منذ بداياتها المبكرة أثناء الحرب العالمية الثانية وبعدها، شهدت الصناعة التجارية للبوليمرات ــ الجزيئات الاصطناعية الطويلة السلسلة التي يُطلق عليها مصطلح "البلاستيك" تسمية خاطئة شائعة ــ نمواً سريعاً.في عام 2015، تم تصنيع أكثر من 320 مليون طن من البوليمرات، باستثناء الألياف، في جميع أنحاء العالم.
[الرسم البياني: المحادثة] حتى السنوات الخمس الماضية، لم يفكر مصممو منتجات البوليمر عادةً في ما سيحدث بعد نهاية العمر الأولي لمنتجهم.وقد بدأ هذا يتغير، وستتطلب هذه القضية تركيزاً متزايداً في السنوات المقبلة.
صناعة البلاستيك
لقد أصبح مصطلح "البلاستيك" طريقة مضللة إلى حد ما لوصف البوليمرات.عادة ما تكون هذه الجزيئات مشتقة من النفط أو الغاز الطبيعي، وهي عبارة عن جزيئات طويلة السلسلة تحتوي على مئات إلى آلاف الروابط في كل سلسلة.تنقل السلاسل الطويلة خصائص فيزيائية مهمة، مثل القوة والمتانة، والتي لا يمكن للجزيئات القصيرة أن تطابقها.
"البلاستيك" هو في الواقع شكل مختصر من "اللدائن الحرارية"، وهو مصطلح يصف المواد البوليمرية التي يمكن تشكيلها وإعادة تشكيلها باستخدام الحرارة.
تم إنشاء صناعة البوليمر الحديثة بشكل فعال على يد والاس كاروثرز في شركة دوبونت في ثلاثينيات القرن العشرين.أدى عمله المضني على مادة البولي أميد إلى تسويق النايلون، حيث أجبر النقص في الحرير في زمن الحرب النساء على البحث في مكان آخر عن الجوارب.
عندما أصبحت المواد الأخرى نادرة خلال الحرب العالمية الثانية، بحث الباحثون عن البوليمرات الاصطناعية لملء الفجوات.على سبيل المثال، انقطعت إمدادات المطاط الطبيعي لإطارات المركبات بسبب الغزو الياباني لجنوب شرق آسيا، مما أدى إلى إنتاج معادل بوليمر اصطناعي.
أدت الاختراقات التي يحركها الفضول في الكيمياء إلى مزيد من التطوير للبوليمرات الاصطناعية، بما في ذلك البولي بروبيلين المستخدم على نطاق واسع والبولي إيثيلين عالي الكثافة.تم العثور على بعض البوليمرات، مثل التيفلون، عن طريق الصدفة.
وفي نهاية المطاف، أدى الجمع بين الحاجة والتقدم العلمي والصدفة إلى ظهور مجموعة كاملة من البوليمرات التي يمكنك الآن التعرف عليها بسهولة على أنها "بلاستيك".تم تسويق هذه البوليمرات بسرعة، وذلك بفضل الرغبة في تقليل وزن المنتجات وتوفير بدائل غير مكلفة للمواد الطبيعية مثل السليلوز أو القطن.
أنواع البلاستيك
يهيمن البولي أوليفينات - البولي إيثيلين والبولي بروبيلين - على إنتاج البوليمرات الاصطناعية على مستوى العالم.
يأتي البولي إيثيلين في نوعين: "عالي الكثافة" و"منخفض الكثافة".على المستوى الجزيئي، يبدو البولي إيثيلين عالي الكثافة وكأنه مشط ذو أسنان قصيرة متباعدة بشكل منتظم.من ناحية أخرى، تبدو النسخة منخفضة الكثافة وكأنها مشط بأسنان متباعدة بشكل غير منتظم وطول عشوائي - مثل النهر وروافده إلى حد ما إذا نظرنا إليها من أعلى.على الرغم من أن كلاهما من مادة البولي إيثيلين، إلا أن الاختلافات في الشكل تجعل هذه المواد تتصرف بشكل مختلف عند تشكيلها في أفلام أو منتجات أخرى.
[الرسم البياني: المحادثة]
البولي أوليفينات هي المهيمنة لعدة أسباب.أولاً، يمكن إنتاجها باستخدام الغاز الطبيعي الرخيص نسبياً.ثانيًا، إنها أخف البوليمرات الاصطناعية التي يتم إنتاجها على نطاق واسع؛كثافتها منخفضة جدًا لدرجة أنها تطفو.ثالثًا، تقاوم البولي أوليفينات التلف الناتج عن الماء والهواء والشحوم ومذيبات التنظيف - وكل الأشياء التي قد تواجهها هذه البوليمرات عند الاستخدام.وأخيرًا، من السهل تشكيلها على شكل منتجات، في حين أنها قوية بما يكفي بحيث لا يتشوه التغليف المصنوع منها في شاحنة التوصيل التي تجلس في الشمس طوال اليوم.
