Hogyan készülnek a műanyagok és mire használják őket?
Nem tudjuk, hogy Alexander Parkes brit feltaláló, aki 1855-ben elsőként állított elő műanyagot - celluloidot - természetes polimerből, előre látta-e, hogy mekkora áttörést fog elérni. Időközben azonban olyan technológiai forradalmat indított el, amelynek során új típusú, ezerféleképpen alkalmazható műanyagok jelentek meg, amelyek fő jellemzője - átlagon felüli tartósságuk - az ember és a környezet számára éppúgy áldásnak, mint átoknak bizonyult.
A celluloidot követte a bakelit (amelyet 1907-ben Leo Baekeland hozott létre, és amely az első tömegpiaci szintetikus műanyag volt, amely fosszilis tüzelőanyagokból származott), majd 1929-ben a polisztirol, 1930-ban a poliészter, 1933-ban a polivinil-klorid (PVC) és a polietilén, 1935-ben a nejlon és 1941-ben a polietilén-tereftalát (PET), nylon 1935-ben és polietilén-tereftalát (PET) 1941-ben. A mai napig több százezer különböző típusú polimert hoztak létre a legkülönbözőbb tulajdonságokkal, amelyeket a polimerek kémiai szerkezetének megváltoztatásával érnek el; példa erre az eténből (C2H4) előállított polietilén, amely egy szén- és hidrogénatom hozzáadásával sokkal nagyobb szilárdságú polipropilénné alakul.
A petróleumból létrehozott ...
A műanyagok előállításához szerves anyagokat és természetes nyersanyagokat használnak: cellulózt, szenet, földgázt, kőolajat. Ez utóbbi különböző összetevők összetett keveréke, ezért először feldolgozzák, mielőtt megtalálná a sokféle felhasználási mód valamelyikét: desztilláció egy finomítóban. Ez a folyamat a hasonló forráspontú komponensek keverékeit, az úgynevezett frakciókat választja szét. Minden frakció szénhidrogének (szén- és hidrogénatomokból álló vegyületek) keveréke, amelyek mérete és molekulaszerkezete eltérő. Az egyik ilyen frakciót, a naftát (azaz a paraffint) műanyagok előállítására használják. Mielőtt műanyaggá alakítják, a paraffint egy krakkolásnak nevezett folyamat során lebontják. Ennek során egyszerű szénhidrogének (monomerek) keletkeznek: etilén, propilén és butilén. A következő lépés egy addíciós vagy kondenzációs reakció. Mindkét reakciótípus különböző katalizátorokat használ, hogy a monomerekből hosszú polimerláncok alakuljanak ki. A polimerek tulajdonságaikban, szerkezetükben és részecskeméretükben (azaz a láncok hosszában) különböznek a polimerizációs folyamatban használt monomerek típusától függően. Érdemes megjegyezni, hogy ebben a fázisban a műanyagokat még nem formálják meghatározott alakzatokká, pl. csomagolóanyagokká, hanem szemcsékké, amelyeket egy későbbi fázisban megolvasztanak.
Funkcionális szempontból a műanyagokat általában duromerekre, plasztomerekre és elasztomerekre osztják. A duromerek (a már említett bakelit egy példa) a fémek vagy kerámiák tulajdonságaival rendelkeznek: keménység, rugalmatlanság, nagy szakító- és nyomószilárdság. Általában nehezen olvadnak és gyakran ridegek. A plasztomerek (például a szállítótartályok gyártásánál használt polipropilén) a duromernél kisebb merevséggel rendelkeznek; gyúlékonyak és alkalmasak olvasztással és fröccsöntéssel történő feldolgozásra, ami nagyon összetett formák előállítását teszi lehetővé. A polipropilén (PP) mellett ebbe a csoportba tartozik még a polietilén (PE), az ABS (akrilnitril-butadién-sztirol), a PET, a PVC, a polisztirol (PS) és az expandált polisztirol (EPS, vagy közismert nevén polisztirol). Ezek alkotják a minket nap mint nap körülvevő műanyagok többségét; becslések szerint a háztartásokban összegyűjtött hulladék több mint 75%-a csak három műanyagból (PE, PP és PET) származik. Az elasztomerek (pl. gumi, gumi, szilikon) érzékenyek a mechanikai erőkre, például a húzásra vagy a nyomásra. Ezen erők hatására megváltoztatják alakjukat, és a hatás megszűnése után visszanyerik korábbi méretüket.
Az alkalmazások sokoldalúsága
A különböző műanyagtípusok egyedi tulajdonságai (plaszticitás, de merevség vagy rugalmasság, törékenység vagy tartósság stb.) teszik a különböző műanyagokat sokféle célra alkalmassá. Az ipar egyedi igényeihez való alkalmazkodásukat megkönnyíti a könnyű feldolgozásuk, különösen a formázás (fröccsöntés, extrudálás, sajtolás, öntés és kalanderezés) és a színezés révén. A különböző műanyag-feldolgozási típusok többek között olyan módszereket is alkalmaznak, mint a szinterezés, a műanyag megmunkálás, a laminálás vagy a hegesztés. A fent említett polipropilén egy könnyű, hőre lágyuló polimer, amelyet gyakran használnak élelmiszerek, orvosi felszerelések és ruházat csomagolásához. A magas és alacsony hőmérsékletekkel szembeni ellenállóképességének köszönhetően kiválóan alkalmas a szállításra vagy tárolásra (beleértve a hűtőházakat is) szolgáló tartályok anyagaként. Sterilizálható, és a vegyi anyagokkal szembeni ellenállósága és tartóssága lehetővé teszi, hogy automata mosógépekben mossák.
