Plastika (polimeri): vrste, proizvodnja, lastnosti in recikliranje

Plastika je material, ki lahko spreminja svojo obliko. Veliko predmetov je narejenih iz plastike, ker jo je enostavno oblikovati, lahka je in pogosto poceni. Obstaja veliko vrst plastike: nekateri polimeri so trdni in se oblikujejo le med proizvodnjo, drugi pa so termoplastični — z njimi lahko delamo večkrat, saj jih lahko zmehčamo s segrevanjem in po ohladitvi spet otrdijo. Zaradi tega so termoplastični materiali primerni tudi za 3D-tiskanje, kjer filament ali prah pri segrevanju postane dovolj plastičen, da ga stroj oblikuje, nato pa se ob ohladitvi zaklene v končno obliko.

Vrste plastike

Večino materialov, ki jih imenujemo plastika, predstavljajo polimeri — dolge verige med seboj povezanih atomov. V številnih plasteh je ogrodje sestavljeno iz verig ogljikovih atomov, nanje pa so vezani različni atomi ali stranske skupine. Različna kemijska sestava, dolžina verig in zgradba verig pomenijo različne lastnosti plastike.

Termoplastični polimeri: kot so polietilen (PE), polipropilen (PP), polistiren (PS), polivinilklorid (PVC) in polietilen tereftalat (PET). Ti se ob segrevanju mehčajo in jih je mogoče ponovno oblikovati.
Termoreaktivni polimeri (termoseti): kot so epoksi, fenolne smole ali poliuretani — pri njih je proces strjevanja ireverzibilen; po strjevanju jih ne moremo ponovno preoblikovati z gretjem.
Specialne plastike: kot so polikarbonat (PC), akril (PMMA), ABS in PTFE, ki imajo specifične lastnosti (prosojnost, udarna trdnost, odpornost na kemikalije ipd.).

Kratek zgodovinski pregled

Ljudje so že dolgo eksperimentirali s plastiko na osnovi naravnih polimerov. Alexander Parkes, angleški izumitelj (1813–1890), je leta 1855 ustvaril zgodnjo obliko plastike. Bila je trda, vendar prožna in prozorna. Poimenoval jo je "Parkesine", danes pa jo poznamo kot "Celuloid"", ki je bil pomemben predekel sodobnih polimerov.

Proizvodnja plastike

Plastične mase so večinoma petrokemikalije, izdelane iz zemeljskega plina ali nafte, ki je vrste nafte. Kemijski inženirji rafinirajo surovo nafto in plin; pri teh procesih nastaneta osnovna monomera, npr. etilen in propilen, ki sta gradnika številnih polimerov. Monomere nato kemično združijo v dolge verige v procesu, ki mu pravimo polimerizacija.

Obstajata dve osnovni vrsti polimerizacije: aditivna (chain-growth) in kondenzacijska (step-growth). Za pridobivanje nekaterih polimerov uporabljajo posebne katalizatorje (npr. Ziegler–Natta ali metaločni katalizatorji), ki omogočijo nadzor nad zgradbo verig. Končni polimer se nato obdeluje z različnimi industrijskimi postopki, kot so ekstrudiranje, brizganje (injection molding), puhanje (blow molding), termooblikovanje in druge tehnike za izdelavo izdelkov z zahtevano obliko in lastnostmi. Za 3D-tiskanje so najpogostejši postopki FDM (taljenje in ekstrudiranje filamenta) ter SLS/SL za prah ali fotopolimerne smole.

Lastnosti plastike

Mehanske: trdnost, togost, udarna trdnost, prožnost — zelo se razlikujejo med materiali.
Toplotne: temperatura taljenja, temperaturna stabilnost in uporaba pri nizkih ali visokih temperaturah.
Kemijska odpornost: nekatere plastike so zelo odporne na kisline, baze ali topila, druge se hitro razgradijo.
Gostota in teža: plastike so običajno lahke v primerjavi s kovinami, zato so priljubljene v transportu in pakiranju.
Optične lastnosti: nekatere so prozorne (npr. PMMA, PC), druge so neprozorne ali obarvane.

Aditivi in kompoziti

Da dosežejo želene lastnosti, proizvajalci dodajajo različne snovi: polnila (npr. steklo, minerali) za večjo trdnost ali togost, plastifikatorje za večjo prožnost, stabilizatorje proti UV in toploti, protivnetne dodatke, barvila in polnila. Ti aditivi spreminjajo lastnosti, pogosto pa otežijo recikliranje, ker lahko vplivajo na čistost in lastnosti materiala po predelavi.

Okoljski vplivi in odpadki

Staro plastiko pogosto zavržemo in odložimo na odlagališčih ali pa konča v okolju, kjer se počasi razgrajuje na drobne delce — mikroplastika —, ki se kopičijo v tleh, vodi in v živih organizmih. Pri segrevanju nekaterih plastičnih mas se sproščajo strupeni hlapi, zato je pri predelavi in ob požarih potrebna previdnost. Nekatere plastike vsebujejo tudi stabilizatorje ali mehčala, ki lahko izločajo škodljive snovi.

Recikliranje

Nekatere plastike se reciklirajo, a recikliranje je odvisno od vrste materiala, čistosti odpadka in prisotnosti dodatkov. Glavne metode so:

Mehansko recikliranje: sortiranje, čiščenje, drobljenje in taljenje materiala za izdelavo novih izdelkov. To je najpogostejša metoda, vendar lahko več ciklov zmanjša kakovost (downcycling).
Kemijsko recikliranje: depolimerizacija ali razgradnja plastičnih mas nazaj v monomere ali v surovine (npr. s pirolizo). Omogoča obnovitev osnovnih kemikalij, primerna je za mešane ali onesnažene tokove, a je energetsko zahtevna.
Energijska izraba: sežig z izkoriščanjem nastale toplote za proizvodnjo elektrike ali toplote; zmanjšuje količino odpadka, vendar sprošča CO2 in druge emisije.
Biološke poti: za nekatere bioplastike in kompostabilne materiale obstajajo postopki biološke razgradnje, pogosto v industrijskih kompostnikih pod nadzorovanimi pogoji.

