Kunststoff

Haushaltsgegenstände aus verschiedenen Arten von Kunststoff

Kunststoff sind eine breite Palette von Synthetik oder halbsynthetische Materialien, die verwenden Polymere als Hauptzutat. Ihr Plastizität ermöglicht es für Kunststoffe, Plastik zu sein geformt, extrudiert oder gedrückt in feste Objekte verschiedener Formen. Diese Anpassungsfähigkeit sowie eine breite Palette anderer Eigenschaften, wie z. B. leicht, langlebig, flexibel und kostengünstig zu produzieren, hat zu ihrer weit verbreiteten Verwendung geführt. Kunststoffe werden typischerweise durch menschliche Industriesysteme hergestellt. Die meisten modernen Kunststoffe werden abgeleitet von Chemikalien auf fossilen Brennstoffen auf Basis wie Erdgas oder Petroleum; Jüngste industrielle Methoden verwenden jedoch Varianten aus erneuerbaren Materialien wie z. Mais oder Baumwolle Derivate.[1]

Es werden schätzungsweise 9,2 Milliarden Tonnen Kunststoff zwischen 1950 und 2017 hergestellt. Seit 2004 wurde mehr als die Hälfte dieses Plastiks hergestellt. Im Jahr 2020 wurden 400 Millionen Tonnen Kunststoff hergestellt.[2] Wenn sich die globalen Trends der Plastiknachfrage fortsetzen, wird geschätzt, dass die jährliche weltweite Kunststoffproduktion von 2050 über 1.100 Millionen Tonnen erreichen wird.

Der Erfolg und die Dominanz von Kunststoffen ab dem frühen 20. Jahrhundert haben weit verbreitete Umweltprobleme verursacht.[3] Aufgrund ihrer langsamen Zersetzungsrate in natürlichen Ökosystemen. Gegen Ende des 20. Jahrhunderts die Kunststoffindustrie befördert Recycling Um Umweltbedenken zu lindern, während sie weiterhin jungfräuliche Kunststoff produzieren und die Verantwortung für die Plastikverschmutzung auf den Verbraucher übertragen. Die wichtigsten Unternehmen, die Kunststoffe produzierten, bezweifelten die wirtschaftliche Lebensfähigkeit des Recyclings zu dieser Zeit, und die wirtschaftliche Lebensfähigkeit hat sich nie verbessert. Die Kunststoffsammlung und das Recycling sind weitgehend unwirksam, da die zeitgenössische Komplexität bei der Reinigung und Sortierung von Kunststoffen nach dem Verbrauch für eine effektive Wiederverwendung erforderlich ist. Die meisten produzierten Plastik wurden nicht wiederverwendet, wodurch entweder in gefangen genommen wurde Mülldeponien oder in der Umwelt bestehen als Plastikverschmutzung. Plastikverschmutzung kann sein gefunden in allen wichtigen Gewässern der WeltZum Beispiel erstellen Müllfelder in allen Weltmeeren und kontaminierenden terrestrischen Ökosystemen. Von allen bisher verworfenen Plastik wurden rund 14% verbrannt und weniger als 10% recycelt.[2]

In entwickelten Volkswirtschaften wird etwa ein Drittel von Plastik in der Verpackung verwendet und ungefähr gleich in Gebäuden in Anwendungen wie z. Rohrleitungen, Installation oder Vinyl -Abstellgleis.[4] Weitere Verwendungszwecke sind Automobile (bis zu 20% Kunststoff[4]), Möbel und Spielzeug.[4] In den Entwicklungsländern können sich die Anwendungen von Kunststoff unterscheiden. 42% des indischen Verbrauchs werden in der Verpackung verwendet.[4] Im medizinischen Bereich werden Polymerimplantate und andere medizinische Geräte zumindest teilweise aus Kunststoff abgeleitet. Weltweit werden jährlich pro Person etwa 50 kg Plastik produziert, wobei sich die Produktion alle zehn Jahre verdoppelt.

Der erste vollständig synthetische Kunststoff der Welt war Bakelit, 1907 in New York erfunden, von Leo Baekeland,[5] der den Begriff "Kunststoffe" geprägt hat.[6] Heute werden Dutzende verschiedener Arten von Kunststoffen produziert, wie z. Polyethylen, was weit verbreitet ist in Produktverpackung, und Polyvinylchlorid (PVC), verwendet in Konstruktion und Rohren aufgrund seiner Festigkeit und Haltbarkeit. Viele Chemiker haben zu der beigetragen Materialwissenschaften von Kunststoffen, einschließlich Nobelpreisträger Hermann Staudinger, wer wurde "der Vater von genannt Polymerchemie" und Herman Mark, bekannt als "der Vater von Polymerphysik".[7]

Etymologie

Das Wort Plastik leitet sich aus dem griechischen πλαστικiesen ab (Plastikos) bedeutet "fähig, geformt zu werden oder geformt, "und wiederum von πλαστός (Plastos) bedeutet "geformt".[8] Als ein Substantiv Das Wort am häufigsten bezieht sich auf die soliden Produkte der von der Petrochemie abgeleiteten Fertigung.[9]

Das Nomen Plastizität Bezieht sich speziell hier auf die Verformbarkeit der Materialien, die bei der Herstellung von Kunststoffen verwendet werden. Die Plastizität ermöglicht das Formen, Extrusion oder Kompression in eine Vielzahl von Formen: Filme, Fasern, Platten, Röhren, Flaschen und Kisten, unter anderem. Plastizität hat auch eine technische Definition in der Materialwissenschaft außerhalb des Rahmens dieses Artikels, der sich auf die nicht reversible Veränderung in Form solider Substanzen bezieht.

Struktur

Die meisten Kunststoffe enthalten organisch Polymere.[10] Die überwiegende Mehrheit dieser Polymere besteht aus Kohlenstoffatomenketten mit oder ohne Anhaftung von Sauerstoff-, Stickstoff- oder Schwefelatomen. Diese Ketten umfassen viele Einheiten wiederholen gemacht aus Monomere. Jede Polymerkette besteht aus mehreren tausend wiederholenden Einheiten. Das Rückgrat ist der Teil der Kette, der auf der ist HauptwegVerknüpfen einer großen Anzahl von Wiederholungseinheiten. Um die Eigenschaften einer plastischen, unterschiedlichen molekularen Gruppen anzupassen, genannt Seitenketten Hängen Sie dieses Rückgrat ab; Sie werden normalerweise von den Monomeren aufgehängt, bevor die Monomere selbst zusammen mit der Polymerkette verbunden sind. Die Struktur dieser Seitenketten beeinflusst die Eigenschaften des Polymers.

Eigenschaften und Klassifizierungen

Kunststoffe werden normalerweise durch die chemische Struktur des Rückgrat- und Seitenketten des Polymers klassifiziert. Wichtige Gruppen, die auf diese Weise klassifiziert sind Acryl, Polyester, Silikone, Polyurethane, und halogenierte Kunststoffe. Kunststoffe können durch das in ihrer Synthese verwendete chemische Prozess eingestuft werden, wie z. Kondensation, Polyaddition, und Vernetzung.[11] Sie können auch durch ihre physikalischen Eigenschaften klassifiziert werden, einschließlich Härte, Dichte, Zugfestigkeit, Wärmewiderstand, und Glasübergangstemperatur. Kunststoffe können zusätzlich durch ihren Widerstand und ihre Reaktionen auf verschiedene Substanzen und Prozesse klassifiziert werden, wie z. B. die Exposition gegenüber organischen Lösungsmitteln, Oxidation, und ionisierende Strahlung.[12] Andere Klassifikationen von Kunststoffen basieren auf Qualitäten, die für die Herstellung oder das Produktdesign für einen bestimmten Zweck relevant sind. Beispiele beinhalten Thermoplastik, Thermosets, leitfähige Polymere, Biologisch abbaubare Kunststoffe, Kunststoffkunststoffe und Elastomere.

Thermoplastik und thermosettierende Polymere

Dieser Plastikgriff aus einem Küchenutensilien wurde durch Hitze deformiert und teilweise geschmolzen

Eine wichtige Klassifizierung von Kunststoffen ist der Grad, in dem die chemischen Prozesse, die sie verwendeten, reversibel sind oder nicht.

Die Thermoplastik verändert ihre Zusammensetzung beim Erhitzen nicht chemisch und kann daher wiederholt geformt werden. Beispiele sind Polyethylen (PE), Polypropylen (Pp), Polystyrol (PS) und Polyvinylchlorid (PVC).[13]

Thermosets oder Thermosettierpolymere können nur einmal schmelzen und Gestalt annehmen: Nachdem sie sich verfestigt haben, bleiben sie fest.[14] Wenn sie wieder erwärmt werden, zersetzen sich die Thermosets eher als schmelzen. Im Thermosettungsprozess tritt eine irreversible chemische Reaktion auf. Das Vulkanisation von Gummi ist ein Beispiel für diesen Prozess. Vor dem Erhitzen in Gegenwart von Schwefel, Naturkautschuk (Polyisopren) ist ein klebriges, leicht flüssiges Material; Nach der Vulkanisation ist das Produkt trocken und starr.

