Plástico

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Artigos para casa feitos de vários tipos de plástico

Os plásticos são uma ampla gama de materiais sintéticos ou semissintéticos que usam polímeros como ingrediente principal. A sua plasticidade permite que os plásticos sejam moldados , extrudados ou prensados em objetos sólidos de várias formas. Essa adaptabilidade, mais uma ampla gama de outras propriedades, como ser leve, durável, flexível e de produção barata, levou ao seu uso generalizado. Os plásticos normalmente são feitos por meio de sistemas industriais humanos. A maioria dos plásticos modernos são derivados de produtos químicos à base de combustíveis fósseis, como gás natural ou petróleo; entretanto, métodos industriais recentes usam variantes feitas de materiais renováveis, como milho ou derivados de algodão . [1]

Nas economias desenvolvidas, cerca de um terço do plástico é usado em embalagens e quase o mesmo em edifícios em aplicações como encanamentos , encanamentos ou revestimentos de vinil . [2] Outros usos incluem automóveis (até 20% de plástico [2] ), móveis e brinquedos. [2] No mundo em desenvolvimento, as aplicações do plástico podem ser diferentes; 42% do consumo da Índia é usado em embalagens. [2] No campo médico, os implantes de polímero e outros dispositivos médicos são derivados, pelo menos parcialmente, de plástico. Em todo o mundo, cerca de 50 kg de plástico são produzidos anualmente por pessoa, com a produção dobrando a cada dez anos.

O primeiro plástico totalmente sintético do mundo foi a baquelita , inventada em Nova York em 1907, por Leo Baekeland , [3] que cunhou o termo "plásticos". [4] Dezenas de diferentes tipos de plásticos são produzidos hoje, como o polietileno , que é amplamente utilizado nas embalagens dos produtos , e o cloreto de polivinila , utilizado na construção civil e em tubos por causa de sua resistência e durabilidade. Muitos químicos contribuíram para a ciência dos materiais dos plásticos, incluindo o Prêmio Nobel Hermann Staudinger , que foi chamado de "o pai da química dos polímeros " e Herman Mark, conhecido como "o pai da física dos polímeros ". [5]

O sucesso e o domínio dos plásticos a partir do início do século 20 têm causado problemas ambientais generalizados, devido à sua lenta taxa de decomposição em ecossistemas naturais. No final do século 20, a indústria de plásticos promoveu a reciclagem para aliviar as preocupações ambientais enquanto continuava a produzir plástico virgem. As principais empresas produtoras de plásticos duvidavam da viabilidade econômica da reciclagem na época, e isso se reflete na coleta contemporânea de plásticos. A coleta e a reciclagem de plásticos são amplamente ineficazes devido às falhas na tomada de decisão contemporâneamecanismos que resultaram em uma complexidade e quantidade de limpeza e classificação de plásticos pós-consumo muito altas para os métodos contemporâneos. A maior parte do plástico produzido não é reaproveitado, seja sendo capturado em aterros sanitários ou persistindo no meio ambiente como poluição do plástico . A poluição por plástico pode ser encontrada em todos os principais corpos d'água do mundo, por exemplo, criando manchas de lixo em todos os oceanos do mundo e contaminando os ecossistemas terrestres.

Etimologia

A palavra plástico deriva do grego πλαστικός ( plastikos ) que significa "capaz de ser moldado ou moldado " e, por sua vez, de πλαστός ( plastos ) que significa "moldado". [6] Como substantivo, a palavra mais comumente se refere aos produtos sólidos da manufatura derivada da petroquímica. [7]

O substantivo plasticidade se refere especificamente aqui à deformabilidade dos materiais usados ​​na fabricação de plásticos. A plasticidade permite a moldagem, extrusão ou compressão em diversos formatos: filmes, fibras, placas, tubos, garrafas e caixas, entre muitos outros. A plasticidade também tem uma definição técnica em ciência dos materiais fora do escopo deste artigo, referindo-se à mudança irreversível na forma de substâncias sólidas.

Estrutura

A maioria dos plásticos contém polímeros orgânicos . [8] A grande maioria desses polímeros é formada por cadeias de átomos de carbono, com ou sem a fixação de átomos de oxigênio, nitrogênio ou enxofre. Essas cadeias compreendem muitas unidades repetidas formadas a partir de monômeros . Cada cadeia de polímero consiste em vários milhares de unidades repetidas. O backbone é a parte da cadeia que está no caminho principal , ligando um grande número de unidades de repetição. Para personalizar as propriedades de um plástico, diferentes grupos moleculares chamados de cadeias lateraispendure neste backbone; eles geralmente são pendurados nos monômeros antes que os próprios monômeros sejam ligados entre si para formar a cadeia de polímero. A estrutura dessas cadeias laterais influencia as propriedades do polímero.

Propriedades e classificações

Os plásticos são geralmente classificados pela estrutura química da espinha dorsal do polímero e das cadeias laterais. Grupos importantes classificados dessa forma incluem os acrílicos , poliésteres , silicones , poliuretanos e plásticos halogenados . Os plásticos podem ser classificados pelo processo químico usado em sua síntese, como condensação , poliadição e reticulação . [9] Eles também podem ser classificados por suas propriedades físicas, incluindo dureza , densidade , resistência à tração , resistência térmica etemperatura de transição vítrea . Além disso, os plásticos podem ser classificados por sua resistência e reações a várias substâncias e processos, como exposição a solventes orgânicos, oxidação e radiação ionizante . [10] Outras classificações de plásticos são baseadas em qualidades relevantes para a fabricação ou projeto do produto para uma finalidade específica. Os exemplos incluem termoplásticos , termofixos , polímeros condutores , plásticos biodegradáveis , plásticos de engenharia e elastômeros .

Termoplásticos e polímeros termoendurecíveis

A alça de plástico de um utensílio de cozinha foi deformada pelo calor e parcialmente derretida

Uma classificação importante dos plásticos é o grau em que os processos químicos usados ​​para fabricá-los são reversíveis ou não.

