в каком году появилась пластмасса
Век пластика: от паркезина до загрязнения природы
Весь двадцатый и начало двадцать первого века справедливо называют Веком пластика из-за повсеместного использования этого семейства материалов.
Пластики проникли во все аспекты жизни общества. Мы спим на заполненных пластиком подушках, чистим зубы пластиковыми щётками, печатаем на пластиковых клавиатурах, пьём и едим из пластиковых контейнеров — невозможно прожить хотя бы один день, не встретившись с пластиком в том или ином виде.
Но, как становится известно всё большему количеству людей, активное применение пластика влияет на окружающую среду. Пластиковые отходы загрязняют землю, океаны, воздух и наши тела. Он даже попал в состав ископаемых находок.
Как мы пришли к такому положению дел? Когда пластики стали неизменным спутником современного общества? Какими могут быть решения проблемы влияния пластика на окружающую среду?
Что такое пластик?
Пластик — общее название материалов, которые можно формировать и отливать под воздействием нагрева и давления.
Полимеры — это химический класс материалов, из которых состоят все современные пластики. Это крупные молекулы, состоящие из цепочки повторяющихся молекул меньшего размера (мономеров). Процесс комбинирования этих мономеров (например, газа этилена) нагреванием и давлением называется полимеризацией.
Изобретение пластика
Хотя мы воспринимаем пластик как материал двадцатого века, человечество с давних времён работало с такими природными пластиками, как рога, черепаховый панцирь, янтарь, резина и шеллак.
Рога животных, которые при нагревании становятся деформируемыми, использовались для многих целей и изготовления различных изделий, от медальонов до столовых приборов. В девятнадцатом веке одним из крупнейших потребителей рогов была отрасль производства расчёсок и гребней.
Гребень из рога с двумя круглыми ручками и декоративными вырезами и высечками, изготовленный в Индии, 19-й век.
Первые синтетические пластики
К середине 19-го века в результате индустриального производства товаров возник дефицит материалов животного происхождения. Слоны находились на грани вымирания из-за того, что на них продолжалась охота ради слоновой кости, которую использовали в производстве множества товаров, от клавиш пианино до бильярдных шаров. Та же судьба поджидала некоторые виды черепах, чьи панцири шли на изготовление гребней.
Вскоре изобретатели начали искать способы решения этой экологической и экономической проблемы, получив множество патентов на новые полусинтетические материалы, изготовляемые на основе таких природных веществ, как пробка, кровь и молоко. Одним из первых таких материалов стала нитроцеллюлоза — волокна хлопка, растворённые в азотной и серной кислотах, а затем смешанные с растительным маслом.
Её изобретатель, родившийся в Бирмингеме ремесленник и химик Александр Паркс, запатентовал в 1862 году новый материал под названием «паркезин». Он считается первым синтетическим пластиком. Паркезин стал дешёвой и яркой заменой слоновой кости и черепашьему панцирю.
Сам Паркс не добился коммерческого успеха, в отличие от его изобретения, которое было разработано другими, в том числе и бывшим управляющим фабрики Паркса Дэниэлом Спиллом и бизнесменом Джоном Уэсли Хайатом. Последний основал в США Celluloid Manufacturing Company.
Благодаря этому новому пластику такие товары, как гребни и бильярдные шары, стали доступными гораздо большему количеству людей, демократизировав потребительские товары и культуру.
Без сомнения, самым важным с точки зрения культуры применением целлулоида стало изготовление киноплёнки. Забавно, что после того, как звёзды кино популяризировали в 1920-х годах короткие стрижки, отрасль целлулоидных гребней пошла на спад, но позже производители перешли на создание новомодного продукта: солнцезащитных очков.
Галерея целлулоида
Две катушки целлулоида, изготовленные Луи Лепренсом, 1888-1889 гг.
Гребень для волос с эффектом черепашьего панциря, изготовленный из нитрата целлюлозы, 1900-е
Жёлтая рыболовная катушка, изготовленная Александром Парксом примерно в 1860 году
Игровые кости, изготовленные из целлулоида с имитацией слоновой кости, начало 20-го века
Целлулоидная ваза янтарного цвета в стиле ар-деко, 1930 год
Круглая пудреница, изготовленная из нитрата целлюлозы с перламутровым покрытием (кселонита), 1920-е
Образец паркезина, изготовленный Александром Парксом примерно в 1862 году
Рост индустрии производства пластика
20-й век стал свидетелем революции в производстве пластика: появления полностью синтетических пластиков.