Amorphe Kunststoffe und kristalline Kunststoffe

Viele Kunststoffe sind vollständig amorph (ohne hoch geordnete molekulare Struktur),[15] einschließlich Thermosets, Polystyrol und Methylmethacrylat (PMMA). Kristallin Plastik weisen ein Muster von regelmäßigeren Atomen auf, wie z. Einige Plastik sind jedoch teilweise amorph und in der molekularen Struktur teilweise kristallin, was ihnen sowohl einen Schmelzpunkt als auch einen oder mehrere Glasübergänge verleiht (die Temperatur, über der das Ausmaß der lokalisierten molekularen Flexibilität wesentlich erhöht ist). Diese sogenannten halbkristalline Plastik umfasst Polyethylen, Polypropylen, Polyvinylchlorid, Polyamide (Nylons), Polyester und einige Polyurethane.

Leitfähige Polymere

Intrinsisch leitende Polymere (ICP) sind organische Polymere, die Strom leiten. Während eine Leitfähigkeit von bis zu 80 ks/cm in Stretchorientierung Polyacetylen,[16] wurde erreicht, es nähert sich nicht der der meisten Metalle. Zum Beispiel hat Kupfer eine Leitfähigkeit von mehreren hundert ks/cm.[17]

Biologisch abbaubare Kunststoffe und Biokaststoff

Biologisch abbaubare Kunststoffe

Biologisch abbaubar Kunststoffe sind Kunststoffe, die sich beim Sonneneinstrahlungseinsatz verschlechtern (zerstören) oder UV-Strahlung; Wasser oder Feuchtigkeit; Bakterien; Enzyme; oder Windabrieb. Angriffe durch Insekten wie Wachswürmer und Mehlwürmer können auch als Formen des biologischen Abbaus angesehen werden. Aerob Der Abbau erfordert, dass der Kunststoff an der Oberfläche freigelegt wird, während anaerob Der Abbau wäre bei Mülldeponien- oder Kompostierungssystemen wirksam. Einige Unternehmen produzieren Biologisch abbaubare Zusatzstoffe Verbesserung des biologischen Abbaues. Obwohl Stärkepulver als Füllstoff hinzugefügt werden kann, damit einige Kunststoffe leichter abbauen können, führt eine solche Behandlung nicht zu einem vollständigen Zusammenbruch. Einige Forscher haben genetisch konstruiert Bakterien zur Synthese vollständig biologisch abbaubarer Kunststoff wie Polyhydroxy -Butyrat (PHB); Diese sind jedoch ab 2021 relativ teuer.[18]

Bioplastik

Während die meisten Kunststoffe aus Petrochemikalien hergestellt werden, Bioplastik werden erheblich aus erneuerbaren Pflanzenmaterialien wie Cellulose und Stärke hergestellt.[19] Sowohl auf die endlichen Grenzen der reservenfossilen Brennstoffreserven als auch nach Steigende Treibhausgase In erster Linie durch das Verbrennen dieser Brennstoffe ist die Entwicklung der Bioplastik ein wachsendes Feld.[20][21] Die globale Produktionskapazität für biobasierte Kunststoffe wird auf 327.000 Tonnen pro Jahr geschätzt. Im Gegensatz dazu wurde die globale Produktion von Polyethylen (PE) und Polypropylen (PP), der weltweit führenden petrochemisch abgeleiteten Polyolefine, im Jahr 2015 auf über 150 Millionen Tonnen geschätzt.[22]

Plastikindustrie

Die plastische Industrie umfasst die globale Produktion, Verbundung, Wandlung und Verkauf von Plastikprodukten. Obwohl die Naher Osten und Russland den größten Teil der erforderlichen Produkte produzieren petrochemisch rohes Material; Die Produktion von Plastik konzentriert sich im globalen Osten und Westen. Die plastische Industrie umfasst eine Vielzahl von Unternehmen und kann in mehrere Sektoren unterteilt werden:

Produktion

Es wird geschätzt von 381 Millionen Tonnen im Jahr 2015 (ohne Zusatzstoffe).[2][23] Ab den 1950er Jahren trat ein schnelles Wachstum bei der Verwendung von Kunststoffen für Verpackungen, im Bau und im Bau und in anderen Sektoren auf.[2] Wenn sich die globalen Trends der Plastiknachfrage fortsetzen, wird geschätzt, dass die jährliche weltweite Kunststoffproduktion von 2050 über 1.100 Millionen Tonnen erreichen wird.[2]

Polypropylenpflanzen
A Slovnaft facility in Bratislava, Slovakia
A Slovnaft Einrichtung in Bratislava, Slowakei
A SOCAR Polymer polypropylene plant in Sumgayit, Azerbaijan
Eine Socar -Polymer -Polypropylenpflanze in Sumgayit, Aserbaidschan
Jährliche globale Kunststoffproduktion 1950–2015.[23] Vertikale Linien bezeichnen die 1973–1975 Rezession und die Finanzkrise von 2007–2008 Dies führte zu einer kurzen Verringerung der Kunststoffproduktion.

Kunststoffe werden in Chemiepflanzen von der produziert Polymerisation ihrer Ausgangsmaterialien (Monomere); die fast immer sind petrochemisch in der Natur. Solche Einrichtungen sind normalerweise groß und ähnlich wie Ölraffinerienmit weitläufigen Rohrleitungen. Die große Größe dieser Pflanzen ermöglicht es ihnen, auszunutzen Skaleneffekte. Trotzdem wird die Plastikproduktion nicht besonders monopolisiert, wobei etwa 100 Unternehmen 90% der globalen Produktion ausmachten.[24] Dies beinhaltet eine Mischung aus privaten und staatlichen Unternehmen. Etwa die Hälfte aller Produktion findet in Ostasien statt, wobei China der größte Einzelproduzent ist. Zu den wichtigsten internationalen Produzenten gehören:

Globale Plastikproduktion (2020)[25]
Region Globale Produktion
China 31%
Japan 3%
Rest Asiens 17%
NAFTA 19%
Lateinamerika 4%
Europa 16%
Cis 3%
Naher Osten und Afrika 7%

Historisch, Europa und Nordamerika haben die globale Kunststoffproduktion dominiert. Seit 2010 hat sich Asien jedoch als bedeutender Produzent entwickelt, mit China Berücksichtigung von 31% der gesamten Plastikharzproduktion im Jahr 2020.[25] Die regionalen Unterschiede im Volumen der Kunststoffproduktion werden von der Nutzernachfrage, dem Preis für fossile Kraftstoffmaterialien und Investitionen in die petrochemische Industrie angetrieben. Zum Beispiel werden seit 2010 in den USA über 200 Milliarden US -Dollar in neue plastische und chemische Anlagen in die USA investiert, die durch die niedrigen Rohstoffe stimuliert wurden. In dem europäische Union (EU) Auch in der Plastikbranche wurden schwere Investitionen getätigt, die über 1,6 Millionen Mitarbeiter mit einem Umsatz von mehr als 360 Milliarden Euro pro Jahr beschäftigt. In China gab es im Jahr 2016 mehr als 15.000 Kunststoff -Produktionsunternehmen, die mehr als 366 Milliarden US -Dollar um Einnahmen erzielten.[2]

Im Jahr 2017 wurde der globale Kunststoffmarkt von dominiert von Thermoplastik- Polymere, die geschmolzen und neu gestaltet werden können. Thermoplastik umfassen Polyethylen (SPORT), Polyethylen Terephthalat (HAUSTIER), Polypropylen (Pp), Polyvinylchlorid (PVC), Polystyrol (PS) und synthetische Fasern, die zusammen 86% aller Kunststoffe darstellen.[2]

Verbundung

Plastikverbindungsschema für a Thermosofen Material

Kunststoff wird nicht als rein unverfälschte Substanz verkauft, sondern stattdessen mit verschiedenen Chemikalien und anderen Materialien gemischt, die gemeinsam als Zusatzstoffe bezeichnet werden. Diese werden während der hinzugefügt Verbundung Stadium und enthalten Substanzen wie Stabilisatoren, Weichmacher und Farbstoffe, die die Lebensdauer, die Verarbeitbarkeit oder das Aussehen des endgültigen Elements verbessern sollen. In einigen Fällen kann dies das Mischen verschiedener Kunststofftypen zusammenstellen, um a zu bilden Polymermischung, wie zum Beispiel Hohe Impact Polystyrol. Große Unternehmen mögen vor der Produktion ihre eigenen Compounding durchführen, aber einige Produzenten haben dies von Dritten gemacht. Unternehmen, die sich auf diese Arbeit spezialisiert haben, sind als Converter bekannt.

