Пластик: виды, свойства и переработка¶

Пластик (пластмасса, полимерный материал) — класс синтетических или природных высокомолекулярных соединений (полимеров), способных под воздействием температуры и давления принимать заданную форму и сохранять её после охлаждения. Основу пластиков составляют органические полимеры, получаемые преимущественно из продуктов нефтепереработки и природного газа, к которым добавляются различные наполнители, пластификаторы, стабилизаторы и красители. Благодаря сочетанию лёгкости, прочности, электроизоляционных свойств и низкой стоимости производства, пластик стал одним из самых распространённых материалов в современной промышленности и быту, однако его массовое накопление в окружающей среде породило серьёзную экологическую проблему.

¶История

Первым полностью синтетическим пластиком считается бакелит, созданный бельгийским химиком Лео Бакеландом в 1907 году. Однако предшественники материалов появились ранее: в 1862 году Александр Паркс продемонстрировал паркезин (органическое производное целлюлозы), а в 1870-х годах Джон Хайетт наладил производство целлулоида — первого термопластика, применявшегося для изготовления киноплёнки и бильярдных шаров.

Бурное развитие пластиков началось в середине XX века. В 1930-е годы были синтезированы полиэтилен, поливинилхлорид (ПВХ) и полистирол, а в 1941 году — полиэтилентерефталат (ПЭТФ). В годы Второй мировой войны пластики активно использовались для производства военной техники и изоляции проводов. Послевоенный период ознаменовался массовым внедрением пластмасс в потребительские товары: упаковку, посуду, игрушки, бытовую технику. К концу XX века объём мирового производства пластика достиг сотен миллионов тонн в год.

¶Классификация и виды

По поведению при нагреве пластики делятся на две основные группы:

• Термопласты — при нагревании размягчаются и плавятся, при охлаждении затвердевают; процесс обратим, что позволяет перерабатывать их многократно. К ним относятся полиэтилен (ПЭ), полипропилен (ПП), полистирол (ПС), поливинилхлорид (ПВХ), полиэтилентерефталат (ПЭТФ), полиамиды.
• Термореактивные пластики (реактопласты) — при первом нагреве происходит необратимое отверждение (сшивка молекул); повторный нагрев не приводит к плавлению, а вызывает разложение. Примеры: фенолформальдегидные смолы, эпоксидные смолы, полиуретаны, меламиноформальдегидные смолы.

По происхождению выделяют синтетические полимеры (получаемые из мономеров) и природные полимеры, подвергнутые химической модификации (например, вискоза, ацетат целлюлозы). По области применения пластики делят на конструкционные, упаковочные, электроизоляционные, теплоизоляционные, оптические и медицинские.

¶Маркировка и основные типы

Для облегчения сортировки отходов на изделия из пластика наносится маркировка в виде треугольника из стрелок с цифрой внутри:

1. ПЭТФ (PETE) — бутылки для напитков, пищевые контейнеры. Поддаётся переработке.
2. ПЭВП (HDPE) — канистры, флаконы для бытовой химии, трубы. Хорошо перерабатывается.
3. ПВХ (PVC) — оконные профили, линолеум, изоляция проводов. При горении выделяет опасные соединения; переработка ограничена.
4. ПЭНП (LDPE) — пакеты, плёнка, гибкая упаковка.
5. ПП (PP) — пищевые контейнеры, крышки, автомобильные детали, медицинские изделия.
6. ПС (PS) — одноразовая посуда, упаковка для яиц, теплоизоляция.
7. Прочие — поликарбонат, полиамид, смеси и многослойные материалы; переработка затруднена.

¶Свойства и характеристики

Физико-механические свойства пластиков варьируются в широких пределах в зависимости от химической структуры и добавок. Общими характеристиками являются низкая плотность (0,9–2,2 г/см³), высокая коррозионная стойкость, низкая тепло- и электропроводность, устойчивость к действию воды и многих химических реагентов. Пластики обладают хорошей формуемостью: изделия получают литьём под давлением, экструзией, выдуванием, вакуумным формованием и прессованием.

Недостатки включают сравнительно невысокую термостойкость (большинство термопластов деформируется при температурах выше 100–200 °C), склонность к старению под действием ультрафиолета и кислорода, а также горючесть. Для улучшения свойств в состав вводят антипирены, светостабилизаторы, стекловолокно и другие наполнители. Некоторые виды пластиков (например, поликарбонат) обладают высокой ударной прочностью и прозрачностью, что позволяет заменять стекло.

¶Применение

Пластики используются практически во всех отраслях экономики:

• Упаковка — крупнейший сегмент потребления: бутылки, пакеты, плёнки, лотки, блистеры. На упаковку приходится около 40 % мирового производства пластика.
• Строительство — трубы, оконные рамы, теплоизоляционные плиты, кровельные материалы, сайдинг.
• Автомобилестроение — бамперы, панели приборов, топливные баки, элементы салона; применение пластика снижает массу автомобиля и расход топлива.
• Электроника и электротехника — корпуса приборов, изоляция проводов, печатные платы, разъёмы.
• Медицина — шприцы, катетеры, пакеты для крови, упаковка лекарств, имплантаты и протезы.
• Сельское хозяйство — тепличная плёнка, капельные ленты, мешки для удобрений.
• Текстиль — синтетические волокна (полиэстер, нейлон, акрил) составляют значительную долю рынка одежды и технических тканей.
• Быт — посуда, игрушки, мебель, предметы гигиены.

¶Экологические проблемы и переработка

Основная экологическая проблема связана с длительным сроком разложения пластиковых отходов в природе: в зависимости от типа полимера он составляет от десятков до сотен лет. Значительная часть отходов попадает в Мировой океан, где под действием волн и солнечного света распадается на микропластик — частицы размером менее 5 мм, которые накапливаются в организмах морских животных и попадают в пищевые цепочки. Источниками микропластика также являются синтетические ткани (при стирке отделяются микрофибры), косметические скрабы и автомобильные шины.

Переработка пластика включает механическую рециркуляцию (измельчение, мойку, грануляцию и повторное использование), химическую переработку (деполимеризацию до мономеров или пиролиз до синтез-газа и масел) и энергетическую утилизацию (сжигание с получением тепла и электроэнергии). Эффективность переработки ограничена загрязнением отходов, смешением разных типов полимеров и экономической нецелесообразностью при низких ценах на первичное сырьё. В России действует система раздельного сбора отходов, однако доля перерабатываемого пластика остаётся невысокой по сравнению со странами Европейского союза.

Для снижения негативного воздействия разрабатываются биоразлагаемые пластики на основе полимолочной кислоты (PLA), полигидроксиалканоатов и крахмала, однако их разложение требует специфических условий промышленного компостирования. Международные и национальные инициативы направлены на ограничение производства одноразовых пластиковых изделий, стимулирование использования вторичного сырья и развитие систем депозитной тары.