Ile lat ma plastik: odkrywanie jego wieku i pochodzenia

Historia plastiku

Plastik stał się wszechobecny we współczesnym społeczeństwie, używany we wszystkim, od butelek na wodę i opakowań żywności po odzież, elektronikę i nie tylko. Jednakże tworzywa sztuczne są stosunkowo nowym wynalazkiem, a ich powszechne przyjęcie i włączenie do produktów codziennego użytku miało miejsce mniej więcej w ciągu ostatniego stulecia.

W latach sześćdziesiątych XIX wieku naukowcy rozpoczęli eksperymenty z substancjami znanymi jako fenole i aldehydy. W procesie zwanym polimeryzacją te substancje chemiczne można połączyć w długie łańcuchy, tworząc nowe materiały o nowych właściwościach.

Jednym z pierwszych polimerów syntetycznych, które odniosły sukces komercyjny, był Parkesine, opatentowany w Anglii w 1856 roku. Parkesine, wytwarzany z celulozy poddanej działaniu kwasu azotowego, reprezentował wczesną formę tworzywa sztucznego, które można było formować po podgrzaniu.

John Wesley Hyatt wpadł na pomysł wynalezienia pierwszego syntetycznego polimeru w 1869 r., napędzany zachętą w wysokości $10 000 oferowaną przez nowojorską firmę poszukującą substytutu kości słoniowej. Rosnący popyt na kule bilardowe doprowadził do wyczerpania się naturalnej kości słoniowej, którą pozyskiwano podczas polowań na dzikie słonie. Hyatt natknął się na plastik, przetwarzając celulozę uzyskaną z włókna bawełnianego za pomocą kamfory. Plastik ten można formować w różne kształty i imitować naturalne materiały, takie jak skorupa szylkretu, róg, len i kość słoniowa.

W 1893 roku Auguste Trillat, francuski chemik, dokonał przełomowego odkrycia. Znalazł sposób, aby kazeina, czyli białko mleka, stała się nierozpuszczalna. Dokonano tego poprzez zanurzenie ich w formaldehydzie, co doprowadziło do powstania materiału, który później był sprzedawany jako Galalith.

W następnych dziesięcioleciach inni pionierzy tworzyw sztucznych, tacy jak Leo Baekeland, zaczęli opracowywać nowe rodzaje tworzyw sztucznych, stosując podobne techniki polimeryzacji. Głównym punktem zwrotnym było wynalezienie bakelitu przez Baekelanda w 1907 roku. Bakelit był tani w produkcji i można go było łatwo formować w różnorodne przedmioty. W przeciwieństwie do celuloidu, jego właściwości termoizolacyjne i elektryczne sprawiają, że doskonale nadaje się również do zastosowań przemysłowych. Rozwój bakelitu otworzył śluzy dla dalszych innowacji w zakresie tworzyw sztucznych w XX wieku. Był to początek nowej ery określonej przez naszą rosnącą zależność od polimerów syntetycznych w niemal każdym aspekcie życia.

Od celulozy po zaawansowane polimery

Jak już wspomnieliśmy, w połowie XIX wieku rozwój tworzyw sztucznych rozpoczął się od materiałów takich jak Parkezyna, uzyskany z celulozy, co zapoczątkowało pojawienie się polimerów półsyntetycznych. Jednak pierwszym w pełni syntetycznym polimerem, który zadebiutował był Bakelit na początku XX wieku, ceniony za swoją niepalność i odporność na ciepło.

Po zakończeniu I wojny światowej postęp w technologii inżynierii chemicznej pobudził szybki rozwój nowych rodzajów tworzyw sztucznych. W tej epoce pojawiło się pięć głównych rodzajów tworzyw sztucznych, które znamy dzisiaj. Utorowało to drogę do powstania mnóstwa zaawansowanych polimerów, w tym:

• Nylon jest znany ze swojej wytrzymałości i jest stosowany w produktach, od pończoch po włosie szczoteczki do zębów.
• W 1927 r. PVC (polichlorek winylu) był produkowany komercyjnie.
• W 1930 roku BASF rozpoczął produkcję PS (styropian), często spotykany w opakowaniach i torebkach plastikowych ze względu na jego elastyczność.
• W roku 1933 wyprodukowano HDPE (polietylen) przez Imperial Chemical Industries. Zapewnia odporność na zużycie i jest stosowany w pojemnikach i częściach samochodowych.
• PET (tereftalan polietylenu) został licencjonowany przez firmę DuPont w 1941 r., po jego odkryciu przez pracowników Stowarzyszenia Drukarzy Calico.
• Produkcja komercyjna PP (polipropylen) została zainicjowana w 1957 r.
• Poliester jest stosowany w tekstyliach i włóknie szklanym.
• Kevlar® słynie z zastosowania w kamizelkach kuloodpornych.
• Teflon™ (politetrafluoroetylen), który jest znany ze swoich właściwości zapobiegających przywieraniu naczyń kuchennych.

