Plasty

Mnoho materiálov, ktoré bežne využívame, je prírodného pôvodu, napríklad drevo, kovy, bavlna, koža a i. Získavame ich z rastlín, zvierat, prípadne ich získavame ťažbou zo zeme. Dnes už je možné nahrádzať ich lacnejšími, synteticky pripravených materiálov, plastov. Vyrábajú sa z látok, ktoré sa nachádzajú predovšetkým v rope ale aj v zemnom plyne a v uhlí. O ich spracovanie sa starajú odvetvia chemického a petrochemického priemyslu. Plasty sú ľahko tvarovateľné, dajú sa z nich vytiahnuť tenké fólie alebo ich použiť na výrobu predmetov bežnej spotreby. Sú najnovšími materiálmi, ktoré sa používajú na obaly a balenia. 

Objavené boli v 19. storočí a väčšina z nich bola využívaná pre armádu. Charles Macintosh v roku 1820 vyrábal vodovzdorné plášte tým, že pokryl tkaninu tenkou vrstvou gumy. Roku 1839 bol objavený proces vulkanizácie, ktorý zlepšil vlastnosti gumy a učinil ju odolnejšou voči teplu i nízkym teplotám. Styrén bol po prvýkrát destilovaný z balsového dreva v roku 1831. Ale pôvodné výrobky boli príliš krehké a ľahko sa rozbili. 
 
Nemci zdokonalili výrobný postup v roku 1933 a v roku 1950 bol k dispozícii penový polystyrén. Izolácie, výplňový materiál, rovnako ako krabice, šálky a podnosy z penového polystyrénu sa stali veľmi populárnymi v potravinárskom priemysle. Vinylchlorid, objavený v roku 1835, zaručil ďalší vývoj gumárenského priemyslu. Tvarované deodorantové stlačiteľné nádobky boli zavedené v roku 1947 a v roku 1958 boli vyvinuté zmrštiteľné fólie zmiešaním polystyrénu so syntetickou gumou. Dnes sú niektoré kontajnery na vodu a oleje vyrobené z polyvinylchloridu, aj keď sú často ekologicky neprijateľné. Iná plastická hmota bola vyvinutá počas civilnej vojny v Amerike.

Vďaka nedostatku slonoviny navrhol jeden americký výrobca biliardových gulí odmenu 10 tis. dolárov tomu, kto navrhne náhradu za slonovinu pre biliardové gule. John Wesley Hyatt, inžinier z New Yorku so svojím bratom niekoľko rokov experimentoval a v roku 1870 si nechal patentovať celuloid. Tento materiál ešte nemohol byť tvarovaný, mohol byť skôr vyrezávaný ako slonovina. Acetát celulózy bol po prvýkrát získaný ako derivát z buničiny v roku 1900 a vyvinutý pre fotografické účely. Aj keď celofán vyrábal DuPont v New Yorku roku 1924, komerčne bol pre balenia využitý až na začiatku roku 1960. Medzitým boli polyetylénové fólie rezervované pre vojenské účely. V roku 1933 chránili fólie z polyetylénu káble v ponorkách a neskôr sa využívali počas druhej svetovej vojny k ochrane radarových káblov a na balenia liekov. Ďalšie celofánové a priehľadné fólie a filmy boli ďalej zušľachtené pre vnútorné obalové účely, ktoré si podržali tvar, keď boli formované.  

Fólie, ktoré boli pôvodne čisté, sa dnes ponúkajú ako sfarbené alebo inak upravené. V roku 1909 oznámil Leo Baekeland svoj objav fenolformaldehydových živíc, ktoré patria do skupiny bakelitov (tvrdené za tepla) a ktoré našli široké využitie vo všetkých oblastiach priemyslu. Polypropylén bol vyvinutý po uvedení polyetylénu G. Natem v Taliansku roku 1954. Nylon bol uvedený na trh DuPontom vďaka chemikovi W. Carothersovi, širšie použitie našiel až od roku 1950, ako väčšina plastických hmôt. Nádoby z polyetyléntereftalátu (PET) sa stali dostupnými behom 80.rokov dvadsiateho storočia a po prvýkrát vstúpili na trh ako balenia nápojov v roku 1977. Od roku 1980 je možné do nich baliť teplé potraviny rovnako ako jamy. Súčasným trendom je použitie plastov, ktoré sú recyklovateľné a môžu sa opätovne použiť. 

Plasty pripravené polykondenzáciou
Týmto postupom sa pripravujú najmä syntetické vlákna ako nylon, silon alebo chemlon. Tieto zlúčeniny nahrádzajú prírodné vlákna ako vlna alebo bavlna.