Бельгийский химик и талантливый маркетолог Лео Бакеланд представил в 1907 году первый полностью синтетический пластик.
Он всего на один день обогнал своего шотландского конкурента Джеймса Суинберна с подачей патента. В его изобретении, наречённом бакелитом, под воздействием высокой температуры и давления комбинировались два химиката — формальдегид и фенол.
Бакелит зародил потребительский бум доступных, но имеющих высокий спрос продуктов. Его поверхность была тёмно-коричневой и напоминала дерево, однако его легко можно было производить большими партиями, благодаря чему он стал идеальным выбором для продвижения в массы новых дизайнерских тенденций наподобие ар-деко.
Некоторые продукты стали знаковыми для 20-го века: фотокамера Purma, телефон GPO и радиоприёмник Ekco AD36.
Бакелитовый телефон Type 232, 1930-е
Радиоприёмник Ekco в бакелитовом корпусе, 1935 год
В первые десятилетия 20-го века нефтеперерабатывающая и химическая отрасли начали образовывать альянсы, создавая компании наподобие Dow Chemicals, ExxonMobil, DuPont и BASF. Эти компании и сегодня являются крупными производителями полимерного сырья для отрасли производства пластиков.
Причиной создания таких альянсов стало стремление использовать отходы, получаемые при переработке нефти и природного газа. Одним из самых массовых из таких отходов был газообразный этилен — побочный продукт, из которого британская компания Imperial Chemical Industries (ICI) первой начала производить пластик, обогнав своих немецких и американских конкурентов.
Первым крупным успехом в создании пластиков образованной в 1926 году ICI стало изобретение в 1932 году органического стекла Perspex.
На следующий год коллектив завода ICI в Виннингтоне проводил опыты по комбинированию этилена и бензойного альдегида под воздействием высоких температур и давлений. Эксперимент провалился. Однако после случайного попадания в сосуд кислорода в реакционной колбе было обнаружено белое воскоподобное вещество.
Выяснилось, что это полимер этилена. Самый распространённый сегодня в мире пластик оказался чудесным материалом: прочным, гибким и термоустойчивым.
Первым способом его применения стало изолирование кабельной проводки радаров во время Второй мировой войны, однако вскоре его начали использовать и в производстве потребительских продуктов, от пластмассовых пакетов для покупок и пищевых контейнеров до искусственных бедренных и коленных суставов.
Американский конкурент ICI, компания DuPont, в 1930-х совершила серию открытий, самыми примечательными из которых стали нейлон и тефлон. Нейлоновые чулки мгновенно стали всемирной сенсацией.
Чудо-материалы
Пластики используются в невероятно разнообразных продуктах современного мира, от чулок до космических скафандров.
Образец первой вязаной из нейлона эластичной трубы, 1935 год
Две пары нейлоновых чулок Triumph, 1950-е
Полиэтиленовый коленный сустав, 1998 год
Искусственные артерии из тефлона, 1994 год
Пакет плазмы крови четвёртой отрицательной группы, заполненный бутафорской кровью, 1990-е
Кабель из медного проводника с полиэтиленовой изоляцией, 1939-1969 гг.
Когда пластики стали экологической проблемой?
Химические свойства, сделавшие пластик невероятно полезным и прочным материалом, одновременно усложняют его утилизацию: для разложения некоторых видов пластика на свалках требуются десятилетия.
Пластиковый мусор на пляже в Норвегии
Само разложение является ещё более серьёзной экологической проблемой, потому что превращение пластика в микроскопические частицы загрязняет океаны, воздух и экосистемы. Кроме того, не полностью изучен вопрос влияния накопления в организме микропластика на здоровье.
Одноразовая ПЭТ-бутылка, 1985 год
В послевоенный период пластик начал заменять более дорогие бумажные, стеклянные и металлические материалы, которые использовались при изготовлении одноразовых предметов, например, упаковки потребительских товаров. И появилась проблема — к утилизации пластика пытались подходить так же, как к утилизации бумаги или металла.