Rodzaje i rozwój tworzyw sztucznych

Tworzywa termoplastyczne kontra termoutwardzalne

Materiały z tworzyw sztucznych można ogólnie podzielić na dwie kategorie: tworzywa termoplastyczne I termoutwardzalne. Termoplasty, np polietylen, polipropylen i polistyren, mogą być wielokrotnie topione i zestalane bez znaczącej utraty ich właściwości. Dzięki temu idealnie nadają się do recyklingu. Z drugiej strony tworzywa termoutwardzalne, np poliester, ulegają zmianom chemicznym po podgrzaniu i zestaleniu, co utrudnia ich zmianę kształtu i recykling.

Oto jak kontrastują:

Biotworzywa i innowacje środowiskowe

Poszukując ekologicznych alternatyw, możesz również natknąć się na biodegradowalne tworzywa sztuczne. Tworzywa te są zaprojektowane tak, aby rozkładać się na nieszkodliwe składniki pod wpływem mikroorganizmów, takich jak bakterie lub grzyby. Badając potencjał biotworzyw i tworzyw biodegradowalnych, naukowcy mają nadzieję stworzyć bardziej zrównoważoną przyszłość tworzyw sztucznych, mniej obciążającą środowisko.

Najnowszy rozdział w rozwoju tworzyw sztucznych poświęcony jest kwestiom związanym z ochroną środowiska. Bioplastiki pochodzą z odnawialnych źródeł biomasy, takich jak tłuszcze roślinne, skrobia kukurydziana lub słoma. Często oferują tę samą funkcjonalność co konwencjonalne tworzywa sztuczne, ale mają dodatkową zaletę: ulegają biodegradacji lub kompostowaniu w określonych warunkach. Innowacje w tej przestrzeni obejmują:

• Tworzywa biodegradowalne: Są one zaprojektowane tak, aby rozkładać się w środowisku szybciej niż tradycyjne tworzywa sztuczne.
• Polimery syntetyczne: Niektóre z nich można zaprojektować tak, aby ulegały biodegradacji, podczas gdy inne opracowano ze względu na ich wyjątkową wytrzymałość lub elastyczność.

Produkcja i zastosowania tworzyw sztucznych

Eksplorując dziedzinę tworzyw sztucznych, odkryjesz, że ich procesy produkcyjne są głęboko powiązane z przemysłem petrochemicznym, a ich zastosowania obejmują zarówno zwykłe przedmioty, takie jak plastikowe torby, jak i bardziej niszowe zastosowania w technologii i innowacjach.

Przemysłowe procesy produkcyjne

Być może zauważyłeś, że produkty wykonane z tworzyw sztucznych są praktycznie wszędzie w Twoim codziennym życiu. Od plastikowych toreb na artykuły spożywcze po meble i zabawki – plastik stał się podstawą produkcji różnych produktów. Dzieje się tak dlatego, że tworzywo sztuczne ma unikalne właściwości, takie jak niska gęstość, niska przewodność elektryczna, przezroczystość i wytrzymałość, co pozwala na wytwarzanie z niego szerokiej gamy produktów.

Tworzywa sztuczne rozpocząć swoją podróż w przemysł petrochemiczny, pochodzące głównie z paliwa kopalne takich jak ropa naftowa. Proces ten polega na krakingu i destylacji w zakładach chemicznych, gdzie surowce przekształcane są w żywice – elementy budulcowe tworzyw sztucznych. Stąd te żywice są formowane i kształtowane różnymi metodami:

• Formowanie wtryskowe: Idealny do produkcji dużych ilości tych samych produktów z tworzyw sztucznych, takich jak zabawki i grzebienie.
• Formowanie z rozdmuchem: Powszechnie używany do produkcji butelek.
• Wyrzucenie: Ułatwia produkcję rur, przewodów i toreb plastikowych.

