С самого начала, во время и после Второй мировой войны, коммерческая индустрия полимеров (длинноцепочечных синтетических молекул, термин «пластмассы» которых часто называют «пластмассами») быстро росла.В 2015 году в мире было произведено более 320 миллионов тонн полимеров, не считая волокон.
[Диаграмма: Разговор] До последних пяти лет разработчики полимерных изделий обычно не задумывались о том, что произойдет после окончания первоначального срока службы их продукции.Ситуация начинает меняться, и в предстоящие годы этому вопросу потребуется уделять больше внимания.
ПЛАСТМАССОВАЯ ПРОМЫШЛЕННОСТЬ
Слово «пластик» стало несколько ошибочным способом описания полимеров.Обычно эти молекулы получают из нефти или природного газа и представляют собой длинноцепочечные молекулы с сотнями и тысячами звеньев в каждой цепи.Длинные цепи передают важные физические свойства, такие как прочность и вязкость, с которыми короткие молекулы просто не могут сравниться.
«Пластик» на самом деле является сокращенной формой термина «термопластик», термина, описывающего полимерные материалы, которым можно придавать форму и изменять ее форму с помощью тепла.
Современная полимерная промышленность была фактически создана Уоллесом Карозерсом из компании DuPont в 1930-х годах.Его кропотливая работа над полиамидами привела к коммерциализации нейлона, поскольку нехватка шелка во время войны вынуждала женщин искать чулки в других местах.
Когда во время Второй мировой войны другие материалы стали дефицитными, исследователи обратились к синтетическим полимерам, чтобы заполнить пробелы.Например, поставки натурального каучука для автомобильных шин были прекращены из-за японского завоевания Юго-Восточной Азии, что привело к созданию синтетического полимерного эквивалента.
Прорывы в химии, вызванные любопытством, привели к дальнейшему развитию синтетических полимеров, в том числе широко используемого сейчас полипропилена и полиэтилена высокой плотности.На некоторые полимеры, например тефлон, наткнулись случайно.
В конце концов, сочетание потребностей, научных достижений и счастливой случайности привело к появлению полного набора полимеров, которые теперь можно легко распознать как «пластики».Эти полимеры были быстро коммерциализированы благодаря желанию снизить вес изделий и предоставить недорогие альтернативы натуральным материалам, таким как целлюлоза или хлопок.
ВИДЫ ПЛАСТИКА
В производстве синтетических полимеров в мире преобладают полиолефины – полиэтилен и полипропилен.
Полиэтилен бывает двух типов: «высокой плотности» и «низкой плотности».В молекулярном масштабе полиэтилен высокой плотности выглядит как расческа с равномерно расположенными короткими зубцами.С другой стороны, версия с низкой плотностью выглядит как расческа с неравномерно расположенными зубцами произвольной длины — что-то вроде реки и ее притоков, если смотреть сверху.Хотя оба они полиэтиленовые, различия в форме приводят к тому, что эти материалы ведут себя по-разному при формовании пленок или других изделий.
[Диаграмма: Разговор]
Полиолефины доминируют по нескольким причинам.Во-первых, их можно производить с использованием относительно недорогого природного газа.Во-вторых, это самые легкие синтетические полимеры, производимые в больших масштабах;их плотность настолько мала, что они плавают.В-третьих, полиолефины устойчивы к воздействию воды, воздуха, жиров, чистящих растворителей – всего того, с чем эти полимеры могут столкнуться при использовании.Наконец, из них легко формовать продукты, и при этом они достаточно прочны, чтобы изготовленная из них упаковка не деформировалась в грузовике, стоящем на солнце весь день.
Однако у этих материалов есть серьезные недостатки.Они мучительно медленно разлагаются, а это означает, что полиолефины будут сохраняться в окружающей среде от десятилетий до столетий.Между тем, воздействие волн и ветра механически истирает их, создавая микрочастицы, которые могут быть проглочены рыбами и животными и продвигаются по пищевой цепи к нам.
Переработка полиолефинов не так проста, как хотелось бы, из-за проблем со сбором и очисткой.Кислород и тепло вызывают повреждение цепи во время переработки, а продукты питания и другие материалы загрязняют полиолефин.Продолжающиеся достижения в области химии привели к созданию новых сортов полиолефинов с повышенной прочностью и долговечностью, но они не всегда могут смешиваться с другими сортами во время переработки.Более того, полиолефины часто комбинируют с другими материалами в многослойной упаковке.Хотя эти многослойные конструкции работают хорошо, их невозможно переработать.
Полимеры иногда критикуют за то, что они производятся из все более дефицитной нефти и природного газа.Однако доля природного газа или нефти, используемая для производства полимеров, очень мала;менее 5% нефти или природного газа, добываемого каждый год, используется для производства пластмасс.Кроме того, этилен можно производить из этанола из сахарного тростника, как это коммерчески делает компания Braskem в Бразилии.
КАК ИСПОЛЬЗУЕТСЯ ПЛАСТИК
В зависимости от региона на упаковку расходуется от 35% до 45% всего производимого синтетического полимера, среди которого преобладают полиолефины.Полиэтилентерефталат, полиэфир, доминирует на рынке бутылок для напитков и текстильных волокон.
Строительство потребляет еще 20% от общего объема производимых полимеров, среди которых доминируют трубы из ПВХ и его химические аналоги.Трубы из ПВХ легкие, их можно склеивать, а не паять или сваривать, и они очень устойчивы к разрушительному воздействию хлора в воде.К сожалению, атомы хлора, которые придают ПВХ это преимущество, затрудняют его переработку: большая часть его выбрасывается в конце срока службы.
Полиуретаны, целое семейство родственных полимеров, широко используются в пеноизоляции домов и бытовой техники, а также в архитектурных покрытиях.
Автомобильный сектор использует все больше термопластов, в первую очередь для снижения веса и, следовательно, достижения более высоких стандартов топливной эффективности.По оценкам Европейского Союза, 16% веса среднего автомобиля составляют пластиковые компоненты, особенно внутренние детали и компоненты.
Более 70 миллионов тонн термопластов в год используется в текстиле, в основном в одежде и ковровых покрытиях.Более 90% синтетических волокон, в основном полиэтилентерефталата, производятся в Азии.Рост использования синтетических волокон в одежде произошел за счет натуральных волокон, таких как хлопок и шерсть, для производства которых требуется значительное количество сельскохозяйственных угодий.В индустрии синтетических волокон наблюдается резкий рост производства одежды и ковровых покрытий благодаря интересу к особым свойствам, таким как эластичность, впитывание влаги и воздухопроницаемость.
Как и в случае с упаковкой, текстиль обычно не перерабатывается.Среднестатистический гражданин США ежегодно производит более 90 фунтов текстильных отходов.По данным Гринпис, среднестатистический человек в 2016 году каждый год покупал на 60% больше предметов одежды, чем среднестатистический человек 15 лет назад, и хранит одежду в течение более короткого периода времени.
Время публикации: 03 июля 2023 г.