Одной из самых серьёзных угроз является неправильная утилизация пластика: полиэтиленовых пакетов для покупок, полипропиленовых контейнеров для еды, ПЭТ-бутылок для напитков (ПЭТ — полиэтилентерефталат, разновидность полиэстера).
ПЭТ-бутылка, запатентованная в 1973 году американским предпринимателем Натаниэлем Ваэтом, имела множество преимуществ по сравнению со стеклом: низкий вес, удобный для транспортировки, а также безопасность, поскольку бутылку практически невозможно разбить.
Полимер ПЭТ был разработан специально для хранения газированных напитков под давлением, однако в 21-м веке возник бум его популярности в качестве ёмкости для негазированных напитков, и в первую очередь воды.
Экономика массового производства дешёвых пластиковых продуктов привела к возникновению культуры одноразовости, и сегодня во всём мире ежегодно продаётся примерно 500 миллиардов ПЭТ-бутылок.
Могут ли химики решить проблему пластика?
Поскольку современная индустрия пластиков использует в качестве сырья ископаемые виды топлива, производство пластика оказывает влияние на изменение климата, внося свой вклад в общемировое производство CO2. К слову, углеродный след при производстве пластика сильно ниже, чем при создании других материалов, к тому же переработка попутного нефтяного газа (побочного продукта нефтедобычи) для производства полимеров предотвращает выбросы СО2 от его сжигания.
[прим. перев.: статистика, цифры и то, как устроена переработка у нас — в этом посте ]
В течение нескольких десятилетий химики исследовали и разрабатывали «зелёные» пластики, которые подобно первым полусинтетическим пластикам можно было бы получать из природных, биологических материалов, например, из кукурузного крахмала.
В 1990 году изобретшая полиэтилен британская компания ICI разработала первый практичный биоразлагаемый пластик биопол, который впервые использовали для производства бутылок шампуня Wella.
Биопластики и утилизируемые пластики
Бутылка от шампуня Wella, изготовленная из пластика биопола
Флисовая шапка Synchilla бренда Patagonia, изготовленная из переработанных пластиковых бутылок, 2002 год
Ювелирное украшение, изготовленное из полиэтиленовых пакетов, Англия, 2004-2006 гг.
Не все биопластики лучше с точки зрения утилизации или переработки.
Эти материалы становятся всё более популярными для использования в одноразовой упаковке. Однако биоразлагаемые пластики утилизируются, только если оказываются в мусоре, достаточно хорошо подвергаемом компостированию, а компостирование бытового мусора обычно для этого не подходит.
Символ переработки PET 1
Решением проблемы пластикового загрязнения является переработка пластиковых отходов. Есть несколько способов переработки пластиковых отходов, которые можно и нужно усовершенствовать. Это, например, механическая вторичная переработка и химическая утилизация пластиков, переработке не подлежащих.
При механической переработке одним из серьёзнейших препятствий перед утилизацией пластика является разделение: при смешении разных полимеров получающийся из них материал обычно не имеет полезных свойств. Даже два предмета из ПЭТ, например, бутылка от напитка и форма для печенья, могут иметь разные температуры плавления, и при смешивании превращаться в бесполезную жижу.
В настоящее время химические способы сортировки пластиков наподобие спектроскопического анализа в крупных масштабах экономически нецелесообразны, поэтому эту работу приходится выполнять сортировщикам.
ПЭТ-бутылка, имеющая код утилизации в виде числа 1 в треугольнике — это один из самых перерабатываемых предметов в мире. Одним из способов применения переработанного ПЭТ является изготовление одежды; изначально этот способ популяризировали флисовые товары Patagonia.
Благодаря усиливающимся тенденциям заботы о природе товары из переработанного пластика стали в 21-м веке продаваемыми и модными, а исходный материал, из которого переработкой получили продукт, часто указывается на этикетке.
Решение проблемы пластика должно быть социальным и политическим. Вместо того, чтобы полагаться только на технологические решения, мы должны совершенствовать инфраструктуру сортировки и переработки — в настоящее время перерабатывается малая доля. Кроме того, нужно, чтобы каждый человек ответственно относился к утилизации пластиковых отходов и сдавал их на переработку.