Die Zusammensetzung von Thermosetting -Kunststoff ist relativ einfach; wie es flüssig bleibt, bis es ist geheilt in seine endgültige Form. Für thermosoftländische Materialien, mit denen die Mehrheit der Produkte hergestellt wird, ist es erforderlich, den Kunststoff zu schmelzen, um die Zusatzstoffe zu mischen. Dies beinhaltet es, es auf irgendwo zwischen 150 und 320 ° C (300–610 ° F) zu erhitzen. Geschmolzener Kunststoff ist auf Viskous und zeigt sich Laminarfluss, was zu schlechtem Mischen führt. Die Compoundierung erfolgt daher mit Extrusionsausrüstung, die die erforderliche Wärme und Mischung liefern können, um ein ordnungsgemäß dispergiertes Produkt zu ergeben.

Die Konzentrationen der meisten Additive sind normalerweise ziemlich niedrig, aber es können hohe Werte hinzugefügt werden, um zu erstellen Masterbatch Produkte. Die Zusatzstoffe in diesen sind konzentriert, aber im Wirtsharz immer noch ordnungsgemäß verteilt. MasterBatch -Granulat kann mit billigerem Massenpolymer gemischt werden und wird ihre Zusatzstoffe während der Verarbeitung freigeben, um a zu geben homogen Endprodukt. Dies kann billiger sein als mit einem vollständig zusammengesetzten Material und ist besonders häufig für die Einführung von Farbe.

Konvertieren

Kurzes Video zum Injektionsformen (9 min 37 s)
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Blasen Sie eine Flasche Plastikgetränke

Unternehmen, die fertige Waren produzieren Konverter (manchmal Prozessoren). Die überwiegende Mehrheit der weltweit produzierten Plastik ist thermosofennd und muss bis zum geschmolzenen Molden erhitzt werden, um geformt zu werden. Verschiedene Arten von Extrusion Geräte existieren, die dann den Kunststoff in fast jede Form bilden können.

Für Thermosettierungsmaterialien ist der Prozess gering geheilt Um solide Produkte zu geben, aber ein Großteil der Ausrüstung ist im Großen und Ganzen ähnlich.

Die am häufigsten hergestellten Plastikkonsumgüterprodukte umfassen Verpackungen aus LDPE (z. B. Taschen, Behälter, Lebensmittelverpackungsfilm), Behälter aus HDPE (z. B. Milchflaschen, Shampooflaschen, Eiswannen) und HAUSTIER (z. B. Flaschen für Wasser und andere Getränke). Zusammen machen diese Produkte rund 36% des Kunststoffs in der Welt aus. Die meisten von ihnen (z. B. Einwegbecher, Platten, Besteck, Takeaway -Behälter, Trägertaschen) werden nur für kurze Zeit für weniger als einen Tag verwendet. Die Verwendung von Kunststoffen in den Bereichen Bau und Konstruktion, Textilien, Transport und elektrische Geräte macht auch einen erheblichen Anteil am Kunststoffmarkt aus. Plastikartikel für solche Zwecke haben im Allgemeinen längere Lebensdauer als. Sie können für Zeiträume von rund fünf Jahren (z. B. Textilien und elektrische Geräte) und mehr als 20 Jahren (z. B. Baumaterialien, Industriemaschinen) verwendet werden.[2]

Der Plastikkonsum unterscheidet sich zwischen Ländern und Gemeinden, wobei irgendeine Form von Plastik in das Leben der meisten Menschen gelangt ist. Nordamerika (d. H. Das nordamerikanische Freihandelsabkommen oder die NAFTA -Region) macht 21%des globalen Plastikverbrauchs aus, dicht gefolgt von China (20%) und Westeuropa (18%). In Nordamerika und Europa gibt es einen hohen Pro -Kopf -Plastikkonsum (94 kg bzw. 85 kg/Kapita/Jahr). In China gibt es einen geringeren Pro -Kopf -Verbrauch (58 kg/Kapita/Jahr), aber aufgrund seiner großen Bevölkerung national ein hoher Verbrauch.[2]

Arten von Kunststoffen

Rohstoffkunststoffe

Chemische Strukturen und Verwendungen einiger häufiger Kunststoffe

Rund 70% der globalen Produktion konzentrieren sich auf sechs Hauptpolymertypen, die sogenannten Rohstoffkunststoffe. Im Gegensatz zu den meisten anderen Kunststoffen können diese häufig durch ihre identifiziert werden Harzidentifikationscode (Ric):

Symbol Resin Code 01 PET.svg Polyethylen Terephthalat (Haustier oder Pete)
Symbol Resin Code 02 PE-HD.svg Polyethylen mit hoher Dichte (HDPE oder PE-HD)
Symbol Resin Code 03 PVC.svg Polyvinylchlorid (PVC oder v)
Symbol Resin Code 04 PE-LD.svg Polyethylen mit niedriger Dichte (LDPE oder PE-LD),
Symbol Resin Code 05 PP.svg Polypropylen (PP)
Symbol Resin Code 06 PS.svg Polystyrol (PS)

Polyurethane (Pur) und pp & a fasern[26] werden oft auch als wichtige Warenklassen enthalten, obwohl ihnen normalerweise RICs fehlen, da sie chemisch vielfältige Gruppen sind. Diese Materialien sind kostengünstig, vielseitig und einfach zu bearbeiten, was sie zur bevorzugten Wahl für die Massenproduktion Alltagsgegenstände. Ihre größte Einzelanwendung ist in der Verpackung, wobei 2015 rund 146 Millionen Tonnen verwendet werden, was 36% der globalen Produktion entspricht. Wegen ihrer Dominanz; viele der Eigenschaften und Probleme, die üblicherweise mit Kunststoffen verbunden sind, wie z. Umweltverschmutzung aus ihren Armen stammen biologische Abbaubarkeit, sind letztendlich auf Warenkunststoffe zurückzuführen.

Es gibt eine große Anzahl von Kunststoffen, die über die Rohstoffkunststoffe hinausgehen, wobei viele außergewöhnliche Eigenschaften haben.

Globale Kunststoffproduktion nach Polymertyp (2015)[23]
Polymer Produktion (MT) Prozentsatz aller Kunststoff Polymertyp Thermischer Charakter
Polyethylen mit niedriger Dichte (LDPE) 64 15,7% Polyolefin Thermoplastisch
Hochdichte Polyethylen (HDPE) 52 12,8% Polyolefin Thermoplastisch
Polypropylen (PP) 68 16,7% Polyolefin Thermoplastisch
Polystyrol (PS) 25 6,1% Ungesättigtes Polyolefin Thermoplastisch
Polyvinylchlorid (PVC) 38 9,3% Halogeniert Thermoplastisch
Polyethylen Terephthalat (PET) 33 8,1% Kondensation Thermoplastisch
Polyurethan (pur) 27 6,6% Kondensation Thermoset[27]
PP & A Fasern[26] 59 14,5% Kondensation Thermoplastisch
Alle anderen 16 3,9% Verschiedene Variiert
Additive 25 6,1% - -
Gesamt 407 100% - -

Kunststoffkunststoffe

Kunststoffkunststoffe sind robuster und werden verwendet, um Produkte wie Fahrzeugteile, Gebäude- und Baumaterialien sowie einige Maschinenteile herzustellen. In einigen Fällen sind sie Polymermischungen gebildet durch Mischen verschiedener Kunststoffe (ABS, Hüften usw.). Technische Kunststoffe können Metalle in Fahrzeugen ersetzen und ihr Gewicht verringern, wobei eine Reduzierung der Kraftstoffeffizienz um 10% um 6-8% verbessert wird. Etwa 50% des Volumens moderner Autos bestehen aus Plastik, dies macht jedoch nur 12-17% des Fahrzeuggewichts aus.[28]

