تغییر جهانی از مواد پتروشیمی به بازیافت پلاستیک پایدار در حال افزایش است

در جامعه مدرن، پلاستیک به ماده ای فراگیر تبدیل شده است که تقریباً در تمام جنبه های زندگی ما نفوذ می کند. از بسته بندی مواد غذایی و اقلام خانگی گرفته تا لوازم الکترونیکی، خودرو، مصالح ساختمانی و تجهیزات پزشکی، پلاستیک تقریباً در همه جا وجود دارد. ویژگی های سبک وزن، بادوام، همه کاره و کم هزینه آن به طرز چشمگیری شیوه زندگی ما را متحول کرده است و باعث توسعه صنعتی و پیشرفت اجتماعی می شود. با این حال، استفاده گسترده از پلاستیک نیز یک مشکل جهانی شدید را ایجاد کرده است - آلودگی پلاستیک.

سالانه میلیون‌ها تن زباله پلاستیکی وارد اقیانوس‌ها، رودخانه‌ها و خشکی‌های ما می‌شود و آسیب قابل توجهی به اکوسیستم‌ها وارد می‌کند. زباله های پلاستیکی نه تنها موجودات دریایی را درگیر و خفه می کنند، بلکه به میکروپلاستیک هایی تبدیل می شوند که وارد زنجیره غذایی می شوند و در نهایت سلامت انسان را تهدید می کنند. علاوه بر این، تولید پلاستیک مقادیر زیادی انرژی و منابع مصرف می‌کند و تغییرات آب و هوایی را تشدید می‌کند. در مواجهه با این بحران رو به رشد آلودگی پلاستیک، باید بپرسیم: مواد اولیه پلاستیک دقیقاً چه هستند؟ چگونه تولید می شود؟ آیا می توانیم راه حل هایی برای معضل پلاستیک پیدا کنیم؟

این مقاله منشا پلاستیک، فرآیند تولید آن، چالش‌هایی که ارائه می‌کند و جهت‌گیری‌های بالقوه آینده را بررسی می‌کند، با هدف ارائه درک جامعی از این ماده در حین بررسی مسیرهای استفاده از پلاستیک پایدار برای یک سیاره تمیزتر و سالم‌تر.

اصطلاح "پلاستیک" از کلمه یونانی "plastikos" به معنای "قابلیت شکل دادن" گرفته شده است. از نظر علمی، پلاستیک یک ماده پلیمری است که از واحدهای مونومر تکراری متعددی تشکیل شده است که با پیوندهای شیمیایی به هم متصل شده اند. پلاستیک دارای ویژگی منحصر به فردی است که در شرایط دما و فشار خاص قابل قالب‌گیری است و در عین حال شکل خود را پس از سرد شدن حفظ می‌کند. این پلاستیسیته به پلاستیک اجازه می دهد تا به اشکال و اندازه های مختلف برای برآوردن نیازهای کاربردی مختلف شکل بگیرد.

پلاستیک ها انواع مختلفی دارند و می توان آنها را بر اساس معیارهای مختلف طبقه بندی کرد:

• بر اساس ساختار شیمیایی:
  • ترموپلاستیک ها:پلاستیک هایی که می توانند بارها و بارها در یک محدوده دمایی خاص نرم و سخت شوند. آنها قابلیت قالب گیری و بازیافت خوبی را ارائه می دهند، از جمله پلی اتیلن (PE)، پلی پروپیلن (PP)، پلی وینیل کلراید (PVC)، پلی استایرن (PS) و پلی اتیلن ترفتالات (PET).
  • پلاستیک های گرما سخت:پلاستیک هایی که با حرارت دادن به طور دائم سفت می شوند و قابل ذوب مجدد نیستند. آنها استحکام، سختی و مقاومت حرارتی بالاتری از جمله رزین های فنولی، رزین های اپوکسی و پلی اورتان ها را نشان می دهند.
• توسط منبع:
  • پلاستیک های نفتی:از نفت یا گاز طبیعی تولید می شود. اینها بر کاربردهای پلاستیکی فعلی غالب هستند اما فشار محیطی قابل توجهی را در طول تولید و دفع ایجاد می کنند.
  • پلاستیک های زیستی:تولید شده از زیست توده تجدید پذیر (ذرت، نیشکر، سلولز و غیره). اینها مزایای تجدیدپذیر و زیست تخریب پذیر را به عنوان جایگزین های سازگار با محیط زیست ارائه می دهند.
• بر اساس برنامه:
  • پلاستیک کالا:پلاستیک های پرمصرف با حجم بالا، کم هزینه مانند PE، PP و PVC.
  • مهندسی پلاستیک:پلاستیک هایی با خواص مکانیکی برتر، مقاومت در برابر حرارت و مقاومت شیمیایی، مانند پلی کربنات (PC)، پلی آمید (PA) و پلی اکسی متیلن (POM).

