البلاستيك عبارة عن مجموعة واسعة من المواد الاصطناعية أو شبه الاصطناعية ، تتكون أساسًا من البوليمرات . وتتيح خاصية اللدونة المميزة لها إمكانية تشكيلها أو بثقها أو ضغطها إلى مجموعة متنوعة من الأشكال الصلبة. وقد أدى هذا التكيف، إلى جانب مجموعة واسعة من الخصائص الأخرى مثل خفة الوزن، والمتانة، والمرونة، ومقاومة المواد الكيميائية، وانخفاض السمية، وانخفاض تكلفة الإنتاج، إلى استخدامها على نطاق واسع في جميع أنحاء العالم. [ 1 ] في حين أن معظم أنواع البلاستيك تُنتج من الغاز الطبيعي والبترول ، فإن نسبة متزايدة منها تُنتج من موارد متجددة مثل حمض البوليلاكتيك . [ 2 ]
تشير التقديرات إلى أن إنتاج البلاستيك بلغ 9.2 مليار طن متري بين عامي 1950 و2017، حيث تم إنتاج أكثر من نصف هذه الكمية منذ عام 2004. وفي عام 2023 وحده، تشير الأرقام الأولية إلى إنتاج أكثر من 400 مليون طن متري من البلاستيك على مستوى العالم. [ 3 ] وإذا استمرت الاتجاهات العالمية في الطلب على البلاستيك، فمن المتوقع أن يتجاوز الإنتاج العالمي السنوي من البلاستيك 1.3 مليار طن بحلول عام 2060. [ 3 ] وتشمل الاستخدامات الرئيسية للبلاستيك التغليف، الذي يشكل حوالي 40% من استخدامه، والبناء والتشييد، الذي يشكل حوالي 20% من استخدامه. [ 1 ]
لقد حقق نجاح البلاستيك وهيمنته منذ أوائل القرن العشرين فوائد جمة للبشرية، بدءًا من الأجهزة الطبية وصولًا إلى مواد البناء خفيفة الوزن. وتعتمد أنظمة الصرف الصحي في العديد من البلدان على مرونة مادة البولي فينيل كلوريد وقدرتها على التكيف . ومن الصحيح أيضًا أن البلاستيك يُعدّ مصدر قلق بيئي واسع النطاق، [ 4 ] نظرًا لبطء تحلله في النظم البيئية الطبيعية. ولا يُعاد استخدام معظم البلاستيك المُنتَج، مما يُبرز الحاجة إلى معالجة الجزيئات البلاستيكية الدقيقة . بعض هذه الجزيئات غير صالح لإعادة الاستخدام، وينتهي المطاف بالكثير منها في مكبات النفايات أو كمصدر للتلوث البلاستيكي . وينصبّ الاهتمام بشكل خاص على الجزيئات البلاستيكية الدقيقة . فعلى سبيل المثال، يُؤدي التلوث البلاستيكي البحري إلى ظهور بقع القمامة . ومن بين جميع أنواع البلاستيك التي تم التخلص منها حتى الآن، تم حرق حوالي 14% منها، بينما أُعيد تدوير أقل من 10%. [ 5 ]
في الاقتصادات المتقدمة، يُستخدم حوالي ثلث البلاستيك في التغليف، ونسبة مماثلة تقريبًا في المباني في تطبيقات مثل الأنابيب والسباكة وألواح الفينيل الخارجية . [ 6 ] تشمل الاستخدامات الأخرى السيارات (حتى 20% بلاستيك [ 6 ] )، والأثاث، والألعاب. [ 6 ] في الدول النامية، قد تختلف استخدامات البلاستيك؛ إذ يُستخدم 42% من استهلاك الهند في التغليف. [ 6 ] عالميًا، يُنتج حوالي 50 كيلوغرامًا من البلاستيك سنويًا للفرد، ويتضاعف الإنتاج كل عشر سنوات.
