Термопласты: определение, свойства и преимущества переработки

Термопласт (иногда пишется как термо-пласт) — это тип пластика, изготовленного из полимерных смол, который становится однородной жидкостью при нагревании и твёрдым при охлаждении. Однако при заморозке термопласт становится стеклоподобным и подверженным разрушению. Эти характеристики, придающие материалу его название, обратимы. То есть его можно повторно нагревать, переформует и замораживать. Это качество также делает термопласты перерабатываемыми.

Разнообразие типов

Существует десятки видов термопластов, каждый тип варьирует в кристаллической организации и плотности. Некоторые типы, обычно производимые сегодня: полиуретан, полипропилен, поликарбонат и акрил. Целлулоид, считающийся первым термопластом, появился в середине 1800-х и царил в промышленности примерно 100 лет. В пике производства он использовался как заменитель слоновой кости. Сегодня он используется для изготовления медиаторов для гитары.

Отличие от термореактивных пластиков

Иногда термопласты путают с термореактивными пластиками. Хотя они могут звучать одинаково, они фактически обладают очень разными свойствами. Пока термопласты могут быть расплавлены в жидкость и охлаждены в твёрдое тело, термореактивные пластики химически разрушаются при воздействии тепла. Иронично, однако, термореактивные пластики склонны быть более долговечными при охлаждении, чем многие термопласты.

Отличие от эластомеров

Термопласты также отличаются от эластомеров, хотя некоторые считаются и теми, и другими. Пока многие термопласты могут быть растянуты до точки, они в целом склонны и сопротивляться, и оставаться в форме, в которую их растянули. Эластомеры, как следует из названия, возвращаются обратно. Однако добавление пластификаторов в расплав может сделать термопласт более гибким. Фактически, это обычно случается, когда термопласт используется для литья под давлением или экструзии.

Роль пластификаторов

Конкретное действие пластификатора — понижение температуры стеклования материала (Tg), которая является точкой, когда он становится хрупким при охлаждении и мягким при нагревании. Tg варьируется с каждым типом термопласта и диктуется его структурой кристаллизации. Однако Tg также может быть скорректирован введением термопласта в сополимер, такой как полистирол. До использования пластификаторов некоторые литые термопластовые детали были склонны трескаться в холодную погоду.

Примеры применения

Термопласты существуют давно, но сегодня являются огромным компонентом повседневной жизни. Например, акрилонитрилбутадиенстирол (ABS) — тип термопласта, используемый для производства спортивного оборудования, игрушек (например, кубиков LEGO®) и различных автомобильных деталей. Поликарбонат используется для изготовления компакт-дисков (CD), бутылок для питья, контейнеров для хранения пищи, очковых линз и других вещей. Полиэтилен, вероятно, самый распространённый термопласт, используется для изготовления бутылок для шампуня, полиэтиленовых пакетов и даже бронежилетов.

Биоразлагаемы ли термопласты?

Биоразлагаемость — важная мера экологичности любого вещества. Просто говоря, биоразлагаемость означает, что материал может быть естественно разложен микроорганизмами. Бактерии и грибы обычно помогают в разложении, питаясь органическими материалами. После разложения биоразлагаемых материалов остаются их базовые компоненты.

Почему обычный пластик не биоразлагается

Традиционные пластики не биоразлагаются. Это потому, что бактерии не могут питаться ими и разлагать их до исходных компонентов. Несмотря на то, что пластики сделаны из естественно встречающихся материалов, таких как нефть, это процесс полимеризации, делающий их неспособными к разложению.

Когда сырья нефть используется для производства пластика, её углеводороды в конечном счёте разделяются на более мелкие молекулы, известные как мономеры. Два ключевых мономера в производстве пластика — этилен и пропилен. Они химически комбинируются в новые конфигурации, образуя длинные повторяющиеся молекулярные цепи, которые мы называем полимерами. Позже они комбинируются с добавками вроде огнеупоров для создания окончательной формы каждого типа пластика.