Os termoplásticos não sofrem alteração química em sua composição quando aquecidos e, portanto, podem ser moldados repetidamente. Os exemplos incluem polietileno (PE), polipropileno (PP), poliestireno (PS) e cloreto de polivinila (PVC). [11]

Os termofixos, ou polímeros termofixos, podem derreter e tomar forma apenas uma vez: depois de solidificados, permanecem sólidos. [12] Se reaquecido, os termofixos se decompõem em vez de derreter. No processo de termofixo, ocorre uma reação química irreversível. A vulcanização da borracha é um exemplo desse processo. Antes do aquecimento na presença de enxofre, a borracha natural ( poliisopreno ) é um material pegajoso e ligeiramente escorrendo; após a vulcanização, o produto fica seco e rígido.

Plásticos amorfos e plásticos cristalinos

Muitos plásticos são completamente amorfos (sem uma estrutura molecular altamente ordenada), [13] incluindo termofixos, poliestireno e metacrilato de metila (PMMA). Os plásticos cristalinos exibem um padrão de átomos com espaçamento mais regular, como polietileno de alta densidade (HDPE), tereftalato de polibutileno (PBT) e poliéter éter cetona (PEEK). No entanto, alguns plásticos são parcialmente amorfos e parcialmente cristalinos na estrutura molecular, dando a eles um ponto de fusão e uma ou mais transições de vidro (a temperatura acima da qual a extensão da flexibilidade molecular localizada é substancialmente aumentada). Esses chamados semicristalinos os plásticos incluem polietileno, polipropileno, cloreto de polivinila, poliamidas (nylons), poliésteres e alguns poliuretanos.

Polímeros condutores

Polímeros intrinsecamente condutores (ICP) são polímeros orgânicos que conduzem eletricidade. Embora uma condutividade de até 80 kS / cm em poliacetileno com estiramento orientado , [14] tenha sido alcançada, ela não se aproxima da maioria dos metais. O cobre, por exemplo, tem uma condutividade de várias centenas de kS / cm. [15]

Plásticos biodegradáveis ​​e bioplásticos

Plásticos biodegradáveis

Plásticos biodegradáveis são plásticos que se degradam (quebram) quando expostos à luz solar ou à radiação ultravioleta ; água ou umidade; bactérias; enzimas; ou abrasão pelo vento. O ataque de insetos, como larvas de cera e larvas de farinha, também podem ser consideradas formas de biodegradação. A degradação aeróbia requer que o plástico seja exposto na superfície, enquanto a degradação anaeróbica seria eficaz em aterros ou sistemas de compostagem. Algumas empresas produzem aditivos biodegradáveis para aumentar a biodegradação. Embora o pó de amido possa ser adicionado como enchimento para permitir que alguns plásticos se degradem mais facilmente, esse tratamento não leva à decomposição completa. Alguns pesquisadores criaram geneticamentebactérias para sintetizar plásticos completamente biodegradáveis, como polihidroxibutirato (PHB); no entanto, eles são relativamente caros em 2021. [16]

Bioplásticos

Enquanto a maioria dos plásticos é produzida a partir de produtos petroquímicos, os bioplásticos são feitos substancialmente de materiais vegetais renováveis, como celulose e amido. [17] Devido aos limites finitos das reservas de combustível fóssil e aos níveis crescentes de gases de efeito estufa causados ​​principalmente pela queima desses combustíveis, o desenvolvimento de bioplásticos é um campo em crescimento. [18] [19] A capacidade de produção global de plásticos de base biológica é estimada em 327.000 toneladas por ano. Em contraste, a produção global de polietileno (PE) e polipropileno (PP), as principais poliolefinas derivadas da petroquímica do mundo, foi estimada em mais de 150 milhões de toneladas em 2015. [20]

Tipos

Plásticos comuns

Esta categoria inclui plásticos de commodities (padrão) e plásticos de engenharia .

  • Poliamidas (PA) ou ( nylons ): fibras, cerdas de escova de dentes, tubos, linha de pesca e peças de máquinas de baixa resistência, como peças de motor ou armações de armas
iPhone 5c , um smartphone com estrutura monobloco de policarbonato
Tigela de plástico (LDPE), da GEECO, feita na Inglaterra, c.  1950
Uso de cadeiras de plástico monobloco em uma área rural de Camarões . O monobloco produzido em polipropileno é um dos projetos de cadeiras mais produzidos no mundo.
  • Polipropileno (PP): tampas de garrafa, canudinhos, recipientes de iogurte, eletrodomésticos, pára-lamas e pára-choques de carro e sistemas de tubo de pressão de plástico
  • Poliestireno (PS): amendoim de espuma , recipientes para alimentos, talheres de plástico, copos descartáveis , pratos, talheres, disco compacto (CD) e caixas cassete
  • Poliestireno de alto impacto (HIPS): forros de geladeira, embalagens de alimentos e copos de venda automática
  • Poliuretanos (PU): espumas de amortecimento, espumas de isolamento térmico, revestimentos de superfície e rolos de impressão: atualmente o sexto ou sétimo plástico mais comumente usado e, por exemplo, o plástico mais comumente usado em automóveis
  • Policloreto de vinila (PVC): tubos de encanamento e calhas, isolamento de fio / cabo elétrico, cortinas de chuveiro, caixilhos de janelas e piso
  • Cloreto de polivinilideno (PVDC): embalagens para alimentos, como Saran
  • Acrilonitrila butadieno estireno (ABS): caixas de equipamentos eletrônicos (por exemplo, monitores de computador, impressoras, teclados) e tubo de drenagem
  • Policarbonato + acrilonitrila butadieno estireno (PC + ABS): uma mistura de PC e ABS que cria um plástico mais forte usado no interior e exterior de automóveis e em corpos de telefones celulares
  • Polietileno + acrilonitrila butadieno estireno (PE + ABS): uma mistura escorregadia de PE e ABS usada em rolamentos secos de baixa resistência