كلمة "بلاستيك" مشتقة من الكلمة اليونانية القديمة πλαστικός ( plastikos )، والتي تعني "قابل للتشكيل أو القولبة"، وهي بدورها مشتقة من πλαστός ( plastos )، والتي تعني "مُشكّل" أو "مُصاغ". [ 10 ] في الاستخدام الحديث، تشير كلمة "بلاستيك" في الغالب إلى المنتجات الاصطناعية الصلبة الناتجة عن الصناعات المشتقة من البتروكيماويات . [ 11 ]
يشير مصطلح "اللدونة" ، كاسم، تحديدًا إلى قابلية المواد المستخدمة في صناعة البلاستيك للتشكيل. تسمح اللدونة بالقولبة أو البثق أو الضغط لتشكيلها في أشكال متنوعة، بما في ذلك الأغشية والألياف والصفائح والأنابيب والزجاجات والصناديق، وغيرها الكثير. في علم المواد ، لللدونة تعريف تقني أكثر دقة، يصف التغير غير العكوس في شكل المواد الصلبة عند تعرضها لقوى خارجية. مع ذلك، يتجاوز هذا التعريف نطاق هذه المقالة.
بناء
تحتوي معظم المواد البلاستيكية على بوليمرات عضوية . [ 12 ] تتكون الغالبية العظمى من هذه البوليمرات من سلاسل من ذرات الكربون، مع أو بدون ارتباط ذرات الأكسجين أو النيتروجين أو الكبريت. تتألف هذه السلاسل من العديد من الوحدات المتكررة المتكونة من المونومرات . تتكون كل سلسلة بوليمرية من عدة آلاف من الوحدات المتكررة. يُمثل الهيكل الأساسي للسلسلة الجزء الرئيسي منها، والذي يربط عددًا كبيرًا من الوحدات المتكررة. ولتخصيص خصائص البلاستيك، تتدلى من هذا الهيكل الأساسي مجموعات جزيئية مختلفة تُسمى السلاسل الجانبية ؛ وعادةً ما ترتبط هذه السلاسل بالمونومرات قبل أن ترتبط المونومرات نفسها معًا لتشكيل سلسلة البوليمر. يؤثر تركيب هذه السلاسل الجانبية على خصائص البوليمر.
مقبض بلاستيكي من أدوات المطبخ، تشوه بفعل الحرارة وانصهر جزئياً
أحد التصنيفات المهمة للبلاستيك هو مدى إمكانية عكس العمليات الكيميائية المستخدمة في صنعه أو عدم عكسها.
لا تخضع المواد البلاستيكية الحرارية لتغير كيميائي في تركيبها عند تسخينها، وبالتالي يمكن تشكيلها بشكل متكرر. ومن أمثلتها البولي إيثيلين (PE)، والبولي بروبيلين (PP)، والبوليسترين (PS)، والبولي فينيل كلوريد (PVC). [ 15 ]
البوليمرات المتصلبة حراريًا، والمعروفة أيضًا باسم المواد المتصلبة بالحرارة، لا تنصهر وتتخذ شكلًا إلا مرة واحدة: فبعد تصلبها، تبقى صلبة وتحتفظ بشكلها بشكل دائم. [ 16 ] عند إعادة تسخينها، تتحلل المواد المتصلبة بالحرارة بدلًا من أن تنصهر. من أمثلة هذه المواد راتنج الإيبوكسي، والبولي إيميد، والباكليت. تُعد عملية فلكنة المطاط مثالًا على هذه العملية. قبل التسخين في وجود الكبريت، يكون المطاط الطبيعي ( البولي إيزوبرين ) مادة لزجة وسائلة قليلًا، وبعد الفلكنة، يصبح المنتج جافًا وصلبًا.
تتكون المواد المطاطية من بوليمرات متشابكة ذات فتحات واسعة. تسمح هذه الفتحات الواسعة للمادة بالتمدد تحت تأثير قوة الشد.
تتكون المواد البلاستيكية الحرارية من بوليمرات غير متشابكة، وغالبًا ما تكون ذات بنية شبه بلورية (موضحة باللون الأحمر). ولها درجة حرارة انتقال زجاجي وهي قابلة للانصهار.