برای دهه ها، نفت و گاز طبیعی به عنوان مواد اولیه اولیه برای تولید پلاستیک خدمت کرده اند. این سوخت های فسیلی تحت فرآیندهای پیچیده ای قرار می گیرند تا به محصولات پلاستیکی آشنای تبدیل شوند که ما روزانه استفاده می کنیم. پلاستیک های مبتنی بر نفت، با عملکرد عالی و هزینه کم، کاربرد گسترده ای در صنایع پیدا کرده اند و به اجزای ضروری تولید مدرن تبدیل شده اند.

تبدیل نفت و گاز طبیعی به پلاستیک معمولاً شامل این مراحل است:

1. پالایش و ترک خوردگی:نفت خام و گاز طبیعی برای جداسازی اجزایی مانند اتان و پروپان تصفیه می شوند. از طریق "ترک"، اینها به اتیلن و پروپیلن تبدیل می شوند - مونومرهای اساسی برای تولید پلاستیک. این فرآیند شیمیایی با دمای بالا (750-900 درجه سانتیگراد) مولکولهای هیدروکربن را با استفاده از کاتالیزورها برای بهبود کارایی به واحدهای کوچکتر می شکند.
2. پلیمریزاسیون:مونومرهایی مانند اتیلن و پروپیلن تحت پلیمریزاسیون با کاتالیزورها برای تشکیل مولکول های پلیمری با زنجیره بلند قرار می گیرند. مونومرهای مختلف و روش های پلیمریزاسیون باعث ایجاد پلاستیک های مختلف (PE، PP و غیره) می شوند. تکنیک های پلیمریزاسیون شامل پلیمریزاسیون رادیکال آزاد، یونی و هماهنگی است که هر کدام بر وزن مولکولی، توزیع، انشعاب، و منظم بودن تأثیر می گذارند - همه برای خواص پلاستیک حیاتی هستند.
3. اصلاح و پردازش:پلیمرها اغلب با تثبیت کننده ها (جلوگیری از تخریب)، نرم کننده ها (افزایش انعطاف پذیری)، یا رنگ ها اصلاح می شوند. پردازش از طریق روش هایی مانند قالب گیری تزریقی، اکستروژن یا قالب گیری دمشی، به محصولات نهایی تبدیل می شوند. پلی اتیلن (پلی اتیلن) ​​که معمولاً در بسته بندی استفاده می شود، این فرآیند را با انعطاف پذیری، مقاومت شیمیایی و خواص عایق نشان می دهد - اگرچه اشتعال پذیری، حساسیت به پیری و تجزیه پذیری ضعیف آن چالش های زیست محیطی ایجاد می کند.

فراتر از نفت و گاز طبیعی، زغال سنگ و نمک نیز به عنوان مواد خام پلاستیکی مهم هستند و منابع جایگزینی را برای کاهش وابستگی به سوخت های فسیلی و ارتقای تنوع منابع ارائه می دهند.

زغال سنگ را می توان به گاز یا مایع تبدیل کرد و به گاز سنتز تبدیل شد که از طریق فرآیندهای شیمیایی محصولات مختلفی از جمله مونومرهای پلاستیکی تولید می شود. تبدیل به گاز زغال سنگ زغال سنگ با اکسیژن/بخار در دماهای بالا برای تولید مونوکسید کربن و گاز سنتز غنی از هیدروژن، مواد اولیه متانول، اتانول، اتیلن و پروپیلن واکنش نشان می‌دهد. مایع سازی زغال سنگ به طور مستقیم یا غیرمستقیم زغال سنگ را تحت فشار بالا و هیدروژن به هیدروکربن های مایع تبدیل می کند.

نمک (کلرید سدیم) برای تولید کلر تحت الکترولیز قرار می گیرد که در سنتز پلاستیک هایی مانند پلی وینیل کلرید (PVC) استفاده می شود. PVC مقاومت شیمیایی، عایق و مقاوم در برابر شعله عالی را برای کاربردهای ساختمانی، الکتریکی و حمل و نقل ارائه می دهد، اگرچه تجزیه در دمای بالا گازهای سمی را آزاد می کند و تجزیه پذیری ضعیف آن نگرانی های زیست محیطی ایجاد می کند.

