Что такое
пластик
и где он
применяется

Разбираемся в самом главном —
от состава до производства

Все о пластике

21 апреля 2023

6 минут

Пластик вокруг

Пластик вокруг
Что такое пластик и где он применяется

Что такое пластик

Пластик — это искусственно созданный полимерный материал. У него есть и другое, бытовое название — пластмасса.

Полимеры, в свою очередь, это химические соединения, которые могут быть синтетическими или природными. Их молекулы состоят из многочисленных повторяющихся звеньев — мономеров.

Такие молекулы еще называют макромолекулами — они большие по размеру и имеют высокую молекулярную массу.

Одно из ключевых свойств пластика заключается в том, что при нагревании ему можно придать новую форму, а после охлаждения она сохранится.

Благодаря этому из материала можно делать практически все — от одноразовых вилок до деталей самолета. Главное — правильно подобрать состав и форму.

Зачем нужен пластик?

Он используется как замена природных аналогов — дерева, металла и других.

Некоторые виды пластика по своим свойствам не уступают таким материалам, но изделие при этом получается легче, а его производство — дешевле.

Первые пластики появились в середине XIX века — это были паркезин (1856 год) и целлулоид (1860-е годы). Паркезин изобрел английский металлург и изобретатель Александр Паркс. Это был твердый, но гибкий материал на основе нитроцеллюлозы.

Первые пластики появились в середине XIX века — это были паркезин (1856 год) и целлулоид (1860-е годы). Паркезин изобрел английский металлург и изобретатель Александр Паркс.

Это был твердый, но гибкий материал на основе нитроцеллюлозы.

Но, хотя паркезин стал принципиально новой вехой в развитии науки и техники, особого успеха Парксу он не принес.

Начав промышленное производство, Паркс попытался удешевить материал — в результате снизилось его качество. Пластик стал хрупким, легко трескался.

В конце концов Паркс отказался от своей бизнес-идеи.

Намного более успешной разработкой стал целлулоид. Его придумали американские братья-изобретатели Джон и Айза Хайатты.

Они участвовали в конкурсе компании Phelon&Collender — та в 1863 году объявила, что ищет новый материал для производства бильярдных шаров.

Их тогда изготавливали из слоновой кости, что было дорого и непрактично. Целлулоид фактически был тем же самым паркезином, но менее хрупким.

Материал используют до сих пор — из него делают, например, мячики для настольного тенниса.

Состав пластика

Как правило, пластик изготавливают из двух групп веществ:

продукты переработки
нефти и газа;
биосырье.

В России пластик чаще всего производят из попутного нефтяного газа. Это побочный продукт нефтепереработки, который раньше просто сжигали. В ходе такой утилизации выделялось множество загрязняющих атмосферу веществ и парниковых газов. Но производство пластика позволяет избежать этого.

Другой вариант углеводородного сырья — прямогонный бензин, или нафта. На его основе создают также бензин для автотранспорта.

Нафту получают в результате фракционной перегонки. Это процесс, в ходе которого нефть после добычи разделяется на составные части — фракции.

Биосырье — это сырье растительного происхождения. К нему относятся, например, крахмал, целлюлоза, масла — все это обычно добывают из сельскохозяйственных культур. В некоторых случаях к растительному сырью добавляют нефтепродукты.

Пластик из такого сырья может быть биоразлагаемым или нет. В первом случае он со временем распадется на природные элементы — углекислый газ, воду, метан, биомассу. Но чтобы это произошло, пластик нужно компостировать.

Кроме собственно сырья, в производстве пластика используются различные добавки, влияющие на его свойства.

Например:

катализаторы — ускоряют реакцию полимеризации;

красители;

наполнители — позволяют использовать меньше сырья, не снижая качество материала;

пластификаторы — делают пластик более гибким;

стабилизаторы — повышают устойчивость пластика к внешним факторам.

Как производится
пластик

Итак, чаще всего пластик изготавливается из углеводородов.
Как это происходит?

Алгоритм производства пластика из нефтепродуктов упрощенно можно представить так:

Закупка сырья — сырой нефти и (или) природного газа.
Очистка сырья и фракционная перегонка. На этом шаге сырье избавляют от ненужных примесей и разделяют на фракции. В результате получают мономеры, которые будут использованы в дальнейшем.
Полимеризация. Проводится реакция, в ходе которой мономеры превращаются в полимеры. Она может быть конденсационной или аддитивной. В первом случае при образовании полимера выделяется побочный продукт — например вода, во втором этого не происходит.
Финальная обработка. На этом шаге полимеры смешивают с необходимыми добавками, а затем отливают в гранулы.

Следующий шаг — производство собственно пластиковых изделий.

