Пластик

Чтобы узнать о других значениях, см. Пластик (значения) .

Предметы домашнего обихода из различных видов пластмасс.

Пластмассы представляют собой широкий спектр синтетических или полусинтетических материалов, в которых используются полимеры в качестве основного ингредиента . Их пластичность позволяет формовать , экструдировать или прессовать пластмассы в твердые предметы различной формы. Эта адаптируемость, а также широкий спектр других свойств, таких как легкость, долговечность, гибкость и дешевизна производства, привели к их широкому использованию. Пластмассы обычно производятся с помощью промышленных систем человека. Большинство современных пластмасс производятся из химических веществ на основе ископаемого топлива, таких как природный газ или нефть ; однако в недавних промышленных методах используются варианты, изготовленные из возобновляемых материалов, таких как производные кукурузы или хлопка .

По оценкам, в период с 1950 по 2017 год было произведено 9,2 миллиарда метрических тонн пластика, более половины из которых было произведено с 2004 года. В 2020 году было произведено 400 миллионов тонн пластика. Если глобальные тенденции спроса на пластик сохранятся, то, по оценкам, к 2050 году ежегодное мировое производство пластика превысит 1,1 миллиарда тонн.

Успех и доминирование пластмасс в начале 20-го века вызвали широко распространенные экологические проблемы. из-за их медленной скорости разложения в природных экосистемах. Большая часть произведенного пластика не использовалась повторно или не подлежит повторному использованию, либо выбрасывается на свалки , либо сохраняется в окружающей среде в виде пластикового загрязнения и микропластика . Пластиковое загрязнение можно обнаружить во всех основных водоемах мира , например, создавая мусорные пятна во всех мировых океанах и загрязняя наземные экосистемы. Из всего выброшенного на сегодняшний день пластика около 14% было сожжено и менее 10% было переработано.

В развитых странах около трети пластика используется в упаковке и примерно столько же в зданиях, таких как трубопроводы , сантехника или виниловый сайдинг . Другие области применения включают автомобили (до 20% пластика). ), мебель и игрушки. В развивающихся странах применение пластика может отличаться; 42% потребления Индии используется в упаковке. В области медицины полимерные имплантаты и другие медицинские устройства производятся, по крайней мере частично, из пластика. Во всем мире ежегодно на человека производится около 50 кг пластика, причем каждые десять лет производство удваивается.

Первым в мире полностью синтетическим пластиком был бакелит , изобретенный в Нью-Йорке в 1907 году Лео Бэкеландом . который ввел термин «пластик». Сегодня производятся десятки различных видов пластмасс, таких как полиэтилен , который широко используется в упаковке продукции , и поливинилхлорид (ПВХ), используемый в строительстве и трубах из-за его прочности и долговечности. Многие химики внесли свой вклад в материаловедение пластмасс, в том числе нобелевский лауреат Герман Штаудингер , которого называли «отцом химии полимеров », и Герман Марк , известный как «отец физики полимеров ».

Этимология

Слово «пластик» происходит от греческого πλαστικός ( plastikos ), что означает «способный придавать форму или форму », и, в свою очередь, от πλαστός ( plastos ), что означает «формованный». Как существительное это слово чаще всего относится к твердым продуктам нефтехимического производства.

Существительное «пластичность» здесь относится конкретно к деформируемости материалов, используемых при производстве пластмасс. Пластичность позволяет формовать , экструзией или сжатием в различные формы: пленки, волокна, пластины, тубы, бутылки и коробки и многие другие. Пластичность также имеет техническое определение в материаловедении, выходящее за рамки этой статьи, и относится к необратимому изменению формы твердых веществ.

Структура

См. Также: Полимер

Большинство пластмасс содержат органические полимеры. Подавляющее большинство этих полимеров образовано из цепочек атомов углерода с присоединением или без присоединения атомов кислорода, азота или серы. Эти цепи содержат множество повторяющихся звеньев, образованных из мономеров . Каждая полимерная цепь состоит из нескольких тысяч повторяющихся звеньев. Основа — часть цепи, находящаяся на основном пути , связывающая воедино большое количество повторяющихся единиц. Чтобы настроить свойства пластика, различные молекулярные группы, называемые боковыми цепями к этой основной цепи подвешиваются ; их обычно подвешивают к мономерам до того, как сами мономеры соединятся вместе, образуя полимерную цепь. Структура этих боковых цепей влияет на свойства полимера.

Свойства и классификации

Пластмассы обычно классифицируются по химической структуре основной цепи и боковых цепей полимера. Важные группы, классифицированные таким образом, включают акрил , полиэфиры , силиконы , полиуретаны и галогенированные пластмассы . Пластмассы можно классифицировать по химическому процессу, используемому при их синтезе, например, конденсация , полиприсоединение и сшивание . Их также можно классифицировать по физическим свойствам, включая твердость , плотность , предел прочности , термическое сопротивление и температуру стеклования . Пластмассы можно дополнительно классифицировать по их устойчивости и реакции на различные вещества и процессы, такие как воздействие органических растворителей, окисление и ионизирующее излучение . Другие классификации пластмасс основаны на качествах, связанных с производством или конструкцией продукции для определенной цели. Примеры включают термопласты , реактопласты , проводящие полимеры , биоразлагаемые пластмассы , конструкционные пластмассы и эластомеры .

Термопласты и термореактивные полимеры

Пластиковая ручка от кухонной утвари, деформированная под воздействием тепла и частично оплавленная

Одной из важных классификаций пластмасс является степень обратимости химических процессов, используемых для их изготовления.

Термопласты не претерпевают химических изменений в своем составе при нагревании и, следовательно, могут подвергаться многократному формованию. Примеры включают полиэтилен (ПЭ), полипропилен (ПП), полистирол (ПС) и поливинилхлорид (ПВХ).

Термореактивные полимеры, или термореактивные полимеры, могут плавиться и принимать форму только один раз: после затвердевания они остаются твердыми. При повторном нагревании реактопласты разлагаются, а не плавятся. В процессе термореактивации происходит необратимая химическая реакция. Вулканизация резины является примером . этого процесса До нагревания в присутствии серы натуральный каучук ( полиизопрен ) представляет собой липкий, слегка жидкий материал; после вулканизации изделие получается сухим и жестким.

Аморфные пластики и кристаллические пластики

Многие пластмассы полностью аморфны (без высокоупорядоченной молекулярной структуры). включая термореактивные материалы, полистирол и метилметакрилат (ПММА). Кристаллические пластики имеют структуру из более равномерно расположенных атомов, например полиэтилен высокой плотности (ПЭВП), полибутилентерефталат (ПБТ) и полиэфирэфиркетон (ПЭЭК). Однако некоторые пластмассы имеют частично аморфную и частично кристаллическую молекулярную структуру, что дает им как температуру плавления, так и один или несколько стеклований (температура, выше которой степень локализованной молекулярной гибкости существенно увеличивается). К так называемым полукристаллическим пластикам относятся полиэтилен, полипропилен, поливинилхлорид, полиамиды (нейлоны), полиэфиры и некоторые полиуретаны.

Проводящие полимеры

Основная статья: Проводящий полимер

Внутренне проводящие полимеры (ICP) — это органические полимеры, проводящие электричество. В то время как проводимость ориентированного полиацетилена до 80 кСм/см , достигнута, она не приближается к большинству металлов. Например, медь имеет проводимость несколько сотен кСм/см.

