Plastik – co to właściwie jest?

Wyjątkowy materiał o niesamowitych właściwościach, możliwościach i niskiej cenie. Codziennie korzystamy z przedmiotów z niego wykonanych, bez większości z nich nie wyobrażamy sobie życia. O czym mowa? Oczywiście o tytułowym plastiku. Można śmiało powiedzieć, że plastik zdominował nasz świat, i to w bardzo krótkim czasie. Omamieni niską ceną i wygodą zaufaliśmy mu bezgranicznie. Ale czym on w zasadzie jest i czy słusznie tak się do niego przywiązaliśmy?

 

CZYM JEST PLASTIK I CO SIĘ Z NIM WIĄŻE?

Plastik to potoczne określenie tworzyw sztucznych, czyli dużej grupy materiałów stosowanych obecnie we wszystkich dziedzinach naszego życia. Tworzywa te, zwane też tworzywami polimerowymi, obejmują materiały, których głównym składnikiem są syntetyczne, naturalne lub modyfikowane polimery wzbogacone dodatkami innych substancji pomocniczych. Polimery (gr. polymeres – wieloczęściowy, zbudowany z wielu części) to substancje chemiczne, które wyróżnia bardzo duża masa cząsteczkowa. Składają się one z tzw. merów – wielokrotnie powtórzonych, tak samo powiązanych ze sobą jednostek.

Polimery można podzielić na te pochodzenia naturalnego (biopolimery) oraz syntetyczne. Biopolimery są w sposób naturalny produkowane przez organizmy żywe i stanowią jeden z ich podstawowych budulców. Do tej grupy zaliczymy na przykład celulozę, która jest składnikiem budulcowym roślin, czy chitynę, z której zbudowane są zewnętrzne szkielety stawonogów. Polimery syntetyczne to natomiast wynalazek człowieka i główny budulec interesujących nas tu tworzyw sztucznych oraz innych wykorzystywanych powszechnie produktów chemicznych, tj. klejów, farb czy lakierów. Powstają one w procesie polimeryzacji monomerów, tzn. reakcji chemicznej, podczas której wiele małych cząsteczek (monomerów) tego samego związku reaguje sama ze sobą, tworząc związek o większej masie cząsteczkowej i odmiennych właściwościach chemicznych i fizycznych niż jego związki składowe, czyli właśnie polimer. Wyróżnić należy także polimery modyfikowane, czyli sztucznie zmodyfikowane polimery naturalne, najczęściej w celu zwiększenia ich wartości użytkowej.

 

Rys. 1. Przykład budowy meru polipropenu
Źródło: https://pl.wikipedia.org/wiki/Polimery

 

Polimery pochodzenia naturalnego są wykorzystywane przez człowieka od najdawniejszych czasów, a najbardziej znane z nich to celuloza i kauczuk naturalny. Syntetyczne tworzywa polimerowe należą natomiast do najmłodszych materiałów konstrukcyjnych. Przyjmuje się, że rozwój światowego przemysłu tworzyw sztucznych przypada na drugą połowę XIX wieku. W 1862 roku brytyjski metalurg i wynalazca Alexander Parkes stworzył parkesinę – pierwsze tworzywo sztuczne otrzymywane z celulozy. Jednakże na masową skalę tworzywa sztuczne zaczęto stosować dopiero po wynalezieniu przemysłowej metody otrzymywania bakelitu przez Leo Baekelanda w latach 1907-1909. Tworzywo to było stosowane przede wszystkim w przemyśle elektrotechnicznym jako materiał konstrukcyjny i izolacyjny, ale używano je także do produkcji wielu innych wyrobów użytkowych, np. telefonów, przyborów kuchennych itd. Zdecydowaną większość popularnych dzisiaj i produkowanych na skalę przemysłową tworzyw polimerowych odkryto w pierwszej połowie XX wieku.