Especialista em plásticos

  • Furano : resina à base de álcool furfurílico usada em areias de fundição e compósitos derivados biologicamente
  • Maleimida / bismaleimida : usado em materiais compostos de alta temperatura
  • Melamina formaldeído (MF): um dos aminoplastos, usado como uma alternativa multicolorida aos fenólicos, por exemplo em molduras (por exemplo, alternativas resistentes à quebra para copos, pratos e tigelas de cerâmica para crianças) e a camada de superfície superior decorada do laminados de papel (por exemplo, fórmica)
  • Fenólicos ou fenol formaldeído (PF): polímero de alto módulo , relativamente resistente ao calor com excelente resistência ao fogo. Usado para isolar peças em instalações elétricas, produtos laminados de papel (por exemplo, fórmica ) e espumas de isolamento térmico. É um plástico termoendurecível, com o conhecido nome comercial de Baquelita, que pode ser moldado por calor e pressão quando misturado com um enchimento como farinha de madeira, fundido em sua forma líquida não preenchida ou fundido como espuma (Oasis).
  • Plastamido : termoplástico biodegradável e resistente ao calor composto de amido de milho modificado
  • Polidicetoenamina (PDK): um novo tipo de plástico que pode ser mergulhado em ácido e remodelado indefinidamente (atualmente sendo testado em laboratório) [21] [ período de tempo? ]
  • Poliepóxido ( epóxi ): usado como um adesivo, um agente de encapsulamento para componentes elétricos e uma matriz para materiais compostos com endurecedores, incluindo amina , amida e trifluoreto de boro
  • Polieteretercetona (PEEK): termoplástico forte, resistente a produtos químicos e ao calor; sua biocompatibilidade permite o uso em aplicações de implantes médicos e moldagens aeroespaciais. É um dos polímeros comerciais mais caros.
  • Polieterimida (PEI) (Ultem): um polímero quimicamente estável de alta temperatura que não cristaliza
  • Poliimida : um plástico de alta temperatura usado em materiais como a fita Kapton
  • Ácido polilático (PLA): um termoplástico biodegradável convertido em uma variedade de poliésteres alifáticos derivados do ácido láctico, que por sua vez pode ser feito pela fermentação de vários produtos agrícolas, como amido de milho, uma vez feito de produtos lácteos
O tanque do Aquário da Baía de Monterey com 10 metros de profundidade tem janelas de acrílico de até 33 centímetros (13 polegadas) de espessura para suportar a pressão da água
  • Polimetilmetacrilato (PMMA) ( acrílico ): lentes de contato (da variedade "rígida" original), vidros (mais conhecidos nesta forma por seus vários nomes comerciais em todo o mundo; por exemplo , Perspex , Plexiglas e Oroglas), difusores de luz fluorescente , e coberturas de luz traseiras para veículos. Também forma a base de tintas acrílicas artísticas e comerciais , quando suspensas em água com o uso de outros agentes.
  • Polissulfona : resina processável por fusão de alta temperatura usada em membranas, meios de filtração, tubos de imersão de aquecedor de água e outras aplicações de alta temperatura
  • Politetrafluoroetileno (PTFE) ou Teflon : revestimentos de baixa fricção resistentes ao calor usados ​​em superfícies antiaderentes para frigideiras, fita de encanador e lâminas de água
  • Silicones (polissiloxanos): resinas resistentes ao calor usadas principalmente como selantes, mas também usadas em utensílios de cozinha de alta temperatura e como resina de base para tintas industriais
  • Uréia-formaldeído (UF): um dos aminoplastos usado como uma alternativa multicolorida aos fenólicos: usado como um adesivo de madeira (para compensado, aglomerado, cartão duro) e invólucros de interruptores elétricos
  • Poliamida-imida (PAI): Plástico de engenharia de alto desempenho amplamente utilizado em engrenagens de alto desempenho, interruptores, transmissão e outros componentes automotivos e peças aeroespaciais. [22]

Polímeros representativos

Baquelite

O primeiro plástico baseado em um polímero sintético foi inventado em 1907, por Leo Hendrik Baekeland , um americano nascido na Bélgica que vive no estado de Nova York. Ele estava procurando uma goma-laca isolante para revestir fios de motores e geradores elétricos. Ele descobriu que a combinação de fenol (C 6 H 5 OH) e formaldeído (HCOH) formava uma massa pegajosa e que o material poderia ser misturado com farinha de madeira, amianto ou pó de ardósia para criar materiais "compostos" fortes e resistentes ao fogo. O novo material tendeu a formar espuma durante a síntese, exigindo que Baekeland construísse vasos de pressão para forçar a saída das bolhas e fornecer um produto uniforme e uniforme. [23]A baquelite, batizada com o seu próprio nome e patenteada em 1909, foi originalmente usada para peças elétricas e mecânicas; ele passou a ser amplamente utilizado em bens e joias em geral na década de 1920. Um material puramente sintético, a baquelite também foi um dos primeiros plásticos termoendurecíveis.

Nylon

A DuPont Corporation iniciou um projeto de desenvolvimento secreto em 1927, denominado Fiber66, sob a direção do químico de Harvard Wallace Carothers e do diretor do departamento de química Elmer Keizer Bolton . O trabalho de Carothers levou à descoberta da fibra de náilon sintética, que era muito forte e flexível. A primeira aplicação foi para cerdas de escovas de dente. Carothers e sua equipe sintetizaram várias poliamidas diferentes, incluindo poliamida 6.6 e 4.6, bem como poliésteres. [24]

O nylon foi o primeiro polímero termoplástico sintético comercialmente bem-sucedido. As primeiras meias de náilon femininas (nylons) foram apresentadas pela DuPont na Feira Mundial de 1939 na cidade de Nova York. Foram necessários 12 anos e US $ 27 milhões para refinar o náilon e desenvolver os processos industriais de sua fabricação a granel. Em 1940, 64 milhões de pares de nylons foram vendidos.

Quando os Estados Unidos entraram na Segunda Guerra Mundial, a capacidade que a DuPont havia desenvolvido para produzir nylons mudou para a fabricação de um grande número de pára-quedas para pilotos e pára-quedistas. Após o fim da guerra, a DuPont retomou a venda de náilon ao público, engajando-se em uma campanha promocional de 1946 que provocou os chamados distúrbios do náilon .

Posteriormente, as poliamidas 6, 10, 11 e 12 foram desenvolvidas com base em monômeros que são compostos de anel, como a caprolactama . O nylon 66 é um material fabricado por polimerização por condensação . O náilon de diferentes tipos continua sendo um plástico importante e, em sua forma volumosa, é muito resistente ao desgaste, principalmente se impregnado de óleo. É usado para construir engrenagens, rolamentos lisos , sedes de válvulas e vedações; e pela boa resistência ao calor, cada vez mais para aplicações em transporte veicular, bem como para outras partes mecânicas.