Так если пластики содержат углерод, почему бактерии не могут их разложить? Процесс полимеризации превращает исходные материалы в молекулярные соединения, не существующие в природе. Бактерии и другие микроорганизмы не могут потреблять углерод в этих формах.

Термопласты и биоразлагаемость

Как и обычный пластик, термопласты также сделаны из полимеров. Также есть термопластичный крахмал, получаемый комбинированием нативных крахмалей с пластификатором. Эти нативные крахмалы также называются чистыми крахмалями, получаемыми из продуктов вроде пшеницы и картофеля. Они состоят из длинноцепочечных углеводов, нерастворимых в холодной воде.

Процесс создания термопластичного крахмала начинается с смеси пластификатор-крахмал, нагретой при 70–90 °C. Этот диапазон лежит выше нормальных температур желатинизации крахмала и ослабляет существующие водородные связи в самом крахмале. Полученная смесь превращается в термопластичный крахмал.

Биоразлагаемые пластики вроде термопластичного крахмала могут решить проблему биоразлагаемости. Сам крахмал биоразлагаем и возобновляемый ресурс. В зависимости от источника, ТПС разлагается за 30–90 дней. В противовес, средняя пластиковая бутылка разлагается около 450 лет.

Какая главная разница между термопластом и термореактивным пластиком?

На первый взгляд, термопласт и термореактивный пластик могут показаться похожими. В конце концов, они оба сделаны из полимеров. Однако они по-разному реагируют при воздействии тепла. Термореактивный пластик не плавится — на самом деле, он сохраняет форму и твёрдость после отверждения.

Так если термореактивный пластик не плавится, почему он всё ещё используется? Эта неспособность плавиться становится преимуществом в определённых ситуациях. Его уникальные свойства включают разнообразие цветов и отделок плюс добавленную прочность после правильного отверждения. Они также устойчивы к коррозии, обладают высокой диэлектрической прочностью и дешевле в производстве. Поэтому термореактивный пластик используется во многих применениях: автомобильные компоненты, приборы и электрические детали, чтобы назвать несколько.

Как термопласты и термореактивные пластики могут быть переработаны?

Вы можете удивиться, узнав, что термопласты перерабатываемы. Часть причины — их термостабильность. Полимеры в термопластах сильные, но химические связи между ними слабые. Это означает, что их можно нагревать и охлаждать снова и снова без разрушения их структурного состава. Это переводится в более лёгкую способность многократно их перерабатывать.

Около 75% пластика, производимого во всем мире, в термопластовой форме. Большая часть этого включает одноразовый пластик для емкостей для еды и напитков. Вы обычно найдёте полиэтилентерефталат, также называемый PET, используемый в бутылках для воды.

Переработка термопластов

Когда перерабатываемые пластики достигают своих конечных пунктов назначения, их расплавляют и перерабатывают через литьё под давлением. Но большая проблема с попыткой переработать термопласты и другие пластиковые материалы в том, что у всех них слегка разные составы. Поэтому необходимо разделять эти разные виды пластика, если вы планируете их перерабатывать.

Когда вы собираете пластик для переработки, вы захотите помнить несколько вещей. Бутылки из напитков, средств личной гигиены, моющих средств и емкостей для еды можно переработать. Вы также можете искать номера, выдавленные на самих пластиковых емкостях. Маленькая «1» означает, что это PET, который перерабатывается. Полиэтилен высокой плотности отмечен «2» и также высоко перерабатываем. Для всего остального проверьте с местным пунктом переработки или муниципальным органом по сбору мусора.

Термореактивные пластики и переработка

Изделия из термореактивного пластика должны быть долговечными, поэтому их нелегко переработать. Учёные изучают новые способы их переработки, включая химические связующие, помогающие этим изделиям сохранять прочность при более лёгком разрушении. Это захватывающее развитие, но широкое внедрение может не произойти в ближайшее время. Когда это случится, это может предотвратить попадание больше пластиковых материалов на свалки.