 

Tworzywa sztuczne w kolejności ich wynalezienia:

Rok wynalezienia	Nazwa tworzywa sztucznego
1862	parkesina
1868	celuloid
1892	rayon (wiskoza)
1897	galalit
1907	bakelit – żywice fenolowe
1912	polichlorek winylu (PVC)
1913	polioctan winylu
1929	polistyren (PS)
1930	neopren
1932	polilaktyd (PLA)
1933	polietylen niskiej gęstości (LDPE)
1934	melamina, polimetakrylan metylu (PMMA)
1935	poliamid (PA)
1937	poliuretan (PUR)
1938	politetrafluoroetylen (PTFE; teflon)
1941	polifluorek winylidenu (PVDF), politereftalan etylenu (PET)
1943	silikony
1946	terpolimer akrylonitrylo-butadieno-styrenowy (ABS)
1952	polioksymetylen (poliacetal) POM
1955	polietylen wysokiej gęstości (polietylen niskociśnieniowy; HDPE)
1956	poliwęglan (PC)
1957	polipropylen (PP)
1964	polieter fenylenu (PPE)
1965	poliaramidy, polisulfon (PSU), polimery ciekłokrystaliczne (LCP), polieteroeteroketon (PEEK)
1970	polisiarczek fenylenu (PPS), poliimidy
po 1980	polihydroksyalkanolany (PHA), polihydroksymaślan (PHB), tworzywa oparte na skrobi

Źródło: K. Borkowski, Przemysł tworzyw sztucznych – materiałów XXI wieku, “Mechanik” 4/2015

 

Wraz z rozwojem produkcji przemysłowej tworzyw sztucznych zaczęto je wykorzystywać we wszystkich gałęziach gospodarki i życia codziennego. W konsekwencji od połowy XX wieku odnotowano gwałtowny wzrost ich zużycia, które w 2013 roku wyniosło już 300 mln ton. Obecnie liderem wyrobu tworzyw sztucznych są Chiny, odpowiadające za 25% światowej produkcji, następna jest Europa – 20%. W Polsce zużywa się około 2,9 mln ton tworzyw sztucznych rocznie, co daje ok. 75 kg na obywatela, a tym samym plasuje nasz kraj na szóstym miejscu w Unii Europejskiej. Najwięcej tworzyw sztucznych, bo aż 32,5%, wykorzystuje się w przemyśle opakowań, dalej znajdują się budownictwo – 25,9%, przemysł samochodowy – 10,3% i elektroniczny – 6,4%. Rosnąca popularność tworzyw sztucznych wynika z ich własności mechanicznych, niskiej ceny produkcji oraz łatwości przetwórstwa (Borkowski 2015).

 

PLASTIK PLASTIKOWI NIERÓWNY

Tworzywa sztuczne to w praktyce wiele różnych materiałów o różnych właściwościach, stąd też można podzielić je na wiele sposobów. Z punktu widzenia możliwości wykorzystania do celów użytkowych, ale też względów ekologicznych, jak szkodliwość dla środowiska i potencjał recyklingowy, należy wziąć pod uwagę właściwości fizykochemiczne i strukturę chemiczną.

Ze względu na właściwości fizykochemiczne wyróżniamy:

• elastomery – polimery, które przy małych naprężeniach wykazują dużą zdolność do odkształceń i wydłużeń przy zachowaniu właściwości sprężystych. Pod wpływem ściskania i rozciągania zmieniają swój kształt, jednak później wracają do pierwotnej formy. Tworzywa te niemal całkowicie zastąpiły kauczuk naturalny,
• plastomery – polimery, które wykazują niewielką zdolność do odkształceń. Zalicza się do nich termoplasty i duroplasty, odzwierciadlające zachowanie się materiału po wpływem ogrzewania:
  • termoplasty – tworzywa, które ogrzane do odpowiedniej temperatury miękną i stają się lepkim płynem, a po ich ochłodzeniu ponownie twardym ciałem stałym,
  • duroplasty – tworzywa, które można przeprowadzić ze stanu plastycznego w stały tylko jeden raz.

Ze względu na strukturę chemiczną wyróżniamy (Borkowski 2015):

• poliolefiny (PE, PP),
• polichlorek winylu (PVC),
• polistyren (PS) i inne tworzywa styrenowe (ABS, SAN),
• poliamidy (PA),
• poliestry (np. PET),
• poliuretany (PU).

Podział uwzględniający to kryterium nawiązuje do polimeru, z którego dane tworzywo jest zbudowane. Obecnie na rynku stosuje się ogromną liczbę tworzyw sztucznych na bazie różnego rodzaju związków polimerowych. Poniższa grafika prezentuje przykładowe zastosowanie użytkowe różnych rodzajów plastiku, a także ich udział procentowy w ogólnej produkcji tworzyw sztucznych.