Важным аспектом может стать отказ от неперерабатываемых одноразовых предметов (например, соломинки и ватные палочки). Поставщики товаров, например, супермаркеты, должны прилагать большие усилия для этого. А самим потребителям стоит брать пример с ранней отрасли производства пластиков, когда гребни, радиоприёмники и телефоны с красивым дизайном были желанными продуктами, которые ценились и долго использовались.
История появления пластмассы
Пластмасса впервые появилась только в 1855 году.
Ключевое качество и свойство этого материала – практичность. Расплавленная пластмасса способна принимать самые разные формы, а при застывании приобретает очень прочную монолитную основу. Это и позволило ей стать одним из самых используемых материалов бытового использования. Она очень легкая, прочная, практичная. Единственным существенным недостатком пластмассы считается предрасположенность к деформации, особенно под воздействием высоких температур. Производство этого продукта считается сложным, невзирая на пластичность.
История появления пластмассы
С целью изобрести аналог ценным породам древесины Чарльз Гудиер, будучи высококлассным химиком смог вывести формулу и создать эбонит. Произошло это событие в 1839 г. Пластмасса впервые появилась только в 1855 году. Ее называли тогда «паркезином». В его основе использовались измененные, на молекулярном уровне, полимеры. Первооткрывателем этого продукта считают английского ученого Александра Пайрксома.
Это стало стартом массового производства пластмассы. Химики стали усовершенствовать формулу пластмассы, модернизировать производство и это им удалость. Основными материалами для изготовления пластмассы считались фенол и формальдегид. Их синтез был осуществлен в 1909 году. Продукт, который в результате этого появился был назван «бакелитовой мастикой». Первооткрывателем ее был Лео Эндрик Бакеланд.
Коммерческое развитие пластмасса получила только в период Второй мировой. Тогда быт людей, разрушенный войной, был слишком тяжелым. Восстановить его стандартными, традиционными методами было не то что сложно, а невозможно. Именно в те годы на помощь и пришел пластмасс. Это было выгодно и по цене, искусственный материал в разы дешевле, чем природный. Этот факт и стал основополагающим в становлении и представлении о домашнем уюте.
В современности этот материал прилучил настолько широкое применение, что используется даже в производстве автомобилей. В нашем понимании они должны быть изготовлены из железа. Но благодаря современным методикам производства пластмассы и разработкам, пластмасса стала прочной, надежной, легкой и самое главное – недорогой. Последний факт в большинстве случаев считается доминирующим.
Пластиковая история: от расцвета до заката: Полимеры
В XX веке человечество пережило синтетическую революцию. Ее главным завоеванием можно смело назвать изобретение пластика. Сейчас даже трудно представить себе, что еще в начале прошлого века его просто не существовало и все вокруг делалось из модных нынче натуральных материалов.
Игра в мяч
Индейцы майя делали мяч из кожуры плодов, обернутой в натуральный каучук, который они добывали из фикусов. Похожую технологию использовали жители островов Океании и Юго-восточной Азии. До ума, впрочем, ее довели только европейцы. В XIX веке из Малайзии в Европу было привезено гуттаперчевое дерево, из млечного сока которого стали добывать гуттаперчу. Первым изделием из нового материала стали шары для гольфа (а вовсе не цирковые мальчики). Сегодня этот материал используют для изоляции подводных и подземных кабелей и производства клеев.
От мяча эстафетная палочка перешла к бильярду. В 1862 году британский химик Александр Паркес решил придумать дешевый заменитель дорогостоящей слоновой кости, из которой делались бильярдные шары. Результатом стало открытие первого пластификатора.
Сперва Паркес изобрел нитроцеллюлозу. Однако ее свойства не подходили для игральных шаров, так как материал оказался легкобьющимся. Нужна была добавка, которая смягчила бы его, не уменьшив главное полезное свойство — упругость. Паркес решил добавить камфору. Смесь нитроцеллюлозы, камфоры и спирта подогревалась до текучего состояния, далее заливалась в форму и застывала при нормальном атмосферном давлении. Так на свет появился паркезин — первый полусинтетический пластик. Увы, как это часто бывает, его первооткрыватель не добился коммерческого успеха.
Зато последователь Паркеса, американец Джон Хайт, заработал на первом пластике целое состояние. Он основал компанию и стал производить расчески, игрушки и массу других изделий из целлулоида. К сожалению, материал оказался высоковоспламеняемым, поэтому сейчас из него делают лишь шарики для настольного тенниса да школьные линейки.
