Plast

Rozbalit box

Obsah boxu

Plast je souhrnné označení pro širokou škálu syntetických nebo polosyntetických polymerních materiálů. Jejich základní vlastností je, že jsou v určité fázi zpracování tvárné (plastické) a lze je tvarovat do pevných předmětů – odtud pochází i jejich název. Plasty jsou dnes jedním z nejrozšířenějších materiálů na světě, a to díky své mimořádné kombinaci vlastností: jsou lehké, odolné vůči korozi a většině chemikálií, jsou dobrými tepelnými i elektrickými izolanty a lze je levně vyrábět v obrovských množstvích a v téměř neomezené škále tvarů a barev.

Jejich základní stavební jednotkou jsou makromolekuly (polymery), které se nejčastěji získávají z ropy nebo zemního plynu. Přestože jejich všestrannost přinesla lidstvu obrovský technologický pokrok v oblastech od lékařství přes dopravu až po elektroniku, jejich extrémní trvanlivost a odolnost vůči rozkladu se stala jedním z největších globálních ekologických problémů v podobě plastového znečištění.

⏳ Historie

Ačkoliv je plast vnímán jako moderní materiál, jeho kořeny sahají až do 19. století, kdy se vědci snažili modifikovat přírodní polymery jako kaučuk, šelak nebo celulózu.

• Předchůdci (19. století): První plasty nebyly plně syntetické, ale vznikaly úpravou přírodních polymerů. Průlomem byl proces vulkanizace kaučuku, který si v roce 1844 nechal patentovat Charles Goodyear. V roce 1862 představil anglický metalurg Alexander Parkes materiál zvaný Parkesin, odvozený z nitrocelulózy, který je považován za první uměle vytvořený plast. Na něj navázal v roce 1869 John Wesley Hyatt, který vylepšil proces a vynalezl celuloid jako náhradu za drahou slonovinu při výrobě kulečníkových koulí.

• První syntetický plast – Bakelit: Skutečná revoluce přišla v roce 1907, kdy belgický chemik Leo Baekeland, žijící v USA, vynalezl bakelit. Jednalo se o první plně syntetický plast, který nebyl odvozen z žádné živé hmoty. Bakelit byl termoset, což znamenalo, že po vytvrzení teplem již nemohl být znovu roztaven. Byl tvrdý, odolný vůči teplu a elektřině a stal se klíčovým materiálem pro výrobu telefonů, rádií, elektrických izolátorů a kuchyňského nádobí.

• Velký boom po druhé světové válce: Obrovský rozvoj plastového průmyslu nastal během a po druhé světové válce. Válečné potřeby urychlily vývoj nových materiálů, jako je nylon (používaný na padáky a lana) nebo plexisklo (PMMA, používané na kryty kokpitů letadel). Po válce se tyto technologie přesunuly do civilního sektoru a začala masová výroba dnes nejběžnějších plastů, jako je polyethylen (PE), polypropylen (PP), polyvinylchlorid (PVC) a polystyren (PS). To odstartovalo "plastový věk", charakteristický nárůstem spotřebního zboží, obalů a kultury pohodlí a jednorázového použití.

🧪 Co je to plast? (Chemický pohled)

Z chemického hlediska jsou plasty polymery. To znamená, že jejich molekuly tvoří velmi dlouhé řetězce, které se skládají z neustále se opakujících základních jednotek, tzv. monomerů.

• Analogie s vlakem: Představte si vlak. Celý vlak je polymer. Každý jednotlivý vagón, ze kterého je vlak sestaven, je monomer. Proces, při kterém se jednotlivé vagóny (monomery) spojují dohromady a vytvářejí dlouhý vlak (polymer), se nazývá polymerizace.

• Zdroje: Monomery pro výrobu nejběžnějších plastů se získávají především z fosilních paliv. V rafineriích se ropa procesem zvaným krakování štěpí na jednodušší uhlovodíky, jako jsou ethen a propen. Tyto plyny jsou pak základními monomery pro výrobu polyethylenu, respektive polypropylenu.