Биоразлагаемые пластики и биопластики

Биоразлагаемые пластики

Основная статья: Биоразлагаемый пластик

Биоразлагаемые пластмассы — это пластмассы, которые разлагаются (разрушаются) под воздействием солнечного света или ультрафиолетового излучения ; вода или сырость; бактерии; ферменты; или ветровая абразия. Нападение насекомых, таких как свиристели и мучные черви, также можно рассматривать как форму биоразложения. Аэробная деградация требует, чтобы пластик обнажился на поверхности, тогда как анаэробная деградация будет эффективна на свалках или в системах компостирования. Некоторые компании производят биоразлагаемые добавки для усиления биоразложения. Хотя порошок крахмала можно добавлять в качестве наполнителя, чтобы облегчить разложение некоторых пластмасс, такая обработка не приводит к полному разрушению. Некоторые исследователи с помощью генной инженерии создали бактерии для синтеза полностью биоразлагаемых пластиков, таких как полигидроксибутират (ПГБ); однако по состоянию на 2021 год они все еще были относительно дорогостоящими.

Биопластики

Основная статья: Биопластик

В то время как большая часть пластмасс производится из нефтехимических продуктов, биопластики производятся в основном из возобновляемых растительных материалов, таких как целлюлоза и крахмал. Из-за ограниченности запасов ископаемого топлива и растущего уровня выбросов парниковых газов, вызванного, главным образом, сжиганием этого топлива, разработка биопластиков является растущей областью. Мировые мощности по производству пластиков на биологической основе оцениваются в 327 000 тонн в год. Напротив, мировое производство полиэтилена (ПЭ) и полипропилена (ПП), ведущих в мире полиолефинов нефтехимического происхождения, в 2015 году оценивалось в более чем 150 миллионов тонн.

Пластиковая промышленность

Пластиковая промышленность включает в себя глобальное производство, компаундирование , переработку и продажу пластиковых изделий. Хотя Ближний Восток и Россия производят большую часть необходимого нефтехимического сырья, производство пластика сосредоточено на глобальном Востоке и Западе. Индустрия пластмасс включает в себя огромное количество компаний и может быть разделена на несколько секторов:

Производство

По оценкам, в период с 1950 по 2017 год было произведено 9,2 миллиарда тонн пластика, причем более половины из них было произведено с 2004 года. С момента зарождения индустрии пластмасс в 1950-х годах мировое производство значительно возросло, достигнув 400 миллионов тонн в год. 2021 год; это больше, чем 381 миллион метрических тонн в 2015 году (без учета добавок). С 1950-х годов произошел быстрый рост использования пластмасс для упаковки, в строительстве и в других секторах. Если глобальные тенденции спроса на пластик сохранятся, то, по оценкам, к 2050 году ежегодное мировое производство пластика превысит 1,1 миллиарда тонн в год.

• Полипропиленовые заводы
• 
  Завод Slovnaft в Братиславе , Словакия.
• 
  Завод полипропилена SOCAR Polymer в Сумгайыте , Азербайджан

Ежегодное мировое производство пластика, 1950–2015 гг. Вертикальные линии обозначают рецессию 1973–1975 годов и финансовый кризис 2007–2008 годов, вызвавшие кратковременное снижение производства пластмасс.

Пластмассы производятся на химических заводах путем полимеризации исходных материалов ( мономеров ); которые почти всегда имеют нефтехимическую природу. Такие объекты обычно имеют большие размеры и визуально похожи на нефтеперерабатывающие заводы с разветвленными трубопроводами, проложенными повсюду. Большой размер этих заводов позволяет им использовать эффект масштаба . Несмотря на это, производство пластика не является особо монополизированным: на долю около 100 компаний приходится 90% мирового производства. Сюда входит сочетание частных и государственных предприятий. Примерно половина всего производства приходится на Восточную Азию, при этом Китай является крупнейшим производителем. Крупнейшие международные производители включают:

Мировое производство пластика (2020 г.)

Область	Глобальное производство
Китай	31%
Япония	3%
Остальная часть Азии	17%
НАФТА	19%
Латинская Америка	4%
Европа	16%
СНГ	3%
Ближний Восток и Африка	7%

• Дау Кемикал
• ЛайонделлБейселл
• Эксонмобиль
• САБИК
• БАСФ
• Сибур
• Шин-Эцу Кемикал
• Индорама Венчурс
• Синопек
• Браскем

Исторически Европа и Северная Америка доминировали в мировом производстве пластмасс. Однако с 2010 года Азия стала крупным производителем: на долю Китая в 2020 году пришлось 31% общего производства пластиковых смол. Региональные различия в объеме производства пластмасс обусловлены потребительским спросом, ценами на ископаемое топливо и инвестициями в нефтехимическую промышленность. Например, с 2010 года в США было инвестировано более 200 миллиардов долларов США в новые заводы по производству пластмасс и химикатов, чему способствовала низкая стоимость сырья. В Европейском Союзе (ЕС) также были сделаны крупные инвестиции в промышленность пластмасс, в которой занято более 1,6 миллиона человек с оборотом более 360 миллиардов евро в год. В 2016 году в Китае насчитывалось более 15 000 компаний по производству пластика, приносящих доход более 366 миллиардов долларов США.

В 2017 году на мировом рынке пластмасс доминировали термопласты – полимеры, которые можно плавить и перерабатывать. К термопластам относятся полиэтилен (ПЭ), полиэтилентерефталат (ПЭТ), полипропилен (ПП), поливинилхлорид (ПВХ), полистирол (ПС) и синтетические волокна, которые вместе составляют 86% всех пластмасс.

Компаундирование

Схема рецептуры пластика термопластичного материала

Пластик не продается в чистом виде, а смешивается с различными химикатами и другими материалами, которые вместе называются добавками. Они добавляются на этапе составления рецептуры и включают такие вещества, как стабилизаторы , пластификаторы и красители , которые предназначены для улучшения срока службы, технологичности или внешнего вида конечного изделия. В некоторых случаях это может включать смешивание различных типов пластика с образованием полимерной смеси , например, ударопрочного полистирола . Крупные компании могут самостоятельно составлять рецептуру перед началом производства, но некоторые производители поручают это третьей стороне. Компании, специализирующиеся на этой работе, известны как Compounders.

Рецептура термореактивного пластика относительно проста; поскольку он остается жидким до тех пор, пока не затвердеет до своей окончательной формы. Для термопластификаторов, из которых изготовлено большинство изделий, необходимо расплавить пластик для подмешивания добавок. Для этого необходимо нагреть его до температуры 150–320 ° C (300–610 ° F). Расплавленный пластик вязкий и имеет ламинарное течение , что приводит к плохому перемешиванию. Поэтому компаундирование осуществляется с использованием экструзионного оборудования, которое способно обеспечить необходимое тепло и перемешивание для получения правильно диспергированного продукта.

Концентрации большинства добавок обычно довольно низкие, однако для создания маточных продуктов можно добавлять высокие концентрации. Добавки в них концентрированы, но при этом хорошо диспергированы в основной смоле. Гранулы мастербатча можно смешивать с более дешевым сыпучим полимером, и их добавки будут высвобождаться во время обработки, образуя однородный конечный продукт. Это может быть дешевле, чем работа с полностью составным материалом, и особенно часто встречается при добавлении цвета.

Преобразование

Короткое видео о литье под давлением (9 мин 37 с)

Выдувное формование пластиковой бутылки для напитков

Компании, производящие готовую продукцию, называются переработчиками (иногда переработчиками). Подавляющее большинство пластмасс, производимых во всем мире, являются термопластичными, и для их формования их необходимо нагревать до расплавления. Существуют различные виды экструзионного оборудования, которое позволяет придать пластику практически любую форму.