Polykondenzačná reakcia
Počas reakcie charakteristickej skupiny karboxylovej kyseliny (-COOH) s molekulou alkoholu vzniká molekula esteru a odštiepi sa molekula vody. Viacnásobným odštiepením vody vznikajú makromolekuly s dlhým reťazcom – polyméry. Túto reakciu nazývame polykondenzácia.

Najvýznamnejšie syntetické vlákna
Polyester (PES)
Počas reakcie dikarboxylových s diolmi vznikajú lineárne makromolekuly, tzv. polyester. Spracúvajú sa na vlákna. V 50% zmesi s vlnou vytvárajú nekrčivé látky z ktorých najznámejšia je tesil. Počas reakcie sa strácajú hydrofilné skupiny preto sú polyesterové vlákna hydrofóbne – rýchlo schnú a nenapučiavajú. Taktiež sa nekrčia a udržiavajú si svoj tvar. Napríklad záclony z polyesterových vlákien netreba po praní žehliť ani naťahovať.
Nylon a silon
Prvé pokusy s výrobou vlákien z polyestru boli neúspešné. Prvé výsledky sa dostavili až v roku 1935 keď sa podarilo vyrobiť prvé vlákna z polyestru. V roku 1939 sa už začala výroba vlákna, ktoré sa preslávilo najmä ako materiál na výrobu dámskych pančúch. Nylon sa začal používať namiesto bavlny a hodvábu, keďže bol pevnejší a odolnejší.
Polyamidy
Nylon vzniká polykondenzáciou dikarboxylovej kyseliny a diamínom. Kyselina adipová HOOC-(CH2)4-COOH reaguje s 1,6-hexándiamínom H2N-(CH2)6-NH2. Vzniká lineárna makromolekula tzv. polyamid a odštiepi sa voda. Aj vlákna ako silon a perlon patria medzi polyamidy.
Výroba syntetického vlákna z polyamidov
Polyamidové vlákna sa vyrábajú z hotového plastu zvlákňovaním taveniny. Plast sa ohrieva a taví pri teplote asi 270 °C. Tavenina sa pretláča cez zvlákňovaciu dýzu. Tavenina prechádza cez veľmi tenké otvory a pri styku s dusíkom, ktorý pôsobí ako chladiaca látka začínajú tuhnúť. Rýchlosť tohoto procesu je veľmi vysoká, asi 1000 m za minútu. Vlákna po výstupe z dýzy sa ešte upravujú tzv. predlžovaním. Vlákna sa predĺžia asi na 5-násobok až 8-násobok pôvodnej dĺžky. Molekuly vlákna sa po sebe kĺžu a usporiadajú sa. Takto usporiadané molekuly vytvárajú ďalšie priečne (vodíkové) väzby, ktoré stabilizujú ich usporiadanie. Medzi najväčších výrobcov syntetických vlákien v Slovenskej republike sú závody Slovenský hodváb v Senici, Chemosvit vo Svite a Chemlon v Humennom.

Plasty pripravené polymerizáciou
Fľaše, poháre z ktorých pijeme, taniere z ktorých jeme a bielizeň na ktorej spíme je často pripravená procesom polymerizácie – sú to všetko syntetické látky.
Polymerizácia – je to chemická reakcia, pri ktorej z niekoľko tisíc molekúl s násobnými väzbami vzniká jedna obrovská molekula – makromolekula s jednoduchými väzbami.

1. Polyetylén (PE al. PET – bralén)
Polymerizácia etylénu = eténu
n∙CH2 = CH2 → ⁅ CH2 - CH2 ⁆∙n
etylén → polyetylén
a. nízkotlakový. Vyrába sa polymerizáciou etylénu pri nízkom tlaku za prítomnosti špecifických katalyzátorov. Je mliečnobiely a tvrdý. Vyrábajú sa z neho fľaše, misky, poháre, vedrá a iné prakticky nerozbitné predmety do domácnosti. Taktiež sa používa na výrobu vodoinštalačného materiálu (potrubie)
b. vysokotlakový. Pri polymerizácii etylénu pri tlaku 100 – 200 Mpa vzniká vysokotlakový PE. Je mäkký ľahko sa tvaruje. Vyrábajú sa z neho fólie, používané najmä ako obalový materiál v potravinárskom priemysle (mikrotén).