🧪 Aditiva – Tajné ingredience

Vlastnosti výsledného plastu se dají výrazně upravit přidáním různých látek, tzv. aditiv. Samotný polymer je jen základ, aditiva mu dávají specifické vlastnosti.

• Plastifikátory (změkčovadla): Tyto látky se vmíchají mezi polymerní řetězce a oddalují je od sebe. Tím snižují jejich vzájemné přitahování a výsledný materiál je měkčí, pružnější a ohebnější. Jsou klíčové například při výrobě měkčeného PVC pro podlahové krytiny nebo hračky.
• Stabilizátory: Chrání plast před degradací vlivem vnějších vlivů. Tepelné stabilizátory jsou nezbytné při zpracování plastů za vysokých teplot. UV stabilizátory pohlcují ultrafialové záření a brání mu v narušování chemických vazeb v polymeru, což by vedlo ke křehnutí a blednutí plastu (např. u zahradního nábytku).
• Retardéry hoření: Přidávají se do plastů používaných v elektronice, stavebnictví a dopravních prostředcích. Snižují hořlavost materiálu, zpomalují šíření plamene a omezují tvorbu kouře.
• Barviva a pigmenty: Dodávají plastu požadovanou barvu.
• Plniva: Jsou to látky, které se přidávají pro zlepšení mechanických vlastností (např. pevnosti, tuhosti) nebo pro snížení ceny. Může jít například o skleněná vlákna, uhlíková vlákna, mastek nebo uhličitan vápenatý.

🔥 Dělení plastů

Plasty lze dělit podle několika kritérií. Nejzákladnější a nejdůležitější je jejich chování při zahřívání, které je přímo dáno strukturou jejich polymerních řetězců.

🌡️ Podle chování při zahřívání

• Termoplasty: Toto je největší a nejběžnější skupina plastů. Jejich polymerní řetězce jsou lineární nebo jen mírně rozvětvené a drží pohromadě pouze slabými mezimolekulárními silami (podobně jako uvařené špagety). Při zahřátí tyto síly zeslábnou, řetězce po sobě začnou klouzat, materiál změkne a stane se tvárným. Po ochlazení opět ztuhne. Tento proces je vratný, což znamená, že termoplasty lze opakovaně tavit a znovu tvarovat, což je klíčové pro jejich recyklaci.
  • Příklady: Polyethylen (PE), polypropylen (PP), polyvinylchlorid (PVC), polyethylentereftalát (PET), polystyren (PS).

• Termosety (Reaktoplasty): U termosetů jsou polymerní řetězce propojeny pevnými chemickými vazbami a vytvářejí tak hustou trojrozměrnou síť. Během prvního zahřátí a tvarování (tzv. vytvrzování) tyto vazby vzniknou a jsou nevratné. Při dalším zahřívání již materiál neměkne, ale při dosažení dostatečně vysoké teploty se začne rozkládat a hořet. Nelze je tedy znovu roztavit a tvarovat. Jsou typicky tvrdší, pevnější a teplotně odolnější než termoplasty.
  • Příklady: Bakelit, epoxidové pryskyřice, polyesterové pryskyřice (používané ve sklolaminátech), polyuretan (v pěnové formě).

• Elastomery: Jsou to polymery, které se vyznačují vysokou pružností. Jejich polymerní řetězce jsou jen řídce zesíťované, což jim umožňuje se při zatížení výrazně natáhnout, ale po uvolnění síly se vrátit do původního tvaru (jako guma). Tato vlastnost je dána procesem zvaným vulkanizace.
  • Příklady: Přírodní a syntetický kaučuk, silikon, neopren.

