Πλαστική χημική ένωση

Πλαστικό, πολυμερές υλικό που έχει την ικανότητα να μορφοποιείται ή να διαμορφώνεται, συνήθως με εφαρμογή θερμότητας και πίεσης. Αυτή η ιδιότητα πλαστικότητας, που συχνά βρίσκεται σε συνδυασμό με άλλες ειδικές ιδιότητες όπως χαμηλή πυκνότητα, χαμηλή ηλεκτρική αγωγιμότητα, διαφάνεια και ανθεκτικότητα, επιτρέπει στα πλαστικά να γίνουν μια μεγάλη ποικιλία προϊόντων. Αυτές περιλαμβάνουν σκληρές και ελαφριές φιάλες ποτών κατασκευασμένες από τερεφθαλικό πολυαιθυλένιο (PET), εύκαμπτους σωλήνες κήπου από πολυβινυλοχλωρίδιο (PVC), μονωτικά δοχεία τροφίμων από αφρώδες πολυστυρένιο και θραύσματα παράθυρα από πολυμεθυλ μεθακρυλικό.

• 

• 

• 

Σε αυτό το άρθρο παρέχεται μια σύντομη ανασκόπηση των βασικών ιδιοτήτων των πλαστικών, ακολουθούμενη από μια πιο λεπτομερή περιγραφή της επεξεργασίας τους σε χρήσιμα προϊόντα και την επακόλουθη ανακύκλωση. Για πληρέστερη κατανόηση των υλικών από τα οποία κατασκευάζονται πλαστικά, δείτε χημεία βιομηχανικών πολυμερών.

Η σύνθεση, η δομή και οι ιδιότητες των πλαστικών

Πολλές από τις χημικές ονομασίες των πολυμερών που χρησιμοποιούνται ως πλαστικά έχουν γίνει γνωστές στους καταναλωτές, αν και μερικά είναι πιο γνωστά από τις συντομογραφίες ή τις εμπορικές τους ονομασίες. Έτσι, το τερεφθαλικό πολυαιθυλένιο και το χλωριούχο πολυβινύλιο αναφέρονται συνήθως ως ΡΕΤ και PVC, ενώ το αφρώδες πολυστυρόλιο και το μεθακρυλικό πολυμεθύλιο είναι γνωστά με την εμπορική ονομασία τους, Styrofoam and Plexiglas (ή Perspex).

Οι βιομηχανικοί κατασκευαστές πλαστικών προϊόντων τείνουν να θεωρούν τα πλαστικά ως ρητίνες «εμπορευμάτων» ή ρητίνες «ειδικότητας». (Ο όρος ρητίνη χρονολογείται από τα πρώτα χρόνια της βιομηχανίας πλαστικών. Αρχικά αναφέρεται σε φυσικά άμορφα στερεά όπως το shellac και το κολοφώνιο.) Οι ρητίνες εμπορευμάτων είναι πλαστικά που παράγονται με υψηλό όγκο και χαμηλό κόστος για τα πιο κοινά αναλώσιμα είδη και ανθεκτικά εμπορεύματα. Αντιπροσωπεύονται κυρίως από πολυαιθυλένιο, πολυπροπυλένιο, χλωριούχο πολυβινύλιο και πολυστυρόλιο. Ειδικές ρητίνες είναι πλαστικά των οποίων οι ιδιότητες είναι προσαρμοσμένες σε συγκεκριμένες εφαρμογές και παράγονται με χαμηλό όγκο και υψηλότερο κόστος. Μεταξύ αυτής της ομάδας είναι τα λεγόμενα πλαστικά μηχανικής, ή οι ρητίνες μηχανικής, τα οποία είναι πλαστικά που μπορούν να ανταγωνιστούν με χυτά μέταλλα σε υδραυλικά, υλικολογισμικά και εφαρμογές αυτοκινήτων. Σημαντικά πλαστικά μηχανικής, λιγότερο οικεία στους καταναλωτές από τα πλαστικά εμπορευμάτων που αναφέρονται παραπάνω, είναι πολυακετάλη, πολυαμίδιο (ιδιαίτερα αυτά που είναι γνωστά με την εμπορική ονομασία νάιλον), πολυτετραφθοροαιθυλένιο (εμπορικό σήμα Teflon), πολυανθρακικό, πολυφαινυλενοσουλφίδιο, εποξυ και πολυαιθεροαιθεροκετόνη. Ένα άλλο μέλος των ειδικών ρητινών είναι θερμοπλαστικά ελαστομερή, πολυμερή που έχουν τις ελαστικές ιδιότητες του καουτσούκ αλλά μπορούν να χυτευτούν επανειλημμένα κατά τη θέρμανση. Θερμοπλαστικά ελαστομερή περιγράφονται στο προϊόν ελαστομερές.