سلولز، جزء اصلی دیواره سلولی گیاه، یک پلیمر طبیعی است. سلولز فرآوری شده یا مشتقات آن باعث ایجاد پلاستیک های سلولزی (زیست پلاستیک) می شود که مزایای تجدید پذیر و زیست تخریب پذیر را نسبت به پلاستیک های سنتی مبتنی بر نفت ارائه می دهد. توسعه پلاستیک های زیستی به کاهش وابستگی به سوخت های فسیلی، کاهش انتشار کربن و کاهش آلودگی پلاستیک کمک می کند.

تولید پلاستیک سلولزی شامل:

1. اکتساب مواد اولیه:در درجه اول از درختان چوب نرم (پوست به عنوان منبع انرژی)، اگرچه پنبه، کاه و باگاس نیز سلولز را تولید می کنند.
2. جداسازی سلولز:تصفیه چوب در هاضم ها الیاف سلولز را از سایر اجزا جدا می کند و محصولات جانبی مانند رزین و لیگنین را به دست می دهد که می توانند به عنوان سوخت یا مواد اولیه شیمیایی مورد استفاده قرار گیرند. روش های جداسازی شامل فرآیندهای شیمیایی، فیزیکی و بیولوژیکی است.
3. اصلاح و پردازش:سلولز جدا شده قبل از اینکه از طریق قالب گیری تزریقی یا اکستروژن به محصولات تبدیل شود، تحت تغییرات شیمیایی (استری شدن، اتریفیکاسیون) قرار می گیرد تا خواص آن را افزایش دهد. این اصلاحات خواص مکانیکی، مقاومت در برابر آب/گرما و قابلیت پردازش را بهبود می بخشد.

چالش‌ها از جمله هزینه‌های بالاتر، عملکرد ضعیف و فشار بالقوه بر منابع جنگلی باقی مانده‌اند که باعث می‌شود تحقیقات به سمت فناوری‌های جدید تولید و استفاده از زباله‌های کشاورزی پیش برود.

پلیمریزاسیون هسته تولید پلاستیک را تشکیل می دهد و مونومرهای کوچک را به زنجیره های پلیمری بزرگ متصل می کند. روش‌های مختلف به طور قابل‌توجهی بر خواص پلاستیک از طریق وزن مولکولی، توزیع، انشعاب، و منظم بودن تأثیر می‌گذارند.

انواع کلیدی پلیمریزاسیون:

• پلیمریزاسیون رادیکال آزاد:واکنش زنجیره ای که توسط رادیکال ها آغاز می شود - شرایط ملایم، کاربرد وسیع، اما کنترل وزن مولکولی دشوار و انشعاب. برای PE، PP، PVC استفاده می شود.
• پلیمریزاسیون یونی:واکنش زنجیره‌ای که توسط یون‌ها (کاتیون‌ها/آنیون‌ها) آغاز می‌شود - وزن مولکولی کنترل شده و منظم بودن اما شرایط سخت و دامنه محدود. مورد استفاده برای پلی ایزوبوتیلن، POM.
• پلیمریزاسیون هماهنگی:واکنش زنجیره ای با کاتالیزورهای فلزی - وزن مولکولی بالا، منظم بودن عالی، کنترل قوی، اما کاتالیزورهای گران قیمت و شرایط سخت. مورد استفاده برای HDPE، PP.
• چند متراکم شدن:واکنش رشد پلکانی با آزادسازی مولکول های کوچک (آب، الکل) - کنترل وزن مولکولی ساده و کم هزینه اما چالش برانگیز و واکنش های جانبی. برای پلی استرها، پلی آمیدها، پلی اورتان ها استفاده می شود.

برای برآوردن نیازهای کاربردی مختلف، پلیمرها با تثبیت کننده ها، نرم کننده ها، رنگ ها و غیره اصلاح می شوند و خواص مکانیکی، مقاومت حرارتی/شیمیایی، فرآیند پذیری و ظاهر را بهبود می بخشند.

رویکردهای رایج اصلاح:

• اصلاح فیزیکی:تغییر ساختار فیزیکی از طریق مخلوط کردن (اختلاط پلیمرها)، پر کردن (افزودن پرکننده‌های معدنی/آلی برای استحکام/سختی)، یا تقویت (الیاف/ورق‌ها برای استحکام/سختی).
• اصلاح شیمیایی:تغییر ساختار شیمیایی از طریق اتصال عرضی (پیوندهای مولکولی برای مقاومت در برابر گرما/شیمیایی)، پیوند (اتصال مونومرها برای خواص سطح)، یا اصلاح گروه انتهایی (پایانه‌های کاربردی برای واکنش پذیری/سازگاری).

ترکیب پلیمرها، افزودنی‌ها و سایر اجزا را در فرمول‌های پلاستیکی متناسب با هم مخلوط می‌کند - گامی حیاتی برای برآوردن نیازهای کاربردی خاص.