  • Acrylnitril Butadiene Styrol (ABS): Fälle von elektronischen Geräten (z. B. Computermonitore, Drucker, Tastaturen) und Entwässerungsrohr
  • Hohe Impact Polystyrol (Hüften): Kühlschrankliner, Lebensmittelverpackungen und Verkaufsbecher
  • Polycarbonat (PC): Kompaktdisks, Brillen, RIOT Shields, Sicherheitsfenster, Ampeln und Objektive
  • Polycarbonat + Acrylnitril Butadienstyres (PC + ABS): Eine Mischung aus PC und ABS, die einen stärkeren Kunststoff erzeugt
  • Polyethylen + Acrylnitril-Butadien-Styrol (PE + ABS): Eine rutschige Mischung aus PE und ABS, die in Trockenlagern mit niedrigem Dienst verwendet werden
  • Polymethylmethacrylat (PMMA) (Acryl-): Kontaktlinsen (der ursprünglichen "harten" Sorte), Glasur (am bekanntesten in dieser Form durch seine verschiedenen Handelsnamen auf der ganzen Welt; z. Perspex, Plexiglas und Oroglas), Fluoreszenzlicht-Diffusoren und Hinterlichtabdeckungen für Fahrzeuge. Es bildet auch die Grundlage künstlerischer und kommerzieller Acrylfarben, wenn in Wasser unter Verwendung anderer Agenten suspendiert.
  • Silikone (Polysiloxane): hitzebeständige Harze, die hauptsächlich als Dichtungsmittel verwendet, aber auch für Hochtemperaturkochutensilien und als Grundharz für Industriefarben verwendet werden
  • Harnstoffformaldehyd (UF): Einer der Aminoplasten, die als vielfältige Alternative zu Phenolen verwendet werden: als Holzkleber (für Sperrholz, Spanplatten, Hartplatten) und elektrische Schaltergehäuse verwendet

Hochleistungskunststoffe

Hochleistungskunststoffe sind in der Regel teuer, mit ihrer Verwendung auf spezielle Anwendungen begrenzt, die ihre überlegenen Eigenschaften nutzen.

  • Aramiden: Am bekanntesten für ihre Verwendung bei der Herstellung KörperschutzDiese Klasse von hitzebeständigen und starken synthetischen Fasern wird auch in Luft- und Raumfahrt- und militärischen Anwendungen verwendet, einschließlich Kevlar und Nomex, und Twaron.
  • Ultrahohe-molekulare Polyethylene
  • Polyetheretheketon (Peek): starke, chemisch- und hitzebeständige Thermoplastik; es ist Biokompatibilität Ermöglicht die Verwendung in medizinischen Implantatanwendungen und Luft- und Raumfahrtleisten. Es ist eines der teuersten kommerziellen Polymere.
  • Polyetherimid (PEI) (ultem): ein hochtemperatures, chemisch stabiles Polymer, das nicht kristallisiert
  • Polyimid: Ein Hochtemperatur-Kunststoff, der in Materialien verwendet wird, wie z. Kapton Band
  • Polysulfon: Hochtemperatur-Schmelzharz, die in Membranen, Filtrationsmedien, Tauchrohre im Warmwasserbereiter und anderen Hochtemperaturanwendungen verwendet werden
  • Polytetrafluorethylen (PTFE) oder Teflon: hitzebeständige, mit niedrig geschnittene Beschichtungen, die in Nicht-Schichtflächen für Braten, Klebeband und Wasserrutschen verwendet werden
  • Polyamidimid (PAI): Hochleistungs-Kunststoff-Kunststoff, der in Hochleistungszädern, Schalter, Getriebe und anderen Automobilkomponenten sowie in Luft- und Raumfahrtteilen ausgiebig verwendet wird.[29]

Galerie

Anwendungen

Die größte Anwendung für Kunststoffe ist als Verpackungsmaterial, sie werden jedoch in einer Vielzahl anderer Sektoren verwendet, darunter: Konstruktion (Rohre, Dachrinnen, Türen und Fenster), Textilien (Textilien (dehnbare Stoffe, Vlies), Konsumgüter (Spielzeug, Geschirr, Zahnbürsten), Transport (Scheinwerfer, Stoßstangen, Körperpaneele, Flügelspiegel), Elektronik (Telefone, Computer, Fernseher) und als Maschinenteile.[23]



Additive

Additive sind Chemikalien, die in Kunststoffe eingemischt sind, um ihre Leistung oder ihr Erscheinungsbild zu ändern, was es ermöglicht, die Eigenschaften von Kunststoffen zu verändern, um ihren beabsichtigten Anwendungen besser anzupassen.[30][31] Additive sind daher einer der Gründe, warum Kunststoff so weit verbreitet wird.[32] Kunststoffe bestehen aus Polymerketten. Viele verschiedene Chemikalien werden als plastische Zusatzstoffe verwendet. Ein zufällig ausgewähltes Kunststoffprodukt enthält im Allgemeinen rund 20 Additive. Die Identitäten und Konzentrationen von Zusatzstoffen sind im Allgemeinen nicht auf Produkten aufgeführt.[2]

In der EU werden über 400 Additive in hohen Volumina verwendet.[33][2] 5500 Additive wurden in einer globalen Marktanalyse gefunden.[34] Zumindest enthält der gesamte Plastik einige Polymerstabilisatoren die es ihnen ermöglichen, ohne Leiden verarbeitet (geformt) zu werden Polymerabbau. Andere Additive sind optional und können nach Bedarf hinzugefügt werden, wobei die Belastungen zwischen den Anwendungen erheblich variieren. Die Menge der in Kunststoffe enthaltenen Additive hängt von der Funktion der Additive ab. Zum Beispiel Additive in Polyvinylchlorid (PVC) kann bis zu 80% des Gesamtvolumens ausmachen.[2] Reine unverfälschte Kunststoff (barfußes Harz) wird auch von den Hauptproduzenten nie verkauft.

Auslaugen

Additive können schwach an die Polymere gebunden sein oder in der Polymermatrix reagieren. Obwohl Additive in Kunststoff eingemischt sind, bleiben sie chemisch von ihm unterscheidet und können bei normalem Gebrauch allmählich wieder ausgelaugt werden, wenn sie auf Mülldeponien oder nach unangemessener Entsorgung in der Umwelt nachgehen.[35] Additive können sich auch abbauen, um andere toxische Moleküle zu bilden. Die plastische Fragmentierung in Mikroplastik und Nanoplastik kann es chemischen Zusatzstoffen ermöglichen, sich in der Umgebung weit vom Gebrauchspunkt zu bewegen. Nach der Veröffentlichung können einige Zusatzstoffe und Derivate in der Umwelt bestehen und in Organismen bioakkumuliert werden. Sie können nachteilige Auswirkungen auf die menschliche Gesundheit und Biota haben. Eine kürzlich durchgeführte Überprüfung durch die United States Environmental Protection Agency (US EPA) ergab, dass von 3.377 Chemikalien, die möglicherweise mit Plastikverpackungen verbunden sind, und 906, die wahrscheinlich damit verbunden sind, 68 von Echa als „höchste für die menschlichen Gesundheit“ und 68 als „höchste als„ höchste) eingestuft wurden für Umweltgefahren “.[2]

Recycling

Wenn Additive die Eigenschaften von Kunststoffen ändern, müssen sie während des Recyclings berücksichtigt werden. Gegenwärtig wird fast das gesamte Recycling durchgeführt, indem einfach die Verwendung von Plastik in neue Gegenstände remeldet und reformiert. Additive stellen Risiken in recycelten Produkten dar, da sie schwer zu entfernen sind. Wenn Plastikprodukte recycelt werden, ist es sehr wahrscheinlich, dass die Additive in die neuen Produkte integriert werden. Abfallkunststoff enthält auch dann, wenn es alle gleicher Polymertyp ist, unterschiedliche Arten und Mengen von Zusatzstoffen. Wenn Sie diese gemeinsam mischen, können Sie ein Material mit inkonsistenten Eigenschaften ergeben, die für die Industrie unattraktiv sein können. Zum Beispiel das Mischen verschiedener farbiger Kunststoffe mit verschiedenen Plastikfarbe Zusammen kann ein verfärbtes oder braunes Material produzieren und aus diesem Grund wird Plastik normalerweise sowohl durch Polymertyp als auch nach der Farbe vor dem Recycling sortiert.[2]

Das Fehlen von Transparenz und Berichten in der Wertschöpfungskette führt häufig zu mangelnden Wissen über das chemische Profil der Endprodukte. Zum Beispiel wurden Produkte, die bromierte Flammschutzmittel enthalten, in neue Plastikprodukte integriert. Flammschutzmittel sind eine Gruppe von Chemikalien, die in elektronischen und elektrischen Geräten, Textilien, Möbeln und Baumaterialien verwendet werden, die nicht in Lebensmittelverpackungen oder in Kinderbetreuungsprodukten vorhanden sein sollten. Eine kürzlich durchgeführte Studie ergab, dass bromierte Dioxine als unbeabsichtigte Verunreinigungen in Spielzeugen aus recycelten plastischen elektronischen Abfällen, die bromierte Flammschutzmittel enthielten, hergestellt wurden. Es wurde festgestellt, dass brominierte Dioxine eine ähnliche Toxizität wie chlorierte Dioxine aufweisen. Sie können negative Entwicklungseffekte und negative Auswirkungen auf das Nervensystem haben und die Mechanismen des endokrinen Systems beeinträchtigen.[2]

