Wyjatkowy material o niesamowitych wlasciwosciach, mozliwosciach i niskiej cenie. Codziennie korzystamy z przedmiotów z niego wykonanych, bez wiekszosci z nich nie wyobrazamy sobie zycia. O czym mowa? Oczywiscie o tytulowym plastiku. Mozna smialo powiedziec, ze plastik zdominowal nasz swiat, i to w bardzo krótkim czasie. Omamieni niska cena i wygoda zaufalismy mu bezgranicznie. Ale czym on w zasadzie jest i czy slusznie tak sie do niego przywiazalismy?
CZYM JEST PLASTIK I CO SIE Z NIM WIAZE?
Plastik to potoczne okreslenie tworzyw sztucznych, czyli duzej grupy materialów stosowanych obecnie we wszystkich dziedzinach naszego zycia. Tworzywa te, zwane tez tworzywami polimerowymi, obejmuja materialy, których glównym skladnikiem sa syntetyczne, naturalne lub modyfikowane polimery wzbogacone dodatkami innych substancji pomocniczych. Polimery (gr. polymeres wieloczesciowy, zbudowany z wielu czesci) to substancje chemiczne, które wyróznia bardzo duza masa czasteczkowa. Skladaja sie one z tzw. merów wielokrotnie powtórzonych, tak samo powiazanych ze soba jednostek.
Polimery mozna podzielic na te pochodzenia naturalnego (biopolimery) oraz syntetyczne. Biopolimery sa w sposób naturalny produkowane przez organizmy zywe i stanowia jeden z ich podstawowych budulców. Do tej grupy zaliczymy na przyklad celuloze, która jest skladnikiem budulcowym roslin, czy chityne, z której zbudowane sa zewnetrzne szkielety stawonogów. Polimery syntetyczne to natomiast wynalazek czlowieka i glówny budulec interesujacych nas tu tworzyw sztucznych oraz innych wykorzystywanych powszechnie produktów chemicznych, tj. klejów, farb czy lakierów. Powstaja one w procesie polimeryzacji monomerów, tzn. reakcji chemicznej, podczas której wiele malych czasteczek (monomerów) tego samego zwiazku reaguje sama ze soba, tworzac zwiazek o wiekszej masie czasteczkowej i odmiennych wlasciwosciach chemicznych i fizycznych niz jego zwiazki skladowe, czyli wlasnie polimer. Wyróznic nalezy takze polimery modyfikowane, czyli sztucznie zmodyfikowane polimery naturalne, najczesciej w celu zwiekszenia ich wartosci uzytkowej.
[su_custom_gallery source=”media: 668″ limit=”50″ link=”lightbox” target=”blank” width=”500″ height=”300″ title=”never”]
Rys. 1. Przyklad budowy meru polipropenu
Zródlo: https://pl.wikipedia.org/wiki/Polimery
Polimery pochodzenia naturalnego sa wykorzystywane przez czlowieka od najdawniejszych czasów, a najbardziej znane z nich to celuloza i kauczuk naturalny. Syntetyczne tworzywa polimerowe naleza natomiast do najmlodszych materialów konstrukcyjnych. Przyjmuje sie, ze rozwój swiatowego przemyslu tworzyw sztucznych przypada na druga polowe XIX wieku. W 1862 roku brytyjski metalurg i wynalazca Alexander Parkes stworzyl parkesine pierwsze tworzywo sztuczne otrzymywane z celulozy. Jednakze na masowa skale tworzywa sztuczne zaczeto stosowac dopiero po wynalezieniu przemyslowej metody otrzymywania bakelitu przez Leo Baekelanda w latach 1907-1909. Tworzywo to bylo stosowane przede wszystkim w przemysle elektrotechnicznym jako material konstrukcyjny i izolacyjny, ale uzywano je takze do produkcji wielu innych wyrobów uzytkowych, np. telefonów, przyborów kuchennych itd. Zdecydowana wiekszosc popularnych dzisiaj i produkowanych na skale przemyslowa tworzyw polimerowych odkryto w pierwszej polowie XX wieku.
