Как производят пластик и для чего он используется?

Мы не знаем, ожидал ли британский изобретатель Александр Паркс, который в 1855 году первым изготовил пластичный материал — целлулоид — из природного полимера, какой великий прорыв он совершает. Между тем, оно положило начало технологической революции, ознаменовавшейся появлением новых типов материалов с тысячами применений, главная особенность которых — долговечность выше среднего — оказалась одновременно и благом, и проклятием для человека и окружающей среды.
После целлулоида появился бакелит (созданный в 1907 году Лео Бекеландом, первый массово используемый синтетический пластик, полученный из ископаемого топлива), затем полистирол в 1929 году, полиэстер в 1930 году, поливинилхлорид (ПВХ) и полиэтилен в 1933 году, нейлон в 1935 году и полиэтилентерефталат (ПЭТ) в 1941 году. К настоящему времени созданы сотни тысяч различных типов полимеров с различными свойствами, полученных в результате изменений, вносимых в химическую структуру полимеров; Примером может служить полиэтилен, получаемый из этилена (С2Н4), который после добавления одного атома углерода и водорода превращается в полипропилен, обладающий гораздо большей прочностью.

Вы были сделаны из сырой нефти...
Для производства пластмасс используются органические материалы и природное сырье: целлюлоза, уголь, природный газ, сырая нефть. Последний представляет собой сложную смесь различных ингредиентов, поэтому, прежде чем он найдет одно из своих многочисленных применений, его сначала подвергают процессам обработки: дистилляции на нефтеперерабатывающем заводе. В этом процессе выделяют смеси ингредиентов с близкими температурами кипения, так называемые дроби. Каждая фракция представляет собой смесь углеводородов (соединений атомов углерода и водорода), различающихся по молекулярному размеру и строению. Одну из таких фракций, нафту (то есть керосин), используют для производства пластмасс. Прежде чем превратиться в пластик, керосин разлагается в процессе, называемом трескается. Здесь производятся простые углеводороды (мономеры): этилен, пропилен и бутилен. Следующим этапом является реакция присоединения или конденсации. В обоих типах реакций используются разные катализаторы для образования длинных полимерных цепей из мономеров. Полимеры различаются по свойствам, структуре и размеру молекул (т.е. длине цепи) в зависимости от типа мономеров, которые использовались в процессе полимеризации. Стоит отметить, что на этом этапе пластику еще не придают определенную форму, например, упаковку, а превращают в гранулы, которые будут расплавлены на более позднем этапе.
С функциональной точки зрения пластики обычно делят на дуромеры, пластомеры и эластомеры. Дюромеры (примером является упомянутый выше бакелит) обладают характеристиками, типичными для металлов или керамики: твердостью, негибкостью, высокой прочностью на растяжение и сжатие. Обычно их трудно плавить, и они часто хрупкие. Пластомеры (примером является полипропилен, используемый при производстве транспортной тары) характеризуются меньшей жесткостью, чем дюромеры; они легкоплавки и могут обрабатываться в процессах плавления и литья под давлением, что позволяет получать очень сложные формы. В эту группу, кроме полипропилена (ПП), входят также полиэтилен (ПЭ), АБС (акрилонитрил-бутадиен-стирол), ПЭТ, ПВХ, полистирол (ПС) и пенополистирол (ЭПС, то есть популярный пенополистирол). Они составляют большую часть пластика, который окружает нас каждый день; по оценкам, только три из них (ПЭ, ПП и ПЭТ) составляют более 75% отходов, собираемых в домашних хозяйствах. Эластомеры (например, резина, каучук, силикон) чувствительны к механическим силам, таким как растяжение или сжатие. Под их воздействием они меняют свою форму, а после прекращения воздействия возвращаются в прежние размеры.