Poli (metacrilato de metila)

Poli (metacrilato de metila) (PMMA), também conhecido como vidro acrílico ou acrílico, bem como pelos nomes comerciais Plexiglas, Acrylite, Lucite e Perspex, é um termoplástico transparente frequentemente usado em forma de folha como uma alternativa leve ou resistente à quebra de copo. O PMMA também pode ser utilizado como resina de fundição, em tintas e revestimentos, e tem muitos outros usos.

Poliestireno

O poliestireno não plastificado é um plástico rígido, quebradiço e barato que tem sido usado para fazer kits de modelos de plástico e bugigangas semelhantes. É também a base para alguns dos plásticos "espumados" mais populares, sob o nome de espuma de estireno ou isopor . Como a maioria dos outros plásticos de espuma, o poliestireno espumado pode ser fabricado na forma de "célula aberta", na qual as bolhas de espuma são interconectadas, como em uma esponja absorvente, e "célula fechada", na qual todas as bolhas são distintas, como pequenos balões , como no isolamento de espuma preenchida com gás e dispositivos de flutuação. No final da década de 1950, foi introduzido o estireno de alto impacto , que não era quebradiço. Ele encontra muito uso atual como substância de estatuetas de brinquedo e novidades.

Cloreto de polivinila

O PVC é amplamente utilizado em tubulações de esgoto devido ao seu baixo custo, resistência química e facilidade de junção

O cloreto de polivinila (PVC, comumente chamado de "vinil") [25] incorpora átomos de cloro. As ligações C-Cl na estrutura são hidrofóbicas e resistem à oxidação (e queima). O PVC é rígido, forte, resistente ao calor e às intempéries, propriedades que o tornam adequado para uso em dispositivos para encanamento , calhas, revestimento de casas, gabinetes para computadores e outros equipamentos eletrônicos. O PVC também pode ser amolecido com processamento químico e, dessa forma, agora é usado em embalagens retráteis , embalagens de alimentos e capas de chuva.

Todos os polímeros de PVC são degradados pelo calor e pela luz. Quando isso acontece, o cloreto de hidrogênio é liberado na atmosfera e ocorre a oxidação do composto. [26] Como o cloreto de hidrogênio prontamente se combina com o vapor de água no ar para formar ácido clorídrico, [27] o cloreto de polivinila não é recomendado para armazenamento de arquivo de prata, filme fotográfico ou papel a longo prazo ( preferível mylar ). [28]

Borracha

A borracha natural é um elastômero (um polímero de hidrocarboneto elástico) originalmente derivado do látex , uma suspensão coloidal leitosa encontrada em vasos especializados em algumas plantas. É útil diretamente nesta forma (na verdade, a primeira aparição da borracha na Europa foi um tecido impermeabilizado com látex não vulcanizado do Brasil). Porém, em 1839, Charles Goodyear inventou a borracha vulcanizada: uma forma de borracha natural aquecida com enxofre (e alguns outros produtos químicos), formando ligações cruzadas entre cadeias poliméricas ( vulcanização ), melhorando a elasticidade e durabilidade. Em 1851, Nelson Goodyear adicionou enchimentos aos materiais de borracha natural para formar a ebonita . [29]

Borracha sintética

A primeira borracha totalmente sintética foi sintetizada por Sergei Lebedev em 1910. Na Segunda Guerra Mundial, os bloqueios de fornecimento de borracha natural do Sudeste Asiático causaram um boom no desenvolvimento de borracha sintética, notadamente borracha de estireno-butadieno . Em 1941, a produção anual de borracha sintética nos Estados Unidos era de apenas 231 toneladas, que aumentou para 840.000 toneladas em 1945. Na corrida espacial e na corrida armamentista nuclear , os pesquisadores do Caltech experimentaram o uso de borrachas sintéticas como combustível sólido para foguetes. Em última análise, todos os grandes foguetes e mísseis militares usariam combustíveis sólidos à base de borracha sintética e também desempenhariam um papel significativo no esforço espacial civil.

Aditivos

Os aditivos consistem em vários compostos orgânicos ou inorgânicos que são misturados em plásticos para melhorar a funcionalidade de desempenho. [30] Os valores adicionados podem variar significativamente; por exemplo, até 70% do peso do PVC podem ser plastificantes, enquanto os pigmentos podem representar menos de 1%. [30] Muitas controvérsias associadas aos plásticos, na verdade, estão relacionadas aos aditivos. [31] [32] [30] [ explicação adicional necessária ]

Os aditivos típicos incluem:

Corantes

Os corantes plásticos são compostos químicos usados ​​para colorir o plástico. Esses compostos vêm na forma de corantes e pigmentos . O tipo de corante é escolhido com base no tipo de resina polimérica, que precisa ser colorida. [ carece de fontes? ] Os corantes são geralmente usados ​​com policarbonatos , poliestireno e polímeros acrílicos . Os pigmentos são mais adequados para uso com poliolefinas . [33] [34]

O corante deve satisfazer várias restrições, por exemplo, o composto deve ser [35] quimicamente compatível com a resina de base, ser uma combinação adequada com um padrão de cor (ver, por exemplo, International Color Consortium ), ser quimicamente estável , o que neste caso significa ser capaz de sobreviver às tensões e à temperatura de processamento ( estabilidade ao calor ) no processo de fabricação e ser durável o suficiente para corresponder à vida útil do produto.

Os parâmetros do composto variam com um efeito desejado, que pode incluir o produto final sendo perolado , metálico, fluorescente , fosforescente , termocrômico ou fotocrômico . [36]

A fórmula química exata dependerá, além disso, do tipo de aplicação: uso geral, item de contato com alimento , brinquedo , embalagem sujeita ao CONEG , [37] etc. [36]

Diferentes métodos para distribuir corantes em plásticos de moldagem incluem masterbatches (concentrados), um método que envolve um concentrado sendo separado em resina, misturas de cubos ("misturas de sal e pimenta" - mistura a seco) que são polímeros naturais, já pulverizados em polímeros naturais, superfície revestimento e resinas pré-coloridas, que envolvem o uso de materiais pré-coloridos para baratear a fabricação. [38] [39]

Preenchimentos e reforços

Apesar de parecerem semelhantes, esses aditivos têm finalidades diferentes. Os enchimentos são materiais inertes de baixo custo adicionados ao polímero para reduzir o custo e o peso. [40] Os exemplos incluem giz , amido , celulose , farinha de madeira e óxido de zinco . Reforços podem ser adicionados para fortalecer o polímero contra danos mecânicos. Os exemplos incluem adicionar fibra de carbono para formar plástico reforçado com fibra . [29]

Retardadores de chamas

Retardante de chama
O termo retardadores de chama engloba um grupo diverso de produtos químicos que são adicionados a materiais manufaturados, como plásticos e têxteis , e acabamentos e revestimentos de superfície . Os retardadores de chama são ativados pela presença de uma fonte de ignição e têm como objetivo prevenir ou retardar o desenvolvimento posterior da ignição por uma variedade de métodos físicos e químicos diferentes. Eles podem ser adicionados como um copolímero durante o processo de polimerização, ou posteriormente adicionados ao polímero em um processo de moldagem ou extrusão ou (particularmente para têxteis) aplicados como um acabamento tópico. [41] Os retardadores de chama minerais são tipicamente aditivos, emboracompostos organohalogênicos e organofosforados podem ser reativos ou aditivos.