Tworzywa sztuczne w kolejnosci ich wynalezienia:
| Rok wynalezienia | Nazwa tworzywa sztucznego |
| 1862 | parkesina |
| 1868 | celuloid |
| 1892 | rayon (wiskoza) |
| 1897 | galalit |
| 1907 | bakelit zywice fenolowe |
| 1912 | polichlorek winylu (PVC) |
| 1913 | polioctan winylu |
| 1929 | polistyren (PS) |
| 1930 | neopren |
| 1932 | polilaktyd (PLA) |
| 1933 | polietylen niskiej gestosci (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 gestosci (polietylen niskocisnieniowy; HDPE) |
| 1956 | poliweglan (PC) |
| 1957 | polipropylen (PP) |
| 1964 | polieter fenylenu (PPE) |
| 1965 | poliaramidy, polisulfon (PSU), polimery cieklokrystaliczne (LCP), polieteroeteroketon (PEEK) |
| 1970 | polisiarczek fenylenu (PPS), poliimidy |
| po 1980 | polihydroksyalkanolany (PHA), polihydroksymaslan (PHB), tworzywa oparte na skrobi |
Zródlo: K. Borkowski, Przemysl tworzyw sztucznych materialów XXI wieku, „Mechanik” 4/2015
Wraz z rozwojem produkcji przemyslowej tworzyw sztucznych zaczeto je wykorzystywac we wszystkich galeziach gospodarki i zycia codziennego. W konsekwencji od polowy XX wieku odnotowano gwaltowny wzrost ich zuzycia, które w 2013 roku wynioslo juz 300 mln ton. Obecnie liderem wyrobu tworzyw sztucznych sa Chiny, odpowiadajace za 25% swiatowej produkcji, nastepna jest Europa 20%. W Polsce zuzywa sie okolo 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. Najwiecej tworzyw sztucznych, bo az 32,5%, wykorzystuje sie w przemysle opakowan, dalej znajduja sie budownictwo 25,9%, przemysl samochodowy 10,3% i elektroniczny 6,4%. Rosnaca popularnosc tworzyw sztucznych wynika z ich wlasnosci mechanicznych, niskiej ceny produkcji oraz latwosci przetwórstwa (Borkowski 2015).
PLASTIK PLASTIKOWI NIERÓWNY
Tworzywa sztuczne to w praktyce wiele róznych materialów o róznych wlasciwosciach, stad tez mozna podzielic je na wiele sposobów. Z punktu widzenia mozliwosci wykorzystania do celów uzytkowych, ale tez wzgledów ekologicznych, jak szkodliwosc dla srodowiska i potencjal recyklingowy, nalezy wziac pod uwage wlasciwosci fizykochemiczne i strukture chemiczna.
Ze wzgledu na wlasciwosci fizykochemiczne wyrózniamy:
- elastomery polimery, które przy malych naprezeniach wykazuja duza zdolnosc do odksztalcen i wydluzen przy zachowaniu wlasciwosci sprezystych. Pod wplywem sciskania i rozciagania zmieniaja swój ksztalt, jednak pózniej wracaja do pierwotnej formy. Tworzywa te niemal calkowicie zastapily kauczuk naturalny,
- plastomery polimery, które wykazuja niewielka zdolnosc do odksztalcen. Zalicza sie do nich termoplasty i duroplasty, odzwierciadlajace zachowanie sie materialu po wplywem ogrzewania:
- termoplasty tworzywa, które ogrzane do odpowiedniej temperatury miekna i staja sie lepkim plynem, a po ich ochlodzeniu ponownie twardym cialem stalym,
- duroplasty tworzywa, które mozna przeprowadzic ze stanu plastycznego w staly tylko jeden raz.
Ze wzgledu na strukture chemiczna wyrózniamy (Borkowski 2015):
- poliolefiny (PE, PP),
- polichlorek winylu (PVC),
- polistyren (PS) i inne tworzywa styrenowe (ABS, SAN),
- poliamidy (PA),
- poliestry (np. PET),
- poliuretany (PU).
Podzial uwzgledniajacy to kryterium nawiazuje do polimeru, z którego dane tworzywo jest zbudowane. Obecnie na rynku stosuje sie ogromna liczbe tworzyw sztucznych na bazie róznego rodzaju zwiazków polimerowych. Ponizsza grafika prezentuje przykladowe zastosowanie uzytkowe róznych rodzajów plastiku, a takze ich udzial procentowy w ogólnej produkcji tworzyw sztucznych.
