Från dess tidiga början under och efter andra världskriget har den kommersiella industrin för polymerer - långkedjiga syntetiska molekyler där "plast" är en vanlig missvisande benämning - vuxit snabbt.Under 2015 tillverkades över 320 miljoner ton polymerer, exklusive fibrer, över hela världen.
[Chart: The Conversation]Fram till de senaste fem åren har polymerproduktdesigners vanligtvis inte tänkt på vad som kommer att hända efter slutet av deras produkts ursprungliga livslängd.Detta börjar förändras och denna fråga kommer att kräva ökad fokus under de kommande åren.
"Plast" har blivit ett något missriktat sätt att beskriva polymerer.Typiskt härrörande från petroleum eller naturgas är dessa långkedjiga molekyler med hundratals till tusentals länkar i varje kedja.Långa kedjor förmedlar viktiga fysikaliska egenskaper, såsom styrka och seghet, som korta molekyler helt enkelt inte kan matcha.
"Plast" är faktiskt en förkortad form av "termoplast", en term som beskriver polymera material som kan formas och omformas med hjälp av värme.
Den moderna polymerindustrin skapades effektivt av Wallace Carothers på Dupont på 1930 -talet.Hans mödosamma arbete med polyamider ledde till kommersialiseringen av nylon, eftersom en brist på siden i krigstid tvingade kvinnor att leta någon annanstans efter strumpor.
När andra material blev ont om under andra världskriget, tittade forskare på syntetiska polymerer för att fylla luckorna.Till exempel avbröts tillförseln av naturgummi för fordonsdäck av den japanska erövringen i Sydostasien, vilket ledde till en syntetisk polymerekvivalent.
Nyfikenhetsdrivna genombrott inom kemin ledde till vidareutveckling av syntetiska polymerer, inklusive den nu allmänt använda polypropenen och högdensitetspolyeten.Vissa polymerer, som teflon, snubblade på av en slump.
Så småningom ledde kombinationen av behov, vetenskapliga framsteg och serendipity till hela uppsättningen av polymerer som du nu lätt kan känna igen som "plast".Dessa polymerer kommersialiserades snabbt, tack vare en önskan att minska produkternas vikt och att tillhandahålla billiga alternativ till naturliga material som cellulosa eller bomull.
TYPER AV PLAST
Produktionen av syntetiska polymerer globalt domineras av polyolefiner-polyeten och polypropen.
Polyeten finns i två typer: "hög densitet" och "låg densitet."På molekylär skala ser högdensitetspolyeten ut som en kam med korta tänder med jämna mellanrum.Lågdensitetsversionen, å andra sidan, ser ut som en kam med oregelbundet fördelade tänder av slumpmässig längd - ungefär som en flod och dess bifloder om man ser den högt uppifrån.Även om de båda är polyeten, gör skillnaderna i form att dessa material beter sig annorlunda när de formas till filmer eller andra produkter.
[Diagram: The Conversation]
Polyolefiner är dominerande av några anledningar.För det första kan de produceras med relativt billig naturgas.För det andra är de de lättaste syntetiska polymererna som produceras i stor skala;deras densitet är så låg att de flyter.För det tredje motstår polyolefiner skador av vatten, luft, fett, rengöringsmedel – allt som dessa polymerer kan stöta på när de används.Slutligen är de lätta att forma till produkter, samtidigt som de är robusta nog att förpackningar gjorda av dem inte deformeras i en lastbil som sitter i solen hela dagen.
Dessa material har dock allvarliga nackdelar.De bryts ned smärtsamt långsamt, vilket innebär att polyolefiner kommer att överleva i miljön i årtionden till århundraden.Samtidigt slår våg- och vindverkan mekaniskt dem, vilket skapar mikropartiklar som kan intas av fisk och djur och ta sig upp på livsmedelskedjan mot oss.
Återvinning av polyolefiner är inte så enkelt som man skulle vilja på grund av insamlings- och rengöringsproblem.Syre och värme orsakar kedjeskador under upparbetning, medan mat och andra material förorenar polyolefinen.Fortsatta framsteg inom kemin har skapat nya kvaliteter av polyolefiner med förbättrad styrka och hållbarhet, men dessa kan inte alltid blandas med andra kvaliteter under återvinning.Dessutom kombineras polyolefiner ofta med andra material i flerskiktsförpackningar.Även om dessa flerskiktskonstruktioner fungerar bra, är de omöjliga att återvinna.
Polymerer kritiseras ibland för att de tillverkas av alltmer knapphet på petroleum och naturgas.Emellertid är andelen av antingen naturgas eller petroleum som används för att producera polymerer mycket låg;mindre än 5 % av antingen olja eller naturgas som produceras varje år används för att generera plast.Vidare kan eten produceras från sockerröretanol, som görs kommersiellt av Braskem i Brasilien.
HUR PLAST ANVÄNDS
Beroende på region förbrukar förpackningar 35 % till 45 % av den syntetiska polymeren som produceras totalt, där polyolefinerna dominerar.Polyetentereftalat, en polyester, dominerar marknaden för dryckesflaskor och textilfibrer.
Byggnad och konstruktion förbrukar ytterligare 20 % av den totala producerade polymeren, där PVC-rör och dess kemiska kusiner dominerar.PVC-rör är lätta, kan limmas snarare än lödas eller svetsas, och motstår i hög grad de skadliga effekterna av klor i vatten.Tyvärr gör kloratomerna som ger PVC denna fördel det mycket svårt att återvinna - det mesta kasseras i slutet av livet.
Polyuretaner, en hel familj av besläktade polymerer, används i stor utsträckning i skumisolering för hem och apparater, såväl som i arkitektoniska beläggningar.
Fordonssektorn använder ökande mängder termoplast, främst för att minska vikten och därmed uppnå högre bränsleeffektivitetsstandarder.Europeiska unionen uppskattar att 16% av vikten av en genomsnittlig bil är plastkomponenter, särskilt för inre delar och komponenter.
Över 70 miljoner ton termoplast per år används i textilier, mestadels kläder och mattor.Mer än 90 % av de syntetiska fibrerna, till stor del polyetylentereftalat, produceras i Asien.Ökningen av användningen av syntetiska fibrer i kläder har skett på bekostnad av naturliga fibrer som bomull och ull, som kräver betydande mängder jordbruksmark för att produceras.Syntetfiberindustrin har sett en dramatisk tillväxt för kläder och mattor, tack vare intresset för speciella egenskaper som stretch, fukttransport och andningsförmåga.
Liksom i fallet med förpackningar, återvinns inte textilier vanligtvis.En genomsnittlig amerikansk medborgare genererar över 90 pund textilavfall varje år.Enligt Greenpeace köpte den genomsnittliga personen 2016 60% fler kläder varje år än den genomsnittliga personen gjorde 15 år tidigare och håller kläderna under en kortare tidsperiod.
Posttid: 2023-03-03