Plastificantes

Os plastificantes são usados ​​para melhorar a flexibilidade e a reologia dos plásticos e são importantes na fabricação de filmes e cabos. Em massa, eles são frequentemente os aditivos mais abundantes, [32] embora isso varie significativamente entre os polímeros. Cerca de 80-90% da produção global é usada em PVC , [42] que pode consistir em até 70% de plastificante em massa. Os plásticos de celulose, como o celofane , também usam quantidades significativas de plastificantes. [30] Por comparação, pouco ou nenhum plastificante está presente no tereftalato de polietileno (PET). Ftalatoscontinuam a ser a classe mais comum de plastificantes, apesar da preocupação do público com seus efeitos potenciais à saúde como desreguladores endócrinos .

Estabilizadores

Os estabilizadores de polímero são importantes durante a formação e fundição do plástico fundido, mas também prolongam a vida útil dos polímeros, suprimindo a degradação do polímero que resulta da luz ultravioleta, oxidação e outras forças. Assim, os estabilizadores típicos absorvem a luz ultravioleta ou funcionam como antioxidantes .

Outras aulas

Agentes de liberação

Agentes desmoldantes são usados ​​durante a produção de itens de plástico para evitar que grudem no molde, por exemplo, na moldagem por injeção . Aditivos de deslizamento são usados ​​de forma semelhante para evitar que os filmes de poliolefina adiram às superfícies de metal durante o processamento. Erucamida e oleamida são exemplos comuns.

Biocidas

Os biocidas são adicionados para prevenir o crescimento de organismos da superfície do plástico. Isso geralmente tem como objetivo tornar o plástico antibacteriano. A maioria dos biocidas é adicionada ao PVC macio e à espuma de poliuretanos. Os compostos incluem isotiazolinonas , triclosan , arsênio e compostos organoestânicos .

Toxicidade

Os plásticos puros têm baixa toxicidade devido à sua insolubilidade em água e, por terem um grande peso molecular, são bioquimicamente inertes. Produtos de plástico contêm uma variedade de aditivos, entretanto, alguns dos quais podem ser tóxicos. [43] Por exemplo, plastificantes como adipatos e ftalatos são frequentemente adicionados a plásticos frágeis como o PVC para torná-los flexíveis o suficiente para uso em embalagens de alimentos, brinquedos e muitos outros itens. Traços desses compostos podem vazar do produto. Devido a preocupações com os efeitos de tais lixiviados , a UE restringiu o uso de DEHP (di-2-etilhexil ftalato) e outros ftalatos em algumas aplicações, e os EUA limitaram o uso de DEHP, DPB ,BBP , DINP , DIDP e DnOP em brinquedos infantis e artigos de puericultura por meio da Lei de Melhoria da Segurança de Produtos de Consumo . Foi proposto que alguns compostos lixiviados de recipientes de poliestireno para alimentos interferem nas funções hormonais e são suspeitos de serem carcinógenos humanos (substâncias causadoras de câncer). [44] Outros produtos químicos de potencial preocupação incluem alquilfenóis . [32]

Embora um plástico acabado possa ser não tóxico, os monômeros usados ​​na fabricação de seus polímeros originais podem ser tóxicos. Em alguns casos, pequenas quantidades desses produtos químicos podem permanecer presas no produto, a menos que um processamento adequado seja empregado. Por exemplo, a Organização Mundial de Saúde da Agência Internacional para Pesquisa sobre Câncer (IARC) reconheceu cloreto de vinilo , o precursor do PVC, como carcinógeno humano. [44]

Bisfenol A (BPA)

Alguns polímeros também podem se decompor em monômeros ou outras substâncias tóxicas quando aquecidos. Em 2011, foi relatado que "quase todos os produtos plásticos" da amostra liberaram produtos químicos com atividade estrogênica , embora os pesquisadores tenham identificado alguns plásticos que não o fizeram. [45] O principal bloco de construção dos policarbonatos, o bisfenol A (BPA), é um desregulador endócrino semelhante ao estrogênio que pode contaminar os alimentos. [44] A Pesquisa em Perspectivas de Saúde Ambiental descobriu que o BPA lixiviado do revestimento de latas, selantes dentais e garrafas de policarbonato pode aumentar o peso corporal dos filhos dos animais de laboratório. [46]Um estudo mais recente com animais sugere que mesmo a exposição a baixos níveis de BPA resulta em resistência à insulina, que pode levar à inflamação e doenças cardíacas. [47] Em janeiro de 2010, o Los Angeles Times relatou que a Food and Drug Administration (FDA) estava gastando US $ 30 milhões para investigar as indicações da ligação do BPA com o câncer. [48] ​​O bis (2-etilhexil) adipato , presente em embalagens plásticas à base de PVC, também é motivo de preocupação, assim como os compostos orgânicos voláteis presentes no cheiro de carros novos . A UE proíbe permanentemente a utilização de ftalatos em brinquedos. Em 2009, o governo dos Estados Unidos proibiu certos tipos de ftalatos comumente usados ​​em plásticos. [49]

História

O desenvolvimento de plásticos evoluiu do uso de materiais plásticos naturais (por exemplo, gomas e goma - laca ) para o uso da modificação química desses materiais (por exemplo, borracha natural, celulose , colágeno e proteínas do leite ) e, finalmente, para completamente sintéticos plásticos (por exemplo, baquelite, epóxi e PVC). Os primeiros plásticos eram materiais derivados de bio, como o ovo e as proteínas do sangue, que são polímeros orgânicos . Por volta de 1600 aC, os mesoamericanos usavam borracha natural para fazer bolas, faixas e estatuetas. [2] Chifres de gado tratados eram usados ​​como janelas para lanternas na Idade Média. Os materiais que imitavam as propriedades dos chifres foram desenvolvidos tratando as proteínas do leite com soda cáustica. No século XIX, com o desenvolvimento da química durante a Revolução Industrial , muitos materiais foram relatados. O desenvolvimento dos plásticos foi acelerado com a descoberta de Charles Goodyear , em 1839, da vulcanização para endurecer a borracha natural.