Τα πλαστικά μπορούν επίσης να χωριστούν σε δύο ξεχωριστές κατηγορίες με βάση τη χημική τους σύνθεση. Μία κατηγορία είναι τα πλαστικά που αποτελούνται από πολυμερή που έχουν μόνο αλειφατικά (γραμμικά) άτομα άνθρακα στις ραχοκοκαλιές τους. Όλα τα πλαστικά εμπορευμάτων που αναφέρονται παραπάνω εμπίπτουν σε αυτήν την κατηγορία. Η δομή του πολυπροπυλενίου μπορεί να χρησιμεύσει ως παράδειγμα. εδώ συνδέεται με κάθε άλλο άτομο άνθρακα είναι μια μενταγιόν ομάδα μεθυλίου (CH ₃):

Η άλλη κατηγορία πλαστικών αποτελείται από πολυμερή ετεροχαλίνης. Αυτές οι ενώσεις περιέχουν άτομα όπως οξυγόνο, άζωτο ή θείο στις βασικές τους αλυσίδες, επιπλέον του άνθρακα. Τα περισσότερα από τα πλαστικά μηχανικής που αναφέρονται παραπάνω αποτελούνται από πολυμερή ετεροχαλίνης. Ένα παράδειγμα θα ήταν πολυανθρακικό, του οποίου τα μόρια περιέχουν δύο αρωματικούς (βενζολίου) δακτυλίους:

Η διάκριση μεταξύ πολυμερών αλυσίδας άνθρακα και ετεροχυσίνης αντικατοπτρίζεται στον πίνακα, στον οποίο εμφανίζονται επιλεγμένες ιδιότητες και εφαρμογές των πιο σημαντικών πλαστικών αλυσίδας άνθρακα και ετεροχαλίνης και από τις οποίες παρέχονται σύνδεσμοι απευθείας σε καταχωρήσεις που περιγράφουν αυτά τα υλικά με μεγαλύτερη λεπτομέρεια. Είναι σημαντικό να σημειωθεί ότι για κάθε τύπο πολυμερούς που παρατίθεται στον πίνακα μπορεί να υπάρχουν πολλοί υπότυποι, καθώς οποιοσδήποτε από δώδεκα βιομηχανικούς παραγωγούς οποιουδήποτε πολυμερούς μπορεί να προσφέρει 20 ή 30 διαφορετικές παραλλαγές για χρήση σε συγκεκριμένες εφαρμογές. Για το λόγο αυτό, οι ιδιότητες που αναφέρονται στον πίνακα πρέπει να ληφθούν ως προσεγγίσεις.