2. Polyvinylchlorid (PVC – slovinyl)
a. tvrdé (novodur). Vzniká polymerizáciou vinylchloridu, ktorý sa vyrába reakciu etylénu s kyselinou chlórovodíkovou. Výsledný dichlóretylén je zahriaty vyrába sa z neho nehorľavý vinylchlorid. Vinylchlorid je karcinogénna látka. Po polymerizácii vzniká tvrdý PVC, ktorý sa používa najmä na výrobu obalov, tesnení a potrubia.
b. mäkké (novoplast). Na to aby sme zmenili vlastnosť PVC, pridávame pomocou prímesí ako polychlórované bifenyly alebo estery kyseliny ftalovej. Zmäkčovadlá sa ukladajú medzi reťazce molekúl a dajú sa opäť vyplaviť. Zmäkčovadlá sú však jedovaté a tak obalový materiál (igelit), ktorý sa vyrába z novoplastu sa nesmie používať na balenie potravín.

3. Polytetrafluóretylén (PTFE – teflón)
Teflón, jeden z prvých plastov bol vynájdený už v roku 1938 a je obchodnou značkou spoločnosti DuPont v ktorej bol vyrobený. Používa sa na výrobu kabín kozmických lodí, keďže funkčné rozmedzie teplôt, v ktorom sa teflón nemení je −200°C až +300°C. Vrstvou teflónu sa pokrýva aj kuchynský riad ako pekáče a panvice. Teflón zabraňuje prichyteniu lepkavých látok. Využíva sa aj pri povrchovej úprave lyží aby sa zlepšil ich styk so snehom a jazda bola čo najrýchlejšia.

4. Polystyrén (PS – krastén)
Vyrába sa polymerizáciou styrénu. Derivátu etylénu, kde je jeden z vodíkov nahradený benzénovým jadrom. Polystyrén sa používa ako obalový materiál. Pri jeho spaľovaní sa uvoľňuje nepríjemný zápach spôsobený benzénom, ktorý je karcinogénny.

5. Polymetylmetakrylát (PMMA – Plexisklo, Umaplex)
Bol vyrobený v roku 1933 z metylesteru kyseliny metakrylovej. Po zohriatí na teplotu 150°C sa ľahko tvaruje. Predmety z neho sa dajú ľahko opracúvať. Dá sa do nich vŕtať, dajú sa rezať, hobľovať a píliť. Dajú sa veľmi dobre zvárať a lepiť. plexisklo je relatívne odolné voči poškriabaniu a dá sa ľahko vyleštiť. Využíva sa ako náhrada skla a vyrábajú sa z neho zubné protézy.
Plasty ako odpad a škodliviny
S vynálezom plastov sa rozmohol petrochemický a chemický priemysel. Plast je vyrobený z neobnoviteľnej ropy, ktorej známe zásoby sa odhadujú na cca 40 rokov. Väčšina tohoto lepkavého čierneho fosílneho paliva sa používa na výrobu energie, ale dvanásť percent z každého barelu sa premieňa na chemikálie a plasty.
Pri jej doprave uniká ročne do morských a povrchových vôd 3,5 milióna ton ropy. Tankery prepravujúce ropu pri haváriách každoročne zabijú stovky živočíchov a znečistia x km pláží a mora. Takisto aj pri samotnej výrobe plastov vzniká veľké množstvo exhalátov a odpadových látok, často býva znečistená aj voda použitá v procese výroby.

Plasty zaberajú 7 - 9 % (objemom viac) odpadu. Plasty sa dlhodobo biologicky nerozkladajú desiatky až stovky rokov. Pri spaľovaní niektorých druhov unikajú do ovzdušia škodlivé látky (napr. pri spaľovaní PVC).
Obsah škodlivých látok v plastoch je vysoký – keďže plasty obsahujú rôzne zmäkčovadlá, stabilizátory, farbivá s obsahom ťažkých kovov (hlavne kadmium a zinok - pri spaľovaní sa ťažké kovy uvoľňujú do ovzdušia alebo ostávajú v popole), niektoré prísady škodlivých ftalátov (laboratórne výskumy o vplyvoch ftalátov rozpoznali u zvierat poškodenie ľadvín a pečene, výskyt rakovín vrátane rakoviny ľadvín, pečene, monocytovej leukémie, abnormality pohlavných orgánov - Svetová zdravotnícka organizácia ich označila za ešte nebezpečnejšie ako PCB), iné chlór – v PVC (ako plyn je chlór vysoko reaktívna jedovatá látka, rýchlo sa viaže na organické látky a vytvára najrôznejšie, veľmi jedovaté zlúčeniny, medzi nimi aj najjedovatejšie, rakovinotvorné dioxíny).
Dnešný moderný človek, každodenne obklopený plastmi a inými chemikáliami, má v sebe zhruba 50 druhov nebezpečných toxických látok ako rôzne zlúčeniny chlóru, amoniak, bróm, zlúčeniny bifilov a podobne.