Placa em homenagem a Parkes no Museu da Ciência de Birmingham

Parkesine , inventado por Alexander Parkes em 1855 e patenteado no ano seguinte, [50] é considerado o primeiro plástico feito pelo homem. Era fabricado a partir de celulose (o principal componente das paredes celulares das plantas) tratada com ácido nítrico como solvente. O resultado do processo (comumente conhecido como nitrato de celulose ou piroxilina) pode ser dissolvido em álcool e endurecido em um material transparente e elástico que pode ser moldado quando aquecido. [51] Ao incorporar pigmentos no produto, ele pode ser feito para se parecer com o marfim. Parkesine foi apresentado na Exposição Internacional de 1862 em Londres e rendeu a Parkes a medalha de bronze. [52]

Em 1893, o químico francês Auguste Trillat descobriu os meios de insolubilizar a caseína (proteínas do leite) por imersão em formaldeído, produzindo material comercializado como galalith . [53] Em 1897, o proprietário da impressora em massa Wilhelm Krische de Hanover, Alemanha, foi contratado para desenvolver uma alternativa aos quadros negros. [53] O plástico semelhante a um chifre resultante feito de caseína foi desenvolvido em cooperação com o químico austríaco (Friedrich) Adolph Spitteler (1846–1940). Embora inadequado para o propósito pretendido, outros usos seriam descobertos. [53]

O primeiro plástico totalmente sintético do mundo foi a baquelita , inventada em Nova York em 1907 por Leo Baekeland , [3] que cunhou o termo plásticos . [4] Muitos químicos contribuíram para a ciência dos materiais dos plásticos, incluindo o ganhador do Nobel Hermann Staudinger , que foi chamado de "o pai da química dos polímeros " e Herman Mark , conhecido como "o pai da física dos polímeros ". [5]

Após a Primeira Guerra Mundial, as melhorias na química levaram a uma explosão de novas formas de plásticos, com a produção em massa começando nas décadas de 1940 e 1950. [54] Entre os primeiros exemplos na onda de novos polímeros estavam o poliestireno (produzido pela primeira vez pela BASF na década de 1930) [2] e o cloreto de polivinila (criado pela primeira vez em 1872, mas produzido comercialmente no final dos anos 1920). [2] Em 1923, Durite Plastics, Inc., foi o primeiro fabricante de resinas de fenol-furfural. [55] Em 1933, o polietileno foi descoberto pelos pesquisadores Reginald Gibson e Eric Fawcett da Imperial Chemical Industries (ICI). [2]

A descoberta do tereftalato de polietileno é creditada aos funcionários da Calico Printers 'Association no Reino Unido em 1941; foi licenciado para a DuPont para os EUA e para a ICI de outra forma, e como um dos poucos plásticos apropriados como substituto do vidro em muitas circunstâncias, resultando no uso difundido de garrafas na Europa. [2] Em 1954, o polipropileno foi descoberto por Giulio Natta e começou a ser fabricado em 1957. [2] Também em 1954 o poliestireno expandido (usado para isolamento de edifícios, embalagens e copos) foi inventado pela Dow Chemical . [2]

Indústria de plásticos

A fabricação de plásticos é uma parte importante da indústria química, e algumas das maiores empresas químicas do mundo estiveram envolvidas desde os primeiros dias, como os líderes da indústria BASF e Dow Chemical .

Produção primária de plástico por tipo de polímero

Em 2014, as vendas das 50 maiores empresas totalizaram US $ 961,3 bilhões. [56] As empresas vieram de cerca de 18 países no total, com mais da metade das empresas na lista sendo sediadas nos Estados Unidos. Muitas das 50 maiores empresas de plásticos estavam concentradas em apenas três países: Estados Unidos com 12, Japão com 8 e Alemanha com 6. A BASF foi a maior produtora de produtos químicos do mundo pelo nono ano consecutivo. [56]

Padrões industriais

Muitas propriedades dos plásticos são determinadas por padrões especificados pela ISO , tais como:

Muitas das propriedades dos plásticos são determinadas pelos padrões UL, testes especificados pelo Underwriters Laboratories (UL), tais como:

Efeitos ambientais

Um infográfico de campanha de comunicação mostrando que até 2050 haverá mais plástico nos oceanos do que peixes

Como a estrutura química da maioria dos plásticos os torna duráveis, eles são resistentes a muitos processos naturais de degradação. Muito desse material pode persistir por séculos ou mais, dada a persistência demonstrada de materiais naturais estruturalmente semelhantes, como o âmbar .

Existem diferentes estimativas de quanto lixo plástico foi produzido no último século. Segundo uma estimativa, um bilhão de toneladas de resíduos plásticos foram descartados desde a década de 1950. [57] Outros estimam uma produção humana cumulativa de 8,3 bilhões de toneladas de plástico, das quais 6,3 bilhões de toneladas são resíduos, com apenas 9% sendo reciclados. [58]

The Ocean Conservancy relatou que China, Indonésia, Filipinas, Tailândia e Vietnã despejam mais plástico no mar do que todos os outros países juntos. [59] Os rios Yangtze, Indus, Yellow, Hai, Nile, Ganges, Pearl, Amur, Niger e Mekong "transportam 88% a 95% da carga global [de plástico] para o mar." [60] [61] [ verificar pontuação de citação ]

A presença de plásticos, principalmente microplásticos , na cadeia alimentar está aumentando. Na década de 1960, microplásticos foram observados no intestino de aves marinhas e, desde então, têm sido encontrados em concentrações crescentes. [62] Os efeitos de longo prazo dos plásticos na cadeia alimentar são mal compreendidos. Em 2009, estimou-se que 10% dos resíduos modernos eram plásticos, [54] embora as estimativas variem de acordo com a região. [62] Enquanto isso, 50% a 80% dos detritos em áreas marinhas são plásticos. [62]

Antes do Protocolo de Montreal , os CFCs eram comumente usados ​​na fabricação do poliestireno plástico, cuja produção contribuiu para o esgotamento da camada de ozônio .