[su_custom_gallery source=”media: 660″ limit=”50″ link=”lightbox” target=”blank” width=”1500″ height=”800″ title=”never”]
Rys. 2. Sposoby zastosowan tworzyw sztucznych
Zródlo: K. Borkowski, Przemysl tworzyw sztucznych materialów XXI wieku, „Mechanik” 4/2015
PROBLEM PLASTIKOWYCH SMIECI
Wraz z rosnacym zuzyciem tworzyw sztucznych w gospodarce znaczaco wzrósl udzial odpadów polimerowych na wysypiskach odpadów. Obecnie odpady te stanowia 12-13% masy wszystkich odpadów komunalnych (Borkowski 2015). Najwiekszy problem stanowia odpady powstale z opakowan jednorazowych, np. butelki z politereftalanu etylenu (PET), torby na zakupy, opakowania foliowe po zywnosci i innych przedmiotach wykonane z polietylenu (PE) lub polipropylenu (PP). Najwiekszym odbiorca opakowan z tworzyw sztucznych jest branza spozywcza, która zuzywa ich az 60% (Stachurek 2012). Przynajmniej ogólna wiedza o rodzaju tworzywa, z jakiego zbudowane sa nasze plastikowe smieci, to w dzisiejszym swiecie element swiadomej konsumpcji.
Rodzaje odpadów z poszczególnych tworzyw sztucznych:
| Tworzywo | Symbol | Rodzaj odpadu | |
| Polietylen | malej gestosci | LDPE | torby na zakupy, folia do opakowan spozywczych i przedmiotów codziennego uzytku, opakowania (np. pojemniki na jogurty), worki na odpady, zabawki, butelki, nakretki do butelek, pojemniki, kanistry, artykuly gospodarstwa domowego, folie ogrodnicze, worki na nawozy sztuczne, folie izolacyjne, folie wykladzinowe, rury do transportu wody pitnej i gazu ziemnego |
| sredniej gestosci | HDPE | ||
| duzej gestosci | HDPE | ||
| Polipropylen | PP | butelki, zabawki, opakowania (np. torebki na chipsy, pojemniki na jogurty), artykuly gospodarstwa domowego (np. kosze na smieci, doniczki), rury (w tym rury do transportu wody pitnej, scieków, gazów i cieczy agresywnych), izolacje przewodów, profile, wlókna do produkcji sznurów i sieci rybackich, wyroby spienione do izolacji | |
| Politereftalan etylenu | PET | butelki, wypelnienia poduszek, folie, wlókna, przezroczyste plyty do wyrobu oslon, elementy maszyn, formy w przemysle spozywczym, elementy dla medycyny, butelki na napoje | |
| Polistyren | PS | material termoizolacyjny dla budownictwa i chlodnictwa, materialy konstrukcyjne w motoryzacji i lotnictwie, korpusy urzadzen elektrycznych, telewizorów i radioodbiorników, czesci maszyn biurowych i mebli, tacki do pakowania miesa, kubki do goracych napojów, opakowania | |
| Polichlorek winylu | PCV | rury wodociagowe, wykladziny, okna, parapety, ceraty, folie twarde i miekkie, wykladziny podlogowe, plytki, plyty, rury, weze, profile, powloki ochronne i izolacyjne, sztuczna skóra, rekawice, fartuchy ochronne, wyroby wewnatrz puste (lalki, pilki) | |
| Politetrafluoroetylen | PTFE | plyty, rury, tasmy, naczynia laboratoryjne, wykladziny aparatury chemicznej i przemyslowej, tkaniny filtracyjne | |
| Polimetakrylan metylu | PMMA | elementy aparatury elektrycznej, lotniczej i motoryzacyjnej (klosze swiatel sygnalizujacych, urzadzenia odblaskowe), pryzmaty, soczewki, szkla do zegarków, szyby okienne, oslony swietlówek i zyrandoli, naczynia stolowe, pióra, guziki, pudelka | |
