Från dess tidiga början under och efter andra världskriget, den kommersiella industrin för polymerer – långkedjiga syntetiska molekyler där "plast" är en vanlig missvisande benämning – har vuxit snabbt. 2015, över 320 miljoner ton polymerer, exklusive fibrer, tillverkades över hela världen.

Fram till de senaste fem åren, polymerproduktdesigners har vanligtvis inte tänkt på vad som kommer att hända efter slutet av deras produkts ursprungliga livslängd. Detta börjar förändras, och denna fråga kommer att kräva ökad fokus under de kommande åren.

Plastindustrin

"Plast" har blivit ett något missriktat sätt att beskriva polymerer. Typiskt härrörande från petroleum eller naturgas, dessa är långkedjiga molekyler med hundratals till tusentals länkar i varje kedja. Långa kedjor förmedlar viktiga fysikaliska egenskaper, såsom styrka och seghet, som korta molekyler helt enkelt inte kan matcha.

"Plast" är faktiskt en förkortad form av "termoplast, " en term som beskriver polymera material som kan formas och omformas med hjälp av värme.

Den moderna polymerindustrin skapades effektivt av Wallace Carothers på DuPont på 1930-talet. Hans noggranna arbete med polyamider ledde till kommersialiseringen av nylon, eftersom en brist på siden i krigstid tvingade kvinnor att leta någon annanstans efter strumpor.

När andra material blev ont om under andra världskriget, forskare tittade på syntetiska polymerer för att fylla luckorna. Till exempel, tillgången på naturgummi för fordonsdäck avbröts av den japanska erövringen av Sydostasien, vilket leder till en syntetisk polymerekvivalent.

Nyfikenhetsdrivna genombrott inom kemin ledde till vidareutveckling av syntetiska polymerer, inklusive den nu allmänt använda polypropenen och högdensitetspolyeten. Vissa polymerer, som teflon, snubblade på av en slump.

Så småningom, kombinationen av behov, vetenskapliga framsteg och serendipity ledde till hela uppsättningen av polymerer som du nu lätt kan känna igen som "plast". Dessa polymerer kommersialiserades snabbt, tack vare en önskan att minska produkternas vikt och att tillhandahålla billiga alternativ till naturliga material som cellulosa eller bomull.

Typer av plast

Tillverkningen av syntetiska polymerer globalt domineras av polyolefinerna – polyeten och polypropen.

Polyeten finns i två typer:"hög densitet" och "låg densitet." På molekylär skala, högdensitetspolyeten ser ut som en kam med regelbundet avstånd, korta tänder. Lågdensitetsversionen, å andra sidan, ser ut som en kam med oregelbundet fördelade tänder av slumpmässig längd – ungefär som en flod och dess bifloder om man ser den högt uppifrån. Även om de båda är polyeten, skillnaderna i form gör att dessa material beter sig annorlunda när de formas till filmer eller andra produkter.

Polyolefiner är dominerande av några anledningar. Först, de kan produceras med relativt billig naturgas. Andra, de är de lättaste syntetiska polymererna som produceras i stor skala; deras densitet är så låg att de flyter. Tredje, polyolefiner motstår skador av vatten, luft, fett, rengöringsmedel – allt som dessa polymerer kan stöta på när de används. Till sist, de är lätta att forma till produkter, samtidigt robusta nog att förpackningar gjorda av dem inte deformeras i en lastbil som sitter i solen hela dagen.

Dock, dessa material har allvarliga nackdelar. De försämras smärtsamt långsamt, vilket innebär att polyolefiner kommer att överleva i miljön i årtionden till århundraden. Under tiden, våg- och vindverkan sliter dem mekaniskt, skapa mikropartiklar som kan intas av fisk och djur, tar sig upp i näringskedjan mot oss.

Återvinning av polyolefiner är inte så enkelt som man skulle vilja på grund av insamlings- och rengöringsproblem. Syre och värme orsakar kedjeskador under upparbetning, medan mat och andra material förorenar polyolefinen. Fortsatta framsteg inom kemin har skapat nya kvaliteter av polyolefiner med förbättrad styrka och hållbarhet, men dessa kan inte alltid blandas med andra kvaliteter vid återvinning. Vad mer, polyolefiner kombineras ofta med andra material i flerskiktsförpackningar; medan dessa flerskiktskonstruktioner fungerar bra, de är omöjliga att återvinna.

Polymerer kritiseras ibland för att de tillverkas av alltmer knapphet på petroleum och naturgas. Dock, andelen av antingen naturgas eller petroleum som används för att framställa polymerer är mycket låg; mindre än 5 procent av antingen olja eller naturgas som produceras varje år används för att generera plast. Ytterligare, eten kan framställas av sockerrörsetanol, som görs kommersiellt av Braskem i Brasilien.

Hur plast används

Beroende på region, förpackningar förbrukar 35 till 45 procent av den syntetiska polymeren som produceras totalt, där polyolefinerna dominerar. Polyetentereftalat, en polyester, dominerar marknaden för dryckesflaskor och textilfibrer.

Byggnad och konstruktion förbrukar ytterligare 20 procent av de totala polymerer som produceras, där PVC-rör och dess kemiska kusiner dominerar. PVC-rör är lätta, kan limmas snarare än lödas eller svetsas, och i hög grad motstå de skadliga effekterna av klor i vatten. Tyvärr, kloratomerna som ger PVC denna fördel gör det mycket svårt att återvinna – det mesta kasseras i slutet av livet.

polyuretaner, en hel familj av besläktade polymerer, används ofta i skumisolering för hem och apparater, såväl som i arkitektoniska beläggningar.

Bilsektorn använder allt större mängder termoplast, främst för att minska vikten och därmed uppnå högre bränsleeffektivitetsstandarder. Europeiska unionen uppskattar att 16 procent av vikten av en genomsnittlig bil är plastkomponenter, framför allt för interiördelar och komponenter.

Över 70 miljoner ton termoplast per år används i textilier, mestadels kläder och mattor. Mer än 90 procent av syntetiska fibrer, till stor del polyetylentereftalat, tillverkas i Asien. Den ökade användningen av syntetiska fibrer i kläder har skett på bekostnad av naturliga fibrer som bomull och ull, som kräver att betydande mängder jordbruksmark produceras. Syntetfiberindustrin har sett en dramatisk tillväxt för kläder och mattor, tack vare intresset för speciella egenskaper som stretch, fukttransporterande och andningsförmåga.

Som i fallet med förpackningar, textilier återvinns inte vanligtvis. En genomsnittlig amerikansk medborgare genererar över 90 pund textilavfall varje år. Enligt Greenpeace, den genomsnittliga personen 2016 köpte 60 procent mer klädesplagg varje år än vad genomsnittspersonen gjorde 15 år tidigare, och behåller kläderna under en kortare tid.

Denna artikel publicerades ursprungligen på The Conversation. Läs originalartikeln.