Auswirkungen auf die Gesundheit

Viele der mit Kunststoffen verbundenen Kontroversen beziehen sich tatsächlich auf ihre Zusatzstoffe, da einige Verbindungen anhaltend sein können, bioakkumulierend und möglicherweise schädlich.[36][37][30] Die jetzt verbotenen Flammschutzmittel Octabde und Pentabde sind ein Beispiel dafür, während die gesundheitlichen Auswirkungen von Phthalate sind ein anhaltender Bereich von öffentlichem Anliegen. Additive können auch problematisch sein, wenn der Abfall verbrannt wird, insbesondere wenn das Verbrennen unkontrolliert ist oder in Verbrennungsanlagen mit niedriger Technologie stattfindet, wie dies in vielen Entwicklungsländern häufig vorkommt. Unvollständige Verbrennung kann Emissionen gefährlicher Substanzen wie Säuregase und Asche verursachen, die anhaltende organische Schadstoffe (POPs) enthalten können, wie z. Dioxine.[2]

Eine Reihe von Additiven, die als gefährlich für den Menschen und/oder die Umwelt identifiziert werden, werden international reguliert. Das Stockholmer Übereinkommen über anhaltende organische Schadstoffe (POPs) ist ein globaler Vertrag zum Schutz der menschlichen Gesundheit und der Umwelt vor Chemikalien, die in der Umwelt über lange Zeiträume intakt bleiben, geografisch weit verbreitet werden, sich im Fettgewebe von Menschen und Wildtieren ansammeln und schädliche Auswirkungen auf die menschliche Gesundheit oder auf haben die Umgebung.[2]

Andere Zusatzstoffe erwiesen sich als schädlich, wie z. Cadmium, Chrom, führen und Merkur (reguliert unter dem Minamata -Konvention über Quecksilber), die zuvor in der Kunststoffproduktion verwendet wurden, sind in vielen Gerichtsbarkeiten verboten. Sie sind jedoch immer noch routinemäßig in Plastikverpackungen einschließlich Lebensmittelverpackungen zu finden. Die Verwendung des Additivs Bisphenol A (BPA) In Plastikflaschen ist in vielen Teilen der Welt verboten, ist jedoch in einigen Ländern mit niedrigem Einkommen nicht eingeschränkt.[2]

Arten von Additiven

Additivtyp Typische Konzentration, wenn sie vorhanden ist (%)[30] Beschreibung Beispielverbindungen Kommentar Anteil der globalen additiven Produktion (nach Gewicht)[23]
Weichmacher 10–70 Kunststoffe können spröde sein, ein Plastizierer macht sie langlebiger, und das Hinzufügen von Lose macht sie flexibel Phthalate sind die dominierende Klasse, sicherere Alternativen umfassen adipat Ester (Deha, DOA) und Zitrat Ester (ATBC und TEC) 80–90% der Weltproduktion werden in PVC verwendet, ein Großteil des Restes wird in verwendet Celluloseacetat. Für die meisten Produktladungen zwischen 10 und 35%werden hohe Belastungen verwendet Plastisole 34%
Flammschutzmittel 1-30 Als Petrochemikalien verbrennen die meisten Kunststoffe leicht, Flammschutzmittel können dies verhindern Bromierte Flammschutzmittel, Chlorierte Paraffine Nicht chloriert Organophosphate sind ökologisch sicherer, aber oft weniger effizient 13%
Wärmestabilisatoren 0,3-5 Verhindert wärmebedingte Verschlechterung Traditionell Derivate von Blei, Cadmium & Tin. Zu den sichereren modernen Alternativen gehören Barium/Zinkmischungen und Kalziumstearatzusammen mit verschiedenen Synergisten Fast ausschließlich in PVC verwendet. 5%
Füllstoffe 0-50 Verändert das Aussehen und die mechanischen Eigenschaften, können den Preis senken Kalziumkarbonat "Kreide", Talk, Glasperlen, Kohlenschwarz. Auch Verstärkung von Füllstoffen wie Kohlefaser Die meisten undurchsichtig Plastik enthält Füllstoffe. Hohe Werte können auch vor UV -Strahlen schützen. 28%
Aufprallmodifikatoren 10-40 Verbesserte Zähigkeit und Widerstand gegen Schäden[38] Normalerweise ein anderer Elastomer Polymer, z. Kautierende, Styrolcopolymere Chloriertes Polyethylen wird für PVC verwendet 5%
Antioxidantien 0,05–3 Schützt vor Verarbeitung vor Verschlechterung Phenole, Phosphitester, sicher Thioether Die am weitesten verbreitete Art von Zusatzstoffen, die alle Kunststoffe enthalten Polymerstabilisatoren irgendeiner Art 6%
Farbtöne 0,001-10 Vermittelt Farbe Zahlreiche Farbstoffe oder Pigmente 2%
Schmiermittel 0,1-3 Hilft bei der Form des Kunststoffs, umfasst Verarbeitungshilfen (oder Strömungshilfen). Release -Agenten, Slip Additive Paraffinwachs, WachsesterMetall Stearates (d. H. Zinkstearat), lange Kette Fettsäure Amide (OleamidErucamid) 2%
Lichtstabilisatoren 0,05–3 Schützt vor UV -Schaden Hals, UV -Blocker und Quencher Normalerweise wird nur für Gegenstände verwendet 1%
Sonstiges Verschiedene Antimikrobien, Antistatik, Blasenagenten, Kernmittel 4%

Toxizität

Reine Kunststoffe weisen aufgrund ihrer Unlöslichkeit im Wasser eine geringe Toxizität auf, und weil sie ein großes Molekulargewicht aufweisen, sind sie biochemisch inert. Kunststoffprodukte enthalten eine Vielzahl von Zusatzstoffen, von denen einige jedoch giftig sein können.[39] Zum Beispiel mögen Weichmacher Adipate und Phthalate werden oft zu spröden Kunststoffen wie PVC hinzugefügt, um sie für die Verwendung in Lebensmittelverpackungen, Spielzeug und vielen anderen Gegenständen biegsam genug zu machen. Spuren dieser Verbindungen können aus dem Produkt ausgelaugt werden. Aufgrund von Bedenken hinsichtlich der Auswirkungen solcher Auslauger, die EU hat den Gebrauch von eingeschränkt Dehp (Di-2-Ethylhexyl-Phthalat) und andere Phthalate in einigen Anwendungen, und die USA haben die Verwendung von DEHP begrenzt. DPB, BBP, Dinp, Didpund DNOP in Kinderspielzeug und Kinderbetreuungsartikeln durch die Gesetz zur Verbesserung des Verbraucherprodukts. Einige Verbindungen aus Polystyrol-Lebensmittelbehältern wurden vorgeschlagen, um die Hormonfunktionen zu stören, und es werden vermutet, dass menschliche Karzinogene (krebserregende Substanzen) vermutet werden.[40] Andere Chemikalien von potenziellen Besorgnis umfassen Alkylphenole.[37]

Während ein fertiger Kunststoff nicht toxisch sein kann, können die bei der Herstellung seiner Elternpolymere verwendeten Monomere giftig sein. In einigen Fällen können kleine Mengen dieser Chemikalien im Produkt eingeschlossen bleiben, es sei denn, eine geeignete Verarbeitung wird eingesetzt. Zum Beispiel die Weltgesundheitsorganisation's Internationale Agentur für Krebsforschung (IARC) hat erkannt Vinylchlorid, der Vorläufer von PVC, als menschliches Karzinogen.[40]

Bisphenol A (BPA)

Einige Kunststoffprodukte degradieren sich auf Chemikalien mit Östrogen Aktivität.[41] Der primäre Baustein von Polycarbonaten, Bisphenol A (BPA) ist ein östrogenartig Endokriner Disruptor Das kann in Lebensmittel ausgelaugt werden.[40] Forschung in Umweltgesundheit Perspektiven findet, dass BPA aus der Auskleidung von Zinndosen ausgelaugt wurde, Zahnversiegelung und Polycarbonatflaschen können das Körpergewicht der Nachkommen der Labortiere erhöhen.[42] Eine neuere Tierstudie legt nahe, dass selbst eine niedrige Exposition gegenüber BPA zu einer Insulinresistenz führt, was zu Entzündungen und Herzerkrankungen führen kann.[43] Ab Januar 2010 die Los Angeles Zeiten berichtete, dass die US -amerikanische Food and Drug Administration (FDA) 30 Millionen US -Dollar für die Untersuchung der Anzeichen für die Verbindung von BPA mit Krebs ausgibt.[44] Bis (2-Ethylhexyl) adipat, in Plastikfolie basierend auf PVC, ist ebenso von Bedeutung, ebenso wie die Flüchtige organische Verbindungen anwesend in Neues Auto Geruch. Die EU hat ein dauerhaftes Verbot der Verwendung von Phthalaten in Spielzeug. Im Jahr 2009 verbot die US -Regierung bestimmte Arten von Phthalaten, die üblicherweise in Plastik verwendet werden.[45]

Auswirkungen auf die Umwelt

Eine Kommunikationskampagne -Infografik zeigt, dass es in den Ozeanen mehr Plastik geben wird als bis 2050 Fische

Da die chemische Struktur der meisten Kunststoffe sie haltbar macht, sind sie gegen viele natürliche Abbauprozesse resistent. Ein Großteil dieses Materials kann über Jahrhunderte oder länger bestehen bleiben Bernstein.