• Выдув пленки - Пластиковые пленки (пакеты, пленка)
• Выдувное формование - Маленькие тонкостенные полые предметы в больших количествах (бутылки для напитков, игрушки)
• Ротационное формование - Крупные толстостенные полые предметы ( цистерны IBC )
• Литье под давлением - Твердые предметы (чехлы для телефонов, клавиатуры)
• Прядение — производит волокна ( нейлон , спандекс и т. д.).

Для термореактивных материалов процесс немного отличается, поскольку пластмассы изначально жидкие, но их необходимо отверждать, чтобы получить твердые продукты, но большая часть оборудования в целом аналогична.

Наиболее часто производимые пластиковые потребительские товары включают упаковку из ПЭВД (например, пакеты, контейнеры, упаковочная пленка для пищевых продуктов), контейнеры из ПЭВП (например, бутылки для молока, шампуня, баночки для мороженого) и ПЭТ (например, бутылки для воды и других напитков). ). Вместе на эти продукты приходится около 36% использования пластмасс в мире. Большинство из них (например, одноразовые стаканчики, тарелки, столовые приборы, контейнеры для еды на вынос, сумки) используются лишь в течение короткого периода времени, многие — менее суток. Использование пластмасс в строительстве, текстиле, транспорте и электрооборудовании также составляет значительную долю рынка пластмасс. Пластиковые предметы, используемые для таких целей, обычно имеют более длительный срок службы. Они могут использоваться в течение периода от примерно пяти лет (например, текстиль и электрооборудование) до более 20 лет (например, строительные материалы, промышленное оборудование).

Потребление пластика различается в разных странах и сообществах, при этом некоторые формы пластика проникли в жизнь большинства людей. На Северную Америку (т.е. на Североамериканское соглашение о свободной торговле или регион НАФТА) приходится 21% мирового потребления пластика, за ней следуют Китай (20%) и Западная Европа (18%). В Северной Америке и Европе наблюдается высокое потребление пластика на душу населения (94 кг и 85 кг на душу населения в год соответственно). В Китае потребление на душу населения ниже (58 кг на душу населения в год), но высокое потребление на национальном уровне из-за большой численности населения.

Виды пластмасс

Товарные пластмассы

Химическая структура и использование некоторых распространенных пластиков

Около 70% мирового производства сосредоточено на шести основных типах полимеров, так называемых товарных пластиках . В отличие от большинства других пластиков, их часто можно идентифицировать по идентификационному коду смолы (RIC):

Полиэтилентерефталат (ПЭТ или ПЭТ)

Полиэтилен высокой плотности (HDPE или PE-HD)

Поливинилхлорид (ПВХ или В)

Полиэтилен низкой плотности (ПЭВД или ПЭВД),

Полипропилен (ПП)

Полистирол (ПС)

Полиуретаны (PUR) и волокна PP&A. часто также включаются в число основных классов товаров, хотя обычно у них отсутствуют RIC, поскольку они представляют собой весьма разнообразные по химическому составу группы. Эти материалы недороги, универсальны и просты в работе, что делает их предпочтительным выбором для массового производства предметов повседневного спроса. Их самое большое применение — упаковка: в 2015 году таким образом было использовано около 146 миллионов тонн, что эквивалентно 36% мирового производства. Из-за их доминирования; Многие свойства и проблемы, обычно связанные с пластиками, такие как загрязнение окружающей среды , вызванное их плохой биоразлагаемостью , в конечном итоге связаны с товарными пластиками.

Помимо обычных пластиков существует огромное количество пластиков, многие из которых обладают исключительными свойствами.

Мировое производство пластика по типам полимеров (2015 г.)

Полимер	Производство (млн т)	Процент всего пластика (%)	Тип полимера	Тепловой характер
Полиэтилен низкой плотности (ПЭВД)	64	15.7	Полиолефин	Термопластик
Полиэтилен высокой плотности (HDPE)	52	12.8	Полиолефин	Термопластик
полипропилен (ПП)	68	16.7	Полиолефин	Термопластик
Полистирол (ПС)	25	6.1	Ненасыщенный полиолефин	Термопластик
Поливинилхлорид (ПВХ)	38	9.3	Галогенированный	Термопластик
Полиэтилентерефталат (ПЭТ)	33	8.1	Конденсат	Термопластик
Полиуретан (ПУР)	27	6.6	Конденсат	Термореактивный
PP&A волокна	59	14.5	Конденсат	Термопластик
Все остальные	16	3.9	Различный	Варьируется
Добавки	25	6.1	-	-
Общий	407	100	-	-

Инженерные пластики

Конструкционные пластмассы более прочны и используются для изготовления таких изделий, как детали автомобилей, строительные материалы и некоторые детали машин. В некоторых случаях они представляют собой полимерные смеси, образованные путем смешивания различных пластиков (ABS, HIPS и т. д.). Конструкционные пластики могут заменить металлы в транспортных средствах, снизив их вес и повысив топливную экономичность на 6–8%. Примерно 50% объема современных автомобилей изготовлено из пластика, но на его долю приходится лишь 12–17% веса автомобиля.

• Акрилонитрил-бутадиен-стирол (АБС): корпуса электронного оборудования (например, компьютерные мониторы, принтеры, клавиатуры) и дренажная труба.
• Ударопрочный полистирол (HIPS): вкладыши для холодильников, упаковка для пищевых продуктов и торговые стаканчики.
• Поликарбонат (ПК): компакт-диски, очки, защитные щиты , защитные окна, светофоры и линзы.
• Поликарбонат + акрилонитрил-бутадиен-стирол (ПК + АБС): смесь ПК и АБС, которая создает более прочный пластик, используемый во внутренних и внешних деталях автомобилей, а также в корпусах мобильных телефонов.
• Полиэтилен + акрилонитрил-бутадиен-стирол (ПЭ + АБС): скользкая смесь ПЭ и АБС, используемая в сухих подшипниках малой нагрузки.
• Полиметилметакрилат (ПММА) ( акрил ): контактные линзы (исходной «жесткой» разновидности), глазурь (наиболее известная в этой форме под различными торговыми названиями во всем мире; например, Perspex , Plexiglas и Oroglas), рассеиватели флуоресцентного света. и крышки задних фонарей для автомобилей. Он также составляет основу художественных и коммерческих акриловых красок , когда его суспендируют в воде с использованием других веществ.
• Силиконы (полисилоксаны): термостойкие смолы, используемые в основном в качестве герметиков, но также используются для высокотемпературной кухонной утвари и в качестве базовой смолы для промышленных красок.
• Мочевина-формальдегид (UF): один из аминопластов, используемый в качестве разноцветной альтернативы фенольным смолам: используется в качестве клея для древесины (для фанеры, ДСП, оргалита) и корпусов электрических выключателей.

Высокопроизводительные пластмассы

Высококачественные пластмассы обычно дороги, и их использование ограничивается специализированными применениями, в которых используются их превосходные свойства.

• Арамиды : наиболее известны благодаря использованию при изготовлении бронежилетов . Этот класс термостойких и прочных синтетических волокон также используется в аэрокосмической и военной промышленности, включая кевлар , номекс и тварон .
• Полиэтилены сверхвысокомолекулярного веса
• Полиэфирэфиркетон (PEEK): прочный, химически- и термостойкий термопласт; его биосовместимость позволяет использовать его в медицинских имплантатах и ​​авиационно-космических моделях. Это один из самых дорогих коммерческих полимеров.
• Полиэфиримид (PEI) (Ultem): высокотемпературный химически стабильный полимер, который не кристаллизуется.
• Полиимид : высокотемпературный пластик, используемый в таких материалах, как каптоновая лента.
• Полисульфон : высокотемпературная смола, перерабатываемая в расплаве, используемая в мембранах, фильтрующих материалах, погружных трубках водонагревателей и других высокотемпературных устройствах.
• Политетрафторэтилен (ПТФЭ) или тефлон : термостойкие покрытия с низким коэффициентом трения, используемые в антипригарных поверхностях сковород, сантехнической ленты и водных горок.
• Полиамидимид (PAI): высокопроизводительный конструкционный пластик, широко используемый в высокопроизводительных шестернях, переключателях, трансмиссиях и других автомобильных компонентах, а также в деталях аэрокосмической промышленности.

