Kafli 1 Almennt um plast

Grunneining plasts: fjölliður plastefna

Einn stærsti áhrifavaldur 20. aldarinnar á daglegt líf fólks var uppgötvun og hönnun plasts og óhætt er að segja að kaflaskil hafi átt sér stað í framhaldi af því að plastefnið Bakelite var fundið upp árið 1909. Plast leysti af hólmi mörg önnur efni í iðnaði og á heimilum vegna þess, fyrst og fremst, hve ódýrt það er í framleiðslu og hversu slitsterkt það er. Vegna margvíslegra eftirsóttra eiginleika plasts hefur það verið aðlagað að flestum kimum í mannlegu samfélagi. Frá því fjöldaframleiðsla þess hófst er talið að yfir 8 miljarðar tonna hafi verið framleiddir í heiminum og meirihluti þess endað sem úrgangur1. Plast brotnar ekki auðveldlega niður1 í náttúrunni og safnast því upp þar með ófyrirséðum afleiðingum.

Það sem við köllum plast í daglegu tali er almennt blanda af fjölliðum plastefna og bætiefnum en hin síðarnefndu gefa plastinu ýmsa eiginleika sem auka notagildi þess. Fjölliður plastefna eru framleiddar úr einliðum sem eru yfirleitt ekki nema nokkur atóm að stærð eins og t.d. etylen sem hefur efnaformúluna \(C~2H~4\). Hver fjölliða getur verið samsett úr þúsundum einliða og er hægt að framleiða fjölmargar ólíkar plastgerðir úr mismunandi samsetningum einliða. Fjölliða etýlens kallast því t.d. pólýetýlen og hefur efnaformúluna \((C~2H~4)~n\).

Til að taka dæmi um fjölbreytta eðliseiginleika mismunandi lengda fjölliða þá er pólýetýlen vaxkennt þegar fjölliðan er samsett úr nokkur hundruð einliðum en þegar þær eru í hundruð þúsunda tali er pólýetýlenið hart plast2. Annað dæmi er stýren sem er einliða á vökvaformi við stofuhita en þegar margar einliður eru settar saman með efnahvörfum verða til fjölliður efnisins, pólýstýren, sem er betur þekkt á íslensku sem frauðplast (sjá mynd 1.1). Sama á við um bútadíen sem er gaskennt efni í einliðuformi en í fjölliðuformi er það byggingareining gervigúmmís. Einnig er hægt að blanda mismunandi plastefnum saman og sem dæmi er hægt að blanda bútadíen og stýren saman til að mynda stýren-bútadíen gúmmí, sem er ein af grunneiningum hjólbarða. Þetta eru einungis örfá dæmi af fjölmörgum um hvernig fjölliður eru samsettar á mismunandi vegu til að framleiða mismunandi plastgerðir3.

Einliður stýrens má setja saman með efnahvarfi í langar fjölliður og mynda pólýstýren sem frauðplast, meðal annars, er framleitt úr.

Mynd 1.1: Einliður stýrens má setja saman með efnahvarfi í langar fjölliður og mynda pólýstýren sem frauðplast, meðal annars, er framleitt úr.

Mikilvægt er að hafa í huga að hugtakið fjölliða á við um margt fleira en plast og eru t.d. öll prótein fjölliður, auk þess sem viður, ull og silki eru efni sem samanstanda af fjölliðum. Margar náttúrulegar fjölliður, t.d. sellulósi og náttúrulegt gúmmí, eru nýttar á svipaðan máta og plast en teljast ekki til plasts. Mörkin verða þó óljósari t.d. þegar gervigúmmíi er blandað saman við náttúrulegt gúmmí í hjólbörðum. Fjölliður plasts teljast ekki sem náttúrulegar fjölliður en eru engu að síður lífrænar fjölliður þar sem undirstaða byggingar þeirra er úr kolefni3. Aðrar ólífrænar fjölliður eru einnig stór hluti af lífi okkar, eins og t.d. gler. Ólíkt plasti er gler efnafræðilega óvirkt efni sem inniheldur ekki óhvarfaðar einliður eða laust bundin niðurbrotsefni og aukaefni sem borist geta út í umhverfið4.

Gerðir plastefna

Plastefni eru af fjöldamörgum gerðum og eru hlutir úr algengustu plastefnunum gjarnan merktir samkvæmt hinu alþjóðlega flokkunarkerfi plastefna (Resin Identification Coding System - RIC) sem hin bandarísku Samtök plastiðnaðarins (Society of the Plastics Industry) komu á fót árið 1988. Sex algengustu plastefnin eru númeruð frá 1-6 en öll önnur plastefni eru sett undir sjöunda flokkinn. Þetta flokkunarkerfi nær því ekki yfir nema takmarkaðan fjölda plastgerða en sé horft til magns af framleiddu plasti ná fyrstu sex flokkanir til um 70% plastframleiðslu í heiminum1 (sjá töflu 1.1).

Tafla 1.1: Alþjóðlegt flokkunarkerfi (RIC) fyrir algengustu plastefnin.
Plastgerð Skammstöfun (ensk) Heimsframleiðsla Plastkóði (RIC)
Pólýetýlen terefþalat PET, PETE 7%
Pólýetýlen - há eðlisþyngd HD-PE, PE-HD 15%
Pólývínyl klóríð PVC 16%
Pólýetýlen - lág eðlisþyngd LDPE, PE-LD 17%
Pólýprópýlen PP 23%
Pólýstýren PS 7%
Annað 15%

Plastfjölliður geta verið ýmist hitadeigar (e. thermoplastic) eða hitafastar (e. thermoset) (sjá töflu 1.2). Hitadeigt plast er endurnýtanlegt. Það er hitað upp og mótað undir þrýstingi til að taka á sig þá mynd sem óskað er eftir. Hitafast plast umbreytist með hita og þrýstingi svo samgild tengi myndast sem eru óafturkræf og því er ekki hægt að endurnýta það plast5.

