Historia i przyszłość tworzyw sztucznych
Czym są tworzywa sztuczne i skąd się biorą?
Plastik to słowo, które pierwotnie oznaczało „giętki i łatwy w kształtowaniu”. Dopiero niedawno stała się nazwą dla kategorii materiałów zwanych polimerami. Słowo polimer oznacza „z wielu części”, a polimery składają się z długich łańcuchów cząsteczek. Polimery występują w przyrodzie. Celuloza, materiał tworzący ściany komórkowe roślin, jest bardzo powszechnym naturalnym polimerem.
W ciągu ostatniego półtora wieku ludzie nauczyli się, jak wytwarzać syntetyczne polimery, czasem przy użyciu naturalnych substancji, takich jak celuloza, ale częściej z wykorzystaniem dużej ilości atomów węgla dostarczanych przez ropę naftową i inne paliwa kopalne. Polimery syntetyczne składają się z długich łańcuchów atomów, ułożonych w powtarzające się jednostki, często znacznie dłuższe niż te występujące w naturze. To długość tych łańcuchów i wzory, w jakie są ułożone, sprawiają, że polimery są mocne, lekkie i elastyczne. Innymi słowy, to sprawia, że są tak plastyczne.
Te właściwości sprawiają, że syntetyczne polimery są wyjątkowo przydatne, a odkąd nauczyliśmy się je tworzyć i manipulować nimi, polimery stały się istotną częścią naszego życia. Zwłaszcza w ciągu ostatnich 50 lat tworzywa sztuczne nasyciły nasz świat i zmieniły sposób, w jaki żyjemy.
Pierwsze tworzywo sztuczne
Pierwszy syntetyczny polimer został wynaleziony w 1869 roku przez Johna Wesleya Hyatta, zainspirowana ofertą firmy z Nowego Jorku w wysokości 10 000 dolarów dla każdego, kto mógłby zastąpić kość słoniową. Rosnąca popularność gry w bilard nadwerężyła zasoby naturalnej kości słoniowej, pozyskiwanej z rzezi dzikich słoni. Dzięki obróbce kamforą celulozy pochodzącej z włókna bawełnianego Hyatt odkrył plastik, który można wytwarzać w różnych kształtach i naśladować naturalne substancje, takie jak skorupa żółwia, róg, len i kość słoniowa.
To odkrycie był rewolucyjny. Po raz pierwszy ludzka produkcja nie była ograniczona granicami natury. Natura dostarczyła tylko tyle drewna, metalu, kamienia, kości, kieł i rogu. Ale teraz ludzie mogą tworzyć nowe materiały. Rozwój ten pomógł nie tylko ludziom, ale także środowisku. W reklamach chwalono celuloid jako zbawcę słonia i żółwia. Tworzywa sztuczne mogą chronić świat przyrody przed niszczycielskimi siłami ludzkich potrzeb.
Stworzenie nowych materiałów pomogło także uwolnić ludzi od społecznych i ekonomicznych ograniczeń wynikających z niedoboru zasobów naturalnych. Niedrogi celuloid sprawił, że bogactwo materiałów było bardziej rozpowszechnione i dostępne. A rewolucja tworzyw sztucznych dopiero się zaczynała.
Rozwój nowych tworzyw sztucznych
W 1907 roku Leo Baekeland wynalazł bakelit, pierwsze w pełni syntetyczne tworzywo sztuczne, co oznacza, że nie zawiera ono żadnych molekuł występujących w naturze. Baekeland szukał syntetycznego substytutu szelaku, naturalnego izolatora elektrycznego, aby sprostać potrzebom szybko elektryzujących się Stanów Zjednoczonych. Bakelit był nie tylko dobrym izolatorem; był również trwały, odporny na ciepło i, w przeciwieństwie do celuloidu, idealnie nadawał się do mechanicznej produkcji masowej. Wprowadzany na rynek jako „materiał tysiąca zastosowań” bakelit można kształtować lub formować w prawie wszystko, co zapewnia nieskończone możliwości.