Rys. 2. Sposoby zastosowań tworzyw sztucznych
Źródło: K. Borkowski, Przemysł tworzyw sztucznych – materiałów XXI wieku, “Mechanik” 4/2015

 

PROBLEM PLASTIKOWYCH ŚMIECI

Wraz z rosnącym zużyciem tworzyw sztucznych w gospodarce znacząco wzrósł udział odpadów polimerowych na wysypiskach odpadów. Obecnie odpady te stanowią 12-13% masy wszystkich odpadów komunalnych (Borkowski 2015). Największy problem stanowią odpady powstałe z opakowań jednorazowych, np. butelki z politereftalanu etylenu (PET), torby na zakupy, opakowania foliowe po żywności i innych przedmiotach wykonane z polietylenu (PE) lub polipropylenu (PP). Największym odbiorcą opakowań z tworzyw sztucznych jest branża spożywcza, która zużywa ich aż 60% (Stachurek 2012). Przynajmniej ogólna wiedza o rodzaju tworzywa, z jakiego zbudowane są nasze plastikowe śmieci, to w dzisiejszym świecie element świadomej konsumpcji.

 

Rodzaje odpadów z poszczególnych tworzyw sztucznych:

Tworzywo		Symbol	Rodzaj odpadu
Polietylen	małej gęstości	LDPE	torby na zakupy, folia do opakowań spożywczych i przedmiotów codziennego użytku, opakowania (np. pojemniki na jogurty), worki na odpady, zabawki, butelki, nakrętki do butelek, pojemniki, kanistry, artykuły gospodarstwa domowego, folie ogrodnicze, worki na nawozy sztuczne, folie izolacyjne, folie wykładzinowe, rury do transportu wody pitnej i gazu ziemnego
	średniej gęstości	HDPE
	dużej gęstości	HDPE
Polipropylen		PP	butelki, zabawki, opakowania (np. torebki na chipsy, pojemniki na jogurty), artykuły gospodarstwa domowego (np. kosze na śmieci, doniczki), rury (w tym rury do transportu wody pitnej, ścieków, gazów i cieczy agresywnych), izolacje przewodów, profile, włókna do produkcji sznurów i sieci rybackich, wyroby spienione do izolacji
Politereftalan etylenu		PET	butelki, wypełnienia poduszek, folie, włókna, przezroczyste płyty do wyrobu osłon, elementy maszyn, formy w przemyśle spożywczym, elementy dla medycyny, butelki na napoje
Polistyren		PS	materiał termoizolacyjny dla budownictwa i chłodnictwa, materiały konstrukcyjne w motoryzacji i lotnictwie, korpusy urządzeń elektrycznych, telewizorów i radioodbiorników, części maszyn biurowych i mebli, tacki do pakowania mięsa, kubki do gorących napojów, opakowania
Polichlorek winylu		PCV	rury wodociągowe, wykładziny, okna, parapety, ceraty, folie twarde i miękkie, wykładziny podłogowe, płytki, płyty, rury, węże, profile, powłoki ochronne i izolacyjne, sztuczna skóra, rękawice, fartuchy ochronne, wyroby wewnątrz puste (lalki, piłki)
Politetrafluoroetylen		PTFE	płyty, rury, taśmy, naczynia laboratoryjne, wykładziny aparatury chemicznej i przemysłowej, tkaniny filtracyjne
Polimetakrylan metylu		PMMA	elementy aparatury elektrycznej, lotniczej i motoryzacyjnej (klosze świateł sygnalizujących, urządzenia odblaskowe), pryzmaty, soczewki, szkła do zegarków, szyby okienne, osłony świetlówek i żyrandoli, naczynia stołowe, pióra, guziki, pudełka
Poliuretan		PUR	pianki PUR sztywne do ociepleń budynków, pianki umocnień konstrukcji podłóg i sufitów, elementy ram okiennych, drzwi i izolacji akustycznej, elastyczne pianki PUR (tapicerki samochodowe, odzież), zabawki, opakowania, wykładziny, elastomery PUR (kauczuki), włókna PUR (skarpety, kostiumy kąpielowe, pończochy), sztuczna skóra PUR (wypełnienie obuwia)
Poliamid		PA	włókna PA (ręczniki, dywany, dzianiny, ubrania), wyroby powszechnego użytku, elementy maszyn (koła, wirniki pomp, sitka, lejki, pudełka), elementy o dużej elastyczności, spody do obuwia, żyłki wędkarskie, szczeciny syntetyczne, izolacje przewodów elektrycznych, kształtki, folie opakowaniowe, rury, pręty, profile, pasy napędowe i do wzmacniania papieru
Poliwęglan		PC	płyty CD, elementy sprzętu elektrycznego, elektronicznego i maszyn (wentylatory), części aparatów telefonicznych, pompy, szpule do błon filmowych, obudowy lornetek, artykuły gospodarstwa domowego, butelki na odczynniki, szyby, folie opakowaniowe, osłony do lamp, hełmów ochronnych