| Poliuretan | PUR | pianki PUR sztywne do ocieplen budynków, pianki umocnien konstrukcji podlóg i sufitów, elementy ram okiennych, drzwi i izolacji akustycznej, elastyczne pianki PUR (tapicerki samochodowe, odziez), zabawki, opakowania, wykladziny, elastomery PUR (kauczuki), wlókna PUR (skarpety, kostiumy kapielowe, ponczochy), sztuczna skóra PUR (wypelnienie obuwia) | |
| Poliamid | PA | wlókna PA (reczniki, dywany, dzianiny, ubrania), wyroby powszechnego uzytku, elementy maszyn (kola, wirniki pomp, sitka, lejki, pudelka), elementy o duzej elastycznosci, spody do obuwia, zylki wedkarskie, szczeciny syntetyczne, izolacje przewodów elektrycznych, ksztaltki, folie opakowaniowe, rury, prety, profile, pasy napedowe i do wzmacniania papieru | |
| Poliweglan | PC | plyty CD, elementy sprzetu elektrycznego, elektronicznego i maszyn (wentylatory), czesci aparatów telefonicznych, pompy, szpule do blon filmowych, obudowy lornetek, artykuly gospodarstwa domowego, butelki na odczynniki, szyby, folie opakowaniowe, oslony do lamp, helmów ochronnych | |
Zródlo: I. Stachurek, Problemy z biodegradacja tworzyw sztucznych w srodowisku, „Zeszyty Naukowe Wyzszej Szkoly Zarzadzania Ochrona Pracy w Katowicach” 1(8)/2012
Problematyczny charakter odpadów z tworzyw sztucznych wynika z ich szkodliwosci dla srodowiska naturalnego, ale takze ich trwalosci, co oznacza, ze nie ulegaja biodegradacji, pozostajac na naszej planecie nawet setki lat. W odpowiedzi na ten problem wypracowano do tej pory cztery glówne metody postepowania z odpadami z tworzyw sztucznych: skladowanie, spalanie, koksowanie i recykling. Kazda z nich ma swoje wady i zalety, jednak najbardziej oplacalna pod wzgledem ekonomicznym i srodowiskowym jest ta ostatnia.
Recykling polega na odzyskiwaniu tworzywa ze zuzytych produktów i ponownym jego uzyciu do wytworzenia nowych. Proces ten jest mozliwy w przypadku odpadów wykonanych z tworzyw termoplastycznych takich jak PE, PP, PS, PET czy PCV. Glównym problemem zwiazanym z recyklingiem jest zbieranie i gromadzenie odpadów. Czynnikiem, który ma decydujace znaczenie w tym zakresie, jest swiadomosc spoleczenstwa (Stachurek 2012).
Dla uproszczenia przetwórstwa odpadów z tworzyw sztucznych wprowadzono kody oznaczen materialów wykorzystanych do produkcji. Przedstawiono je w formie symbolu trójkata ze strzalek skierowanych zgodnie z ruchem wskazówek zegara, wewnatrz którego znajduje sie cyfra oznaczajaca uzyty polimer, a pod symbolem jego skrót literowy.
[su_custom_gallery source=”media: 662″ limit=”50″ link=”lightbox” target=”blank” width=”210″ height=”240″ title=”never”]
Rys. 3. Przyklad oznaczen tworzyw sztucznych
Zródlo: 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, prowadzacym do zmian w strukturze chemicznej, czego efektem jest utrata wlasciwosci uzytkowych materialu. Czesc polimerów ulega degradacji na skutek dzialania mikroorganizmów, podczas której nastepuje ich rozklad na biomase z wydzieleniem gazów takich jak dwutlenek wegla, metan, amoniak. Proces ten nazywamy biodegradacja. Jest to zupelnie naturalny sposób pozbycia sie odpadu. Wiekszosc tworzyw sztucznych nie ulega biodegradacji lub rozklada sie bardzo wolno. Tworzywa polimerowe i produkty z nich wykonane rozkladaja sie w czasie 100 do 1000 lat. Degradacja lancuchów polimerowych jest wieloetapowa i zazwyczaj zachodzi pod wplywem wielu czynników dzialajacych jednoczesnie m.in. temperatury, wody czy promieniowania slonecznego.