Es gibt unterschiedliche Schätzungen, wie viel Plastikmüll im letzten Jahrhundert hergestellt wurde. Bei einer Schätzung wurden seit den 1950er Jahren eine Milliarde Tonnen Plastikmüll verworfen.[46] Andere schätzen eine kumulative menschliche Produktion von 8,3 Milliarden Tonnen Plastik, von denen 6,3 Milliarden Tonnen Abfall sind, wobei nur 9% recycelt werden.[47]

Es wird geschätzt, dass dieser Abfall aus 81% Polymerharz, 13% Polymerfasern und 32% Zusatzstoffe besteht. Im Jahr 2018 wurden mehr als 343 Millionen Tonnen Kunststoffabfälle erzeugt, von denen 90% aus Plastikmüll nach dem Verbraucher (industrielle, landwirtschaftliche, gewerbliche und kommunale Plastikmüll) bestanden. Der Rest war Vorverschiebungsabfälle aus der Harzproduktion und Herstellung von Kunststoffprodukten (z.[2]

Das Ozeankonservierung berichteten, dass China, Indonesien, Philippinen, Thailand und Vietnam mehr Plastik ins Meer einwerfen als alle anderen Länder zusammen.[48] Die Flüsse Yangtze, Indus, Yellow, Hai, Nil, Ganges, Perle, Amur, Niger und Mekong "transportieren 88% bis 95% der globalen [Kunststoffe] Belastung ins Meer".[49][50][Überprüfen Sie die Zitat -Interpunktion]

Das Vorhandensein von Kunststoffen, besonders Mikroplastik, innerhalb der Nahrungskette nimmt zu. In den 1960er Jahren wurden Mikroplastik in den Eingeweiden von Seevögeln beobachtet und seitdem in zunehmenden Konzentrationen gefunden.[51] Die langfristigen Auswirkungen von Kunststoffen in der Nahrungskette sind kaum bekannt. Im Jahr 2009 wurde geschätzt, dass 10% des modernen Abfalls Plastik waren.[52] Obwohl Schätzungen je nach Region variieren.[51] Inzwischen sind 50% bis 80% der Trümmer in Meeresbereichen Plastik.[51] Plastik wird häufig in der Landwirtschaft verwendet. Es gibt mehr Plastik im Boden, der in den Ozeanen. Das Vorhandensein von Kunststoff in der Umwelt beeinträchtigt Ökosysteme und die menschliche Gesundheit.[53]

Die Forschung zu den Umweltauswirkungen hat sich in der Regel auf die Entsorgungsphase konzentriert. Die Produktion von Kunststoffen ist jedoch auch für erhebliche Umwelt-, Gesundheit und sozioökonomische Auswirkungen verantwortlich.[54]

Vor dem Montreal-Protokoll, CFCS war üblicherweise bei der Herstellung des Kunststoffpolystyrols verwendet worden Ozonschicht.

Die Bemühungen zur Verringerung der Umwelteinflüsse von Kunststoffen können die Reduzierung der Produktion und Verwendung von Kunststoffen, die Abfall- und Recyclingpolicies sowie die proaktive Entwicklung und den Einsatz von Alternativen zu Kunststoffen wie für ein umfassen nachhaltige Verpackung.

Mikroplastik

Mikroplastik in Sedimenten aus vier Flüssen in Deutschland. Beachten Sie die verschiedenen Formen, die durch weiße Pfeilspitzen angezeigt werden. (Die weißen Balken repräsentieren 1 mm für die Skala.)
Photodegradierter Kunststoffstroh. Eine leichte Berührung bricht einen größeren Stroh in Mikroplastik ein.

Mikroplastik sind Fragmente jeglicher Art von Kunststoff weniger als 5 mm (0,20 Zoll) in Länge nach den USA. Nationales ozeanische und atmosphärische Verwaltung (NOAA)[55][56] und die Europäische Chemikalienagentur.[57] Sie verursachen Umweltverschmutzung durch natürliches Eintritt Ökosysteme aus einer Vielzahl von Quellen, einschließlich Kosmetika, Kleidung, Lebensmittelverpackungund industrielle Prozesse.

Der Begriff Makroplastik wird verwendet, um Mikroplastik von größeren Kunststoffabfällen wie Plastikflaschen zu unterscheiden. Derzeit werden zwei Klassifikationen von Mikroplastik anerkannt. Die primären Mikroplastik umfassen plastische Fragmente oder Partikel, die vor dem Eintritt in die Umgebung bereits 5,0 mm groß sind. Diese beinhalten Mikrofasern aus Kleidung, Mikrokügelchen, und Plastik-Granulat (auch als Nurdles bekannt).[58][59][60] Sekundäre Mikroplastik ergeben sich aus dem Abbau (Zusammenbruch) größerer Kunststoffprodukte durch natürliche Verwitterungsprozesse nach dem Eintritt in die Umwelt. Solche Quellen für sekundäre Mikroplastik umfassen Wasser- und Soda -Flaschen, Angelnetze, Plastiktüten, Mikrowellenbehälter, Teebeutel und Reifenverschleiß.[61][60][62][63] Beide Arten sind an der Umwelt auf hohen Niveaus bestehen, insbesondere in Wasser- und Meeresökosysteme, wo sie verursachen Wasserverschmutzung.[64] 35% aller Ozeanmikroplastik stammen aus Textilien/Kleidung, hauptsächlich aufgrund der Erosion von Polyester-, Acryl- oder Nylonbasis-Kleidung, häufig während des Waschprozesses.[65] Mikroplastik sammeln sich jedoch auch in der Luft und an terrestrische Ökosysteme.

Weil sich Kunststoffe langsam verschlechtern (oft über Hunderte bis Tausende von Jahren),[66][67] Mikroplastik haben eine hohe Wahrscheinlichkeit von Einnahme, Einbau in und Akkumulation in den Körpern und Geweben vieler Organismen. Die giftigen Chemikalien, die sowohl aus dem Meer als auch aus dem Abfluss stammen Biomagnify die Nahrungskette hoch.[68][69] In terrestrischen Ökosystemen wurde nachgewiesen, dass Mikroplastik die Lebensfähigkeit von Bodenökosystemen verringert und das Gewicht von Regenwürmern verringert.[70][71] Der Zyklus und die Bewegung von Mikroplastik in der Umgebung sind nicht vollständig bekannt, aber derzeit wird die Untersuchung des Phänomens untersucht. Deep Layer Ocean Sediment -Umfragen in China (2020) zeigen das Vorhandensein von Kunststoffen in Ablagerungsschichten, die weit älter sind als die Erfindung von Kunststoffen, was zu einer vermuteten Unterschätzung der Mikroplastik in Ozeanerumfragen der Oberfläche führt.[72] In den hohen Bergen wurden auch Mikroplastik in großen Entfernungen von ihrer Quelle gefunden.[73]

Mikroplastik wurde auch im menschlichen Blut gefunden, obwohl ihre Wirkungen weitgehend unbekannt sind.[74][75]

Zersetzung von Kunststoffen

Kunststoff degradieren durch eine Vielzahl von Prozessen, von denen die normalerweise normalerweise ist Photooxidation. Ihre chemische Struktur bestimmt ihr Schicksal. Polymere Meeresabbau Infolge der Kochsalzlösung und der Kühlwirkung des Meeres dauert viel länger, was zur Fortbeständigkeit von plastischen Trümmern in bestimmten Umgebungen beiträgt.[51] Jüngste Studien haben jedoch gezeigt, dass Kunststoffe im Meer schneller als bisher angenommen wurden, da die Sonnen-, Regen- und andere Umweltbedingungen ausgesetzt waren, was zur Freisetzung toxischer Chemikalien wie z. Bisphenol A. Aufgrund des erhöhten Volks an Kunststoffen im Ozean hat sich die Zersetzung jedoch verlangsamt.[76] Die Marine Conservancy hat die Zersetzungsraten mehrerer Plastikprodukte vorausgesagt: Es wird geschätzt, dass ein Schaumstoff -Plastikbecher 50 Jahre dauern wird, ein Plastikgetränkehalter wird 400 Jahre dauern, a Einmalwindel wird 450 Jahre dauern und die Fischerei wird 600 Jahre dauern.[77]

Mikrobielle Arten, die Kunststoffe abbauen können, sind der Wissenschaft bekannt, von denen einige möglicherweise für die Entsorgung bestimmter Klassen von Kunststoffabfällen nützlich sind.