المواد البلاستيكية الأساسية والهندسية وعالية الأداء
البلاستيك السلعي
التركيبات الكيميائية واستخدامات بعض أنواع البلاستيك الشائعة
يشكل البلاستيك التجاري حوالي 80% من الإنتاج العالمي للبلاستيك، وهو نوع يُختار أساسًا لانخفاض تكلفته وسهولة تصنيعه. يُنتج هذا البلاستيك بكميات كبيرة ويُستخدم على نطاق واسع في التغليف، وحاويات الطعام، والمنتجات ذات الاستخدام الواحد. ويمكن تمييز معظم أنواع البلاستيك التجاري من خلال رموز تعريف الراتنج (RICs)، وهو نظام ترقيم موحد طورته منظمة ASTM الدولية .
إلى جانب الأنواع الستة الأكثر شيوعًا المذكورة أعلاه، توجد أنواع أخرى من البلاستيك التجاري تُنتج بكميات كبيرة وتُستخدم على نطاق واسع، مثل البولي يوريثان (PUR). يُصنف البولي يوريثان ضمن فئة البلاستيك التجاري نظرًا لانخفاض تكلفته وسهولة تصنيعه وتعدد استخداماته. ومع ذلك، فهو يفتقر إلى المواد الكيميائية ذات التركيبات المتنوعة (RICs) لأنه يشمل العديد من التركيبات الكيميائية المختلفة، مثل الرغوات والمواد اللاصقة.
يمثل التغليف أكبر استخدام للبلاستيك التجاري، حيث استهلك 146 مليون طن متري (36% من الإنتاج العالمي) في عام 2015 وحده. لكن بالإضافة إلى التغليف، يُعد هذا البلاستيك بالغ الأهمية في مجالات أخرى متنوعة مثل الزراعة والبناء والسلع الاستهلاكية والرعاية الصحية.
على الرغم من أن العديد من الخصائص، كالمتانة ومقاومة التحلل البيولوجي، مرغوبة في تطبيقات متنوعة، إلا أنها أدت إلى مشكلات بيئية خطيرة. يُقدّر أن ما بين 8 إلى 12 مليون طن من البلاستيك تدخل المحيطات سنويًا، ويرجع ذلك أساسًا إلى سوء إدارة نفايات التغليف. تُشكّل المواد البلاستيكية التجارية الجزء الأكبر من هذا التلوث، نظرًا لانخفاض معدلات إعادة تدويرها (على سبيل المثال، يُعاد تدوير 9% فقط من إجمالي البلاستيك عالميًا). كما تُشكّل الجزيئات البلاستيكية الدقيقة الناتجة عن تحللها تهديدًا إضافيًا للنظم البيئية وصحة الإنسان.
يشكل البلاستيك الهندسي والبلاستيك عالي الأداء ما يقارب 20% من إجمالي البلاستيك المتبقي، ويُقدّر هذا النوع لقوته ومقاومته للحرارة والمواد الكيميائية، وغيرها من الخصائص الاستثنائية. وتتميز هذه الأنواع من البلاستيك بأنها أغلى ثمناً وأقل شيوعاً، وغالباً ما تُستخدم في تطبيقات متخصصة.
بواسطة بوليمر. عرض تعريف الرسم البياني .
