Wikipedia

Plastika

Za druga značenja, pogledajte Plastika (čvor).

Plastika je opće ime za širok spektar vještačkih ili poluvještačkih materijala koji koriste polimere kao glavni sastojak i koji mogu biti oblikovani u kalupima ili ekstrudirani u predmete, trake ili vlakna. Ova prilagodljivost, plus širok spektar drugih svojstava, kao što su lagana, izdržljiva, fleksibilna i jeftina za proizvodnju, dovela je do njegove široke upotrebe. Plastika se obično proizvodi kroz ljudske industrijske sisteme. Većina moderne plastike je izvedena iz hemikalija na bazi fosilnih goriva kao što su prirodni gas ili nafta; međutim, novije industrijske metode koriste varijante napravljene od obnovljivih materijala, kao što su kukuruz ili derivati pamuka.[1] Također se mogu koristiti za izradu različitih materijala za pokrivanje, termoizolaciju, hidroizolaciju, cijevi i opremu, ljepila itd.

Kućni predmeti napravljeni od plastike

Korištenjem različitih postupaka pri obradi polimera, dobija se širok spektar plastičnih masa. U sastav plastika ulaze: veziva, punioci, plastifikatori, stabilizatori, katalizatori, boje, materije za formiranje porozne strukture i drugo.

Specifične mase plastika se kreću od 1000 do 2000 kg/m3;, dok zapreminske mase zavise od ostvarene poroznosti. Plastične folije, linoleum i slični materijali uopće ne sadrže pore, dok je poroznost pjenoplasta 95-98%. Najveći broj plastičnih masa je otporan prema djelovanju vode, a također je otporan i na djelovanje vodenih rastvora kiselina, baza i soli. Plastične mase najčešće nisu postojane prema povišenim temperaturama.

Procjenjuje se da je između 1950. i 2017. godine proizvedeno 9,2 milijarde tona plastike. Više od polovine ove plastike je proizvedeno od 2004. U 2020. proizvedeno je 400 miliona tona plastike.[2] Ako se globalni trendovi u potražnji plastike nastave, procjenjuje se da će do 2050. godine godišnja globalna proizvodnja plastike dostići preko 1,1 milijardu tona.

Uspjeh i dominacija plastike počevši od ranog 20. stoljeća izazvali su široko rasprostranjene probleme okoliša,[3] zbog njihove spore stope razgradnje u prirodnim ekosistemima. Većina proizvedene plastike nije ponovo upotrijebljena ili je nesposobna za ponovnu upotrebu, ili je zarobljena na deponijama ili ostaje u okolišu kao plastično zagađenje. Zagađenje plastikom se može naći u svim glavnim svjetskim vodenim tijelima, na primjer, stvarajući mrlje smeća u svim svjetskim okeanima i zagađujući kopnene ekosisteme. Od sve do sada odbačene plastike, oko 14% je spaljeno, a manje od 10% reciklirano.[2]

U razvijenim ekonomijama, oko trećine plastike se koristi u ambalaži i otprilike isto u zgradama u aplikacijama kao što su cijevi, vodovod ili vinilne obloge.[4] Ostale namjene uključuju automobile (do 20% plastike[4]), namještaj i igračke.[4] U zemljama u razvoju, primjena plastike može se razlikovati; 42% indijske potrošnje se koristi u ambalaži.[4] U oblasti medicine, polimerni implantati i drugi medicinski uređaji su barem djelomično izvedeni od plastike. U svijetu se godišnje proizvede oko 50 kg plastike po osobi, a proizvodnja se udvostručuje svakih deset godina.

Prva potpuno sintetička plastika na svijetu bila je bakelit, koju je u New Yorku 1907. godine izumio Leo Baekeland,[5] koji je skovao termin "plastika".[5] Danas se proizvodi na desetine različitih vrsta plastike, kao što su polietilen, koji se široko koristi u ambalaži proizvoda, i polivinil hlorid (PVC), koji se koristi u građevinarstvu i cijevima zbog svoje čvrstoće i izdržljivosti. Mnogi hemičari su doprinijeli nauci o materijalima plastike, uključujući nobelovca Hermanna Staudingera, koji je nazvan „ocem polimerne hemije“, i Hermana Marka, poznatog kao „otac polimerne fizike“.[6]

Godine 2020. nova metoda otkrivanja omogućila je istraživačima da otkriju mikroplastiku u ukupno 47 uzoraka ljudskog tkiva.[7] Plastične mase se proučavaju u okviru nauke o materijalima.

