Plast och polymerer

 

Om vi skulle kunna ta vara på all den energi som kommer från solen under en och en halv timme skulle det räcka för att täcka hela mänsklighetens energibehov för ett helt år. Därför är utvecklingen av effektiva solceller viktig. Efter många år av forskning kommer nu solceller som tillverkas av plast som leder ström och som kan absorbera solljus. Fördelen är att de är mycket tunna, genomskinliga, mjuka och böjliga, samt billiga att tillverka. Efter en månads användning har en solcell i plast levererat mer energi än vad som gick åt för att tillverka den. Motsvarande tid för kiselbaserade solceller är minst ett år eftersom det krävs mycket energi både för att utvinna kisel och för att tillverka solcellerna. Solceller i plast är mjuka och kan byggas in i tyg så att vi skulle kunna ladda mobiltelefonen med våra kläder.

Plaster är formbara

Plaster är material som består av långa polymerer och som kan formas till produkter. När plast tillverkas är den först flytande och stelnar sedan. Polymererna i plast är mycket långa molekyler. De är uppbyggda av små, mindre, enheter som kallas monomerer. Ordet "poly" är grekiska och betyder "många". Så ordet polymer betyder alltså många mindre enheter. De flesta plaster består av organiska molekyler. Det är ämnen som i huvudsak är uppbyggda med kol och väte som grund.

 

De egenskaper som en plast får beror på vilka monomerer som ingår, hur lång polymerkedjan är och vilka tillsatser som använts. I dagsläget finns det omkring 700 olika typer av plaster som kan delas in i 18 olika grupper. Egenskaperna varierar. Plasterna kan vara mjuka eller hårda, styva eller elastiska, elektriskt ledande eller isolerande. De kan vara genomskinliga eller ogenomskinliga och de är ofta färgade. De har oftast låg vikt, god isoleringsförmåga för värme och är relativt billiga i förhållande till många andra material. Plast är därför inte ett enda material utan en stor grupp av material med vitt skilda egenskaper. Det gör att plasterna kan används inom många olika områden. Det kan vara allt från enkla vardagsvaror till avancerade högteknologiska produkter.

Plast kan ersätta många andra material

Det som skiljer plasterna från andra material är att de består av långa polymerer och är lätta att forma. Eftersom polymererna kan byggas upp på olika sätt går det att tillverka ett material som är specialanpassat för en viss produkt. Ska plasten bli en stekspade som används i kontakt med livsmedel under höga temperaturer tillverkas den på ett speciellt sätt med vissa monomerer och tillsatser. Behöver vi istället plast som är genomskinlig och slagtålig väljer vi andra monomerer, tillsatser och bearbetningsmetoder.

 

Eftersom plast är enkelt att anpassa efter behov har många andra material såsom metall, trä, papper, keramik och glas delvis ersatts av olika plaster. På vissa områden är till och med plast det enda material som går att använda. Ett par exempel är blodpåsar och engångshandskar inom sjukvården och kretskort och kabelisolering inom elektroniken.

Många plaster bryts ner väldigt långsamt. Det kan ge upphov till miljöproblem om de hamnar i naturen. Djur kan därför både fastna i plastskräp och få i sig både stora och små bitar. Samtidigt går det ofta åt mindre energi för att tillverka plast jämfört med annat material, vilket bidrar till minskad miljöpåverkan. I en så kallad livscykelanalys analyseras olika produkter från flera olika perspektiv och under hela produktens livslängd.

Plast har många användningsområden

Runt 40 % av den plast som tillverkas används till förpackningar. Det näst största användningsområdet för plast är inom byggsektorn. Omkring 20 % av plasten används här i produkter som exempelvis golv, isolering, vatten- och avloppsrör, kablar och fönsterprofiler. En modern bil innehåller mer än 1000 plastdelar. Halva bilens volym är faktiskt plast. Inom elektroniken används plasterna i allt från enkla kablar och hushållsapparater till mobiltelefoner. Plasternas förmåga att isolera elektrisk ström gör dem idealiska inom elektronik. Inom jordbruket används plastfilmer till att täcka över jorden och grödorna.

Plaster kan tillverkas från fossila eller förnybara råvaror

Plast är ett relativt nytt material. De första plasterna tillverkades under andra halvan av 1800-talet. Då användes bio-polymerer som startmaterial. Med bio-polymerer menas polymerer som finns i naturen, till exempel cellulosa.

Sedan har utvecklingen av nya plaster fortsatt. På 1950-talet började användningen öka i snabbare takt. De flesta plaster tillverkas idag av fossila råvaror som råolja eller naturgas. De kan också tillverkas av bio-baserade råvaror. Efterfrågan på bio-baserade plaster ökar stadigt. Det gör också användningen av återvunnen plast. I Sverige finns forskning kring möjligheter att tillverka plast från skogs- och jordbruksavfall.

Plaster delas upp i termoplaster och härdplaster

Plasterna delas upp i två huvudgrupper, termoplaster och härdplaster. Termoplaster mjuknar och smälter vid uppvärmning och kan formas om. Härdplaster kan inte smältas och formas om.