الإنتاج العالمي للبلاستيك حسب نوع البوليمر (2015) [ 18 ]
تتميز اللدائن الهندسية بمتانتها العالية، وتُستخدم في تصنيع منتجات متنوعة كقطع غيار السيارات، ومواد البناء والتشييد، وبعض أجزاء الآلات. وفي بعض الحالات، تكون عبارة عن مزيج من البوليمرات. [ 1 ] يمكن لللدائن الهندسية أن تحل محل المعادن في السيارات، مما يُقلل وزنها ويُحسّن كفاءة استهلاك الوقود بنسبة 6-8%. يُشكل البلاستيك ما يقارب 50% من حجم السيارات الحديثة، إلا أن هذه النسبة لا تُمثل سوى 12-17% من وزن السيارة. [ 21 ]
أكريلونيتريل بوتادين ستايرين (ABS): علب المعدات الإلكترونية (مثل شاشات الكمبيوتر والطابعات ولوحات المفاتيح) وأنابيب الصرف الصحي
البولي كربونات + أكريلونيتريل بوتادين ستايرين (PC + ABS): مزيج من البولي كربونات وأكريلونيتريل بوتادين ستايرين ينتج بلاستيكًا أقوى يُستخدم في الأجزاء الداخلية والخارجية للسيارات وفي هياكل الهواتف المحمولة
البولي إيثيلين + أكريلونيتريل بوتادين ستايرين (PE + ABS): مزيج زلق من البولي إيثيلين وأكريلونيتريل بوتادين ستايرين يُستخدم في المحامل الجافة منخفضة الخدمة
بولي ميثيل ميثاكريلات (PMMA) ( أكريليك ): العدسات اللاصقة (من النوع الصلب الأصلي)، والزجاج (المعروف بهذا الشكل بأسماء تجارية مختلفة حول العالم؛ مثل بيرسبكس ، وبليكسي جلاس، وأوروغلاس)، ومشتتات ضوء الفلورسنت، وأغطية المصابيح الخلفية للمركبات. كما يشكل أساسًا لدهانات الأكريليك الفنية والتجارية ، عند تعليقه في الماء باستخدام مواد أخرى.
السيليكونات (البولي سيلوكسانات): راتنجات مقاومة للحرارة تُستخدم بشكل أساسي كمواد مانعة للتسرب، ولكنها تُستخدم أيضًا في أواني الطهي ذات درجات الحرارة العالية، وراتنج أساسي للدهانات الصناعية.
اليوريا فورمالدهيد (UF): أحد الأمينوبلاستات المستخدمة كبديل متعدد الألوان للفينولات: يستخدم كمادة لاصقة للخشب (للخشب الرقائقي، والخشب المضغوط، والخشب الليفي) وأغلفة المفاتيح الكهربائية.
البلاستيك عالي الأداء
تُعدّ المواد البلاستيكية عالية الأداء فئة من البوليمرات تتميز بخصائص فائقة مقارنةً بالمواد البلاستيكية التجارية والهندسية. فهي قادرة على تحمّل درجات حرارة عالية، غالباً ما تتجاوز 150 درجة مئوية، كما أنها مقاومة للغاية للتآكل الكيميائي والتدهور، وتتمتع بخصائص ميكانيكية وكهربائية ممتازة، فضلاً عن كونها خفيفة الوزن ومتعددة الاستخدامات. [ 1 ]
بولي إيثر إيثر كيتون (PEEK): مادة لدنة حرارية قوية ومقاومة للمواد الكيميائية والحرارة؛ تسمح توافقيتها الحيوية باستخدامها في تطبيقات الزرع الطبي وقوالب صناعة الطيران. وهي من أغلى البوليمرات التجارية.
بولي إيثر إيميد (PEI): بوليمر مستقر كيميائيًا عند درجات حرارة عالية ولا يتبلور
البوليميد : بلاستيك يتحمل درجات الحرارة العالية، ويُستخدم في مواد مثل شريط كابتون
البولي سلفون (PS): راتنج قابل للمعالجة بالصهر عند درجات حرارة عالية، يُستخدم في الأغشية، ووسائط الترشيح، وأنابيب غمر سخانات المياه، وغيرها من التطبيقات التي تتطلب درجات حرارة عالية.
البولي تترافلوروإيثيلين (PTFE): طلاءات مقاومة للحرارة ومنخفضة الاحتكاك تُستخدم في الأسطح غير اللاصقة للمقالي، وشريط السباكة، والزلاقات المائية.
البولي أميد-إيميد (PAI): بلاستيك هندسي عالي الأداء يستخدم على نطاق واسع في التروس عالية الأداء والمفاتيح وناقلات الحركة ومكونات السيارات الأخرى وأجزاء الفضاء الجوي [ 22 ].
كبريتيد البوليفينيلين (PPS): مقاومة كيميائية شديدة، ومقاومة للهب، واستقرار حراري (حتى 428 درجة فهرنهايت).
البولي إيثر سلفون (PES): تشتهر بشفافيتها ومقاومتها العالية لدرجات الحرارة (حتى 392 درجة فهرنهايت) وتوافقها الحيوي. تُستخدم بشكل شائع في الأجهزة الطبية ومعدات الأغذية وإضاءة الفضاء.
