Пластмаса: какво е, видове, производство, свойства и рециклиране

Какво представляват пластмасите

Повечето пластмаси са създадени от човека и не се срещат в природата. Процесът на производство обикновено е сложен. Материалите, които наричаме пластмаси, са предимно полимери — дълги вериги от атоми, свързани помежду си. В повечето пластмаси тази верига е от въглеродни атоми, към които са свързани различни странични групи и атоми. Формата, дължината и разклоненията на веригите, както и вида на химичните групи, определят твърдостта, гъвкавостта, устойчивостта на топлина и химикали на дадена пластмаса.

Кратка история

Хората експериментират с материали, подобни на пластмаса, от дълго време. Английският изобретател Александър Паркс (1813–1890 г.) създава ранна форма на пластмаса през 1855 г. Тя е твърда, но гъвкава и прозрачна; нарекъл я "Паркезин", днес позната като "целулоид". С развитието на нефтохимията през 20. век се появяват много от съвременните синтетични полимери.

Видове пластмаси

• Термопластични — могат да се омекотяват при нагряване и отново да се втвърдяват при охлаждане. Това ги прави подходящи за формоване, екструзия и 3D принтиране. Примери: полиетилен (PE), полипропилен (PP), полистирен (PS), поливинилхлорид (PVC).
• Термореактивни (термосети) — полимеризират се веднъж и след това не могат да бъдат омекотени чрез нагряване. Имат висока твърдост и термична устойчивост. Използват се в електроизолация, лепила и композити.
• Еластомери — гуми с голяма еластичност и възвръщаемост на формата (например силиконови каучукове и някои синтетични гумени смеси).
• Биопластмаси — произведени от възобновяеми ресурси (растения, бактерии) или разработени да са биоразградими. Някои от тях са напълно биоразградими, други са само биобазирани, но не се разграждат лесно.

Производство

Пластмасите в индустриален мащаб най-често са нефтохимически продукти, произведени от природен газ или от петрол. Инженерите-химици преработват суровината чрез нагряване и крекинг, при което се получават мономери като етилен и пропилен. Тези мономери се свързват чрез химични реакции (полимеризация), за да образуват дълги вериги — полимери (полимер).

• Основни методи на полимеризация: адитивна (верижна) и кондиционна (кондензационна).
• След синтеза пластмасовите материали често се смесват с добавки — пластификатори, стабилизатори, багрила, противопожарни добавки, пълнители като стъкло или минерали — за да се подобрят механичните и експлоатационни свойства.
• Готовите гранули или прахове се обработват чрез екструзия, инжекционно формоване, леене или 3D принтиране.

Свойства

Пластмасите имат широка гама от свойства, в зависимост от химичната структура и добавките:

• Механични: твърдост, якост, удароустойчивост, еластичност.
• Термични: точка на омекване, устойчивост на високи температури, топлопроводимост.
• Химични: устойчивост на корозия, разтворители, киселини и основи.
• Електрически: изолационни свойства или проводимост при специални добавки.
• Естетически и функционални: прозрачност, цвят, повърхностна текстура, лесно почистване.

Някои пластмаси могат да отделят токсични изпарения при нагряване или при изгаряне; други са по-безопасни за употреба в хранителната индустрия или медицината, когато са специално разработени и сертифицирани.

Рециклиране и оползотворяване

Старите пластмаси често се изхвърлят и депонират на сметищата, но това води до замърсяване и заема място. Някои пластмаси се рециклират механично или химично, за да се намали отпадъкът и потреблението на суровини.

• Механично рециклиране: събиране, сортиране, почистване, смилане и повторно шприцване на гранули. Подходящо за много термопластични материали, но качеството може да намалее след няколко цикъла.
• Химично рециклиране: разграждане на полимера до мономери или други химикали, които могат да се използват за производство на нов полимер. Подходящо за пластмаси, които не могат лесно да се рециклират механично.
• Енергийно оползотворяване: изгаряне с възстановяване на енергия при контролирани условия (като алтернатива, когато рециклирането не е възможно).
• Компостиране: някои биоразградими пластмаси могат да се компостират индустриално, но не всички биопластмаси са компостируеми в домашни условия.

Въздействие върху околната среда и алтернативи

Пластмасите имат значителен екологичен отпечатък: производство от изкопаеми горива, замърсяване на почви и води, натрупване в океаните и риск за дивата природа. Някои пластмаси се разграждат много бавно и образуват микро- и нанопластмаси.

За смекчаване на тези проблеми се разработват алтернативи и мерки:

• Биопластмаси — произведени от възобновяеми ресурси или от бактерии; някои са биоразградими. Важно е да се прави разлика между биобазирани и биоразградими; не всички биобазирани са разградими.
• Намаляване на потреблението — преход към многократни опаковки, по-добър дизайн за рециклиране и намаляване на ненужните изделия.
• Подобряване на системите за събиране и сортиране на отпадъци, разширяване на капацитета за рециклиране и въвеждане на кръгова икономика.

Добавки и съчетаване с други материали

Към пластмасите често се добавят вещества, които променят свойствата им: пластификатори (за мекота), стабилизатори (за UV-устойчивост), багрила, противопожарни добавки и пълнители като стъкло или минерали за повишаване на якост и твърдост. Понякога пластмасата се комбинира с метал или влакна, за да се получат композитни материали с по-добри механични показатели.

Заключение

Пластмасите са изключително полезни материали с голямо приложение, но тяхното производство, използване и изхвърляне носят екологични предизвикателства. По-добрият дизайн за рециклируемост, развитие на биопластмаси и системи за ефективно събиране и оползотворяване ще помогнат за намаляване на вредното въздействие и за преминаване към по-устойчиво използване на този материал.