Галерея

• 
  Бутылки для воды из ПЭТ.
• 
  Полиэтилен высокой плотности ( HDPE ) используется для изготовления прочных контейнеров; прозрачные контейнеры могут быть изготовлены из ПЭТ.
• 
  Одноразовые костюмы могут быть изготовлены из нетканого полотна ПНД.
• 
  Пластиковые почтовые конверты из ПНД.
• 
  Прозрачные пластиковые пакеты (на фото) изготовлены из полиэтилена низкой плотности ( ПЭВД ); сумки для покупок с ручками, изготовленные методом выдувной пленки, теперь изготавливаются из полиэтилена высокой плотности.
• 
  Пакет Ziploc из ПЭВД.
• 
  Пищевая пленка из ПВД.
• 
  Металлизированная полипропиленовая пленка является широко используемым материалом для упаковки закусок.
• 
  Оболочка Kinder Joy из полипропилена.
• 
  Стул из полипропилена
• 
  Табуреты из ПНД
• 
  Пенополистирол ) («Термокол»
• 
  Экструдированный пенополистирол («Пенополистирол»)
• 
  Контейнер для еды на вынос Thermocol
• 
  Лоток для яиц из ПЭТ
• 
  Кусок упаковочного пенопласта из ПВД.
• 
  Кухонная губка из пенополиуретана.
• 
  антипригарным Посуда с покрытием и тефлоновым покрытием.
• 
  iPhone 5c — смартфон с из поликарбоната . цельным корпусом
• 
  Чтобы выдержать экстремальное давление воды , этот 10 метров глубиной резервуар аквариума Монтерей-Бей имеет окна из акрилового стекла толщиной до 33 см.
• 
  ПВХ трубы
• 
  Блистерная упаковка из ПВХ

Приложения

Наибольшее применение пластмассы имеют в качестве упаковочных материалов, но они используются и в широком спектре других секторов, включая: строительство (трубы, желоба, двери и окна), текстиль ( эластичные ткани , флис ), потребительские товары (игрушки, посуда, зубные щетки), транспорт (фары, бамперы, панели кузова , боковые зеркала ), электроника (телефоны, компьютеры, телевизоры) и детали машин.

Добавки

Добавки — это химические вещества, добавляемые в пластмассы для изменения их характеристик или внешнего вида, что позволяет изменять свойства пластмасс для лучшего соответствия их предполагаемому применению. Таким образом, добавки являются одной из причин, почему пластик используется так широко. Пластмассы состоят из цепочек полимеров. В качестве добавок к пластикам используется множество различных химикатов. Случайно выбранное пластиковое изделие обычно содержит около 20 добавок. Наименования и концентрации добавок обычно не указываются на продуктах.

В ЕС в больших объемах используется более 400 добавок. В ходе анализа мирового рынка было обнаружено 5500 добавок. Как минимум, все пластмассы содержат некоторые полимерные стабилизаторы , которые позволяют обрабатывать их из расплава (формовать) без разрушения полимера . Другие добавки не являются обязательными и могут добавляться по мере необходимости, при этом их содержание значительно варьируется в зависимости от применения. Количество добавок, содержащихся в пластмассах, варьируется в зависимости от функции добавок. Например, добавки в поливинилхлорид (ПВХ) могут составлять до 80% от общего объема. Чистый неподдельный пластик (смола для босоножек) никогда не продается, даже первичными производителями.

выщелачивание

Добавки могут быть слабо связаны с полимерами или вступать в реакцию в полимерной матрице. Хотя добавки смешиваются с пластиком, они остаются химически отличными от него и могут постепенно вымываться обратно во время нормального использования, на свалках или после неправильной утилизации в окружающей среде. Добавки также могут разлагаться с образованием других токсичных молекул. Фрагментация пластика на микропластик и нанопластик может позволить химическим добавкам перемещаться в окружающую среду далеко от места использования. После высвобождения некоторые добавки и производные могут сохраняться в окружающей среде и биоаккумулироваться в организмах. Они могут оказывать неблагоприятное воздействие на здоровье человека и биоту. Недавний обзор Агентства по охране окружающей среды США (US EPA) показал, что из 3377 химических веществ, потенциально связанных с пластиковой упаковкой, и 906, вероятно связанных с ней, 68 были оценены ECHA как «наибольшая опасность для здоровья человека», а 68 — как «наибольшая опасность для здоровья человека». экологических опасностей».

Переработка

Основная статья: Переработка пластика

Поскольку добавки изменяют свойства пластмасс, их следует учитывать при переработке. В настоящее время почти вся переработка осуществляется путем простой переплавки и преобразования использованного пластика в новые изделия. Добавки представляют опасность в переработанных продуктах, поскольку их трудно удалить. Когда пластиковые изделия перерабатываются, весьма вероятно, что добавки будут включены в новые продукты. Отходы пластика, даже если они состоят из полимеров одного и того же типа, будут содержать различные типы и количества добавок. Их смешивание может привести к получению материала с непостоянными свойствами, что может оказаться непривлекательным для промышленности. Например, смешивание пластика разного цвета с разными красителями для пластика может привести к образованию обесцвеченного или коричневого материала, и по этой причине перед переработкой пластик обычно сортируется как по типу полимера, так и по цвету.

Отсутствие прозрачности и отчетности по всей цепочке создания стоимости часто приводит к отсутствию знаний о химическом профиле конечной продукции. Например, продукты, содержащие бромированные антипирены, стали включать в состав новых пластиковых изделий. Антипирены — это группа химикатов, используемых в электронном и электрическом оборудовании, текстиле, мебели и строительных материалах, которые не должны присутствовать в упаковке пищевых продуктов или товарах по уходу за детьми. Недавнее исследование показало, что бромированные диоксины являются непреднамеренными загрязнителями игрушек, изготовленных из переработанных пластиковых электронных отходов , содержащих бромированные антипирены. Было обнаружено, что бромированные диоксины обладают токсичностью, аналогичной токсичности хлорированных диоксинов. Они могут оказывать негативное воздействие на развитие и негативное воздействие на нервную систему, а также нарушать механизмы эндокринной системы.

Влияние на здоровье

Многие споры, связанные с пластиками, на самом деле связаны с их добавками, поскольку некоторые соединения могут быть стойкими, биоаккумулируемыми и потенциально вредными. запрещенные в настоящее время антипирены ОктаБДЭ и ПентаБДЭ Примером этого являются , в то время как воздействие фталатов на здоровье остается предметом постоянной обеспокоенности общественности. Добавки также могут быть проблематичными, если отходы сжигаются, особенно когда сжигание неконтролируемо или происходит в низкотехнологичных мусоросжигательных установках, что является обычным явлением во многих развивающихся странах. Неполное сгорание может привести к выбросам опасных веществ, таких как кислые газы и зола, которая может содержать стойкие органические загрязнители (СОЗ), такие как диоксины .