Struktura

uredi

Većina plastike sadrži organske polimere.[8] Velika većina ovih polimera nastaje od lanaca atoma ugljika, sa ili bez vezivanja atoma kisika, dušika ili sumpora. Ovi lanci se sastoje od mnogih ponavljajućih jedinica formiranih od monomera. Svaki polimerni lanac sastoji se od nekoliko hiljada jedinica koje se ponavljaju. Okosnica je dio lanca koji se nalazi na glavnom putu i povezuje veliki broj ponavljajućih jedinica. Da bi prilagodili svojstva plastike, različite molekularne grupe koje se nazivaju bočni lanci vise od ove kičme; obično se okače za monomere pre nego što se sami monomeri povežu zajedno da formiraju polimerni lanac. Struktura ovih bočnih lanaca utiče na svojstva polimera.

Svojstva i klasifikacije

uredi

Plastika se obično klasifikuje prema hemijskoj strukturi okosnice i bočnih lanaca polimera. Važne grupe klasifikovane na ovaj način uključuju akrile, poliestere, silikone, poliuretane i halogenirane plastike. Plastika se može klasifikovati prema hemijskom procesu koji se koristi u njihovoj sintezi, kao što je kondenzacija, poliadicija i umrežavanje.[9] Također se mogu klasificirati prema svojim fizičkim svojstvima, uključujući tvrdoću, gustoću, vlačnu čvrstoću, toplinsku otpornost i temperaturu staklastog prijelaza. Plastika se dodatno može klasificirati prema njihovoj otpornosti i reakcijama na različite tvari i procese, kao što su izlaganje organskim otapalima, oksidacija i jonizujuće zračenje.[10] Druge klasifikacije plastike su zasnovane na kvalitetima relevantnim za proizvodnju ili dizajn proizvoda za određenu svrhu. Primjeri uključuju termoplaste, termosetne, provodljive polimere, biorazgradivu plastiku, inžinjersku plastiku i elastomere.

Termoplasti i termoreaktivni polimeri

uredi
 
Plastična ručka od kuhinjskog pribora deformirana toplinom i djelomično otopljena

Jedna važna klasifikacija plastike je stepen do kojeg su hemijski procesi koji se koriste za njihovu proizvodnju reverzibilni ili ne.

Termoplasti ne podliježu hemijskoj promjeni svog sastava kada se zagrijavaju i stoga se mogu više puta oblikovati. Primjeri uključuju polietilen (PE), polipropilen (PP), polistiren (PS) i polivinil hlorid (PVC).[11]

Termoset, ili termoreaktivni polimeri, mogu se istopiti i oblikovati samo jednom: nakon što se stvrdnu, ostaju čvrsti.[12] Ako se ponovo zagriju, termosetovi se prije raspadaju nego se tope. U procesu termoreaktiviranja dolazi do nepovratne hemijske reakcije. Vulkanizacija gume je primjer ovog procesa. Prije zagrijavanja u prisustvu sumpora, prirodna guma (poliizopren) je ljepljiv, malo tekući materijal; nakon vulkanizacije proizvod je suh i krut.

Amorfna plastika i kristalna plastika

uredi

Mnoge plastike su potpuno amorfne (bez visoko uređene molekularne strukture),[13] uključujući termoset, polistiren i metil metakrilat (PMMA). Kristalna plastika pokazuje uzorak pravilnije raspoređenih atoma, kao što su polietilen visoke gustine (HDPE), polibutilen tereftalat (PBT) i polieter eter keton (PEEK). Međutim, neke plastike su djelimično amorfne i djelomično kristalne molekularne strukture, što im daje i točku topljenja i jedan ili više staklenih prijelaza (temperatura iznad koje je stepen lokalizirane molekularne fleksibilnosti značajno povećan). Ove takozvane polukristalne plastike uključuju polietilen, polipropilen, polivinil hlorid, poliamide (najlone), poliestere i neke poliuretane.