Sukcesy firm Hyatt i Baekeland skłoniły duże firmy chemiczne do inwestowania w badania i rozwój nowych polimerów. , a nowe tworzywa wkrótce dołączyły do celuloidu i bakelitu. Podczas gdy Hyatt i Baekeland poszukiwali materiałów o określonych właściwościach, nowe programy badawcze szukały nowych tworzyw sztucznych dla ich własnego dobra i martwili się, że później znajdą dla nich zastosowania.
Tworzywa sztuczne dojrzewają
II wojna światowa wymagała ogromnej ekspansji przemysłu tworzyw sztucznych w Stanach Zjednoczonych, ponieważ potęga przemysłu okazała się równie ważna dla zwycięstwa, jak sukces militarny. Potrzeba ochrony skąpych zasobów naturalnych spowodowała, że produkcja syntetyczne alternatywy priorytetem. Tworzywa sztuczne zapewniły te substytuty. Nylon, wynaleziony przez Wallacea Carothersa w 1935 roku jako syntetyczny jedwab, był używany podczas wojny do produkcji spadochronów, lin, kamizelek kuloodpornych, wkładek do hełmów i m. kruszec. Pleksiglas stanowił alternatywę dla szkła w oknach samolotów. W artykule magazynu Time zauważono, że z powodu wojny „tworzywa sztuczne znalazły nowe zastosowania, a ich zdolność adaptacji została ponownie wykazana”. Podczas II wojny światowej produkcja tworzyw sztucznych w Stanach Zjednoczonych wzrosła o 300%.
Wzrost produkcji plastiku trwał nadal po zakończeniu wojny. Po doświadczeniu wielkiego kryzysu, a następnie drugiej wojny światowej, Amerykanie byli gotowi ponownie wydać , a wiele z tego, co kupili, było wykonanych z plastiku. Według autorki Susan Freinkel: „Na rynku produkt po produkcie, rynek po rynku, tworzywa sztuczne rzuciły wyzwanie tradycyjnym materiałom i wygrały, zajmując miejsce stali w samochodach, papieru i szkła w opakowaniach oraz drewno w meblach.„Możliwości tworzyw sztucznych dały niektórym obserwatorom niemal utopijną wizję przyszłości z obfitym bogactwem materialnym dzięki niedrogiej, bezpiecznej i higienicznej substancji, którą ludzie mogliby kształtować na każdą zachciankę.
Rosnące obawy o tworzywa
Nieskazitelny optymizm dotyczący tworzyw sztucznych nie trwał długo. W latach powojennych nastąpiła zmiana w postrzeganiu przez Amerykanów tworzyw sztucznych, które nie były już postrzegane jako jednoznacznie pozytywne. Plastikowe śmieci w oceanach zostały po raz pierwszy zaobserwowane w latach 60. XX wieku, dekadzie, w której Amerykanie stawali się coraz bardziej świadomi problemów środowiskowych. Książka Rachel Carson z 1962 r., Silent Spring, ujawniła zagrożenia związane z pestycydami chemicznymi. W 1969 roku u wybrzeży Kalifornii doszło do poważnego wycieku ropy, a zanieczyszczona rzeka Cuyahoga w Ohio zapaliła się, co wzbudziło obawy o zanieczyszczenie. Wraz z rozpowszechnianiem się świadomości na temat kwestii środowiskowych, trwałość plastikowych odpadów zaczęła niepokoić obserwatorów.
Plastik również stopniowo stał się słowem używanym do opisywania tego, co było tanie, słabe lub fałszywe. W jednym z najlepszych filmów 1968 roku „Absolwent” postać Dustina Hoffmana została nakłoniona przez starszego znajomego do zrobienia kariery w branży tworzyw sztucznych. Widzowie wzdrygnęli się wraz z Hoffmanem, widząc to, co postrzegali jako nieuzasadniony entuzjazm dla branży, która zamiast być pełna możliwości, była symbolem taniego konformizmu i powierzchowności.