Źródło: I. Stachurek, Problemy z biodegradacją tworzyw sztucznych w środowisku, “Zeszyty Naukowe Wyższej Szkoły Zarządzania Ochroną Pracy w Katowicach” 1(8)/2012

 

Problematyczny charakter odpadów z tworzyw sztucznych wynika z ich szkodliwości dla środowiska naturalnego, ale także ich trwałości, co oznacza, że nie ulegają biodegradacji, pozostając na naszej planecie nawet setki lat. W odpowiedzi na ten problem wypracowano do tej pory cztery główne metody postępowania z odpadami z tworzyw sztucznych: składowanie, spalanie, koksowanie i recykling. Każda z nich ma swoje wady i zalety, jednak najbardziej opłacalna pod względem ekonomicznym i środowiskowym jest ta ostatnia.

Recykling polega na odzyskiwaniu tworzywa ze zużytych produktów i ponownym jego użyciu do wytworzenia nowych. Proces ten jest możliwy w przypadku odpadów wykonanych z tworzyw termoplastycznych takich jak PE, PP, PS, PET czy PCV. Głównym problemem związanym z recyklingiem jest zbieranie i gromadzenie odpadów. Czynnikiem, który ma decydujące znaczenie w tym zakresie, jest świadomość społeczeństwa (Stachurek 2012).

Dla uproszczenia przetwórstwa odpadów z tworzyw sztucznych wprowadzono kody oznaczeń materiałów wykorzystanych do produkcji. Przedstawiono je w formie symbolu – trójkąta ze strzałek skierowanych zgodnie z ruchem wskazówek zegara, wewnątrz którego znajduje się cyfra oznaczająca użyty polimer, a pod symbolem jego skrót literowy.

 

Rys. 3. Przykład oznaczeń tworzyw sztucznych
Źródło: https://pl.wikipedia.org/wiki/Symbole_materia%C5%82%C3%B3w_do_recyklingu#/media/File:Plastic-recyc-01.svg

 

DEGRADACJA TWORZYW SZTUCZNYCH

Degradacja jest procesem nieodwracalnym, prowadzącym do zmian w strukturze chemicznej, czego efektem jest utrata właściwości użytkowych materiału. Część polimerów ulega degradacji na skutek działania mikroorganizmów, podczas której następuje ich rozkład na biomasę z wydzieleniem gazów takich jak dwutlenek węgla, metan, amoniak. Proces ten nazywamy biodegradacją. Jest to zupełnie naturalny sposób pozbycia się odpadu. Większość tworzyw sztucznych nie ulega biodegradacji lub rozkłada się bardzo wolno. Tworzywa polimerowe i produkty z nich wykonane rozkładają się w czasie 100 do 1000 lat. Degradacja łańcuchów polimerowych jest wieloetapowa i zazwyczaj zachodzi pod wpływem wielu czynników działających jednocześnie – m.in. temperatury, wody czy promieniowania słonecznego.

Rosnąca ilość odpadów z tworzyw sztucznych stała się przyczynkiem do wzrostu zainteresowania polimerami biodegradowalnymi, które uzyskuje się najczęściej z surowców roślinnych. Większość stosowanych obecnie tworzyw biodegradowalnych to mieszanki zawierające skrobię i celulozę oraz ich mieszaniny. Wieloetapowy proces degradacji tego typu polimerów prowadzi do ich pełnej bioasymilacji. Należy mieć jednak na uwadze, że rozkład tworzyw biodegradowalnych musi przebiegać w warunkach kompostowni. Dla prawidłowego zagospodarowania odpadów z tego typu polimerów konieczne są więc ich segregacja i przekazanie do odpowiedniego zakładu utylizacji. Dodatkowo wysokie koszty uzyskania tworzyw biodegradowalnych nadal stanowią przeszkodę do ich powszechnego zastosowania i całkowitego zastąpienia tworzyw sztucznych nieulegających biodegradacji. Warto wspomnieć o sposobie, w którym w celu przyspieszenia degradacji niektórych tworzyw polimerowych miesza się je z polimerami naturalnymi (Stachurek 2012). Przykładem takiego rozwiązania mogą być popularne w dyskontach spożywczych oksydegradowalne torby na zakupy, wykonane z polietylenu z dodatkami przyspieszającymi jego degradację, które reklamowane są jako ekologiczne. Trzeba jednak pamiętać, że sposób ten związany jest z ryzykiem niepełnej degradacji i tym samym rozproszenia polimeru w postaci pyłu do środowiska.