  • 1975 entdeckte ein Team japanischer Wissenschaftler, die Teiche studierten, die Abwasser aus einer Nylonfabrik enthielten Flavobakterium das verdaut bestimmte Nebenprodukte von Nylon 6 Herstellung, wie das lineare Dimer von 6-Aminohexanoat.[78] Nylon 4 (Polybutyrolactam) kann durch die ND-10- und ND-11-Stränge von abgebaut werden Pseudomonas sp. Im Schlamm gefunden, was zu GABA (γ-Aminobuttersäure) als Nebenprodukt führt.[79]
  • Mehrere Arten von Bodenpilzen können Polyurethan konsumieren,[80] einschließlich zwei Arten des ecuadorianischen Pilzes Pestalotiopsis. Sie können Polyurethan sowohl aerob als auch anaerob (wie am Boden der Deponien) konsumieren.[81]
  • Die methanogene mikrobielle Konsortie beeinträchtigen Styrol und nutzt sie als Kohlenstoffquelle.[82] Pseudomonas putida kann konvertieren Styrol Öl in verschiedene biologisch abbaubare Kunststoff | biologisch abbaubar Polyhydroxyalkanoates.[83][84]
  • Es wurde gezeigt, dass mikrobielle Gemeinschaften, die aus mit Stärke gemischten Bodenproben isoliert wurden, in der Lage sind, Polypropylen abzubauen.[85]
  • Der Pilz Aspergillus fumigatus verschlechtert effektiv plastisches PVC.[86]: 45–46 Phanerochaete Chrysosporium wurde auf PVC in einem Mineralsalz -Agar gezüchtet.[86]: 76 P. Chrysosporium, Lentinus Tigrinus, A. Niger, und A. Sydowii kann auch PVC effektiv beeinträchtigen.[86]: 122
  • Phenol-Formaldehyd, allgemein bekannt als Bakelit, wird durch den weißen Fäusepilz abgebaut P. Chrysosporium.[87]
  • Acinetobacter Es wurde festgestellt Oligomere.[79] Wenn in Kombination verwendet, Pseudomonas Fluorescens und Sphingomonas Kann über 40% des Gewichts der Plastiktüten in weniger als drei Monaten beeinträchtigen.[88] Das thermophile Bakterium Brevibacillus borstelensis (Stamm 707) wurde aus einer Bodenprobe isoliert und in der Lage, niedrige Dichte zu verwenden Polyethylen als einzige Kohlenstoffquelle bei inkubiert bei 50 ° C. Die Voraussetzung der plastischen bis ultravioletten Strahlung brach chemische Bindungen und unterstützte den biologischen Abbau; Je länger die Zeit der UV -Exposition ist, desto größer ist die Förderung der Verschlechterung.[89]
  • An Bord von Raumstationen, die Gummi in eine verdauliche Form beeinträchtigen, wurden gefährliche Formen gefunden.[90]
  • Es wurden mehrere Arten von Hefen, Bakterien, Algen und Flechten an synthetischen Polymerartefakten in Museen und an archäologischen Stätten gewachsen.[91]
  • In den plastisch abgelenkten Gewässern der Sargasso SeaEs wurden Bakterien gefunden, die verschiedene Kunststoffarten konsumieren; Es ist jedoch nicht bekannt, inwieweit diese Bakterien Gifte effektiv aufräumen, anstatt sie einfach in das mikrobielle Meeresökosystem freizulassen.
  • Plastikfressende Mikroben wurden auch auf Mülldeponien gefunden.[92]
  • Nokardie Kann PET mit einem Esterase -Enzym beeinträchtigen.
  • Der Pilz Geotrichum candidumEs wurde festgestellt, dass in Belize das in CDS gefundene Polycarbonat -Kunststoff verbraucht wird.[93][94]
  • Futuro Häuser bestehen aus faserverstärkten Polyestern, Polyester-Polyurethan und PMMA. Ein solches Haus wurde von schädlich verschlechtert von Cyanobakterien und Archaea.[95][96]
Handbuchmaterial Triage zum Recycling.

Recycling

Plastikrecycling
Im Uhrzeigersinn von oben links:
  • Sortieren von Plastikmüll bei a Einzelstream-Recycling Center
  • Gebrannte gebrauchte gebrauchte Flaschen
  • Geborgen HDPE Bereit zum Recycling
  • Eine Bewässerung aus recycelten Flaschen hergestellt

Plastikrecycling ist die Wiederaufbereitung von Plastik-Müll in neue Produkte.[97][98][99] Wenn dies korrekt durchgeführt wird, kann dies die Abhängigkeit von verringern DeponieRessourcen sparen und die Umwelt vor schützen Plastikverschmutzung und Treibhausgase Emissionen.[100][101] Obwohl die Recyclingraten zunehmen, bleiben sie hinter denen anderer wiederherstellbarer Materialien zurück, wie z. Aluminium, Glas und Papier. Die weltweite Recycling -Rate im Jahr 2015 betrug 19,5%, während 25,5% verbrannt wurden und die verbleibenden 55% auf Deponien zur Verfügung standen.[102] Seit Beginn der Plastikproduktion im 20. Jahrhundert, bis 2015, hat die Welt rund 6,3 Milliarden Tonnen Plastikmüll produziert, von denen nur 9% recycelt wurden und nur ~ 1% mehr als einmal recycelt wurden.[102]

Recycling ist notwendig, da fast alle Kunststoff nicht sindbiologisch abbaubar und baut sich so in der Umwelt auf,[103][104] wo es Schaden zufügen kann. Zum Beispiel treten jedes Jahr ungefähr 8 Millionen Tonnen Abfallplastik in die Erdmeere ein, was dem Wasser -Ökosystem beschädigt und groß ist Ozeanmüllflecken.[105]

Gegenwärtig wird fast das gesamte Recycling durch Remumting und Reformierung verwendeter Kunststoff in neue Gegenstände durchgeführt. sogenanntes mechanisches Recycling. Dies kann verursachen Polymerabbau auf chemischer Ebene und erfordert auch, dass der Abfall sowohl nach Farbe als auch nach Farbe sortiert wird Polymer Geben Sie vor, bevor Sie neu aufgestellt werden, was kompliziert und teuer ist. Fehler können zu Material mit inkonsistenten Eigenschaften führen, was die Industrie unattraktiv macht.[106] In einem alternativen Ansatz, der als Rohstock -Recycling bezeichnet wird, wird Abfallkunststoff wieder in seine Startchemikalien umgewandelt, die dann wieder in frische Kunststoff wieder aufgebaut werden können. Dies bietet die Hoffnung auf größeres Recycling, leidet aber unter höherer Energie und Kapitalkosten. Abfallkunststoff kann auch anstelle von anstelle von verbrannt werden fossile Brennstoffe im Rahmen Energierückgewinnung. Dies ist eine kontroverse Praxis, wird aber dennoch in großem Maßstab durchgeführt. In einigen Ländern ist es die dominierende Form der Entsorgung von Plastikmüll, insbesondere wo Deponieumleitung Richtlinien sind vorhanden.