Rosnaca ilosc odpadów z tworzyw sztucznych stala sie przyczynkiem do wzrostu zainteresowania polimerami biodegradowalnymi, które uzyskuje sie najczesciej z surowców roslinnych. Wiekszosc stosowanych obecnie tworzyw biodegradowalnych to mieszanki zawierajace skrobie i celuloze oraz ich mieszaniny. Wieloetapowy proces degradacji tego typu polimerów prowadzi do ich pelnej bioasymilacji. Nalezy miec jednak na uwadze, ze rozklad tworzyw biodegradowalnych musi przebiegac w warunkach kompostowni. Dla prawidlowego zagospodarowania odpadów z tego typu polimerów konieczne sa wiec ich segregacja i przekazanie do odpowiedniego zakladu utylizacji. Dodatkowo wysokie koszty uzyskania tworzyw biodegradowalnych nadal stanowia przeszkode do ich powszechnego zastosowania i calkowitego zastapienia tworzyw sztucznych nieulegajacych biodegradacji. Warto wspomniec o sposobie, w którym w celu przyspieszenia degradacji niektórych tworzyw polimerowych miesza sie je z polimerami naturalnymi (Stachurek 2012). Przykladem takiego rozwiazania moga byc popularne w dyskontach spozywczych oksydegradowalne torby na zakupy, wykonane z polietylenu z dodatkami przyspieszajacymi jego degradacje, które reklamowane sa jako ekologiczne. Trzeba jednak pamietac, ze sposób ten zwiazany jest z ryzykiem niepelnej degradacji i tym samym rozproszenia polimeru w postaci pylu do srodowiska.
KONIEC ERY PLASTIKU?
Plastik stanowi zagrozenie dla wszystkich organizmów zywych zamieszkujacych nasza planete, w tym takze nas. I to nie tylko w formie nieestetycznych odpadów pietrzacych sie na skladowiskach. Jak dowodza coraz liczniejsze badania, wiele z tworzyw sztucznych, w które pakowana jest nasza zywnosc, z których szyte sa nasze ubrania, które otaczaja nas kazdego dnia, jest po prostu szkodliwych dla naszego zdrowia. Natomiast plastik dostajacy sie w ogromnych ilosciach do srodowiska naturalnego w postaci odpadów przyczynia sie do skazenia gleb, wód, roslin i stanowi ciagle rosnace zagrozenie dla zwierzat.
Mimo to obecnie nic nie zapowiada konca ery plastiku. Tworzywa sztuczne sa wszechobecne i predko sie to nie zmieni. Niezaprzeczalny jednak jest fakt, ze ludzie dostrzegli problem, z jakim wiaze sie stale rosnacy popyt na tworzywa sztuczne. Unia Europejska wprowadza przepisy majace na celu ograniczenie plastikowych smieci. Powstaja oddolne inicjatywy na rzecz rezygnacji z jednorazowych produktów wykonanych z tworzyw polimerowych. Na swiecie trwaja ciagle badania nad udoskonaleniem metod otrzymywania nowych, lepszych i tanszych w produkcji tworzyw biodegradowalnych. Wprowadzane sa nowe przepisy i normy dotyczace tworzyw sztucznych. Jednakze najlepszym sposobem na to, by zadbac o siebie i nasza planete juz dzis, nie czekajac na przelomowe odkrycia i doskonale przepisy prawne, jest wyrobienie sobie nowych nawyków konsumenckich. Rezygnacja z plastikowych przedmiotów jednorazowych i ograniczenie zuzycia tworzyw sztucznych w swoim otoczeniu stanowia obecnie najlepsza metode na ograniczenie produkcji tworzyw sztucznych, a zatem i ograniczenie z nich odpadów. Zdaje sie, ze jedynie wzrost swiadomosci konsumenckiej moze zakonczyc ere szkodliwego plastiku.
Natalia Szyszko
Bibliografia:
- K. Borkowski, Przemysl tworzyw sztucznych materialów XXI wieku, „Mechanik” 4/2015, s. 278-282.
- I. Bukowska-Sluz, Polimery biodegradowalne nowa generacja materialów 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. Wlasnosci przetwórstwo zastosowanie, Wydawnictwo Politechniki Slaskiej, Gliwice 2004.
- D. Rogala i wsp., Bisfenol A niebezpieczny zwiazek 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 biodegradacja tworzyw sztucznych w srodowisku, „Zeszyty Naukowe Wyzszej Szkoly Zarzadzania Ochrona Pracy w Katowicach” 1(8)/2012.
- M. Zych, W. Pilis, Wplyw poliestru na zdrowie czlowieka, „Prace Naukowe Akademii im. Jana Dlugosza w Czestochowie. Kultura Fizyczna” t. XII, 2/2013.
- H. Zakowska, Torby handlowe przyjazne srodowisku?, https://www.plastech.pl/pub/downloads/Stanowisko_COBRO.pdf.
[su_custom_gallery source=”media: 684″ limit=”50″ link=”lightbox” target=”blank” width=”1200″ height=”500″ title=”never”]