Konduktivni polimeri

uredi

Intrinsically Conducting Polymers (ICP) su organski polimeri koji provode električnu energiju. Iako je postignuta provodljivost do 80 kS/cm u rastezljivom poliacetilenu,[16], ona se ne približava onoj kod većine metala. Na primjer, bakar ima provodljivost od nekoliko stotina kS/cm.[17]

Biorazgradiva plastika i bioplastika

uredi

Biorazgradiva plastika

uredi

Biorazgradiva plastika je plastika koja se razgrađuje nakon izlaganja: sunčevoj svjetlosti ili ultraljubičastom zračenju; voda ili vlaga; bakterije; enzimi; ili vjetrom. Napadi insekata, kao što su voštani i brašnasti crvi, također se mogu smatrati oblicima biorazgradnje. Aerobna degradacija zahtijeva da plastika bude izložena na površini, dok bi anaerobna degradacija bila efikasna u deponijama ili sistemima za kompostiranje. Neke kompanije proizvode biorazgradive aditive za poboljšanje biorazgradnje. Iako se škrobni prah može dodati kao punilo kako bi se neke plastike lakše razgradile, takav tretman ne dovodi do potpunog razgradnje. Neki istraživači su genetski modificirali bakterije da sintetiziraju potpuno biorazgradivu plastiku, kao što je polihidroksi butirat (PHB); međutim, oni su relativno skupi od 2021. godine.[14]

Bioplastika

uredi

Dok se većina plastike proizvodi od petrokemikalija, bioplastika se uglavnom proizvodi od obnovljivih biljnih materijala poput celuloze i škroba.[15] Kako zbog ograničenih granica rezervi fosilnih goriva, tako i zbog porasta nivoa stakleničkih plinova uzrokovanih prvenstveno sagorijevanjem tih goriva, razvoj bioplastike je rastuće polje.[16][17] Globalni proizvodni kapacitet za plastiku na biološkoj bazi procjenjuje se na 327.000 tona godišnje. Nasuprot tome, globalna proizvodnja polietilena (PE) i polipropilena (PP), vodećih svjetskih petrohemijskih poliolefina, procijenjena je na preko 150 miliona tona u 2015. godini.[18]

Industrija plastike

uredi

Industrija plastike uključuje globalnu proizvodnju, miješanje, konverziju i prodaju plastičnih proizvoda. Iako Bliski istok i Rusija proizvode većinu potrebnih petrohemijskih sirovina; proizvodnja plastike je koncentrisana na globalnom Istoku i Zapadu. Industrija plastike obuhvata veliki broj kompanija i može se podijeliti u nekoliko sektora:

Proizvodnja

uredi

Procjenjuje se da je između 1950. i 2017. godine proizvedeno 9,2 milijarde tona plastike, od čega je više od polovine proizvedeno od 2004. Od rođenja plastične industrije 1950-ih, globalna proizvodnja se enormno povećala, dostigavši 400 miliona tona godišnje u 2021. u odnosu na 381 milion metričkih tona u 2015. (bez aditiva).[2][19] Od 1950-ih došlo je do brzog rasta u upotrebi plastike za pakovanje, u građevinarstvu i drugim sektorima.[2] Ako se globalni trendovi u pogledu potražnje plastike nastave, procjenjuje se da će do 2050. godine godišnja globalna proizvodnja plastike premašiti 1,1 milijardu tona godišnje.[2]

Plastika se proizvodi u hemijskim postrojenjima polimerizacijom njihovih polaznih materijala (monomera); koje su gotovo uvijek petrohemijske prirode. Takvi objekti su obično veliki i vizualno su slični rafinerijama nafte, s raširenim cjevovodom koji se proteže u cijelom prostoru. Velika veličina ovih postrojenja omogućava im da iskoriste ekonomiju obima. Uprkos tome, proizvodnja plastike nije posebno monopolizirana, sa oko 100 kompanija koje čine 90% svjetske proizvodnje.[20] Ovo uključuje mješavinu privatnih i državnih preduzeća. Otprilike polovina ukupne proizvodnje odvija se u istočnoj Aziji, a Kina je najveći pojedinačni proizvođač. Glavni međunarodni proizvođači uključuju:

Global plastic production (2020)[21]
Regija Globalna proizvodnja
Kina 31%
Japan 3%
Ostatak Azije 17%
NAFTA 19%
Latinska Amerika 4%
Evropa 16%
Zajednica nezavisnih država 3%
Bliski istok i Afrika 7%

Historijski gledano, Evropa i Sjeverna Amerika su dominirale globalnom proizvodnjom plastike. Međutim, od 2010. godine Azija se pojavila kao značajan proizvođač, a Kina je imala 31% ukupne proizvodnje plastične smole u 2020. godini.[21] Regionalne razlike u obimu proizvodnje plastike vođene su potražnjom korisnika, cijenama sirovina za fosilna goriva i investicijama u petrohemijsku industriju. Na primjer, od 2010. godine u Sjedinjenim Državama uloženo JE više od 200 milijardi američkih dolara u nova postrojenja za proizvodnju plastike i kemikalija, potaknuta niskom cijenom sirovina. I u Evropskoj uniji (EU) velika su ulaganja u industriju plastike, koja zapošljava preko 1,6 miliona ljudi s prometom većim od 360 milijardi eura godišnje. U Kini je 2016. godine bilo preko 15.000 kompanija za proizvodnju plastike, koje su ostvarile prihod od više od 366 milijardi američkih dolara.[2]

U 2017. globalnim tržištem plastike dominirali su termoplasti – polimeri koji se mogu topiti i prerađivati. Termoplasti uključuju polietilen (PE), polietilen tereftalat (PET), polipropilen (PP), polivinil hlorid (PVC), polistiren (PS) i sintetička vlakna, koja zajedno predstavljaju 86% sve plastike.[2]

Miješanje

uredi

Plastika se ne prodaje kao čista supstanca, već se umjesto toga miješa s raznim hemikalijama i drugim materijalima, koji su zajednički poznati kao aditivi. Oni se dodaju tokom faze miješanja i uključuju supstance kao što su stabilizatori, plastifikatori i boje, koje imaju za cilj da poboljšaju životni vijek, obradivost ili izgled konačnog proizvoda. U nekim slučajevima, ovo može uključivati miješanje različitih vrsta plastike kako bi se formirala mješavina polimera, kao što je polistiren visokog utjecaja. Velike kompanije mogu napraviti vlastito smjesu prije proizvodnje, ali za neke proizvođače to rade treće strane. Kompanije koje su specijalizovane za ovaj posao poznate su kao Mješaći.

Sastavljanje termoreaktivne plastike je relativno jednostavno; jer ostaje tečan dok se ne očvrsne u svoj konačni oblik. Za materijale za termoomekšavanje, koji se koriste za izradu većine proizvoda, potrebno je rastopiti plastiku kako bi se dodali dodaci. To uključuje zagrijavanje na bilo koju temperaturu između 150–320 °C. Otopljena plastika je viskozna i pokazuje laminarno strujanje, što dovodi do lošeg miješanja. Zbog toga se miješanje vrši upotrebom opreme za ekstruziju, koja je u stanju da obezbjedi potrebnu toplotu i miješanje kako bi se dobio pravilno dispergovan proizvod.

Koncentracije većine aditiva su obično prilično niske, međutim visoke razine se mogu dodati kako bi se stvorili Masterbatch proizvodi. Aditivi u njima su koncentrirani, ali još uvijek pravilno dispergirani u smoli domaćinu. Masterbatch granule se mogu pomiješati sa jeftinijim polimerom u rasutom stanju i oslobodit će svoje aditive tokom obrade kako bi se dobio homogeni konačni proizvod. Ovo može biti jeftinije od rada sa potpuno složenim materijalom i posebno je uobičajeno za uvođenje boje.

Pretvaranje

uredi

Kompanije koje proizvode gotovu robu poznate su kao pretvarači (ponekad prerađivači). Velika većina plastike proizvedene u svijetu termoomekšava se i mora se zagrijati dok se ne otopi da bi se mogla oblikovati. Postoje razne vrste opreme za ekstruziju koja zatim može oblikovati plastiku u gotovo bilo koji oblik.