Ряд добавок, признанных опасными для человека и/или окружающей среды, регулируется на международном уровне. Стокгольмская конвенция о стойких органических загрязнителях (СОЗ) представляет собой глобальный договор по защите здоровья человека и окружающей среды от химических веществ, которые остаются нетронутыми в окружающей среде в течение длительного времени, широко распределяются географически, накапливаются в жировых тканях людей и диких животных и вредное воздействие на здоровье человека или окружающую среду.

Другие добавки, оказавшиеся вредными, такие как кадмий , хром , свинец и ртуть (регулируемые Минаматской конвенцией о ртути ), которые ранее использовались в производстве пластмасс, запрещены во многих юрисдикциях. Однако их по-прежнему часто можно обнаружить в некоторых пластиковых упаковках, в том числе в упаковке пищевых продуктов. Использование добавки бисфенола А (BPA) в пластиковых детских бутылочках запрещено во многих частях мира, но не ограничено в некоторых странах с низким уровнем дохода.

В 2023 году у морских птиц был обнаружен пластиоз — новое заболевание, вызываемое исключительно пластиком. Птицы, у которых было выявлено это заболевание, имели рубцы на пищеварительном тракте из-за проглатывания пластиковых отходов. «Они обнаружили, что когда птицы заглатывают небольшие кусочки пластика, это воспаляет пищеварительный тракт. Со временем стойкое воспаление приводит к образованию рубцов и обезображиванию тканей, что влияет на пищеварение, рост и выживание».

Виды добавки

Тип добавки	Типичная концентрация при наличии (%)	Описание	Примеры соединений	Комментарий	Доля мирового аддитивного производства (по весу)
Пластификаторы	10–70	Пластмассы могут быть хрупкими: добавление пластификатора делает их более прочными, а добавление большого количества пластификаторов делает их гибкими.	Фталаты являются доминирующим классом, более безопасные альтернативы включают сложные эфиры адипата ( DEHA , DOA ) и цитрата эфиры ( ATBC и TEC ).	80–90% мирового производства используется в ПВХ, большая часть остального — в ацетате целлюлозы . используются высокие содержания. Для большинства продуктов содержание составляет от 10 до 35%, для пластизолей	34%
Огнезащитные средства	1–30	Поскольку большинство пластмасс являются продуктами нефтехимии, они легко горят; антипирены могут предотвратить это.	Бромированные антипирены , хлорированные парафины	Нехлорированные органофосфаты экологически более безопасны, хотя зачастую менее эффективны.	13%
Термостабилизаторы	0.3-5	Предотвращает деградацию, связанную с нагреванием	Традиционно производные свинца, кадмия и олова. Более безопасные современные альтернативы включают смеси бария и цинка и стеарат кальция , а также различные синергисты.	Используется почти исключительно из ПВХ.	5%
Наполнители	0–50	Наполнители. Может изменить внешний вид и механические свойства, может снизить цену.	Карбонат кальция «Мел», тальк , стеклянные шарики, сажа . Также армирующие наполнители, такие как углеродное волокно.	Большинство непрозрачных пластиков содержат наполнители. Высокие уровни также могут защитить от ультрафиолетовых лучей.	28%
Модификаторы воздействия	10–40	Повышенная прочность и устойчивость к повреждениям	Обычно это какой-либо другой эластомерный полимер, например каучуки, сополимеры стирола.	Хлорированный полиэтилен используется для ПВХ.	5%
Антиоксиданты	0.05–3	Защищает от разрушения во время обработки.	Фенолы , фосфитные эфиры , некоторые тиоэфиры.	Наиболее широко используемый тип добавок. Все пластмассы содержат полимерные стабилизаторы . те или иные	6%
Красители	0.001-10	Придает цвет	Многочисленные красители или пигменты.		2%
Смазочные материалы	0.1-3	Помощь в формовании/формовании пластика, включая технологические добавки (или добавки, улучшающие текучесть), разделительные средства , добавки, повышающие скольжение.	Опасные ПФАС . Парафиновый воск , эфиры воска , стеараты металлов (например, стеарат цинка с длинной цепью ), амиды жирных кислот ( олеамид , эрукамид)	Очень распространено. Все примеры образуют покрытие между пластиком и деталями машины во время производства. Снижает давление и энергопотребление в экструдере. Уменьшает недостатки.	2%
Светостабилизаторы	0.05–3	Защищает от УФ-повреждений	HALS , блокаторы УФ-излучения и гасители	Обычно используется только для предметов, предназначенных для использования на открытом воздухе.	1%
Другой		Различный	Противомикробные средства, антистатики , пенообразователи , зародышеобразователи , осветлители.		4%

Токсичность

Чистые пластмассы обладают низкой токсичностью из-за их нерастворимости в воде, а поскольку они имеют большую молекулярную массу, они биохимически инертны. Пластиковые изделия содержат множество добавок, однако некоторые из них могут быть токсичными. Например, пластификаторы, такие как адипаты и фталаты в хрупкие пластмассы, такие как ПВХ, часто добавляют , чтобы сделать их достаточно гибкими для использования в упаковке пищевых продуктов, игрушках и многих других предметах. Следы этих соединений могут вымываться из продукта. Из-за опасений по поводу воздействия таких фильтратов ЕС ограничил использование ДЭГФ (ди-2-этилгексилфталата) и других фталатов в некоторых применениях, а США ограничили использование ДЭГФ, ДПБ , ББФ , ДИНФ , ДИДФ. и DnOP в детских игрушках и товарах по уходу за детьми в соответствии с Законом о повышении безопасности потребительских товаров . Было высказано предположение, что некоторые соединения, вымываемые из пищевых контейнеров из полистирола, влияют на гормональные функции и считаются канцерогенами для человека (вещества, вызывающие рак). Другие химические вещества, вызывающие потенциальное беспокойство, включают алкилфенолы .

Хотя готовый пластик может быть нетоксичным, мономеры, используемые при производстве его исходных полимеров, могут быть токсичными. В некоторых случаях небольшие количества этих химикатов могут оставаться в продукте, если не будет применена соответствующая обработка. Например, здравоохранения (IARC) Всемирной организации Международное агентство по исследованию рака признало винилхлорид , предшественник ПВХ, канцерогеном для человека.

Бисфенол А (BPA)

См. Также: Влияние бисфенола А на здоровье.

Некоторые пластиковые изделия разлагаются до химических веществ с эстрогенной активностью. Основной строительный блок поликарбонатов, бисфенол А (BPA), является эстрогеноподобным разрушителем эндокринной системы , который может попадать в пищу. Исследования в журнале «Перспективы здоровья окружающей среды» показывают, что BPA, выщелоченный из внутренней оболочки консервных банок, стоматологических герметиков и поликарбонатных бутылок, может увеличить массу тела потомства лабораторных животных. Более недавнее исследование на животных показало, что даже незначительное воздействие BPA приводит к резистентности к инсулину, что может привести к воспалению и сердечным заболеваниям. По состоянию на январь 2010 года газета Los Angeles Times сообщила, что Управление по контролю за продуктами и лекарствами США (FDA) тратит 30 миллионов долларов на расследование признаков связи BPA с раком. Бис(2-этилгексил)адипат , присутствующий в пластиковой упаковке на основе ПВХ, также вызывает беспокойство, как и летучие органические соединения, присутствующие в запахе нового автомобиля . В ЕС действует постоянный запрет на использование фталатов в игрушках. В 2009 году правительство США запретило некоторые типы фталатов, обычно используемые в пластике.

Воздействие на окружающую среду

Инфографика коммуникационной кампании, показывающая, что к 2050 году в океанах будет больше пластика, чем рыбы.

См. также: Пластиковое загрязнение , Морской мусор и мусорное пятно Большого Тихого океана.