 

I härdplasterna är polymerkedjorna tvärbundna med starka kovalenta bindningar. Tvärbindningarna gör att polymerkedjorna inte kan röra sig så mycket. Fördelen med härdplasterna är att de kan användas vid höga temperaturer utan att egenskaperna ändras. Nackdelarna är att de är svåra att återvinna, eftersom de inte kan smältas. Det är också svårare och tar längre tid att tillverka produkter av härdplast. En härdplast tillverkas genom att flera ämnen blandas och sedan får härda. Under härdningen bildas tvärbindningarna.

Termoplasterna har endast svaga bindningar mellan polymerkedjorna. Om vi värmer en termoplast bryts de svaga bindningarna och polymerkedjorna kan röra sig fritt. Då mjuknar plasten och om temperaturen är tillräckligt hög smälter den. När termoplasten svalnar formas de svaga bindningarna igen. Termoplasterna kan återvinnas många gånger och tillverkningen av produkter går snabbt.

 

Även om det finns många olika plastsorter så är det sex plaster som står för 80 % av plastanvändningen inom EU. Det är polyeten (PE), polypropen (PP), polyvinylklorid (PVC), polyuretan (PUR), polyetentereftalat (PET) och polystyren (PS). Vi kallar dessa volymplaster.

 

Bland de övriga 20 % finns plaster som klarar höga temperaturer eller är starkare än stål, det finns också plaster som är elektriskt ledande eller vattenlösliga. Polytetrafluoroeten (PTFE) är en plast som vi brukar kalla teflon. Den tål mycket hög värme och är väldigt hal. Det är därför den används som beläggning i stekpannor.

 

Plaster innehåller ofta olika tillsatser

 

Polymerisation kallas den kemiska process då monomererna reagerar med varandra och bildar långa kedjor. Under polymerisationen används tryck, värme och katalysatorer för att öka hastigheten. Plasternas egenskaper kan sedan skräddarsys med hjälp av olika tillsatser. Det kan vara flamskyddsmedel, fyllnadsmedel, tillsatser som minskar statisk elektricitet hos plasten, tillsatser som gör plasten mindre spröd, smörjmedel, mjukgörare, och stabilisatorer som motverkar att plasten bryts ner av värme eller solljus. Det går också att tillverka så kallade kompositer. En komposit består av flera olika material. Plasten kan till exempel göras starkare genom att lägga till fibrer av glas, kol eller andra starka material.

Gummi är elastiskt

Gummi består också av polymerer och räknas därför till de polymera materialen. Precis som för härdplasterna är gummimaterialen tvärbundna, men antalet tvärbindningar är mycket färre. Det gör att gummimaterialen är elastiska. De kan töjas men återgår till sin ursprungliga form. Ett gummiband är ett bra exempel på denna egenskap. Gummimaterialen kan vara olika mycket elastiska. Här kallas tvärbindningsprocessen för vulkanisering eller vulkning.

 

Nedbrytning av plast

Nedbrytning av plast innebär att de långa polymererna blir kortare och kortare. Vi säger att plasten åldras. Den kan bli spröd eller tappa form och färg. Nedbrytningen går snabbare av värme, syrgas, ljus eller kemikalier. Olika plaster är olika känsliga.

Oftast är dessa förändringar oönskade och kan leda till att produkten går sönder. Därför tillsätts stabilisatorer och antioxidanter för att förhindra eller fördröja nedbrytningen för att få långlivade och återvinningsbara produkter.

I andra fall är nedbrytningen önskvärd. Exempel på det är biologiskt nedbrytbara kompostpåsar eller odlingsfilm. Inom läkemedelsindustrin används möjligheten att formge plaster i läkemedelskapslar som ska brytas ner och utsöndra läkemedlet där det ger störst effekt.

Återvinning

Använda plastprodukter kan återanvändas eller återvinnas. Återvinningen delas upp i materialåtervinning och energiutvinning. Materialåtervinning innebär att gamla trasiga  plastprodukter används för att tillverka nya produkter.

Idag är den vanligaste tekniken för materialåtervinning att plastavfallet sorteras och mals ned till små bitar. Dessa bitar används sedan för att tillverka nya produkter. Detta kallas för mekanisk återvinning.

Eftersom alla plastprodukter inte kan återvinnas mekaniskt utvecklas ny teknik som kallas för termo-kemisk återvinning eller råvaruåtervinning. Här bryts plasten ner till sina ursprungliga råvaror. Vissa plaster bryts ner till sina monomerer medan andra plaster görs om till andra molekyler. Dessa råvaror kan sedan användas för nytillverkning av plast. Den främsta fördelen med råvaruåtervinning är att alla plaster kan återvinnas, även om de har börjat brytas ner eller är förorenade.

Vid energiutvinning används plasterna som bränsle för produktion av elektricitet och värme.