فرآوری پلیمرهای اصلاح شده را از طریق روش های مختلف به محصولات نهایی تبدیل می کند:

• قالب گیری تزریقی:ذوب پلاستیک در قالب‌هایی برای شکل‌های با حجم بالا، دقیق و پیچیده (محفظه‌های الکترونیکی، قطعات خودرو).
• اکستروژن:ذوب از طریق قالب ها برای پروفیل ها/فیلم های پیوسته (لوله ها، ورق ها، کابل ها).
• قالب گیری دمشی:باد کردن پلاستیک ذوب شده در قالب های اقلام توخالی (ظروف، اسباب بازی ها، مخازن سوخت).
• تقویم کردن:فشار دادن از طریق غلتک برای فیلم ها/ورق های صاف (بسته بندی، کفپوش).
• قالب گیری فشاری:گرمایش/پرس کردن در قالب برای اقلام بزرگ و پیچیده (داخل خودرو، محفظه لوازم خانگی).
• ترموفرمینگ:حرارت دادن ورق ها روی قالب ها از طریق خلاء/فشار برای اقلام با حجم بالا (بسته بندی، سینی).

آلودگی پلاستیک به یک بحران زیست محیطی جهانی تبدیل شده است که اکوسیستم ها و سلامت انسان را تهدید می کند:

• آلودگی دریایی:میلیون ها تن زباله پلاستیکی سالانه زندگی دریایی را درگیر می کند، به عنوان میکروپلاستیک وارد زنجیره های غذایی می شود و به راه حل های بین المللی نیاز دارد.
• آلودگی زمین:زباله های انباشته شده بر مناظر تأثیر می گذارد، خاک / آب را از طریق مواد شیمیایی شسته شده آلوده می کند و ناقلان بیماری را ایجاد می کند.
• آلودگی هوا:سوزاندن گازهای سمی (دیوکسین) و CO2 آزاد می کند که به سلامت آسیب می رساند و تغییرات آب و هوایی را تسریع می کند.

پلاستیک های مبتنی بر نفت به سوخت های فسیلی محدود متکی هستند - کاهش منابع هزینه های تولید و اثرات اقتصادی را افزایش می دهد در حالی که استخراج/فرآوری به محیط زیست آسیب می زند و تغییرات آب و هوایی را بدتر می کند.

بیشتر پلاستیک‌های نفتی پایداری بسیار بالایی دارند و به دهه‌ها یا قرن‌ها نیاز دارند تا به طور طبیعی تخریب شوند - تهدیدهای بلندمدت زمین‌ها را اشغال می‌کنند و کیفیت خاک/آب را به خطر می‌اندازند.

راه حل های اساسی با کاهش مصرف شروع می شود:

• جایگزین های قابل استفاده مجدد (کیسه، بطری، ظروف) را بپذیرید
• محصولات سازگار با محیط زیست (اقلام بامبو/چوب) را انتخاب کنید
• بسته بندی بیش از حد را رد کنید
• مشارکت در طرح های زیست محیطی

سیستم‌ها و فناوری‌های بازیافت پیشرفته حیاتی هستند:

• توسعه زیرساخت جامع مجموعه
• افزایش آگاهی/ مشارکت عمومی
• روش های بازیافت کارآمد را پیش ببرید

نوآوری در مواد زیست تخریب پذیر وعده می دهد:

• تشدید تحقیق و توسعه برای پلاستیک های زیستی مقرون به صرفه
• ترویج پذیرش تجاری
• استانداردهای دقیق ایجاد کنید

بستن حلقه پلاستیکی به موارد زیر نیاز دارد:

• بازیافت مواد شیمیایی به مونومرها / مواد اولیه
• بازیافت انرژی از مواد غیر قابل بازیافت
• پردازش مجدد به محصولات بازیافتی

حکمرانی قوی عملکردهای پایدار را تضمین می کند:

• قانون گذاری جامع
• اجرای دقیق در برابر تخلفات
• مکانیسم های نظارتی کارآمد

به عنوان یک ماده مدرن ضروری، پلاستیک مزایای فوق العاده ای را در عین ایجاد فشارهای محیطی ارائه می دهد. دستیابی به پایداری پلاستیک نیازمند رویکردهای چندوجهی است - کاهش مصرف، افزایش بازیافت، نوآوری جایگزین، پیشرفت فناوری های دایره ای، و اجرای سیاست های قوی. اقدامات جمعی ما تعیین می کند که آیا پلاستیک یک بدهی باقی می ماند یا تبدیل به یک دارایی زیست محیطی می شود. آینده پلاستیک در دستان ما نهفته است - با هم می توانیم از خانه سیاره ای خود محافظت کنیم.