فلوريد البولي فينيليدين (PVDF): بوليمر فلوري حراري غير متفاعل، معروف بمقاومته الكيميائية العالية ، وثباته ضد الأشعة فوق البنفسجية، وخصائصه الكهروإجهادية . يُستخدم عادةً في أنابيب أشباه الموصلات، ومواد ربط بطاريات الليثيوم أيون، والطلاءات المعمارية.
البوليمرات البلورية السائلة (LCPs): فئة من البوليمرات تجمع بين خصائص السوائل والبلورات، وتُعرف بثبات أبعادها الفائق، وانخفاض تمددها الحراري، وقوة عزلها الكهربائي العالية. تُستخدم بشكل شائع في الإلكترونيات المصغرة، وكابلات الألياف الضوئية ، والأجهزة الجراحية.
البوليميدات (PIs): فئة من المواد المتصلبة حرارياً عالية الأداء، قادرة على العمل حتى درجة حرارة 572 فهرنهايت، وتشتهر بخصائصها العازلة الممتازة ومقاومتها للإشعاع. تُستخدم بشكل شائع في الدوائر المطبوعة المرنة، وطبقات بدلات الفضاء، ومكونات محركات الطائرات النفاثة.
بولي بنزيميدازول (PBI): يتميز بمقاومة عالية للغاية للحرارة (تصل إلى 752 درجة فهرنهايت لفترة قصيرة)، وانخفاض انبعاث الغازات، ومقاومة اللهب. يُستخدم عادةً في معدات مكافحة الحرائق ، وأدوات أشباه الموصلات، والدروع الحرارية المستخدمة في صناعة الطيران .
البسماليميد (BMI): معروف بدرجة حرارة التحول الزجاجي العالية (حوالي 482 درجة فهرنهايت) وانخفاض امتصاص الرطوبة. يستخدم بشكل شائع في مصفوفات الطائرات المركبة وأنظمة الرادار العسكرية.
إسترات السيانات : معروفة بانخفاض فقدها العازل ومقاومتها للإشعاع على مستوى الفضاء. تُستخدم بشكل شائع في مكونات الأقمار الصناعية وهوائيات الرادار.
البلاستيك غير المتبلور والبلاستيك المتبلور
العديد من أنواع البلاستيك غير متبلورة ، أي أنها تفتقر إلى بنية جزيئية عالية التنظيم. [ 23 ] أما البلاستيك المتبلور فيُظهر نمطًا من الذرات ذات المسافات المنتظمة، مثل البولي إيثيلين عالي الكثافة (HDPE) وبولي بيوتيلين تيريفثالات (PBT) وبولي إيثر إيثر كيتون (PEEK). مع ذلك، فإن بعض أنواع البلاستيك تكون غير متبلورة جزئيًا ومتبلورة جزئيًا في بنيتها الجزيئية، مما يمنحها نقطة انصهار وواحدة أو أكثر من التحولات الزجاجية (درجة الحرارة التي تزداد عندها مرونة الجزيئات الموضعية بشكل ملحوظ). تشمل هذه الأنواع من البلاستيك شبه المتبلور البولي إيثيلين، والبولي بروبيلين، وبولي فينيل كلوريد، والبولي أميدات (النايلون)، والبوليسترات، وبعض أنواع البولي يوريثان.
البلاستيك القابل للتحلل الحيوي هو نوع من البلاستيك مصمم ليتحلل بعد الاستخدام. ومن أكثر هذه المواد شيوعًا حمض البوليلاكتيك (PLAs)، الذي يتميز بكونه مشتقًا من مواد متجددة غير بتروكيماوية. وقد حقق حمض البوليلاكتيك نجاحًا تجاريًا محدودًا فقط. [ 1 ] إذ يتحلل عند تعرضه لعوامل بيولوجية، مثل ضوء الشمس، والأشعة فوق البنفسجية ، والرطوبة، والبكتيريا، والحشرات، والإنزيمات، أو احتكاك الرياح.