🏭 Podle původu

• Přírodní plasty: Vznikají úpravou přírodních polymerů, jako je celulóza nebo kasein. Historicky sem patřil celuloid nebo galalit (kaseinová hmota).
• Polosyntetické plasty: Vyrábějí se chemickou modifikací přírodních polymerů.
• Syntetické plasty: Drtivá většina dnes vyráběných plastů. Vznikají polymerací monomerů získaných synteticky, nejčastěji z ropy a zemního plynu.

♻️ Nejběžnější druhy plastů a jejich značení

Pro usnadnění třídění a recyklace byl zaveden mezinárodní systém recyklačních kódů, které identifikují nejběžnější druhy termoplastů.

Kód	Zkratka	Název	Vlastnosti	Typické použití
Soubor:Recycle01.svg	PET nebo PETE	Polyethylentereftalát	Průhledný, pevný, odolný proti propouštění plynů.	Láhve na nápoje (voda, limonády), obaly na potraviny, textilní vlákna (fleece).
Soubor:Recycle02.svg	HDPE	Vysokohustotní polyethylen	Tvrdý, houževnatý, odolný vůči chemikáliím, neprůhledný.	Nádoby na mléko a džusy, lahve na detergenty a šampony, kýble, hračky, potrubí.
Soubor:Recycle03.svg	PVC	Polyvinylchlorid	Může být tvrdý (novodur) i měkčený (novoplast). Odolný, univerzální, levný.	Okenní rámy, podlahové krytiny (linoleum), trubky, izolace kabelů, hračky, balicí fólie.
Soubor:Recycle04.svg	LDPE	Nízkohustotní polyethylen	Měkký, pružný, ohebný.	Igelitové tašky, smršťovací a bublinkové fólie, sáčky, víčka.
Soubor:Recycle05.svg	PP	Polypropylen	Pevný, tepelně odolnější než PE, odolný vůči ohybu.	Obaly na potraviny (kelímky od jogurtů), automobilové díly (nárazník), zahradní nábytek, provazy, textilní vlákna.
Soubor:Recycle06.svg	PS	Polystyren	Tvrdý a křehký (obal na CD), nebo pěnový (izolace, kelímky na kávu).	Jednorázové nádobí, obaly na elektroniku, hračky, tepelné izolace (pěnový polystyren).
Soubor:Recycle07.svg	O (Ostatní)	Ostatní plasty	Směs různých plastů nebo jiné druhy.	Polykarbonát (PC), Polyamid (PA, nylon), ABS, PMMA (plexisklo), bioplasty.

🔨 Metody zpracování plastů

Surový plast, obvykle ve formě granulátu nebo prášku, se musí přetvořit do finálního výrobku. K tomu se používá několik základních technologií, které využívají schopnosti termoplastů měknout a tát při zahřátí.

• Vstřikování plastů (Injection Moulding): Je to nejrozšířenější metoda pro masovou výrobu složitých a přesných dílů. Proces připomíná práci s tavnou pistolí. Plastový granulát je v komoře roztaven a šnekovým pístem pod obrovským tlakem vstříknut do uzavřené, chlazené kovové formy. Po ztuhnutí se forma otevře a hotový výrobek (např. LEGO kostka, kelímek od jogurtu, díl karoserie) je vyjmut.

• Vytlačování (Extrusion): Používá se pro výrobu kontinuálních profilů s konstantním průřezem. Roztavený plast je kontinuálně tlačen šnekem skrz tvarovací trysku. Tímto způsobem se vyrábějí trubky, hadice, okenní rámy, izolační vrstvy kabelů nebo plastové desky a fólie.

• Vyfukování (Blow Moulding): Tato technologie se používá pro výrobu dutých těles, především lahví a kontejnerů. Nejprve se vytlačováním nebo vstřikováním vytvoří malý, trubičkovitý polotovar zvaný předforma (podobný zkumavce). Ten se pak vloží do kovové formy ve tvaru finálního výrobku, zahřeje se a dovnitř se vžene stlačený vzduch. Tlak vzduchu "nafoukne" a přitiskne měkký plast na stěny formy. Tímto způsobem se vyrábějí všechny PET lahve.