Поскольку химическая структура большинства пластмасс делает их долговечными, они устойчивы ко многим естественным процессам разложения. Большая часть этого материала может сохраняться в течение столетий или дольше, учитывая продемонстрированную стойкость структурно подобных природных материалов, таких как янтарь .

Существуют разные оценки того, сколько пластиковых отходов было произведено за последнее столетие. По одной из оценок, с 1950-х годов было выброшено один миллиард тонн пластиковых отходов. Другие оценивают совокупное производство человеком 8,3 миллиардов тонн пластика, из которых 6,3 миллиарда тонн являются отходами, и только 9% перерабатываются.

Подсчитано, что эти отходы состоят на 81% из полимерной смолы, на 13% из полимерных волокон и на 32% из добавок. В 2018 году было произведено более 343 миллионов тонн пластиковых отходов, 90% из которых составили бытовые пластиковые отходы (промышленные, сельскохозяйственные, коммерческие и муниципальные пластиковые отходы). Остальную часть составляли бытовые отходы производства смол и пластиковых изделий (например, материалы, забракованные из-за неподходящего цвета, твердости или технологических характеристик).

Организация Ocean Conservancy сообщила, что Китай, Индонезия, Филиппины, Таиланд и Вьетнам сбрасывают в море больше пластика, чем все остальные страны вместе взятые. Реки Янцзы, Инд, Желтая, Хай, Нил, Ганг, Жемчужина, Амур, Нигер и Меконг «переносят от 88% до 95% мирового груза [пластика] в море».

Присутствие пластика, особенно микропластика , в пищевой цепочке увеличивается. В 1960-х годах микропластик был обнаружен в кишечнике морских птиц, и с тех пор его концентрация увеличивается. Долгосрочные последствия использования пластика в пищевой цепочке плохо изучены. В 2009 году было подсчитано, что 10% современных отходов составляют пластик. хотя оценки различаются в зависимости от региона. Между тем, от 50% до 80% мусора в морских акваториях — это пластик. Пластик часто используется в сельском хозяйстве. В почве пластика больше, чем в океанах. Присутствие пластика в окружающей среде наносит ущерб экосистемам и здоровью человека.

Исследования воздействия на окружающую среду обычно сосредоточены на этапе утилизации. Однако производство пластмасс также несет ответственность за значительные экологические, медицинские и социально-экономические последствия.

До протокола Монреальского ХФУ широко использовались в производстве пластикового полистирола, производство которого способствовало разрушению озонового слоя .

Усилия по минимизации воздействия пластика на окружающую среду могут включать сокращение производства и использования пластика, политику утилизации отходов и переработки, а также активную разработку и внедрение альтернатив пластику , например, для экологически чистой упаковки .

Микропластик

Этот раздел представляет собой отрывок из книги «Микропластик» . [ редактировать ]

Микропластик в отложениях четырех рек Германии. Обратите внимание на разнообразные формы, обозначенные белыми стрелками. (Белые полосы соответствуют масштабу 1 мм.)

Фотодеградированная пластиковая соломинка. Легкое прикосновение разбивает более крупную соломинку на микропластик.

Микропластик — это фрагменты любого типа пластика длиной менее 5 мм (0,20 дюйма). По данным Национального управления океанических и атмосферных исследований США (NOAA) и Европейское химическое агентство . Они вызывают загрязнение, попадая в природные экосистемы из различных источников, включая косметику , одежду , упаковку пищевых продуктов и промышленные процессы.

Термин «макропластик» используется для того, чтобы отличить микропластик от более крупных пластиковых отходов , таких как пластиковые бутылки или более крупные куски пластика. В настоящее время признаны две классификации микропластика. К первичным микропластикам относятся любые пластиковые фрагменты или частицы , размер которых уже составляет 5,0 мм или меньше до попадания в окружающую среду . К ним относятся микроволокна от одежды, микрошарики , пластиковые блестки. и пластиковые гранулы (также известные как гранулы). Вторичный микропластик возникает в результате деградации (разрушения) более крупных пластиковых изделий в результате естественных процессов выветривания после попадания в окружающую среду. К таким источникам вторичного микропластика относятся бутылки из-под воды и газировки, рыболовные сети, пластиковые пакеты, контейнеры для микроволновой печи , чайные пакетики и изношенные шины. Оба типа, как известно, сохраняются в окружающей среде в больших количествах, особенно в водных и морских экосистемах , где они вызывают загрязнение воды . 35% всего микропластика в океане поступает из текстиля/одежды, главным образом из-за эрозии одежды на основе полиэстера , акрила или нейлона , часто в процессе стирки. Однако микропластик также накапливается в воздухе и наземных экосистемах .

Поскольку пластик разлагается медленно (часто в течение сотен и тысяч лет), Микропластик имеет высокую вероятность попадания в организм, включения и накопления в телах и тканях многих организмов. Токсичные химические вещества , поступающие как из океана, так и из стоков, также могут способствовать биоусилению пищевой цепи. Было продемонстрировано, что в наземных экосистемах микропластик снижает жизнеспособность почвенных экосистем и уменьшает вес дождевых червей . Цикл и перемещение микропластика в окружающей среде до конца не известны, но в настоящее время проводятся исследования по изучению этого явления. Исследования глубоководных океанских отложений в Китае (2020 г.) показывают наличие пластика в слоях отложений, которые намного старше изобретения пластика, что приводит к подозрению в недооценке микропластика при исследованиях поверхностных образцов океана. Точно так же их находили в высоких горах, на больших расстояниях от их источника.

Исследование 2024 года обнаружило микропластик в каждом протестированном образце спермы. Микропластик также был обнаружен в крови человека, хотя его влияние в значительной степени неизвестно.

Разложение пластмасс

Основная статья: Деградация полимера

Пластмассы разлагаются в результате множества процессов, наиболее значимым из которых обычно является фотоокисление . Их химическая структура определяет их судьбу. полимеров Разложение в морской среде занимает гораздо больше времени из-за соленой среды и охлаждающего воздействия моря, что способствует сохранению пластикового мусора в определенных средах. Однако недавние исследования показали, что пластик в океане разлагается быстрее, чем считалось ранее, из-за воздействия солнца, дождя и других условий окружающей среды, что приводит к выбросу токсичных химических веществ, таких как бисфенол А. Однако из-за увеличения объёма пластика в океане разложение замедлилось. Организация Marine Conservancy спрогнозировала скорость разложения нескольких пластиковых изделий: по оценкам, пенопластовый стаканчик прослужит 50 лет, пластиковый держатель для напитков — 400 лет, одноразовый подгузник — 450 лет, а леска — 600 лет. деградировать.

Науке известны виды микробов, способные разлагать пластик, некоторые из которых потенциально полезны для утилизации определенных классов пластиковых отходов.