Problemy z plastikiem: odpady i zdrowie
Reputacja plastiku spadła jeszcze bardziej w latach 70-tych i 80-tych, gdy zwiększył się niepokój związany z odpadami. Plastik stał się szczególnym celem, ponieważ podczas gdy tak wiele plastikowych produktów jest jednorazowego użytku, plastik pozostaje na zawsze w środowisku. Rozwiązaniem dla przemysłu tworzyw sztucznych był recykling. W latach 80-tych przemysł tworzyw sztucznych przewodził wpływowym inicjatywom zachęcającym gminy do zbierania i przetwarzania materiałów nadających się do recyklingu w ramach ich systemów gospodarki odpadami. Jednak recykling jest daleki od doskonałości, a większość tworzyw sztucznych nadal trafia na wysypiska lub do środowiska. Plastikowe torby ze sklepów spożywczych stały się celem dla aktywistów, którzy chcą zakazać jednorazowych, jednorazowych plastików, a kilka amerykańskich miast wprowadziło już zakazy dotyczące toreb. Ostatecznym symbolem problemu odpadów z tworzyw sztucznych jest Wielka Pacyficzna Plama Śmieci, którą często opisywano jako wir plastikowych śmieci wielkości Teksasu pływających na Oceanie Spokojnym.
Reputacja tworzyw sztucznych ucierpiała ponadto dzięki rosnącemu zaniepokojeniu potencjalnym zagrożeniem, jakie stanowią dla zdrowia ludzkiego. Obawy te koncentrują się na dodatkach (takich jak szeroko omawiany bisfenol A i klasa chemikaliów zwanych ftalanami), które trafiają do tworzyw sztucznych podczas procesu produkcyjnego, czyniąc je bardziej elastycznymi, trwałymi i przezroczystymi. Niektórzy naukowcy i członkowie społeczeństwa są zaniepokojeni dowodami na to, że te chemikalia wyciekają z tworzyw sztucznych do naszej żywności, wody i ciał. W bardzo dużych dawkach te chemikalia mogą zakłócać układ hormonalny (lub hormonalny). Naukowcy martwią się w szczególności wpływem tych chemikaliów na dzieci i tym, co ciągła ich akumulacja oznacza dla przyszłych pokoleń.
Przyszłość tworzyw sztucznych
Pomimo rosnącej nieufności, tworzywa sztuczne mają kluczowe znaczenie dla współczesnego życia. Tworzywa sztuczne umożliwiły rozwój komputerów, telefonów komórkowych i większości ratujących życie postępów współczesnej medycyny. Lekkie i dobre do izolacji, tworzywa sztuczne pomagają oszczędzać paliwa kopalne używane w ogrzewaniu i transporcie. Być może najważniejsze jest to, że niedrogie tworzywa sztuczne podniosły standard życia i ułatwiły dostęp do obfitości materiałów. Bez tworzyw sztucznych wiele rzeczy, które uważamy za oczywiste, może być nieosiągalnych dla wszystkich oprócz najbogatszych Amerykanów. Zastąpienie naturalnych materiałów plastikiem sprawiło, że wiele naszych rzeczy jest tańszych, lżejszych, bezpieczniejszych i mocniejszych.
Ponieważ jest oczywiste, że tworzywa sztuczne zajmują cenne miejsce w naszym życiu, niektórzy naukowcy próbują uczynić je bezpieczniejszymi i nie tylko zrównoważony. Niektórzy innowatorzy opracowują biotworzywa, które są wytwarzane z roślin roślinnych zamiast z paliw kopalnych, aby tworzyć substancje bardziej przyjazne dla środowiska niż konwencjonalne tworzywa sztuczne. Inni pracują nad stworzeniem tworzyw sztucznych, które są naprawdę biodegradowalne. Niektórzy innowatorzy szukają sposobów na zwiększenie efektywności recyklingu i mają nawet nadzieję na udoskonalenie procesu, który przekształca tworzywa sztuczne z powrotem w paliwa kopalne, z których zostały one uzyskane. Wszyscy ci innowatorzy zdają sobie sprawę, że tworzywa sztuczne nie są doskonałe, ale są ważną i niezbędną częścią naszej przyszłości.
Joseph L. Nicholson i George R. Leighton, „Plastics Come of Age”, Harpers Magazine, Sierpień 1942, s. 306.
Susan Freinkel, Plastics: A Toxic Love Story (Nowy Jork: Henry Holt, 2011), s. 4.