A polietilén (PE) HDPE (nagy sűrűségű polietilén) és LDPE (kis sűrűségű polietilén) változatban nagy rugalmasságú szénhidrogénekből készül. Gyakran használják műanyag zacskók, palackok, kupakok és fóliák készítésére. A népszerű PET egy könnyű anyag, amelyet általában csomagolóanyagok, szénsavas italos palackok ((elég erős ahhoz, hogy két atmoszféra nyomást kibírjon) és élelmiszer-tartályok készítésére használnak, de a népszerű gyapjú kapucni vagy virágcsomagolás is készül belőle. Mindezek a példák azt mutatják, hogy a műanyagoknak milyen sokféle felhasználási lehetősége van. A műanyagok sokoldalúsága azt eredményezte, hogy az elmúlt évtizedekben tömegesen kiszorították az olyan természetes nyersanyagokat, mint a fa, az üveg és a fémek. A műanyagok népszerűek a csomagolásban (palackok, rugalmas fóliacsomagolás, merev extrudált csomagolás stb.), az építőiparban (padlóburkolatként, ablak- és ajtókeretekként, tetőfedőként, padlószegélyként), a háztartásokban (pl. háztartási készülékek), az autóiparban (karosszériaelemek és belső szerelvények), az elektronikában (alkatrészek), a mezőgazdaságban (fóliák, PVC vízelvezető csövek, növénycserepek) és a textiliparban, ahol a szintetikus szálakból, például nejlon-, akril-, poliamid- és poliészterszálakból készült anyagok kínálata folyamatosan növekszik.
Műanyagok újrahasznosítása
Ami a műanyagok nagy előnye - az ilyen összetett anyagokat lebontani képes organizmusok hiánya miatt való tartósságuk - gyakran átokká válik. A műanyag reklámfóliák, amelyekből oly sok van a pázsitjainkon, erdeinkben és tavainkban, természetes körülmények között akár 300 év alatt is lebomlanak. Ez az egyes műanyagok rendkívül hosszú biológiai lebomlási idejének köszönhető. Ráadásul e folyamat során néhány mérgező anyag is beszivárog a talajba, amelyeket egyes műanyagokhoz műanyagfokozóként (pl. lágyítóként vagy stabilizátorként) adnak hozzá. A technológiai fejlődésnek és a fogyasztók növekvő környezettudatosságának köszönhetően a műanyag ártalmatlanításának jelenlegi módszerei (égetés és hulladéklerakó) egyre inkább átadják helyüket a fenntarthatóbb újrahasznosítási és biológiai lebontási folyamatoknak.
A műanyaghulladékot újrahasznosítják, hogy csökkentsék a környezetbe kerülő műanyag mennyiségét, és második életet adjanak a már használt és elhasználódott termékeknek. Az újrahasznosítási folyamatok során regranulátum keletkezik, amelyet aztán további műanyagtermékek alapanyagaként használnak fel. Az újrahasznosítás azonban a műanyagok hasznosításának utolsó és korántsem legfontosabb szakasza; ez nem lenne lehetséges a megfelelő - azaz szelektív - gyűjtés és az egyes műanyagok újrahasznosító üzemekben történő szétválasztása nélkül. A szétválasztott műanyagokat ezután előaprítják, majd alaposan átmossák és megszárítják. Ezáltal a szennyeződések elválnak a műanyagtól. A nyersanyagot ezután egy őrlőmalmon vezetik át, ami egy úgynevezett őrlési folyamatot hoz létre. Ezt az őrlést egy extruderben történő hőkezelés követi. Az így nyert újrahasznosított anyagot - regranulátumot - gyakran kombinálják a szűz granulátummal, amely addíciós vagy kondenzációs reakcióval jött létre. A környezetet szemetelő műanyagok problémájának alternatív megoldása a biomassza felhasználása az előállításukhoz, azaz olyan növényi vagy állati eredetű szerves anyagok felhasználása, amelyek különböző vegyi termékek, köztük műanyagok előállítására alkalmasak. Ilyen műanyag például a polilaktid, amelyet tejből, cukorból vagy keményítőből nyert tejsavból állítanak elő. Az ilyen anyagok megfelelő körülmények között (pl. komposztálókban) természetes eredetű egyszerű alkotóelemekre bomlanak le.
Összefoglaló
A műanyagok előállítása összetett folyamat, amely számos energiaigényes technológia alkalmazását igényli, és negatív hatással van a környezetre is. Amióta az ember megtanulta, hogyan kell műanyagot előállítani, állandó huzavona folyik a műanyaggyártás hívei és ellenzői között. Az előbbiek a műanyagok rendkívüli sokszínűségét és sokoldalúságát hangsúlyozzák, ami az élet szinte minden területén pótolhatatlanná teszi őket, míg az utóbbiak arra figyelmeztetnek, hogy nem lesz lehetőségünk tovább használni őket, ha hagyjuk, hogy előbb-utóbb tönkretegyék bolygónkat. Úgy tűnik, hogy az igazság, mint mindig, most is középen van: nem mondhatunk le a műanyagokról, de fenntartható módon kell előállítanunk és ártalmatlanítanunk őket, szem előtt tartva a jövő generációk jólétét.
A bejegyzés szerzője: B:
Related News