Множество приложений
Индивидуальные свойства отдельных видов пластмасс (упомянутая выше пластичность, а также жесткость или эластичность, хрупкость или долговечность и т. д.) делают разные материалы пригодными для разных целей. Их адаптация к индивидуальным требованиям промышленности становится возможной благодаря простоте обработки, особенно за счет формовки (в процессах литья, экструзии, прессования, литья и каландрирования) и крашения. При различных видах обработки пластмасс также используются такие методы, как спекание, обработка пластмасс, ламинирование и сварка. Упомянутый полипропилен представляет собой легкий термопластичный полимер, часто используемый для упаковки продуктов питания, медицинских товаров и одежды. Благодаря устойчивости к высоким и низким температурам он прекрасно подходит в качестве материала для изготовления тары для транспортировки или хранения (в том числе в холодильных складах). Его можно стерилизовать, а его химическая стойкость и долговечность позволяют стирать его в автоматических стиральных машинах.
Полиэтилен (ПЭ) в версиях HDPE (полиэтилен высокой плотности) и LDPE (полиэтилен низкой плотности) изготавливается из очень гибких углеводородов. Его часто используют для производства пластиковых пакетов, бутылок, крышек и фольги. Популярный ПЭТ — это легкий материал, обычно используемый для изготовления упаковочных материалов, бутылок из-под газировки (он достаточно прочен, чтобы выдерживать давление в две атмосферы) и контейнеров для пищевых продуктов, но из него также делают популярные флисовые толстовки или фольгу для упаковки цветов. Все эти примеры показывают, как много возможных применений у пластика.Универсальность пластиков привела к тому, что в последние десятилетия они массово заменили натуральное сырье, такое как дерево, стекло и металл.Пластмассы популярны в упаковке (для производства бутылок, гибкой фольги). упаковка, жесткая экструдированная упаковка и т. д.), в строительстве (в качестве напольных покрытий, оконных и дверных рам, кровли, напольных планок), в домашнем хозяйстве (например, бытовая техника), в автомобильной промышленности (детали кузова и внутренняя отделка), в электронике (компоненты), в сельском хозяйстве (фольга, дренажные трубы ПВХ, горшки для растений) и текстильной промышленности, где постоянно растет предложение материалов из синтетических волокон, таких как нейлоновые, акриловые, полиамидные и полиэфирные волокна.

Переработка пластика
Огромное преимущество пластиков – их долговечность, обусловленная отсутствием организмов, способных переваривать такие сложные материалы, – часто становится их проклятием. Пакеты из фольги, многие из которых засоряют наши газоны, леса и озера, разлагаются в естественных условиях до 300 лет. Это связано с чрезвычайно длительным временем биоразложения отдельных пластиковых материалов. Более того, во время этого процесса некоторые токсичные вещества проникают в почву и добавляются в некоторые пластмассы в качестве веществ, улучшающих их свойства (например, смягчителей или стабилизаторов). Благодаря технологическому прогрессу и растущей экологической осведомленности потребителей современные методы утилизации пластмасс (сжигание и захоронение) уступают место более устойчивым процессам переработки и биоразложения.
Пластиковые отходы перерабатываются, чтобы уменьшить количество пластика в окружающей среде и дать вторую жизнь использованным и изношенным продуктам. В процессах переработки мы получаем регранулят, который затем используется в качестве сырья для производства последующих пластиковых изделий. Однако переработка – последний и не самый важный этап переработки пластика; это было бы невозможно без надлежащего – то есть выборочного – сбора и без разделения отдельных материалов на перерабатывающих установках. Только после этого пластик разделяется на предварительное измельчение, а затем тщательно промывается и сушится. Благодаря этому из него отделяются примеси. Затем сырье пропускают через мельницу, в результате чего создается так называемая фрезерование. Далее измельченный материал подвергается термической обработке в экструдере. Получаемый при переработке материал – регранулят – часто соединяют с первичным гранулятом, который образовался в результате реакции присоединения или конденсации. Альтернативный способ решения проблемы загрязнения окружающей среды пластиком – использование для его производства биомассы, то есть органических веществ растительного или животного происхождения, которые можно перерабатывать для получения различных химических продуктов, в том числе пластиков. Примером такого материала является полилактид, который производят из молочной кислоты, полученной из молока, сахара или крахмала. Такие материалы разлагаются при соответствующих условиях (например, в компостерах) на простые ингредиенты природного происхождения.