Ιδιότητες και εφαρμογές εμπορικά σημαντικών πλαστικών
* Όλες οι τιμές που εμφανίζονται είναι για δείγματα ενισχυμένα με ίνες γυαλιού (εκτός από την πολυουρεθάνη).
οικογένεια και τύπος πολυμερούς	πυκνότητα (g / cm 3)	βαθμός κρυσταλλικότητας	θερμοκρασία μετάβασης γυαλιού (° C)	θερμοκρασία τήξης κρυστάλλου (° C)	θερμοκρασία παραμόρφωσης στα 1,8 MPa (° C)
Θερμοπλαστικά
Αλυσίδα άνθρακα
πολυαιθυλένιο υψηλής πυκνότητας (HDPE)	0,95-0,97	υψηλός	–120	137	-
πολυαιθυλένιο χαμηλής πυκνότητας (LDPE)	0,92-0,93	μέτριος	−120	110	-
πολυπροπυλενο (PP)	0,90-0,91	υψηλός	−20	176	-
πολυστερίνη (PS)	1.0–1.1	μηδέν	100	-	-
ακρυλονιτρίλιο-βουταδιένιο-στυρόλιο (ABS)	1.0–1.1	μηδέν	90–120	-	-
πολυβινυλοχλωρίδιο, μη πλαστικοποιημένο (PVC)	1.3–1.6	μηδέν	85	-	-
μεθακρυλικό πολυμεθύλιο (PMMA)	1.2	μηδέν	115	-	-
πολυτετραφθοροαιθυλένιο (PTFE)	2.1–2.2	μέτρια-υψηλή	126	327	-
Ετεροχαλίνη
τερεφθαλικό πολυαιθυλένιο (PET)	1.3–1.4	μέτριος	69	265	-
πολυανθρακικό (PC)	1.2	χαμηλός	145	230	-
πολυακετάλη	1.4	μέτριος	–50	180	-
πολυαιθεροαιθεροκετόνη (PEEK)	1.3	μηδέν	185	-	-
πολυφαινυλενοσουλφίδιο (PPS)	1.35	μέτριος	88	288	-
διοξική κυτταρίνη	1.3	χαμηλός	120	230	-
πολυκαπρολακτάμη (νάιλον 6)	1.1–1.2	μέτριος	50	210–220	-
Θερμοσυστήματα *
Ετεροχαλίνη
πολυεστέρας (ακόρεστο)	1.3–2.3	μηδέν	-	-	200
εποξίες	1.1–1.4	μηδέν	-	-	110-250
φαινόλη φορμαλδεΰδη	1.7–2.0	μηδέν	-	-	175–300
ουρία και μελαμίνη φορμαλδεΰδη	1.5-2.0	μηδέν	-	-	190–200
πολυουρεθάνη	1.05	χαμηλός	-	-	90–100
οικογένεια και τύπος πολυμερούς	αντοχή σε εφελκυσμό (MPa)	επιμήκυνση στο διάλειμμα (%)	συντελεστής κάμψης (GPa)	τυπικά προϊόντα και εφαρμογές
Θερμοπλαστικά
Αλυσίδα άνθρακα
πολυαιθυλένιο υψηλής πυκνότητας (HDPE)	20–30	10–1.000	1–1.5	μπουκάλια γάλακτος, μόνωση καλωδίων και καλωδίων, παιχνίδια
πολυαιθυλένιο χαμηλής πυκνότητας (LDPE)	8–30	100–650	0,25-0,35	φιλμ συσκευασίας, τσάντες παντοπωλείου, γεωργικά σάπια
πολυπροπυλενο (PP)	30–40	100–600	1.2–1.7	μπουκάλια, δοχεία τροφίμων, παιχνίδια
πολυστερίνη (PS)	35–50	1–2	2.6–3.4	σκεύη φαγητού, δοχεία με αφρό
ακρυλονιτρίλιο-βουταδιένιο-στυρόλιο (ABS)	15–55	30–100	0.9–3.0	περιβλήματα συσκευών, κράνη, εξαρτήματα σωληνώσεων
πολυβινυλοχλωρίδιο, μη πλαστικοποιημένο (PVC)	40–50	2–80	2.1–3.4	σωλήνας, αγωγός, πλαισίωση σπιτιού, κουφώματα
μεθακρυλικό πολυμεθύλιο (PMMA)	50–75	2–10	2.2–3.2	ανθεκτικά σε κρούση παράθυρα, φεγγίτες, κουβούκλια
πολυτετραφθοροαιθυλένιο (PTFE)	20–35	200–400	0,5	αυτολιπαινόμενα ρουλεμάν, αντικολλητικά σκεύη
Ετεροχαλίνη
τερεφθαλικό πολυαιθυλένιο (PET)	50–75	50–300	2.4–3.1	διαφανή μπουκάλια, ταινία εγγραφής
πολυανθρακικό (PC)	65–75	110–120	2.3–2.4	μικροί δίσκοι, γυαλιά ασφαλείας, αθλητικά είδη
πολυακετάλη	70	25–75	2.6–3.4	ρουλεμάν, γρανάζια, κεφαλές ντους, φερμουάρ
πολυαιθεροαιθεροκετόνη (PEEK)	70–105	30-150	3.9	εξαρτήματα μηχανών, αυτοκινήτων και αεροδιαστημικών
πολυφαινυλενοσουλφίδιο (PPS)	50–90	1–10	3.8–4.5	εξαρτήματα μηχανών, συσκευές, ηλεκτρικός εξοπλισμός
διοξική κυτταρίνη	15–65	6–70	1.5	φωτογραφική ταινία
πολυκαπρολακτάμη (νάιλον 6)	40–170	30–300	1.0-2.8	ρουλεμάν, τροχαλίες, γρανάζια
Θερμοσυστήματα *
Ετεροχαλίνη
πολυεστέρας (ακόρεστο)	20–70	<3	7–14	σκάφη σκαφών, πάνελ αυτοκινήτων
εποξίες	35–140	<4	14–30	πλαστικοποιημένα κυκλώματα, δάπεδα, μέρη αεροσκαφών
φαινόλη φορμαλδεΰδη	50–125	<1	8–23	ηλεκτρικοί συνδετήρες, λαβές συσκευών
ουρία και μελαμίνη φορμαλδεΰδη	35–75	<1	7.5	πάγκοι, σερβίτσια
πολυουρεθάνη	70	3–6	4	εύκαμπτοι και άκαμπτοι αφροί για ταπετσαρία, μόνωση

Για τους σκοπούς αυτού του άρθρου, τα πλαστικά ορίζονται πρωτίστως όχι βάσει της χημικής τους σύνθεσης αλλά βάσει της μηχανικής συμπεριφοράς τους. Πιο συγκεκριμένα, ορίζονται ως θερμοπλαστικές ρητίνες ή θερμοσκληρυνόμενες ρητίνες.