• Rotační tváření (Rotational Moulding): Ideální pro výrobu velkých, dutých a bezešvých výrobků. Plastový prášek se nasype do duté formy, která se uzavře, zahřívá a pomalu otáčí kolem dvou os. Prášek se teplem roztaví a odstředivou silou se rovnoměrně rozprostře po vnitřních stěnách formy. Po ochlazení vznikne finální výrobek, například velká nádrž na vodu, kajak nebo dětská skluzavka.

• Vakuové tváření (Vacuum Forming): Je to metoda pro tvarování plastových desek. Deska se upne do rámu, zahřeje se, aby změkla, a pak se přitiskne na formu. Z prostoru mezi formou a plastem se odsaje vzduch, čímž atmosférický tlak přitiskne měkkou desku na formu a ta získá její tvar. Používá se pro výrobu tenkostěnných obalů, jako jsou vnitřní části ledniček, kelímky nebo blistry.

🌍 Plasty a životní prostředí

Extrémní trvanlivost a odolnost, které jsou největšími technickými výhodami plastů, se staly jejich největší ekologickou nevýhodou. Plasty se v přírodě nerozkládají jako organické materiály, ale pouze se postupně fragmentují na menší a menší kousky.

• Plastové znečištění: Každý rok končí miliony tun plastového odpadu v oceánech a na skládkách. Tento odpad ohrožuje divoká zvířata, která si ho mohou plést s potravou nebo se do něj zamotat.

• Mikroplasty a nanoplasty: Dlouhodobým působením slunce a mechanickým otěrem se plasty rozpadají na částice menší než 5 mm, zvané mikroplasty. Tyto částice již byly nalezeny všude na Zemi, od nejhlubších oceánských příkopů po vrcholky Mount Everestu, a pronikají do potravních řetězců a lidského těla. Jejich dlouhodobý dopad na zdraví je předmětem intenzivního výzkumu.

• Recyklace plastů: Je jedním z klíčových řešení problému. Umožňuje přeměnit staré plastové výrobky na surovinu pro nové. Proces obvykle zahrnuje sběr, třídění, drcení, čištění a opětovnou granulaci. Recyklace šetří fosilní zdroje, snižuje množství odpadu na skládkách a má nižší uhlíkovou stopu než výroba primárního plastu.

• Bioplasty: Jsou plasty vyrobené z obnovitelných zdrojů (biomasy), jako je kukuřice nebo cukrová třtina. Některé z nich jsou navíc biologicky rozložitelné (kompostovatelné). Představují slibnou alternativu, ale jejich masovému nasazení zatím brání vyšší cena a fakt, že pro jejich rozklad jsou často potřeba specifické podmínky průmyslových kompostáren.

🧑‍🏫 Pro laiky

• Termoplast vs. Termoset (Sýr vs. Chleba): Termoplast je jako sýr. Když ho zahřejete, roztaví se. Když ho necháte zchladnout, zase ztuhne. Můžete to opakovat znovu a znovu. Termoset je jako těsto na chleba. Když ho dáte poprvé do trouby, upeče se a získá svůj pevný tvar. Když se ho pokusíte zahřát podruhé, už se nerozteče – jen se spálí na uhel.
• Princip vstřikování (Formička na led): Vstřikování plastů funguje podobně jako výroba ledu. Vezmete tekutinu (roztavený plast), nalijete ji (vstříknete pod tlakem) do formy (formičky na led) a necháte ji ztuhnout (zchladit). Výsledkem je pevný výrobek přesně ve tvaru formy.
• Proč plasty plavou? (Hustota): Většina nejběžnějších plastů, jako je polyethylen a polypropylen, má nižší hustotu než voda. To znamená, že jsou "lehčí" než stejný objem vody, a proto na ní plavou. To je důvod, proč se plastový odpad hromadí na hladinách oceánů.