  • Puhanje filma - plastične folije (nosne vrećice, folije)
  • Oblikovanje puhanjem - Mali šuplji predmeti tankih stijenki u velikim količinama (boce za piće, igračke)
  • Rotaciono oblikovanje - veliki šuplji predmeti debelih zidova (IBC rezervoari)
  • Injekciono prešanje - Čvrsti predmeti (futrole za telefone, tastature)
  • Predenje - proizvodi vlakna (najlon, spandex itd.)

Za termoreaktivne materijale proces je malo drugačiji, budući da je plastika tekuća i mora se očvrsnuti da bi se dobili čvrsti proizvodi, ali veliki dio opreme je uglavnom sličan.

Najčešće proizvedeni plastični potrošački proizvodi uključuju ambalažu napravljenu od LDPE-a (npr. vrećice, kontejneri, folije za pakovanje hrane), posude napravljene od HDPE-a (npr. boce za mlijeko, boce za šampon, kade za sladoled) i PET (npr. boce za vodu i druga pića ). Ovi proizvodi zajedno čine oko 36% upotrebe plastike u svijetu. Većina njih (npr. šolje za jednokratnu upotrebu, tanjiri, pribor za jelo, posude za ponijeti, torbe za nošenje) koriste se samo kratko, mnoge manje od jednog dana. Upotreba plastike u građevinarstvu, tekstilu, transportu i električnoj opremi također čini značajan udio na tržištu plastike. Plastični predmeti koji se koriste u takve svrhe uglavnom imaju duži vijek trajanja. Mogu se koristiti u periodu od oko pet godina (npr. tekstil i električna oprema) do više od 20 godina (npr. građevinski materijali, industrijske mašine).[2]

Potrošnja plastike se razlikuje među zemljama i zajednicama, pri čemu je neki oblik plastike ušao u živote većine ljudi. Sjeverna Amerika (tj. Sjevernoamerički sporazum o slobodnoj trgovini ili NAFTA regija) čini 21% globalne potrošnje plastike, a slijede je Kina (20%) i Zapadna Europa (18%). U Sjevernoj Americi i Evropi postoji visoka potrošnja plastike po glavi stanovnika (94 kg odnosno 85 kg/stanovniku/godišnje). U Kini je manja potrošnja po glavi stanovnika (58 kg/stanovniku/godišnje), ali visoka potrošnja na nacionalnom nivou zbog velike populacije.[2]

Galerija

uredi
  •  
    PET boca vode
  •  
    Polietilen visoke gustine (HDPE) koristi se za izradu čvrstih kontejnera; Prozirne mogu biti od PET-a
  •  
    Jednokratna odijela; netkana HDPE tkanina
  •  
    Plastične koverte (hdpe)
  •  
    Prozirne plastične kese
  •  
    Omot za hranu (ldpe)
  •  
    Metalizirana polipropilenska folija je uobičajeni materijal za pakovanje grickalica[22]
  •  
    Kinder Joy školjka od polipropilena
  •  
    Stolica od polipropilena
  •  
    Stolice od hdpe
  •  
    Ekspandirana polistirenska pjena ("Thermocol")
  •  
    Ekstrudirana polistirenska pjena ("stiropor")
  •  
    Thermocol posuda za hranu za ponijeti
  •  
    posuda za jaja (PETE]])
  •  
    Komad pjene za pakovanje napravljen od LDPE
  •  
    Kuhinjski sunđer od poliuretanske pjene
  •  
    Neljepljivo posuđe sa teflonskim premazom
  •  
    iPhone 5c, pametni telefon sa kućištem od polikarbonata
  •  
    Rezervoar Monterey Bay Aquarium dubine 10 metara ima akrilne prozore debljine do 33 cm koji mogu da izdrže pritisak vode
  •  
    PVC cijevi
  •  
    PVC pakovanje tableta