 

KONIEC ERY PLASTIKU?

Plastik stanowi zagrożenie dla wszystkich organizmów żywych zamieszkujących naszą planetę, w tym także nas. I to nie tylko w formie nieestetycznych odpadów piętrzących się na składowiskach. Jak dowodzą coraz liczniejsze badania, wiele z tworzyw sztucznych, w które pakowana jest nasza żywność, z których szyte są nasze ubrania, które otaczają nas każdego dnia, jest po prostu szkodliwych dla naszego zdrowia. Natomiast plastik dostający się w ogromnych ilościach do środowiska naturalnego w postaci odpadów przyczynia się do skażenia gleb, wód, roślin i stanowi ciągle rosnące zagrożenie dla zwierząt.

Mimo to obecnie nic nie zapowiada końca ery plastiku. Tworzywa sztuczne są wszechobecne i prędko się to nie zmieni. Niezaprzeczalny jednak jest fakt, że ludzie dostrzegli problem, z jakim wiąże się stale rosnący popyt na tworzywa sztuczne. Unia Europejska wprowadza przepisy mające na celu ograniczenie plastikowych śmieci. Powstają oddolne inicjatywy na rzecz rezygnacji z jednorazowych produktów wykonanych z tworzyw polimerowych. Na świecie trwają ciągłe badania nad udoskonaleniem metod otrzymywania nowych, lepszych i tańszych w produkcji tworzyw biodegradowalnych. Wprowadzane są nowe przepisy i normy dotyczące tworzyw sztucznych. Jednakże najlepszym sposobem na to, by zadbać o siebie i naszą planetę już dziś, nie czekając na przełomowe odkrycia i doskonałe przepisy prawne, jest wyrobienie sobie nowych nawyków konsumenckich. Rezygnacja z plastikowych przedmiotów jednorazowych i ograniczenie zużycia tworzyw sztucznych w swoim otoczeniu stanowią obecnie najlepszą metodę na ograniczenie produkcji tworzyw sztucznych, a zatem i ograniczenie z nich odpadów. Zdaje się, że jedynie wzrost świadomości konsumenckiej może zakończyć erę szkodliwego plastiku.

 

Natalia Szyszko

 

Bibliografia:

• K. Borkowski, Przemysł tworzyw sztucznych – materiałów XXI wieku, “Mechanik” 4/2015, s. 278-282.
• I. Bukowska-Śluz, Polimery biodegradowalne – nowa generacja materiałów polimerowych, http://www.rsi2004.lubelskie.pl/doc/sty7/art/Bukowska_Sluz_Izabela_art.pdf.
• Fundacja PlasticsEurope Polska, Raport roczny 2017, https://www.plasticseurope.org/application/files/1915/3380/9616/Raport_Roczny_PEP_2017_net.pdf.
• E. Gibas, G. Rymarz, Termoplastyczne polimery oksy-biodegradowalne, “Przetwórstwo Tworzyw” 2/2009, s. 24-33.
• I. Hyla, Tworzywa sztuczne. Własności – przetwórstwo – zastosowanie, Wydawnictwo Politechniki Śląskiej, Gliwice 2004.
• D. Rogala i wsp., Bisfenol A – niebezpieczny związek ukryty w tworzywach sztucznych, “Problemy Higieny i Epidemiologii” 97(3)/2016, s. 213-219.
• E.M. Siedlecka, Recykling tworzyw sztucznych, http://pke.gdansk.pl/wp-content/uploads/2017/03/Wyk%C5%82ad-4-recykling-tworzyw-sztucznych.pdf.
• I. Stachurek, Problemy z biodegradacją tworzyw sztucznych w środowisku, “Zeszyty Naukowe Wyższej Szkoły Zarządzania Ochroną Pracy w Katowicach” 1(8)/2012.
• M. Zych, W. Pilis, Wpływ poliestru na zdrowie człowieka, “Prace Naukowe Akademii im. Jana Długosza w Częstochowie. Kultura Fizyczna” t. XII, 2/2013.
• H. Żakowska, Torby handlowe przyjazne środowisku?, https://www.plastech.pl/pub/downloads/Stanowisko_COBRO.pdf.