Tworzywa sztuczne w technologii i innowacjach

Wszechstronność tworzyw sztucznych nie kończy się na produktach codziennego użytku. W rzeczywistości odgrywa również znaczącą rolę w technologii i innowacjach. Na przykład, komputery I smartfony polegać na elementach z tworzyw sztucznych w zakresie ochrony i izolacji.

Znajduje się w:

• Elektronika: Izolacja przewodów i etui na Twoje gadżety.
• Dziedzina medycyny: Jednorazowe strzykawki i sterylne opakowanie.

Wpływ na środowisko i gospodarkę odpadami

Wyzwania związane z zanieczyszczeniem tworzywami sztucznymi

Trwałość tworzyw sztucznych czyni je niezwykle użytecznymi, ale przyczynia się również do poważnych problemów środowiskowych, gdy materiały te kończą jako zanieczyszczenie tworzywami sztucznymi.

Zanieczyszczenia tworzywami sztucznymi mogą zanieczyszczać ziemię, wodę i ekosystemy, rozkładając się na coraz mniejsze cząsteczki zwane mikroplastikami. 

W oceanach odpady z tworzyw sztucznych zagrażają dzikiej faunie i florze morskiej, ponieważ zwierzęta mylą je z pożywieniem lub zaplątują się w nie. Na lądzie tworzywa sztuczne mogą przedostawać się do gleby, powodując potencjalne skażenie i niekorzystny wpływ na ekosystemy.

Odpady z tworzyw sztucznych mogą również gromadzić się na wysypiskach śmieci, a ich rozkład zajmuje dużo czasu ze względu na ich trwałość. W przypadku niewłaściwego zarządzania wyrzucone plastikowe torby i inne przedmioty mogą blokować drogi wodne i zatykać kanały ściekowe, co może potencjalnie prowadzić do rozprzestrzeniania się chorób, takich jak malaria, poprzez zapewnianie wylęgarni komarów.

Recykling i redukcja odpadów z tworzyw sztucznych

W przypadku każdego kawałka plastiku, jaki kiedykolwiek powstał, jego pozostałości prawdopodobnie nadal istnieją ze względu na jego właściwości długość życia. Możesz jednak coś zmienić poprzez recykling i ograniczanie ilości odpadów z tworzyw sztucznych. Procesy recyklingu tworzyw sztucznych mogą przekształcać odpady w nowe materiały, pomagając zmniejszyć zapotrzebowanie na nowe tworzywa sztuczne, oszczędzać energię i zmniejszać ilość trafiającą na wysypiska śmieci lub jako mikroplastik w środowisku naturalnym.

Pomimo faktu, że tylko około 9% odpadów z tworzyw sztucznych zostaje pomyślnie poddanych recyklingowi, recykling pozostaje pomocną strategią zarządzania odpadami z tworzyw sztucznych i ograniczania ich wpływu na środowisko. Oto kilka sposobów, w jakie możesz pomóc:

• Zmniejszyć: Staraj się minimalizować zużycie jednorazowego plastiku, używając toreb, butelek i pojemników wielokrotnego użytku.
• Ponowne użycie: Zmień przeznaczenie plastikowych przedmiotów na inne cele przed ich wyrzuceniem.
• Recykling: Segreguj odpady plastikowe zgodnie z lokalnymi przepisami, upewniając się, że trafiają do odpowiedniego pojemnika na śmieci.

Poszukiwanie alternatyw dla składowania śmieci i tradycyjnych metod utylizacji tworzyw sztucznych jest kluczem do rozwiązania problemu zanieczyszczenia tworzywami sztucznymi. Od biodegradowalnych tworzyw sztucznych po innowacyjne programy przetwarzania odpadów w energię – alternatywne podejścia stwarzają możliwości czystszej utylizacji.

Przepisy, standardy i przyszłość tworzyw sztucznych

Globalne inicjatywy i porozumienia

Jedno z godnych uwagi spotkań, Zgromadzenie Narodów Zjednoczonych ds. Środowiska (UNEA 5.2), które odbyło się w lutym–marcu 2022 r., zgromadziło narody, aby zająć się tą pilną kwestią. Podczas tego wydarzenia Stany Zjednoczone zobowiązały się do podjęcia działań na szczeblu krajowym i międzynarodowym w celu zwalczania zanieczyszczeń tworzywami sztucznymi.