• В 1975 году группа японских ученых, изучающих пруды, содержащие сточные воды нейлонового завода, обнаружила штамм Flavobacterium , который переваривает определенные побочные продукты производства нейлона-6 , такие как линейный димер 6-аминогексаноата . Нейлон 4 (полибутиролактам) может разлагаться нитями ND-10 и ND-11 Pseudomonas sp. обнаруживается в осадке, в результате чего в качестве побочного продукта образуется ГАМК (γ-аминомасляная кислота).
• Несколько видов почвенных грибов могут потреблять полиуретан. включая два вида эквадорского гриба Pestalotiopsis . Они могут потреблять полиуретан как аэробно, так и анаэробно (например, на дне свалок).
• Метаногенные микробные консорциумы разлагают стирол, используя его в качестве источника углерода. Pseudomonas putida может превращать стирольное масло в различные биоразлагаемые пластики | биоразлагаемые полигидроксиалканоаты .
• Было показано, что микробные сообщества, выделенные из образцов почвы, смешанной с крахмалом, способны разлагать полипропилен.
• Грибок Aspergillus fumigatus эффективно разлагает пластифицированный ПВХ. Phanerochaete chrysosporium выращивали на ПВХ в агаре с минеральными солями. P. chrysosporium , Lentinus tigrinus , A. niger и A. sydowii также могут эффективно разлагать ПВХ.
• Фенол-формальдегид, широко известный как бакелит, разлагается грибом белой гнили P. chrysosporium .
• Acinetobacter Было обнаружено, что частично разлагает олигомеры полиэтилена с низкой молекулярной массой . При совместном использовании Pseudomonas fluorescens и Sphingomonas могут разлагаться более 40% веса пластиковых пакетов менее чем за три месяца. Термофильная бактерия Brevibacillus borstelensis (штамм 707) была выделена из образца почвы и оказалась способной использовать полиэтилен низкой плотности в качестве единственного источника углерода при инкубации при 50 °C. Предварительное воздействие на пластик ультрафиолетового излучения разрушает химические связи и способствует биоразложению; чем дольше период воздействия УФ-излучения, тем больше ускоряется деградация.
• На борту космических станций была обнаружена опасная плесень, которая разлагает резину до легкоусвояемой формы.
• Несколько видов дрожжей, бактерий, водорослей и лишайников были обнаружены растущими на синтетических полимерных артефактах в музеях и археологических раскопках.
• В загрязненных пластиком водах Саргассова моря обнаружены бактерии, потребляющие различные виды пластика; однако неизвестно, в какой степени эти бактерии эффективно очищают яды, а не просто выпускают их в морскую микробную экосистему.
• Микробы, питающиеся пластиком, также были обнаружены на свалках.
• Нокардия может разрушать ПЭТ с помощью фермента эстеразы.
• гриб Geotrichum candidum , обнаруженный в Белизе, поедает поликарбонатный пластик, содержащийся в компакт-дисках. Было обнаружено, что
• Дома Futuro изготавливаются из полиэфиров, армированных стекловолокном, полиэфир-полиуретана и ПММА. Было обнаружено, что один из таких домов подвергся разрушительному воздействию цианобактерий и архей .

Ручная сортировка материалов для переработки

Переработка

Этот раздел представляет собой отрывок из статьи «Переработка пластика» . [ редактировать ]

Переработка пластика

По часовой стрелке сверху слева:

• Сортировка пластиковых отходов в однопоточном центре переработки
• Отсортированные по цвету использованные бутылки в тюках
• Восстановленный ПНД готов к переработке
• Лейка из переработанных бутылок

Переработка пластика — это переработка пластиковых отходов в другие продукты. Переработка может снизить зависимость от свалок , сохранить ресурсы и защитить окружающую среду от пластикового загрязнения и выбросов парниковых газов . Темпы переработки отстают от показателей других восстанавливаемых материалов, таких как алюминий , стекло и бумага . С начала производства до 2015 года в мире было произведено около 6,3 миллиардов тонн пластиковых отходов, из которых только 9% были переработаны, и только ~1% перерабатывался более одного раза. Из оставшихся отходов 12% было сожжено, а 79% либо отправлено на свалку, либо потеряно в окружающую среду в виде загрязнения.

Почти весь пластик не биоразлагаем и без переработки распространяется по окружающей среде. где это может причинить вред. Например, по состоянию на 2015 год около 8 миллионов тонн пластиковых отходов ежегодно попадают в океаны, нанося ущерб экосистеме и образуя океанские мусорные пятна . Даже самые качественные процессы переработки приводят к образованию значительного количества пластиковых отходов в процессе сортировки и очистки, в результате чего в сточных водах выделяется большое количество микропластика , а в процессе технологического процесса выделяется большое количество микропластика.

Почти вся переработка является механической: плавление и преобразование пластика в другие предметы. Это может вызвать деградацию полимера на молекулярном уровне и требует сортировки отходов по цвету и типу полимера перед обработкой, что сложно и дорого. Ошибки могут привести к получению материала с противоречивыми свойствами, что сделает его непривлекательным для промышленности. При переработке сырья отходы пластика превращаются в исходные химические вещества, которые затем могут стать свежим пластиком. Это предполагает более высокие энергетические и капитальные затраты . В качестве альтернативы пластик можно сжигать вместо ископаемого топлива , на установках по рекуперации энергии или биохимически преобразовывать в другие полезные химические вещества для промышленности. В некоторых странах сжигание является доминирующей формой утилизации пластиковых отходов, особенно там, где по перенаправлению отходов на свалки действует политика .

Переработка пластика занимает последнее место в иерархии отходов . Его пропагандировали с начала 1970-х годов. но из-за экономических и технических проблем не оказывал существенного воздействия на пластиковые отходы до конца 1980-х годов. Промышленность пластмасс подвергалась критике за лоббирование расширения программ переработки, хотя исследования показали, что большая часть пластика не может быть переработана с экономической точки зрения.

Пиролиз

При нагревании до температуры выше 500°C в отсутствие кислорода ( пиролиз ) пластмассы можно расщепить на более простые углеводороды . Их можно повторно использовать в качестве исходного материала для новых пластмасс. Их также можно использовать в качестве топлива.

Изменение климата

См. также: Этилен § Выбросы_парникового газа.

По данным ОЭСР, парниковые газы , эквивалентные 1,8 миллиардам тонн углекислого газа (CO _{2 ), или 3,4% мировых выбросов.} в 2019 году пластик внес в атмосферу Они говорят, что к 2060 году пластик может выделять 4,3 миллиарда тонн выбросов парниковых газов в год.

Влияние пластика на глобальное потепление неоднозначно. Пластмассы обычно производятся из ископаемого газа или нефти, поэтому производство пластмасс создает дополнительные неорганизованные выбросы метана при добыче ископаемого газа или нефти. Кроме того, большая часть энергии, используемой в производстве пластмасс, не является устойчивой энергией , например, высокая температура от сжигания ископаемого газа. Однако пластмассы могут ограничить некоторые выбросы метана, например, упаковка для сокращения пищевых отходов.

Производство пластмасс

Производство пластмасс из сырой нефти требует от 7,9 до 13,7 кВтч/фунт (с учетом средней эффективности электростанций США в 35%). Производство кремния и полупроводников для современного электронного оборудования является еще более энергозатратным: от 29,2 до 29,8 кВтч/фунт для кремния и около 381 кВтч/фунт для полупроводников. Это намного превышает энергию, необходимую для производства многих других материалов. Например, для производства железа (из железной руды) требуется 2,5–3,2 кВтч/фунт энергии; стекло (из песка и т.п.) 2,3–4,4 кВтч/фунт; сталь (из железа) 2,5–6,4 кВтч/фунт; и бумага (из древесины) 3,2–6,4 кВтч/фунт.

Сжигание пластмасс

Быстрое горение пластика при очень высоких температурах разрушает многие токсичные компоненты, такие как диоксины и фураны . Этот подход широко используется при сжигании твердых бытовых отходов . Установки для сжигания твердых бытовых отходов также обычно очищают дымовые газы для дальнейшего снижения содержания загрязняющих веществ, что необходимо, поскольку при неконтролируемом сжигании пластика образуются канцерогенные полихлорированные дибензо-п-диоксины . Сжигание пластика на открытом воздухе происходит при более низких температурах и обычно выделяет такие токсичные пары.

В Европейском Союзе сжигание бытовых отходов регулируется Директивой о промышленных выбросах . который предусматривает минимальную температуру 850 °C в течение не менее двух секунд.

