Fin dai suoi inizi durante e dopo la seconda guerra mondiale, l'industria commerciale dei polimeri – molecole sintetiche a catena lunga di cui “plastica” è un termine improprio comune – è cresciuta rapidamente. Nel 2015, oltre 320 milioni di tonnellate di polimeri, escluse le fibre, sono stati prodotti in tutto il mondo.

Fino agli ultimi cinque anni, I progettisti di prodotti polimerici in genere non hanno considerato cosa accadrà dopo la fine del ciclo di vita iniziale del loro prodotto. Questo sta cominciando a cambiare, e questo problema richiederà una maggiore attenzione negli anni a venire.

L'industria delle materie plastiche

"Plastica" è diventato un modo un po' fuorviante per descrivere i polimeri. Tipicamente derivato dal petrolio o dal gas naturale, queste sono molecole a catena lunga con centinaia o migliaia di maglie in ciascuna catena. Lunghe catene veicolano importanti proprietà fisiche, come forza e tenacia, che le molecole corte semplicemente non possono eguagliare.

"Plastica" è in realtà una forma abbreviata di "termoplastico, "un termine che descrive i materiali polimerici che possono essere modellati e rimodellati utilizzando il calore.

La moderna industria dei polimeri è stata effettivamente creata da Wallace Carothers alla DuPont negli anni '30. Il suo minuzioso lavoro sulle poliammidi ha portato alla commercializzazione del nylon, poiché una carenza di seta in tempo di guerra ha costretto le donne a cercare altrove le calze.

Quando altri materiali divennero scarsi durante la seconda guerra mondiale, i ricercatori hanno cercato polimeri sintetici per colmare le lacune. Per esempio, la fornitura di gomma naturale per pneumatici per veicoli è stata interrotta dalla conquista giapponese del sud-est asiatico, portando a un polimero sintetico equivalente.

Le scoperte in chimica guidate dalla curiosità hanno portato a un ulteriore sviluppo di polimeri sintetici, compreso l'ormai ampiamente utilizzato polipropilene e polietilene ad alta densità. Alcuni polimeri, come il teflon, ci siamo imbattuti per caso.

Infine, la combinazione di necessità, i progressi scientifici e la serendipità hanno portato alla suite completa di polimeri che ora puoi facilmente riconoscere come "plastica". Questi polimeri furono rapidamente commercializzati, grazie al desiderio di ridurre il peso dei prodotti e di fornire alternative economiche ai materiali naturali come la cellulosa o il cotone.

Tipi di plastica

La produzione di polimeri sintetici a livello globale è dominata dalle poliolefine – polietilene e polipropilene.

Il polietilene è di due tipi:"ad alta densità" e "a bassa densità". Sulla scala molecolare, il polietilene ad alta densità si presenta come un pettine con spaziatura regolare, denti corti. La versione a bassa densità, d'altra parte, sembra un pettine con denti irregolarmente distanziati di lunghezza casuale, un po' come un fiume e i suoi affluenti se visti dall'alto. Sebbene siano entrambi in polietilene, le differenze di forma fanno sì che questi materiali si comportino diversamente quando stampati in film o altri prodotti.

Le poliolefine sono dominanti per alcuni motivi. Primo, possono essere prodotti utilizzando gas naturale relativamente economico. Secondo, sono i polimeri sintetici più leggeri prodotti su larga scala; la loro densità è così bassa che galleggiano. Terzo, le poliolefine resistono ai danni causati dall'acqua, aria, Grasso, solventi per la pulizia:tutte cose che questi polimeri potrebbero incontrare durante l'uso. Finalmente, sono facili da modellare in prodotti, mentre abbastanza robusto che l'imballaggio realizzato con loro non si deformerà in un camion delle consegne seduto al sole tutto il giorno.

Però, questi materiali hanno seri svantaggi. Si degradano dolorosamente lentamente, il che significa che le poliolefine sopravviveranno nell'ambiente per decenni o secoli. Nel frattempo, l'azione delle onde e del vento le abrade meccanicamente, creando microparticelle che possono essere ingerite da pesci e animali, risalendo la catena alimentare verso di noi.

Il riciclaggio delle poliolefine non è così semplice come si vorrebbe a causa di problemi di raccolta e pulizia. L'ossigeno e il calore causano danni alla catena durante il ritrattamento, mentre il cibo e altri materiali contaminano la poliolefina. I continui progressi nella chimica hanno creato nuovi gradi di poliolefine con maggiore resistenza e durata, ma questi non possono sempre mescolarsi con altri gradi durante il riciclaggio. Cosa c'è di più, le poliolefine sono spesso combinate con altri materiali in imballaggi multistrato; mentre questi costrutti multistrato funzionano bene, sono impossibili da riciclare.

I polimeri sono talvolta criticati per essere prodotti da petrolio e gas naturale sempre più scarsi. Però, la frazione di gas naturale o petrolio utilizzata per produrre polimeri è molto bassa; meno del 5% del petrolio o del gas naturale prodotto ogni anno viene impiegato per generare plastica. Ulteriore, l'etilene può essere prodotto dall'etanolo della canna da zucchero, come viene fatto commercialmente da Braskem in Brasile.

Come si usa la plastica

A seconda della regione, l'imballaggio consuma dal 35 al 45 percento del polimero sintetico prodotto in totale, dove dominano le poliolefine. Polietilene tereftalato, un poliestere, domina il mercato delle bottiglie per bevande e delle fibre tessili.

L'edilizia e le costruzioni consumano un altro 20 percento del totale dei polimeri prodotti, dove dominano i tubi in PVC e i suoi cugini chimici. I tubi in PVC sono leggeri, può essere incollato anziché saldato o saldato, e resistere notevolmente agli effetti dannosi del cloro nell'acqua. Sfortunatamente, gli atomi di cloro che conferiscono al PVC questo vantaggio lo rendono molto difficile da riciclare – la maggior parte viene scartata a fine vita.

poliuretani, un'intera famiglia di polimeri correlati, sono ampiamente utilizzati nell'isolamento in schiuma per case ed elettrodomestici, così come nei rivestimenti architettonici.

Il settore automobilistico utilizza quantità crescenti di termoplastici, principalmente per ridurre il peso e quindi raggiungere maggiori standard di efficienza del carburante. L'Unione Europea stima che il 16% del peso di un'automobile media sia costituito da componenti in plastica, in particolare per parti e componenti interni.

Oltre 70 milioni di tonnellate di termoplastiche all'anno vengono utilizzate nei tessili, principalmente abbigliamento e moquette. Oltre il 90% delle fibre sintetiche, in gran parte polietilene tereftalato, sono prodotti in Asia. La crescita dell'uso di fibre sintetiche nell'abbigliamento è andata a scapito di fibre naturali come cotone e lana, che richiedono la produzione di notevoli quantità di terreno agricolo. L'industria delle fibre sintetiche ha visto una crescita drammatica per l'abbigliamento e la moquette, grazie all'interesse per proprietà speciali come stretch, assorbimento dell'umidità e traspirabilità.

Come nel caso dell'imballaggio, i tessuti non sono comunemente riciclati. Il cittadino medio degli Stati Uniti genera oltre 90 libbre di rifiuti tessili ogni anno. Secondo Greenpeace, la persona media nel 2016 ha acquistato il 60 percento in più di capi di abbigliamento ogni anno rispetto a una persona media 15 anni prima, e mantiene i vestiti per un periodo di tempo più breve.

Questo articolo è stato originariamente pubblicato su The Conversation. Leggi l'articolo originale.