ومع ذلك، فإن هذه المواد لها جوانب سلبية خطيرة.وهي تتحلل ببطء شديد، مما يعني أن البولي أوليفينات ستبقى في البيئة لعقود إلى قرون.وفي الوقت نفسه، تعمل الأمواج والرياح على تآكلها ميكانيكيًا، مما يخلق جسيمات دقيقة يمكن أن تبتلعها الأسماك والحيوانات، وتشق طريقها نحونا عبر السلسلة الغذائية.
إن إعادة تدوير البولي أوليفينات ليست بالأمر السهل كما يود المرء بسبب مشاكل التجميع والتنظيف.يتسبب الأكسجين والحرارة في تلف السلسلة أثناء إعادة المعالجة، بينما تلوث المواد الغذائية والمواد الأخرى البولي أوليفين.أدى التقدم المستمر في الكيمياء إلى إنشاء درجات جديدة من البولي أوليفينات ذات قوة ومتانة معززة، ولكن لا يمكن دائمًا خلطها مع درجات أخرى أثناء إعادة التدوير.علاوة على ذلك، غالبًا ما يتم دمج البولي أوليفينات مع مواد أخرى في عبوات متعددة الطبقات.في حين أن هذه التركيبات متعددة الطبقات تعمل بشكل جيد، إلا أنه من المستحيل إعادة تدويرها.
يتم انتقاد البوليمرات أحيانًا لأنه يتم إنتاجها من النفط والغاز الطبيعي النادر بشكل متزايد.ومع ذلك، فإن نسبة الغاز الطبيعي أو النفط المستخدمة لإنتاج البوليمرات منخفضة للغاية؛يتم استخدام أقل من 5% من النفط أو الغاز الطبيعي المنتج سنويًا لإنتاج المواد البلاستيكية.علاوة على ذلك، يمكن إنتاج الإيثيلين من إيثانول قصب السكر، كما تفعل شركة براسكيم تجاريًا في البرازيل.
كيف يتم استخدام البلاستيك
اعتمادًا على المنطقة، تستهلك التعبئة والتغليف ما بين 35% إلى 45% من البوليمر الاصطناعي المنتج بشكل إجمالي، حيث تهيمن البولي أوليفينات.ويهيمن البولي إيثيلين تيريفثاليت، وهو بوليستر، على سوق زجاجات المشروبات وألياف النسيج.
ويستهلك البناء والتشييد 20% أخرى من إجمالي البوليمرات المنتجة، حيث تهيمن الأنابيب البلاستيكية وأمثالها من المواد الكيميائية.الأنابيب البلاستيكية خفيفة الوزن، ويمكن لصقها بدلاً من لحامها أو لحامها، وتقاوم بشكل كبير التأثيرات الضارة للكلور في الماء.ولسوء الحظ، فإن ذرات الكلور التي تمنح PVC هذه الميزة تجعل من الصعب جدًا إعادة تدويرها، حيث يتم التخلص من معظمها في نهاية العمر.
تُستخدم مادة البولي يوريثان، وهي عائلة كاملة من البوليمرات ذات الصلة، على نطاق واسع في عزل الرغوة للمنازل والأجهزة، وكذلك في الطلاءات المعمارية.
يستخدم قطاع السيارات كميات متزايدة من اللدائن الحرارية، وذلك في المقام الأول لتقليل الوزن وبالتالي تحقيق معايير أعلى لكفاءة استهلاك الوقود.ويقدر الاتحاد الأوروبي أن 16% من وزن السيارة المتوسطة عبارة عن مكونات بلاستيكية، وأبرزها الأجزاء والمكونات الداخلية.
يتم استخدام أكثر من 70 مليون طن من اللدائن الحرارية سنويًا في صناعة المنسوجات، ومعظمها من الملابس والسجاد.ويتم إنتاج أكثر من 90% من الألياف الاصطناعية، ومعظمها من البولي إيثيلين تيريفثاليت، في آسيا.لقد جاء النمو في استخدام الألياف الاصطناعية في الملابس على حساب الألياف الطبيعية مثل القطن والصوف، والتي تتطلب إنتاج كميات كبيرة من الأراضي الزراعية.شهدت صناعة الألياف الاصطناعية نموًا هائلاً في الملابس والسجاد، وذلك بفضل الاهتمام بخصائص خاصة مثل التمدد، وامتصاص الرطوبة، والتهوية.
كما هو الحال في التعبئة والتغليف، لا يتم إعادة تدوير المنسوجات بشكل شائع.يولد المواطن الأمريكي العادي أكثر من 90 رطلاً من نفايات النسيج كل عام.وفقًا لمنظمة السلام الأخضر، اشترى الشخص العادي في عام 2016 قطعًا من الملابس أكثر بنسبة 60% كل عام مما كان يفعله الشخص العادي قبل 15 عامًا، ويحتفظ بالملابس لفترة زمنية أقصر.
وقت النشر: 03 يوليو 2023