История

Хронологическое руководство см. в разделе «Хронология развития пластики» .

Развитие пластмасс эволюционировало от использования натуральных пластических материалов (например, камедей и шеллака ) к использованию химической модификации этих материалов (например, натурального каучука, целлюлозы , коллагена и молочных белков ) и, наконец, к полностью синтетическим материалам. пластмассы (например, бакелит, эпоксидная смола и ПВХ). Ранние пластмассы представляли собой материалы биологического происхождения, такие как белки яиц и крови, которые являются органическими полимерами . Примерно в 1600 году до нашей эры мезоамериканцы использовали натуральный каучук для изготовления мячей, лент и фигурок. использовались в качестве окон для фонарей Обработанные рога крупного рогатого скота в средние века . Материалы, имитирующие свойства рогов, были созданы путем обработки молочных белков щелочью. В девятнадцатом веке, когда химия развивалась во время промышленной революции , сообщалось о многих материалах. Развитие пластмасс ускорилось с Чарльзом Гудиером открытием в 1839 году вулканизации для отверждения натурального каучука.

Мемориальная доска в честь Паркса в Музее науки Бирмингема

Паркезин , изобретенный Александром Паркесом в 1855 году и запатентованный в следующем году. считается первым искусственным пластиком. Его изготавливали из целлюлозы (основного компонента стенок растительных клеток), обработанной азотной кислотой в качестве растворителя. Продукт процесса (широко известный как нитрат целлюлозы или пироксилин) можно растворить в спирте и затвердеть в прозрачный и эластичный материал, который можно будет формовать при нагревании. Включив в продукт пигменты, можно сделать его похожим на слоновую кость. Паркезин был представлен на Международной выставке 1862 года в Лондоне и принес Парксу бронзовую медаль.

В 1893 году французский химик Огюст Триллат открыл способ переводить казеин в нерастворимую форму (молочные белки) путем погружения в формальдегид, получая материал, продаваемый под названием галалит . В 1897 году владельцу массовой типографии Вильгельму Крише из Ганновера (Германия) было поручено разработать альтернативу классным доскам. Полученный в результате пластик из казеина в форме рога был разработан в сотрудничестве с австрийским химиком (Фридрихом) Адольфом Шпиттелером (1846–1940). Несмотря на то, что он непригоден для предполагаемой цели, будут обнаружены другие варианты использования.

Первым в мире полностью синтетическим пластиком был бакелит , изобретенный в Нью-Йорке в 1907 году Лео Бэкеландом . который ввел термин «пластик» . Многие химики внесли свой вклад в материаловедение пластмасс, в том числе нобелевский лауреат Герман Штаудингер , которого называли «отцом химии полимеров », и Герман Марк , известный как «отец физики полимеров ».

После Первой мировой войны усовершенствования в химии привели к взрывному росту количества новых форм пластмасс, массовое производство которых началось в 1940-х и 1950-х годах. Среди первых примеров волны новых полимеров был полистирол (впервые произведенный компанией BASF в 1930-х годах). и поливинилхлорид (впервые созданный в 1872 году, но коммерчески произведенный в конце 1920-х годов). В 1923 году компания Durite Plastics, Inc. стала первым производителем фенол-фурфурольных смол. В 1933 году полиэтилен был открыт исследователями Imperial Chemical Industries (ICI) Реджинальдом Гибсоном и Эриком Фосеттом.

Открытие полиэтилентерефталата приписывается сотрудникам Ассоциации принтеров Calico в Великобритании в 1941 году; на него была лицензирована компания DuPont для США и ICI в других случаях, и он был одним из немногих пластиков, пригодных в качестве замены стекла во многих обстоятельствах, что привело к широкому использованию бутылок в Европе. открыл полипропилен В 1954 году Джулио Натта , а в 1957 году его начали производить. изобрела пенополистирол (используемый для изоляции зданий, упаковки и стаканчиков) Также в 1954 году компания Dow Chemical .

Политика

См. Также: Глобальный договор о загрязнении пластиком.

В настоящее время ведется работа по разработке глобального договора по борьбе с пластиковым загрязнением . 2 марта 2022 года государства-члены ООН проголосовали на возобновленной пятой Ассамблее ООН по окружающей среде (UNEA-5.2) за создание Межправительственного переговорного комитета (INC) с мандатом на продвижение юридически обязательного международного соглашения по пластику. Резолюция озаглавлена ​​«Положить конец пластиковому загрязнению: на пути к международному юридически обязательному документу». В мандате указывается, что ИНК должен начать свою работу к концу 2022 года с целью «завершения проекта глобального юридически обязательного соглашения к концу 2024 года».

См. также

• Американский альянс перерабатываемых пластиковых пакетов – лоббистская группа производителей и переработчиков
• Строительство кукурузы - Использование кукурузы (кукурузы) в строительстве.
• Светоактивируемая смола – смола, которая отверждается под воздействием света соответствующей длины волны. Страницы, отображающие описания викиданных в качестве запасного варианта.
• Органический светоизлучающий диод — диод, излучающий свет из органического соединения. Страницы с краткими описаниями целей перенаправления.
• Полиэтиленовая пленка – тонкий непрерывный полимерный материал.
• Загрязнение пластиком . Накопление пластика в природных экосистемах.
• Техника пластмасс – Проектирование и производство изделий из пластмасс.
• Пластиккультура - Использование пластиковых материалов в сельском хозяйстве.
• Пластисфера - пластиковый мусор, взвешенный в воде, и живущие в ней организмы.
• Пополнение (схема) - Страницы британской экологической кампании с краткими описаниями целей перенаправления.
• Рулонная обработка — метод многократной печати, при котором печать осуществляется непосредственно на рулоне ткани или других материалов. Страницы, отображающие описания викиданных в качестве запасного варианта.
• Самовосстанавливающийся пластик . Вещества, способные восстанавливаться самостоятельно. Страницы с краткими описаниями целей перенаправления.
• Термическая очистка – Техника промышленной очистки
• Термоформование - производственный процесс формования пластика с помощью тепла.
• Хронология технологии материалов – страницы инструментов с краткими описаниями без пробелов.

Пластичный в смысле податливый

• Пластическое искусство - искусство, предполагающее физические манипуляции.
• Коэффициент пластичности - алгебраическое число, примерно 1,3247.

Ссылки

• Значительная часть этого текста взята из книги Грега Гебеля «Введение в пластмассы v1.0» (1 марта 2001 г.), которая находится в свободном доступе .

Источники

В эту статью включен текст из бесплатного контента . Лицензия: Cc BY-SA 3.0 IGO ( лицензионное заявление/разрешение ). Текст взят из документа «Утопление в пластике – важные графики морского мусора и пластиковых отходов» , Программа ООН по окружающей среде.

Внешние ссылки

• «Коллекция Дж. Гарри Дюбуа по истории пластмасс, около 1900–1975» . Архивный центр, Национальный музей американской истории, Смитсоновский институт . Архивировано из оригинала 12 февраля 2006 года.
• «Свойства пластмасс – механические, термические и электрические свойства» . Пластикс Интернэшнл . Архивировано из оригинала 24 марта 2017 года.
• «Историческое общество пластмасс» .
• «История пластмасс, Общество промышленности пластмасс» . Plasticsindustry.org . Архивировано из оригинала 6 июля 2009 года.
• Найт Л. (17 мая 2014 г.). «Краткая история пластмасс, натуральных и синтетических» . Журнал Би-би-си .
• «Хронология важной вехи литья пластмасс под давлением и пластмасс» . Танграм Технолоджи Лтд . 27 июня 2014 г.