszać z innymi gatunkami podczas recyklingu.Co więcej, poliolefiny często łączy się z innymi materiałami w opakowaniach wielowarstwowych.Chociaż te wielowarstwowe konstrukcje działają dobrze, nie można ich poddać recyklingowi.
Polimery są czasami krytykowane za to, że są produkowane z coraz rzadszej ropy naftowej i gazu ziemnego.Jednakże udział gazu ziemnego lub ropy naftowej wykorzystywanego do produkcji polimerów jest bardzo niski;do produkcji tworzyw sztucznych wykorzystuje się mniej niż 5% wydobywanej każdego roku ropy naftowej lub gazu ziemnego.Ponadto etylen można wytwarzać z etanolu z trzciny cukrowej, jak robi to komercyjnie firma Braskem w Brazylii.
JAK STOSOWAĆ PLASTIK
W zależności od regionu opakowania zużywają od 35% do 45% ogółu wyprodukowanego polimeru syntetycznego, w którym dominują poliolefiny.Politereftalan etylenu, poliester, dominuje na rynku butelek do napojów i włókien tekstylnych.
Budownictwo pochłania kolejne 20% całkowitej produkcji polimerów, wśród których dominują rury PCV i ich chemiczni kuzyni.Rury z PVC są lekkie, można je kleić zamiast lutować lub spawać i są w dużym stopniu odporne na szkodliwe działanie chloru w wodzie.Niestety atomy chloru, które nadają PVC tę zaletę, bardzo utrudniają jego recykling – większość jest wyrzucana pod koniec życia.
Poliuretany, cała rodzina pokrewnych polimerów, są szeroko stosowane w izolacji piankowej domów i urządzeń, a także w powłokach architektonicznych.
Sektor motoryzacyjny wykorzystuje coraz większe ilości tworzyw termoplastycznych, przede wszystkim w celu zmniejszenia masy, a tym samym osiągnięcia wyższych standardów efektywności paliwowej.Unia Europejska szacuje, że 16% masy przeciętnego samochodu stanowią elementy z tworzyw sztucznych, zwłaszcza części i podzespoły wewnętrzne.
W tekstyliach, głównie odzieży i dywanach, wykorzystuje się ponad 70 milionów ton tworzyw termoplastycznych rocznie.Ponad 90% włókien syntetycznych, głównie politereftalan etylenu, produkowanych jest w Azji.Wzrost wykorzystania włókien syntetycznych w odzieży nastąpił kosztem włókien naturalnych, takich jak bawełna i wełna, których produkcja wymaga znacznych ilości pól uprawnych.Przemysł włókien syntetycznych odnotował dramatyczny rozwój odzieży i dywanów dzięki zainteresowaniu specjalnymi właściwościami, takimi jak rozciągliwość, odprowadzanie wilgoci i oddychalność.
Podobnie jak w przypadku opakowań, tekstylia nie są powszechnie poddawane recyklingowi.Przeciętny obywatel USA generuje rocznie ponad 90 funtów odpadów tekstylnych.Według Greenpeace przeciętny człowiek w 2016 roku kupił co roku o 60% więcej sztuk odzieży niż przeciętny człowiek 15 lat wcześniej i przechowuje te ubrania krócej.
Czas publikacji: 03 lipca 2023 r