Tafla 1.2: Algengt er að vissar gerðir plasts séu ýmist hitadeigt plast eða hitafast (e. thermoplastic og thermoset).
Plast Flokkur Dæmi um notkun
Hitadeigt (pólýetýlen, pólýprópylen, pólýstýren, vínyl) Plastagnir Frumplast, snyrtivörur, málningarflyksur, pakningar, borðbúnaður
Plastþræðir Fiskinet, textílþræðir, sígarettufilterar
Plastfrauð Baujur og flotholt úr pólýstýreni, vörupakningar úr ólefínum
Hitafast (pólýúretön, stýrenbútadíen , epoxíð, alkyð) Samsett plast Bátaplast, epoxýmálning
Plastfilmur Filmur og lakk
Plastfrauð Plötur, blöð, filmur o.þ.h. með holrúmi, úr pólýúretönum
Gúmmí Blöðrur og hjólbarðar

Uppruni plastefna

Þrátt fyrir mikinn fjölbreytileika plasts er uppistaðan í meirihluta plastefna framleidd úr einu hráefni, jarðolíu, en það er gert með því að einangra kolefnissambönd jarðolíunnar og vinna úr þeim hinar ýmsu plasteinliður. Að því sögðu er einnig hægt að vinna fjölliður úr plöntuafurðum (e. bioplastics) en umfang þess í dag er lítið og minna en 1% af heimsframleiðslu plasts. Dæmi um fjölliður úr plöntuafurðum eru sellófan og PLA (polylactic acid), sem er m.a. notað í einnota drykkjarumbúðum, en losun þeirra í umhverfið er engu að síður mengandi þótt þær hafi vissulega ákveðna kosti umfram plast úr jarðolíu6. Sem dæmi má nefna að niðurbrot þeirra við umhverfisaðstæður í hafinu gerist hægt og að takmörkuðu leyti7,8. Til að setja plastframleiðslu í samhengi við olíuframleiðslu var árið 2009 talið að um 8% olíu heimsins væri notuð í plast; 4% sem hráefni og 4% til að að framleiða orku fyrir framleiðsluferlið9.

Bætiefni plasts

Plastefni án bætiefna hafa takmarkað notagildi og eru bætiefni nauðsynleg til að ná fram þeim fjölbreytileika plasts sem við þekkjum. Með bætiefnum má ná fram auknum sveigjanleika, vörn gegn útfjólubláum geislum, andoxun, eldvörn og styrk ásamt mörgum fleiri eiginleikum. Áætlað er að bætiefni séu að meðaltali 7% þyngdar plasthluta en þá eru vefnaðarvörur úr plastefnum ekki meðtaldar1. Sé notkun bætiefna á heimsvísu skoðuð nánar eru mýkingar-, fylli- og eldvarnarefni um 75% bætiefna en hver þessara efnaflokka inniheldur mörg mismunandi efni með samskonar tilgang.

Heimildir

1. Geyer R, Jambeck JR, Law KL. Production, use, and fate of all plastics ever made. Science advances. 2017;3(7).

2. Andrady AL. The plastic in microplastics: A review. Marine Pollution Bulletin. 2017;119(1):12–22. doi:10.1016/j.marpolbul.2017.01.082

3. Gowariker N og S V.R. og Viswanathan. Polymer science. New Age International (P) Limited Publishers, New Delhi, India; 2005.

4. Katrín Guðjónsdóttir. Snertiefni matvæla. Í: Fræðslufundur Matvælastofnunar; 2015:56. http://www.mast.is/library/Fyrirlestrar/snertiefnimatvaela150414KG.pdf.

5. OECD. Emission Scenario Document on Plastics Additives. Í: OECD Series on Emission Scenario Documents.; 2009:141. http://tinyurl.com/y352gwu9.

6. Karamanlioglu M, Preziosi R, Robson GD. Abiotic and biotic environmental degradation of the bioplastic polymer poly (lactic acid): a review. Polymer Degradation and Stability. 2017;137:122–130.

7. Tsuji H, Suzuyoshi K. Environmental degradation of biodegradable polyesters 1. Poly (\(\varepsilon\)-caprolactone), poly [(R)-3-hydroxybutyrate], and poly (L-lactide) films in controlled static seawater. Polymer Degradation and Stability. 2002;75(2):347–355.

8. Tsuji H, Suzuyoshi K. Environmental degradation of biodegradable polyesters 2. Poly (\(\varepsilon\)-caprolactone), poly [(R)-3-hydroxybutyrate], and poly (L-lactide) films in natural dynamic seawater. Polymer degradation and stability. 2002;75(2):357–365.

9. Hopewell J, Dvorak R, Kosior E. Plastics recycling: challenges and opportunities. Philosophical Transactions of the Royal Society of London B: Biological Sciences. 2009;364(1526):2115–2126.

  1. Niðurbrot (e. degradation og fragmentation) er ólíkt sundrun (e. mineralization). Niðurbrot er þegar plast brotnar í minni einingar en niðurbrot er þegar grunneining efnisins breytist.↩