Plastikrecycling sitzt ziemlich niedrig in der Abfallhierarchie als Mittel zur Reduzierung von Plastikmüll. Es wird seit den frühen 1970er Jahren befürwortet,[107] Aufgrund schwerer wirtschaftlicher und technischer Herausforderungen wirkte sich jedoch erst in den späten 1980er Jahren in erheblichem Maße auf Plastikmüll aus. Die Kunststoffindustrie wurde für die Lobbyarbeit für die Expansion von Recyclingprogrammen kritisiert, obwohl die Branchenforschung zeigte, dass die meisten Plastik nicht wirtschaftlich recycelt und gleichzeitig die Menge an jungfräulichem Plastik oder Plastik erhöhen konnten, die nicht recycelt wurden.[108][109]

Klimawandel

Laut einem Bericht hat Plastik beigetragen Treibhausgase im Äquivalent von 850 Millionen Tonnen von Kohlendioxid (Co2) zur Atmosphäre im Jahr 2019. Die Emissionen könnten bis 2030 auf 1,34 Milliarden Tonnen wachsen. Bis 2050 könnte Plastik 56 Milliarden Tonnen Treibhausgasemissionen aussagen, bis zu 14% der verbleibenden Erden der Erde Kohlenstoffbudget.[110]

Die Wirkung von Kunststoffen auf die globale Erwärmung ist gemischt. Kunststoffe werden im Allgemeinen aus Erdöl hergestellt, so dass die Produktion von Kunststoffen weitere Emissionen erzeugt. Aufgrund der Leichtigkeit und Haltbarkeit von Kunststoff gegenüber Glas oder Metall kann Plastik den Energieverbrauch verringern. Zum Beispiel wird geschätzt, dass Verpackungsgetränke in PET -Kunststoff anstelle von Glas oder Metall 52% Transportenergie einsparen.[4]

Produktion von Kunststoffen

Die Produktion von Kunststoffen aus Rohöl erfordert 7,9 bis 13,7 kWh/lb (unter Berücksichtigung der durchschnittlichen Effizienz von US -Versorgungsstationen von 35%). Die Herstellung von Silizium und Halbleitern für moderne elektronische Geräte ist noch mehr Energieverbrauch: 29,2 bis 29,8 kWh/lb für Silizium und etwa 381 kWh/lb für Halbleiter.[111] Dies ist viel höher als die Energie, die zur Herstellung von vielen anderen Materialien erforderlich ist. Zum Beispiel erfordert Eisen (aus Eisenerz) 2,5-3,2 kWh/lb Energie; Glas (aus Sand usw.) 2,3–4,4 kWh/lb; Stahl (aus Eisen) 2,5–6,4 kWh/lb; und Papier (aus Holz) 3,2–6,4 kWh/lb.[112]

Verbrennung von Kunststoffen

Kontrollierte Hochtemperatur Verbrennung, über 850 ° C für zwei Sekunden, unterbricht mit selektivem zusätzlichen Erwärmung giftige Dioxine und Furanen von brennendem Kunststoff und wird häufig in der Verbrennung von Municipal Mastabfall verwendet. Gemeinsame Verbrennungsanlagen mit festen Abfällen umfassen normalerweise auch Rauchgasbehandlungen, um die Schadstoffe weiter zu reduzieren. Dies ist erforderlich, da eine unkontrollierte Verbrennung von Kunststoff polychlorierte Dibenzo-P-Dioxine erzeugt, ein Karzinogen (Krebs verursacht Chemikalie). Das Problem tritt auf, da der Wärmegehalt des Abfallstroms variiert.[113] Das Verbrennen von Plastik mit offener Luft tritt bei niedrigeren Temperaturen auf und freisetzt normalerweise solche giftig Dämpfe.

Pyrolytische Entsorgung

Kunststoffe können sein pyrolysiert hinein Kohlenwasserstoff Brennstoffe, da Kunststoffe Wasserstoff und Kohlenstoff umfassen. Ein Kilogramm Abfall -Kunststoff erzeugt ungefähr einen Liter Kohlenwasserstoff.[114]

Geschichte

Die Entwicklung von Kunststoffen hat sich aus der Verwendung natürlich plastischer Materialien entwickelt (z. B.,, Zahnfleisch und Schellack) zur Verwendung der chemischen Modifikation dieser Materialien (z. B. Naturkautschuk, Zellulose, Kollagen, und Milchproteine) und schließlich vollständig synthetische Kunststoffe (z. B. Bakelit, Epoxid und PVC). Frühe Kunststoffe waren von Bio abgeleitete Materialien wie Eier- und Blutproteine, die sind organische Polymere. Gegen 1600 v. Chr., Mesoamerikaner Gebrauchte Naturkautschuk für Bälle, Bänder und Figuren.[4] Behandelte Viehhörner wurden als Fenster für Laternen in der verwendet Mittelalter. Materialien, die die Eigenschaften von Hörnern nachahmt, wurden durch die Behandlung von Milchproteinen mit Lauge entwickelt. Im neunzehnten Jahrhundert, wie sich die Chemie während der entwickelte Industrielle RevolutionEs wurden viele Materialien gemeldet. Die Entwicklung von Kunststoffen beschleunigt mit Charles Goodyear's 1839 Entdeckung von Vulkanisation Naturkautschuk härten.

Plakette zum Gedenken an Parkes im Birmingham Science Museum

Parkesin, erfunden von Alexander Parkes im Jahr 1855 und patentierte im folgenden Jahr.[115] wird als der erste von Menschen geschaffene Plastik angesehen. Es wurde aus Cellulose (der Hauptkomponente von Pflanzenzellwänden) hergestellt, die mit behandelt wurden Salpetersäure als Lösungsmittel. Die Ausgabe des Prozesses (allgemein bekannt als Cellulosenitrat oder Pyroxilin) ​​konnte in Alkohol gelöst und in ein transparentes und elastisches Material gehärtet werden, das beim Erhitzen geformt werden könnte.[116] Durch die Einbeziehung von Pigmenten in das Produkt könnte es gemacht werden, um Elfenbein zu ähneln. Parkesine wurde am enthüllt 1862 Internationale Ausstellung in London und für Parkes die Bronzemedaille gewonnen.[117]

Im Jahr 1893 entdeckte der französische Chemiker Auguste Trillat die Mittel zum Insolubilisieren Kasein (Milchproteine) durch Eintauchen in Formaldehyd, das Material produziert Galalith.[118] Im Jahr 1897 wurde der Besitzer des Massendruckpresses Wilhelm Krische aus Hannover, Deutschland, beauftragt, eine Alternative zu Blackboards zu entwickeln.[118] Der resultierende hornartige Kunststoff aus Kasein wurde in Zusammenarbeit mit dem österreichischen Chemiker (Friedrich) Adolph Spitteler (1846–1940) entwickelt. Obwohl für den beabsichtigten Zweck ungeeignet, würden andere Verwendungszwecke entdeckt.[118]

Der erste vollständig synthetische Kunststoff der Welt war Bakelit, 1907 in New York erfunden von Leo Baekeland,[5] wer prägte den Begriff Kunststoff.[6] Viele Chemiker haben zu der beigetragen Materialwissenschaften von Kunststoffen, einschließlich des Nobelpreisträgers Hermann Staudinger, wer wurde "der Vater von genannt Polymerchemie," und Herman Mark, bekannt als "der Vater von Polymerphysik. "[7]

Nach dem Ersten Weltkrieg führte Verbesserungen in der Chemie zu einer Explosion neuer Formen von Kunststoffen, wobei die Massenproduktion in den 1940er und 1950er Jahren begann.[52] Zu den frühesten Beispielen in der Welle neuer Polymere gehörten Polystyrol (zuerst hergestellt von durch Basf in den 1930ern)[4] und Polyvinylchlorid (erstmals 1872 erstellt, aber in den späten 1920er Jahren kommerziell hergestellt).[4] 1923 war Durite Plastics, Inc. der erste Hersteller von Phenol-Furfuralharzen.[119] 1933 wurde Polyethylen entdeckt von Imperial Chemical Industries (ICI) Forscher Reginald Gibson und Eric Fawcett.[4]

Die Entdeckung von Polyethylen -Terephthalat wird den Mitarbeitern der Angestellten zugeschrieben Calico -Drucker Assoziation in Großbritannien im Jahr 1941; es wurde zugelassen Dupont Für die USA und ICI und ansonsten und als eine der wenigen Kunststoffe, die unter vielen Umständen als Ersatz für Glas geeignet sind, was zu einer weit verbreiteten Verwendung für Flaschen in Europa führt.[4] 1954 wurde Polypropylen von entdeckt von Giulio Natta und begann 1957 hergestellt zu werden.[4] Ebenfalls 1954 wurde erweiterter Polystyrol (zum Bau von Isolierungen, Verpackungen und Bechern verwendet) von erfunden von Dow Chemical.[4]

Politik

Die Arbeiten sind derzeit im Gange, um a zu entwickeln Globaler Vertrag über Plastikverschmutzung. Am 2. März 2022 UN -Mitgliedstaaten stimmte am fünften wieder aufgenommen UN -Umgebungsbaugruppe (UNEA-5.2) ein zwischenstaatliches Verhandlungsausschuss (INC) mit dem einrichten Mandat eine legal bindende internationale Vereinbarung über Kunststoffe voranzutreiben.[120] Die Resolution trägt den Titel "End -Plastikverschmutzung: Auf dem Weg zu einem internationalen legal bindenden Instrument." Das Mandat legt fest, dass die INC ihre Arbeit bis Ende 2022 mit dem Ziel beginnen muss, "einen Entwurf für die globale rechtsverbindliche Vertrag bis Ende 2024 abzuschließen".[121]

Siehe auch

Verweise

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Quellen

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