Os esforços para reduzir os efeitos ambientais dos plásticos podem incluir a redução da produção e uso de plásticos, políticas de resíduos e reciclagem e o desenvolvimento proativo e implantação de alternativas aos plásticos , como embalagens sustentáveis .

Microplásticos

Microplásticos em sedimentos de quatro rios na Alemanha. Observe as diversas formas indicadas por pontas de flechas brancas. (As barras brancas representam 1 mm para a escala.)

Microplásticos são fragmentos de qualquer tipo de plástico [63] com menos de 5 mm (0,20 pol.) De comprimento, de acordo com a Administração Nacional Oceânica e Atmosférica dos EUA (NOAA) [64] [65] e a Agência Europeia de Produtos Químicos . [66] Eles causam poluição ao entrar em ecossistemas naturais a partir de uma variedade de fontes, incluindo cosméticos , roupas e processos industriais.

Duas classificações de microplásticos são atualmente reconhecidas. Os microplásticos primários incluem quaisquer fragmentos ou partículas de plástico que já tenham 5,0 mm de tamanho ou menos antes de entrar no ambiente. Isso inclui microfibras de roupas, microesferas e pelotas de plástico (também conhecidas como nurdles). [67] [68] [69] Os microplásticos secundários surgem da degradação (quebra) de produtos plásticos maiores por meio de processos naturais de intemperismo após entrarem no meio ambiente. Essas fontes de microplásticos secundários incluem garrafas de água e refrigerante, redes de pesca, sacos plásticos, recipientes para micro-ondas e sacos de chá. [69] [70] [71]Ambos os tipos são reconhecidos por persistirem no meio ambiente em níveis elevados, particularmente em ecossistemas aquáticos e marinhos , onde causam poluição da água . [72] No entanto, os microplásticos também se acumulam no ar e nos ecossistemas terrestres . O termo macroplástico é usado para diferenciar microplásticos de resíduos plásticos maiores, como garrafas plásticas.

Como os plásticos se degradam lentamente (frequentemente por centenas a milhares de anos), [73] [74] os microplásticos têm uma alta probabilidade de ingestão, incorporação e acúmulo nos corpos e tecidos de muitos organismos. Os produtos químicos tóxicos que vêm do oceano e do escoamento também podem biomagnificar a cadeia alimentar. [75] [76] Em ecossistemas terrestres, os microplásticos demonstraram reduzir a viabilidade dos ecossistemas do solo e reduzir o peso das minhocas. [77] [78]O ciclo e o movimento dos microplásticos no ambiente não são totalmente conhecidos, mas pesquisas estão em andamento para investigar o fenômeno. Pesquisas de sedimentos oceânicos em camadas profundas na China (2020) mostram a presença de plásticos em camadas de deposição muito mais antigas do que a invenção dos plásticos, levando a suspeita de subestimação de microplásticos em pesquisas de amostras de superfície do oceano. [79]

Decomposição de plásticos

Os plásticos constituem aproximadamente 10% dos resíduos descartados. É bem sabido que a maioria dos plásticos comuns não é biodegradável prontamente, mas eles, no entanto, sofrem degradação do polímero por meio de uma variedade de processos, o mais significativo dos quais geralmente é a foto-oxidação . Dependendo de sua composição química, plásticos e resinas têm propriedades variáveis ​​relacionadas à absorção e adsorção de contaminantes . A degradação marinha dos polímeros é muito mais demorada em decorrência do ambiente salino e do efeito de resfriamento do mar, contribuindo para a persistência de detritos plásticos em determinados ambientes. [62]Estudos recentes têm mostrado, no entanto, que os plásticos no oceano se decompõem mais rapidamente do que se pensava anteriormente, devido à exposição ao sol, chuva e outras condições ambientais, resultando na liberação de substâncias químicas tóxicas, como o bisfenol A . No entanto, devido ao aumento do volume de plásticos no oceano, a decomposição diminuiu. [80] The Marine Conservancy previu as taxas de decomposição de vários produtos plásticos: estima-se que um copo de plástico de espuma levará 50 anos, um porta-bebidas de plástico levará 400 anos, uma fralda descartável levará 450 anos e uma linha de pesca levará leva 600 anos para se degradar. [81]

As espécies microbianas capazes de degradar plásticos são conhecidas pela ciência, algumas das quais são potencialmente úteis para o descarte de certas classes de resíduos plásticos.

  • Em 1975, uma equipe de cientistas japoneses estudando lagoas contendo águas residuais de uma fábrica de náilon descobriu uma cepa de Flavobacterium que digere certos subprodutos da fabricação do náilon 6 , como o dímero linear do 6-aminohexanoato . [82] O náilon 4 (polibutirolactama) pode ser degradado pelas fitas ND-10 e ND-11 de Pseudomonas sp. encontrado no lodo, resultando em GABA (ácido γ-aminobutírico) como subproduto. [83]
  • Várias espécies de fungos do solo podem consumir poliuretano, [84] incluindo duas espécies do fungo equatoriano Pestalotiopsis . Eles podem consumir poliuretano aerobicamente e anaerobicamente (como no fundo de aterros sanitários). [85]
  • Consórcios microbianos metanogênicos degradam o estireno, usando-o como fonte de carbono. [86] Pseudomonas putida pode converter óleo de estireno em vários plásticos biodegradáveis ​​| polihidroxialcanoatos biodegradáveis . [87] [88]
  • Comunidades microbianas isoladas de amostras de solo misturadas com amido demonstraram ser capazes de degradar o polipropileno. [89]
  • O fungo Aspergillus fumigatus degrada efetivamente o PVC plastificado. [90] : 45–46 Phanerochaete chrysosporium foi cultivado em PVC em um ágar de sal mineral. [90] : 76 </ref> P. chrysosporium , Lentinus tigrinus , A. niger e A. sydowii também podem degradar efetivamente o PVC. [90] : 122
  • O fenol-formaldeído, comumente conhecido como baquelita, é degradado pelo fungo da podridão branca P. chrysosporium . [91]
  • Acinetobacter foi encontrado para degradar parcialmente oligômeros de polietileno de baixo peso molecular. [83] Quando usados ​​em combinação, Pseudomonas fluorescens e Sphingomonas podem degradar mais de 40% do peso das sacolas plásticas em menos de três meses. [92] A bactéria termofílica Brevibacillus borstelensis (cepa 707) foi isolada de uma amostra de solo e considerada capaz de usar polietileno de baixa densidadecomo única fonte de carbono quando incubada a 50 ° C. A pré-exposição do plástico à radiação ultravioleta rompeu ligações químicas e auxiliou na biodegradação; quanto mais longo for o período de exposição aos raios ultravioleta, maior será a promoção da degradação. [93]
  • Hazardous molds have been found aboard space stations that degrade rubber into a digestible form.[94]
  • Several species of yeasts, bacteria, algae and lichens have been found growing on synthetic polymer artifacts in museums and at archaeological sites.[95]
  • In the plastic-polluted waters of the Sargasso Sea, bacteria have been found that consume various types of plastic; however, it is unknown to what extent these bacteria effectively clean up poisons rather than simply release them into the marine microbial ecosystem.
  • Plastic-eating microbes also have been found in landfills.[96]
  • Nocardia can degrade PET with an esterase enzyme.[citation needed]
  • The fungus Geotrichum candidum, found in Belize, has been found to consume the polycarbonate plastic found in CDs.[97][98]
  • Futuro houses are made of fiberglass-reinforced polyesters, polyester-polyurethane, and PMMA. One such house was found to be harmfully degraded by Cyanobacteria and Archaea.[99][100]
Manual material triage for recycling.