В 1897 году немецкие химики открыли казеин — протеин, образующийся при сворачивании молока под действием протеолитических ферментов (тех самых веществ, с помощью которых мы перевариваем пищу). Ученые обнаружили, что казеин придает материалам эластичные свойства, а при остывании — твердость и прочность. Из казеина наладили выпуск пуговиц и вязальных спиц.
Первый полностью синтетический пластик был разработан Лео Беикеландом в США в 1907 году. Беикеланд искал синтетический заменитель для шеллака — воскообразного вещества, выделяемого тропическими насекомыми. Его в огромных количествах потребляла граммофонная и электротехническая промышленность: из шеллака делали пластинки и изоляторы. Ученый изобрел жидкое вещество, напоминающее смолу, которое после застывания превращалось в материал с удивительными свойствами. Изделия из него были прочными и не растворялись даже в кислоте. Первые телефонные аппараты были сделаны именно из находки Беикеланда. Пластик мгновенно (менее чем за год) распространился по всему миру.
Однако пластик, кроме всех своих замечательных свойств, имеет два важных недостатка. Во-первых, он производится из невосстанавливаемых природных ресурсов — нефти, угля и газа. Во-вторых, его главное достоинство — долговечность, — за которым так гнались изобретатели пластика в начале прошлого столетия, сегодня обернулось недостатком. Чем больше пластмассы мы используем, тем быстрее растут горы отходов, которые не разлагаются в среде ни при каких условиях. Миллионы тонн пластика скапливаются в природе, загрязняя окружающую среду.
С наступлением нового века ситуация изменилась кардинальным образом. Ученые нашли способ снизить себестоимость изготовления биопластика и утверждают, что в скором времени она приблизится к стоимости изготовления обычной пластмассы. Более того, некоторые эксперты считают, что цена на разлагаемую пластмассу искусственно завышается коммерческими производителями и нефтяными компаниями (нефтяники не жалуют биопластик потому, что его массовое производство может привести к падению цен на нефть). А ведь, если посчитать затраты на переработку пластмассовых отходов и внести эту цифру в стоимость обычного пластика, еще неизвестно, какой из них будет дороже.
Пластиковые плантации
Обычный пластик не поддается разложению в среде из-за того, что он состоит из слишком длинных полимеров, которые тесно связаны друг с другом. Совсем по-иному ведет себя пластик, содержащий более короткие натуральные полимеры растений.
Биопластик можно делать из крахмала, который является природным полимером и производится растениями в процессе фотосинтеза. В большом количестве крахмал содержится в злаковых, картофеле и других неприхотливых растениях. Урожай крахмала с кукурузы доходит до 80% от всей собранной зеленой массы. Поэтому производство пластика нового поколения должно стать достаточно рентабельным. Биопластик ломается и крошится при любой температуре, в которой активны микроорганизмы. Остаточными продуктами этого процесса являются двуокись углерода и вода.
Из-за того что крахмал хорошо растворяется в воде, изделия из него легко деформируются при малейшем контакте с влагой. Для того чтобы придать крахмалу большую прочность, его обрабатывают специфическими бактериями, разлагающими полимеры крахмала в мономеры молочной кислоты. Затем химическим способом мономеры заставляют соединиться в цепочки полимеров. Эти полимеры гораздо прочнее, но при этом не так длинны, как полимеры пластмассы, и могут разлагаться микроорганизмами. Полученный материал назвали полилактидом (PLA). В прошлом году в штате Небраска открылся первый в мире завод по изготовлению PLA.
Другой способ получения биопластика заключается в использовании бактерий Alcaligenes eutrophus. В процессе своей жизнедеятельности они производят гранулы органического пластика, получившего название «полигидроксиалканонат» (PHA). Уже были проделаны успешные эксперименты по внедрению генов этих бактерий в хромосомы растений, чтобы те смогли в дальнейшем производить пластик внутри своих собственных клеток. Это означает, что пластик можно буквально выращивать. Правда, такой способ пока остается дорогостоящим. К тому же, так как процесс включает в себя вмешательство на генетическом уровне, он имеет и своих противников.