I Sverige återvinns nästan allt plastavfall. Ungefär hälften materialåtervinns och resten blir till energi och värme.

Marin nedskräpning

 

Något som uppmärksammats mycket är den plast som hamnar i haven. Forskarna har uppskattat att mellan 5–13 miljoner ton plast hamnar i haven varje år på grund av dålig avfallshantering. Det motsvarar 3 % av den plast som används globalt. Här kan vi hjälpas åt genom att inte skräpa ner. Genom att lämna alla plastförpackningar till återvinning kan vi också minska klimatpåverkan.

Quiz - Plast och polymerer

Vid denna process bildas tvärbindningar mellan plastens polymerkedjor.

Detta ämne har rörliga polymerkedjor och kan formas och återvinnas många gånger.

Kallas processen när återvunnen plast bryts ner till sina ursprungliga råvaror.

Detta ämne kan inte smältas eftersom polymerkedjorna tvärbundna.

Kallas processen som skapar tvärbindningar och gör gummi mindre elastiskt.

Kallas återvinningsprocessen när plastavfallet sorteras och mals ned till små bitar som sedan används till nya produkter.

Tillsäts i plast för att förhindra eller fördröja nedbrytningen och på så sätt få långlivade och återvinningsbara produkter.

Kallas de ämnen som i huvudsak är uppbyggda av kol och väte.

Kallas den kemiska processen då monomererna reagerar med varandra och bildar långa kedjor.

Kallas processen när plast eldas upp för att utvinna elektricitet och värme.

Upgifter - Plast och polymerer

Förklara och beskriv
  1. Vad består plaster av?

  2. Beskriv hur en polymer är uppbyggd.

  3. Förklara skillnaden mellan en polymer och en monomer.

  4. Vad är ett organiskt material?

  5. Vad bestämmer vilka egenskaper en plast får?

  6. Ge exempel på vilka olika egenskaper plaster kan ha.

  7. Hur kommer det sig att plast kan ha så många olika egenskaper?

  8. Hur påverkas vår miljö och klimat av plastanvändning?

  9. Vad är en livscykelanalys?

  10. Vilka användningsområden har plast? 

  11. Plast används inom byggsektorn. Till vad?

  12. Vad är en bio-polymer?

  13. Vad innebär “fossil råvara”?

  14. Förklara skillnaden mellan termoplast och härdplast.

  15. Vad är en kovalent bindning?

  16. Härdplasternas polymerkedjor är tvärbundna. Vad innebär det?

  17. Varför är härdplaster svåra att återvinna?

  18. Förklara varför termoplaster blir mjuka då de värms upp.

  19. Termoplaster kan återvinnas många gånger. Hur kommer det sig?

  20. Vilka sex plaster används det mest av inom EU?

  21. Vad menas med volymplast?

  22. Vad innebär polymerisation?

  23. Det finns ofta tillsatser i de olika plasterna. Vilken uppgift har dessa?

  24. Vilken funktion har flamskyddsmedel?

  25. Vad är en komposit?

  26. Varför är gummi elastiskt?

  27. Vad innebär vulkanisering?

  28. Vad är det för skillnad mellan plast och gummi?

  29. Vad händer när plast åldras?

  30. Vilken funktion har stabilisatorer och antioxidanter i plaster?

  31. Vad är det för skillnad på återanvändning och återvinning?

  32. Vad menas med materialåtervinning?

  33. Vad menas med energiåtervinning?

  34. Vad innebär mekanisk återvinning?

  35. Vad innebär termo-kemisk återvinning?

  36. Hur mycket av plasten återvinns i Sverige?

  37. Vad innebär marin nedskräpning?

Argumentera och resonera
  1. Diskutera med personen bredvid dig vad som händer i animationen under rubriken “Plaster är formbara”.

  2. Plast räknas inte som ett enda material utan en stor grupp med många olika material. Hur kommer det sig?

  3. Titta dig omkring. På vilka olika sätt används plast där du befinner dig? 

  4. Varför tror du att plast blivit ett så viktigt material?

  5. Plast är både bra och dåligt för miljön. Hur kommer det sig?

  6. Vilka fördelar finns det med att använda termoplast?

  7. Vilka fördelar och nackdelar finns det med att plaster bryts ned?

  8. Jämför materialåtervinning med energiåtervinning. Vilka fördelar och nackdelar finns det med de två metoderna?

  9. På vilket sätt skulle du kunna bidra till att mer plast materialåtervinns?

Ta reda på
  1. Ta reda på vilka initiativ det finns för att få bort plastskräp ur haven. 

  2. 40% av den plast som tillverkas används till förpackningar. Hur många olika plastförpackningar använder du under en dag?

  3. Nästa gång du sätter dig i en bil, titta dig omkring och fundera över vilka detaljer som är tillverkade av plast.

  4. Ta reda på i vilka produkter flamskyddsmedel används.

  5. Ta reda på mer om hur läkemedelskapslar fungerar.

  6. Ta reda på hur stor del av plastsoporna i ditt hushåll som materialåtervinns.