Recycling

Plastic recycling
Clockwise from top left:
  • Sorting plastic waste at a single-stream recycling centre
  • Baled colour-sorted used bottles
  • Recovered HDPE ready for recycling
  • A watering can made from recycled bottles
.

Plastic recycling encompasses a number of processes through which plastic waste is collected and converted back into useful products, instead of being simply disposed of. When performed correctly, plastic recycling can reduce dependence on landfill, conserve resources and protect the environment from plastic pollution and greenhouse gas emissions.[101][102][103]

Increasing public awareness of plastic pollution has raised demand for plastic recycling, but it remains challenging from a technical and economic standpoint, causing it to lag behind the recycling rates of materials like aluminium, glass and paper. In general, there are many types of plastic and these need to be segregated from one another prior to recycling as they give a poor-quality product if mixed. Even when properly sorted and cleaned, the most common form of recycling in which plastic is re-melted and reformed into new items, usually results in polymer degradation at a chemical level, so that quality cannot be maintained. More advanced technologies which may mitigate this degradation suffer from high capital costs and are more energy hungry. Thus, even though recycling rates are improving, much of this activity merely delays rather than prevents the eventual disposal of plastic as waste.[104] Regardless, life-cycle assessments show recycling in its various forms to be a net good for the environment.[105]

Since the beginning of plastic production in the 20th century, until 2015, the world has produced some 6.3 billion tonnes of plastic waste, of which 9% has been recycled—only ~1% of total plastic has ever been recycled more than once.[106] The global recycling rate in 2015 was 19.5%, while 25.5% was incinerated and the remaining 55% disposed of to landfill.[106] Only ~2% was recycled in a sustainable closed-loop manner.[107] As of 2019, due to limitations in economic viability, there is little incentive for companies to make a meaningful contribution to the plastic recycling supply chain.[108] The plastics industry has known since the 1970s that recycling of most plastics is unlikely because of these economic limitations. However, the industry has continued to lobby for the expansion of recycling programs while at the same time increasing the amount of virgin plastic being produced.[109][110]

Almost all plastic is non-biodegradable and thus causes systematic harm to natural ecosystems. For example, approximately 8 million tons of waste plastic enter the Earth's oceans every year, causing damage to the aquatic ecosystem and large ocean garbage patches.[111][112] Recycling and other forms of utilisation, such as energy recovery, can be part of reducing plastic in the waste stream, but does not alleviate the environmental unsustainability of the plastics industry.

Climate change

In 2019, the Center for International Environmental Law published a new report on the impact of plastic on climate change. According to the report, plastic will contribute greenhouse gases in the equivalent of 850 million tons of carbon dioxide (CO2) to the atmosphere in 2019. If current trends continue, annual emissions will grow to 1.34 billion tons by 2030. By 2050, plastic could emit 56 billion tons of greenhouse gas emissions, as much as 14% of the earth's remaining carbon budget.[113]

The effect of plastics on global warming is mixed. Plastics are generally made from petroleum. If the plastic is incinerated, it increases carbon emissions; if it is placed in a landfill, it becomes a carbon sink,[114] although biodegradable plastics have caused methane emissions.[115] Due to the lightness of plastic versus glass or metal, plastic may reduce energy consumption. For example, packaging beverages in PET plastic rather than glass or metal is estimated to save 52% in transportation energy.[2]

Production of plastics

Production of plastics from crude oil requires 7.9 to 13.7 kWh/lb (taking into account the average efficiency of US utility stations of 35%). Producing silicon and semiconductors for modern electronic equipment is even more energy consuming: 29.2 to 29.8 kWh/lb for silicon, and about 381 kWh/lb for semiconductors.[116] This is much higher than the energy needed to produce many other materials. For example, to produce iron (from iron ore) requires 2.5-3.2 kWh/lb of energy; glass (from sand, etc.) 2.3–4.4 kWh/lb; steel (from iron) 2.5–6.4 kWh/lb; and paper (from timber) 3.2–6.4 kWh/lb.[117]

Incineration of plastics

Controlled high-temperature incineration, above 850°C for two seconds,[citation needed] performed with selective additional heating, breaks down toxic dioxins and furans from burning plastic, and is widely used in municipal solid waste incineration. Municipal solid waste incinerators also normally include flue gas treatments to reduce pollutants further. This is needed because uncontrolled incineration of plastic produces polychlorinated dibenzo-p-dioxins, a carcinogen (cancer causing chemical). The problem occurs because the heat content of the waste stream varies.[118] Open-air burning of plastic occurs at lower temperatures, and normally releases such toxic fumes.

Pyrolytic disposal

Plastics can be pyrolyzed into hydrocarbon fuels, since plastics include hydrogen and carbon. One kilogram of waste plastic produces roughly a liter of hydrocarbon.[119]

See also

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