Warto także dodać, że do 2018 r. 127 krajów wdrożyło przepisy dotyczące używania toreb plastikowych, niektóre z nich dotyczyły również procesu produkcyjnego. Być może zainteresuje Cię globalny traktat negocjujemy, aby zmniejszyć obciążenie środowiska odpadami z tworzyw sztucznych.

Innowacje w produkcji i wykorzystaniu tworzyw sztucznych

Zrozumienie przyszłości tworzyw sztucznych wymaga również przyjrzenia się innowacjom w produkcji i wykorzystaniu tworzyw sztucznych. Obiecującym osiągnięciem jest recykling surowców, który polega na przetwarzaniu odpadów z tworzyw sztucznych w oryginał zasoby naturalne. Pirolizana przykład wykorzystuje ciepło do rozkładu odpadów z tworzyw sztucznych na cenne chemikalia i paliwa.

Co więcej, kilka norm ISO koncentruje się szczególnie na cyklu życia tworzyw sztucznych i jego wpływie na środowisko. Normy te obejmują istotne obszary, takie jak ocena wycofania z eksploatacji, etykietowanie, recykling, kompostowanie i inne.

Często Zadawane Pytania

Jakie są dwa główne rodzaje tworzyw sztucznych?

Tworzywa sztuczne można podzielić przede wszystkim na dwa rodzaje: tworzywa termoplastyczne i polimery termoutwardzalne. Tworzywa termoplastyczne, takie jak polietylen i polipropylen, to materiały, które można topić i wielokrotnie przekształcać. Z drugiej strony polimery termoutwardzalne, takie jak bakelit i wulkanit, po podgrzaniu i uformowaniu, nie nadają się do ponownego stopienia i ponownego uformowania.

Co uważa się za pierwszy wynalazek z tworzywa sztucznego?

Pierwszy wynalazek syntetycznego tworzywa sztucznego przypisuje się Alexandrowi Parkesowi, który w 1862 roku opracował materiał o nazwie Parkesine. Parkesine wytwarzano z celulozy poddanej działaniu kwasu azotowego i rozpuszczalnika. Wynalazek ten położył podwaliny pod rozwój tworzyw sztucznych.

Kiedy tworzywa sztuczne zaczęto wykorzystywać komercyjnie?

Komercyjne wykorzystanie tworzyw sztucznych rozpoczęło się na początku XX wieku, a bakelit był pierwszym w pełni syntetycznym tworzywem sztucznym wprowadzonym na rynek w 1907 roku. Dzięki właściwościom termoodpornym stał się popularny w szerokim zakresie zastosowań, w tym w izolatorach elektrycznych i artykułach gospodarstwa domowego.

Jaka jest historia plastiku?

Historia tworzyw sztucznych rozpoczęła się od materiałów naturalnych wykazujących właściwości plastyczne, takich jak guma i celuloza. W 1862 roku wynaleziono Parkesine, pierwszy sztuczny plastik. Bakelit, stworzony w 1907 roku przez Leo Baekelanda, zapoczątkował narodziny nowoczesnego przemysłu tworzyw sztucznych. Po II wojnie światowej rozwój technologii chemicznej doprowadził do szybkiego wzrostu liczby nowych rodzajów tworzyw sztucznych, napędzając rozwój światowego przemysłu tworzyw sztucznych.

Jakie są typowe zastosowania plastiku?

Tworzywo sztuczne jest wykorzystywane praktycznie w każdym aspekcie współczesnego życia ze względu na jego możliwości adaptacyjne. Typowe zastosowania obejmują materiały opakowaniowe, pojemniki, meble, zabawki, wyroby medyczne i elektronikę. Jego lekkość i trwałość sprawia, że idealnie nadaje się do tych zastosowań.

Kto przypadkowo wynalazł plastik i jak to się stało?

Plastik nie został wynaleziony przypadkowo, ale w wyniku celowych badań naukowych. Leo Baekeland, belgijsko-amerykański chemik, w poszukiwaniu materiału izolacyjnego, stworzył pierwszy w pełni syntetyczny plastik, bakelit. To dzięki kontrolowanym eksperymentom mającym na celu znalezienie syntetycznego substytutu szelaku wynaleziono bakelit.