Reference

uredi
  1. ^ "Life Cycle of a Plastic Product". Americanchemistry.com (jezik: engleski). Arhivirano s originala, 17. 3. 2010. Pristupljeno 1. 7. 2011.
  2. ^ a b c d e f g h i Environment, U. N. (21. 10. 2021). "Drowning in Plastics – Marine Litter and Plastic Waste Vital Graphics". UNEP - UN Environment Programme (jezik: engleski). Pristupljeno 21. 3. 2022.
  3. ^ "The environmental impacts of plastics and micro-plastics use, waste and pollution: EU and national measures" (PDF). europarl.europa.eu. oktobar 2020.
  4. ^ a b c d Andrady AL, Neal MA (juli 2009). "Applications and societal benefits of plastics". Philosophical Transactions of the Royal Society of London. Series B, Biological Sciences. 364 (1526): 1977–84. doi:10.1098/rstb.2008.0304. PMC 2873019. PMID 19528050.
  5. ^ a b American Chemical Society National Historic Chemical Landmarks. "Bakelite: The World's First Synthetic Plastic". Pristupljeno 23. 2. 2015.
  6. ^ Teegarden DM (2004). Polymer Chemistry: Introduction to an Indispensable Science. NSTA Press. ISBN 978-0-87355-221-9 – preko Google Books.
  7. ^ Geyer, Roland; Jambeck, Jenna R.; Law, Kara Lavender (1. 7. 2017). "Production, use, and fate of all plastics ever made". Science Advances (jezik: engleski). 3 (7): e1700782. doi:10.1126/sciadv.1700782. ISSN 2375-2548.
  8. ^ Ebbing D, Gammon SD (2016). General Chemistry (jezik: engleski). Cengage Learning. ISBN 978-1-305-88729-9.
  9. ^ "Classification of Plastics". Joanne and Steffanie's Plastics Web Site (jezik: engleski). Arhivirano s originala, 15. 12. 2007. Pristupljeno 1. 7. 2011.
  10. ^ Kent R. "Periodic Table of Polymers". Plastics Consultancy Network (jezik: engleski). Arhivirano s originala, 3. 7. 2008.
  11. ^ "Composition and Types of Plastic". Infoplease (jezik: engleski). Arhivirano s originala, 15. 10. 2012. Pristupljeno 29. 9. 2009.
  12. ^ Gilleo K (2004). Area Array Packaging Processes: For BGA, Flip Chip, and CSP (jezik: engleski). McGraw Hill Professional. ISBN 978-0-07-142829-3 – preko Google Books.
  13. ^ Kutz M (2002). Handbook of Materials Selection (jezik: engleski). John Wiley & Sons. ISBN 978-0-471-35924-1 – preko Google Books.
  14. ^ Brandl H, Püchner P (1992). "Biodegradation Biodegradation of Plastic Bottles Made from 'Biopol' in an Aquatic Ecosystem Under In Situ Conditions". Biodegradation. 2 (4): 237–43. doi:10.1007/BF00114555. S2CID 37486324.
  15. ^ "Biochemical Opportunities in the UK, NNFCC 08-008 — NNFCC". Arhivirano s originala, 20. 7. 2011. Pristupljeno 24. 3. 2011.
  16. ^ "Bioplastics industry shows dynamic growth". 5. 12. 2019.
  17. ^ "Becoming Employed in a Growing Bioplastics Industry - bioplastics MAGAZINE". www.bioplasticsmagazine.com.
  18. ^ Galie F (novembar 2016). "Global Market Trends and Investments in Polyethylene and Polyproplyene" (PDF). ICIS Whitepaper. Reed business Information, Inc. Pristupljeno 16. 12. 2017.
  19. ^ Geyer, Roland; Jambeck, Jenna R.; Law, Kara Lavender (juli 2017). "Production, use, and fate of all plastics ever made". Science Advances. 3 (7): e1700782. Bibcode:2017SciA....3E0782G. doi:10.1126/sciadv.1700782. PMC 5517107. PMID 28776036.
  20. ^ "Top 100 Producers: The Minderoo Foundation". www.minderoo.org. Arhivirano s originala, 28. 12. 2021. Pristupljeno 14. 10. 2021.
  21. ^ a b "Plastics – the Facts 2020" (PDF). Arhivirano s originala (PDF), 7. 10. 2021.
  22. ^ "Sustainable packaging materials for snacks". 28. 10. 2021. Arhivirano s originala, 28. 10. 2021. Pristupljeno 10. 9. 2022.

Također pogledajte

uredi


 
Commons logo
Commons ima datoteke na temu: Plastika
Preuzeto iz "https://bs.wikipedia.org/w/index.php?title=Plastika&oldid=3543395"