Для этого, как правило, используются несколько технологий:

Расплавленный материал под давлением впрыскивается в пресс-форму и застывает — сначала по краям, затем в центре. В основном используется для производства изделий из термопластов.
Прессование. Гранулы пластика загружают в пресс-форму, затем при нагревании и под давлением он принимает нужный вид. Так изготавливают типовые изделия.
Экструзия. Здесь расплавленный материал выдавливается сквозь формующую головку. Этот способ применяют для изготовления изделий неограниченной длины — например пленок.
Каландрование. Как и экструзия, оно используется для производства длинных плоских изделий.

Но, в отличие от этого метода, каландрование подразумевает, что лист пластика формируется между двумя валками, а затем пропускается через другую пару валков, которые придают материалу необходимую толщину.
3D-печать. Материал загружается в 3D-принтер, которые формирует изделие на основании заданной трехмерной модели.

Эта технология распространилась относительно недавно. Как правило, ее используют для производства изделий маленьким тиражом или прототипирования.

Виды пластика

Критериев классификации пластика множество — это и химический состав, и сферы применения, и жесткость либо мягкость материала.

Одна из наиболее распространенных классификаций учитывает реакцию пластика на нагревание. Это напрямую влияет на сферы его применения.

По этой классификации пластики делятся на 3 вида:

термопласты

реактопласты

эластомеры

При нагревании термопласты становятся жидкими или мягкими — тогда им можно придать желаемую форму, — а затем застывают.

Это происходит благодаря слабым связям между молекулами: они легко разрываются при воздействии высоких температур и быстро восстанавливаются при охлаждении.

Термопласты можно нагревать и охлаждать неоднократно, каждый раз придавая им новую форму. Поэтому такие пластики хорошо подходят для вторичного использования и переработки.

В отличие от термопластов, реактопластам можно придать нужную форму только один раз — при первоначальном производстве.

Дело в том, что при застывании связи между молекулами становятся очень прочными, и ослабить их нагреванием уже не получится.

А при воздействии слишком высоких температур эти связи просто разрушатся, и материал уже нельзя будет использовать. Поэтому реактопласты перерабатываются хуже термопластов, но и встречаются реже.

Последняя категория
в классификации — эластомеры.

Это эластичные пластики, которые после сильного растяжения возвращаются к прежней форме. К таким пластикам относятся, например, каучук и полиуретан, из которых делают автомобильные шины, клеи, шланги и многое другое. Такие материалы хорошо подходят для переработки и повторного использования.

Что делают из пластика
разных видов

Вид	Пластики	Что производят
Термопласты	Полиэтилен	Упаковка, разные виды пленки, трубы, мебель
	Полистирол	Стройматериалы, медицинские изделия, пищевые контейнеры, чемоданы, мебель
	Поливинилхлорид	Стройматериалы, искусственная кожа, трубы, вывески
	Полиамид	Синтетические ткани, канаты, детали автомобилей, упаковочная пленка
Реактопласты	Фенопласты	Детали кораблей, палубные настилы, мебель, осветительные приборы
	Эпоксипласты	Детали автомобилей, клей или герметик
	Эфиропласты	Мебель, ткани, электроизоляционные материалы
Эластомеры	Каучук	Автомобильные шины, шланги, перчатки, резиновые сапоги, медицинские изделия
	Полиуретан	Краски, трубы, защитные пленки, аксессуары и детали для автомобилей, клей и герметик

Где используется
пластик

Правильный ответ — везде. Ну или почти везде.

Во всяком случае, в повседневной жизни мы сталкиваемся с изделиями из пластика каждый день.

Это и корпус смартфона, и окна, и контейнеры для еды. Есть и менее очевидные, но не менее важные области применения пластика.

Строительство

Из пластика часто делают стройматериалы: например, из поливинилхлорида изготавливают линолеум, оконные профили и трубы, из эпоксипластов — клей, из полистирола — фасадные панели. Пластик встречается в составе цементных смесей и изоляционных материалов.

Сельское хозяйство

Ведра, лейки, баки, ящики и другие емкости — все это делается из пластика. Полиэтиленовыми пленками растения защищают от осадков, а поликарбонат используют при строительстве теплиц.

Производство
транспортных средств

Из пластика изготавливают детали двигателей автомобилей и самолетов, осветительные приборы, а также элементы внутренней отделки. Это позволяет снизить вес транспорта, а значит, и расходы топлива. Так, снижение веса на 10% позволяет тратить на 7-8% топлива меньше.

Медицина

В этой сфере пластик используется на каждом шагу. Из него делают перчатки и бахилы, упаковки для лекарств, шприцы, маски. Пластиковые элементы есть в тонометрах, слуховых аппаратах и других приборах, а также в протезах.

Подведем итоги

Итак, пластик — это универсальный материал, его можно использовать в самых разных областях.

Он легче и дешевле аналогов, а в некоторых случаях даже экологичнее — например, автомобиль, в котором много пластиковых деталей, расходует меньше топлива и не так сильно загрязняет окружающую среду.

Однако, поскольку пластик долго разлагается и может по-разному реагировать на воздействие внешних факторов — например температуры, — стоит внимательно относиться к его переработке и вторичному использованию.