Recikliranje med potrošniki olajša pravilno ločevanje; za razlikovanje vrst plastike se pogosto uporablja sistem identifikacijskih kod (oznaka 1–7), ki pomaga pri sortiranju. Kljub temu so izzivi velike količine odpadkov, zasičenost reciklažnih kapacitet, kontaminacija in ekonomska upravičenost predelave.

Bioplastike in alternativni viri

Danes nekatere od teh plastičnih mas izdelujejo tudi brez nafte. Namesto tega se uporabljajo obnovljivi viri, kot so rastline ali celo bakterije. Te plastike imenujemo bioplastike. Nekatere so biorazgradljive in jih lahko mikroorganizmi razgradijo — to je prednost pri zmanjševanju dolgotrajnih odpadkov — a pomembno je vedeti, da ne vse bioplastike razpadejo v naravnih pogojih; mnoge zahtevajo industrijske kompostirne pogoje (visoka temperatura in kontrolirana mikrobiologija).

Praktični nasveti in priporočila

Priporočljivo je zmanjšati porabo enkratne plastike (vrečke, plastenke, pribor) in raje izbrati ponovno uporabne alternative.
Plastiko ločujte po navodilih lokalnega sistema zbiranja in odstranite večje ostanke hrane, saj umazanija zmanjšuje možnost recikliranja.
Podpirajte izdelke iz recikliranih materialov in reciklabilne embalaže.
Pri nakupu bodite pozorni na označbe in lastnosti materiala — nekatere plastike se ne reciklirajo ali pa vsebujejo dodatke, ki zmanjšajo možnost predelave.

Skupaj z napredkom tehnologij za recikliranje in razvojem novih, bolj trajnostnih materialov se lahko vpliv plastike na okolje zmanjša. Pomembno je usklajeno delovanje proizvajalcev, oblikovalcev sistemov zbiranja, zakonodajalcev in potrošnikov.

Vsi ti predmeti so izdelani iz plastike.

Jantar, plastika, ki se pojavlja v naravi.

Znane plastične mase in njihova uporaba

Poliamid (običajno imenovan najlon) - ženske nogavice, zobniki, avtomobilski deli, ščetine zobnih ščetk
Polikarbonat - neprebojno steklo, kompaktne plošče, DVD-ji.
polietilen - cevi, steklenice, nakupovalne vrečke, kozarci za mleko, neprebojni jopiči (izdelani iz polietilena s posebej dolgimi verigami)
polietilen tereftalat (imenovan PET, kadar se uporablja za steklenice, in poliester, kadar se uporablja za oblačila ali druge materiale)
Polipropilen - posode za hrano, stoli
Polistiren - ohišja za zgoščenke, plastični lončki, plastične vilice in noži
Poliuretan - guma, pena, sijoči premazi na lesu in ploščicah
polivinilklorid (običajno imenovan PVC) - cevi (s kemikalijami lahko PVC postane mehkejši za igrače in blazine)

Vprašanja in odgovori

V: Kaj je plastika?

O: Plastika je material, ki lahko zlahka spremeni svojo obliko. Veliko stvari je narejenih iz plastike, nekatere vrste lesa pa so lahko narejene iz plastike, običajno zato, ker je njihova izdelava v pravi obliki enostavna, plastika pa daje obliko lesu in drugim stvarem.

V: Ali je vsa plastika umetna?

O: Večino plastičnih mas je ustvaril človek; v naravi se ne pojavljajo. Postopek izdelave plastike je običajno precej zapleten. Večina materialov, ki jih imenujemo plastika, so polimeri. Polimeri so dolge verige med seboj povezanih atomov. V večini plastičnih mas je dolga veriga veriga ogljikovih atomov, na katere so vezani drugi atomi.

V: Kdo je izumil zgodnjo obliko plastike?

O: Alexander Parkes, angleški izumitelj (1813-1890), je leta 1855 ustvaril zgodnjo obliko plastike. Bila je trda, vendar prožna in prozorna. Poimenoval jo je "Parkesine", zdaj pa jo imenujemo "Celuloid".

V: Kako postane nafta del postopka za izdelavo plastike?

O: Plastične mase so večinoma petrokemikalije, izdelane iz zemeljskega plina ali nafte, ki je vrsta nafte. Kemijski inženirji rafinirajo nafto, ki gre skozi postopek segrevanja. Pri tem nastaneta etilen in propilen, ki sta kemijska gradnika številnih plastičnih mas. Te kemikalije se nato kombinirajo z drugimi kemikalijami, da nastanejo polimeri.

V: Katere vrste plastike se lahko uporabljajo za 3D-tiskanje?

O: Nekatere vrste termoplastov se lahko uporabljajo za 3D-tiskanje, ker pri segrevanju postanejo dovolj mehki, da se oblikujejo v različne oblike, in nato, ko se ohladijo, spet postanejo trdi.

V: Kaj se zgodi s staro plastiko?

O: Staro plastiko običajno zavržemo in odložimo na odlagališča ali pa jo recikliramo, da ne postane odpadek.

V: Kateri materiali se lahko dodajo nekaterim vrstam plastike?

O: Nekaterim vrstam plastike so dodani drugi materiali, na primer steklo, saj je zaradi tega plastika močnejša in trša.