البلاستيك الحيوي
بينما تُصنع معظم أنواع البلاستيك من مشتقات البتروكيماويات، يُصنع البلاستيك الحيوي بشكل أساسي من مواد نباتية متجددة مثل السليلوز والنشا. [ 26 ] ونظرًا لمحدودية احتياطيات الوقود الأحفوري وارتفاع مستويات غازات الاحتباس الحراري الناتجة أساسًا عن حرق هذه الأنواع من الوقود، يُعدّ تطوير البلاستيك الحيوي مجالًا متناميًا. [ 27 ] [ 28 ] تُقدّر الطاقة الإنتاجية العالمية للبلاستيك الحيوي بنحو 327 ألف طن سنويًا. في المقابل، قُدّر الإنتاج العالمي من البولي إيثيلين (PE) والبولي بروبيلين (PP)، وهما من البولي أوليفينات المشتقة من البتروكيماويات الأكثر شيوعًا في العالم، بأكثر من 150 مليون طن في عام 2015. [ 29 ]
صناعة البلاستيك
تشمل صناعة البلاستيك الإنتاج العالمي، والتصنيع ، والتحويل ، وبيع المنتجات البلاستيكية. ورغم أن الشرق الأوسط وروسيا ينتجان معظم المواد الخام البتروكيماوية اللازمة ، فإن إنتاج البلاستيك يتركز في الشرق والغرب. وتضم صناعة البلاستيك عددًا هائلاً من الشركات، ويمكن تقسيمها إلى عدة قطاعات :
إنتاج
تشير التقديرات إلى أن إنتاج البلاستيك بلغ 9.2 مليار طن بين عامي 1950 و2017، حيث تم إنتاج أكثر من نصف هذه الكمية منذ عام 2004. ومنذ نشأة صناعة البلاستيك في خمسينيات القرن الماضي، شهد الإنتاج العالمي نموًا هائلًا، ليصل إلى 400 مليون طن سنويًا في عام 2021، مقارنةً بـ 381 مليون طن متري في عام 2015 (باستثناء الإضافات). [ 5 ] [ 18 ] ومنذ خمسينيات القرن الماضي، شهد استخدام البلاستيك نموًا سريعًا في التغليف والبناء والتشييد، وفي قطاعات أخرى. [ 5 ] وإذا استمرت الاتجاهات العالمية في الطلب على البلاستيك، فمن المتوقع أن يتجاوز الإنتاج العالمي السنوي من البلاستيك 1.1 مليار طن بحلول عام 2050. [ 5 ]
تُنتج المواد البلاستيكية في المصانع الكيميائية عن طريق بلمرة موادها الأولية ( المونومرات )، والتي تكون في الغالب ذات طبيعة بتروكيميائية . عادةً ما تكون هذه المصانع ضخمة، وتشبه في مظهرها مصافي النفط ، مع شبكة أنابيب واسعة تمتد في أرجائها. يسمح حجم هذه المصانع الكبير لها بالاستفادة من وفورات الحجم . مع ذلك، لا يُحتكر إنتاج البلاستيك بشكل كبير، إذ تُسيطر حوالي 100 شركة على 90% من الإنتاج العالمي. [ 30 ] ويشمل ذلك مزيجًا من الشركات الخاصة والحكومية. يُنتج ما يقرب من نصف الإنتاج العالمي في شرق آسيا، وتُعد الصين أكبر منتج منفرد. ومن بين المنتجين الدوليين الرئيسيين:
تاريخيًا، هيمنت أوروبا وأمريكا الشمالية على إنتاج البلاستيك العالمي. إلا أنه منذ عام 2010، برزت آسيا كمنتج رئيسي، حيث استحوذت الصين على 31% من إجمالي إنتاج راتنجات البلاستيك في عام 2020. [ 31 ] وتتأثر الاختلافات الإقليمية في حجم إنتاج البلاستيك بطلب المستخدمين، وأسعار المواد الخام من الوقود الأحفوري، والاستثمارات في صناعة البتروكيماويات. فعلى سبيل المثال، منذ عام 2010، استُثمر أكثر من 200 مليار دولار أمريكي في الولايات المتحدة في مصانع جديدة للبلاستيك والمواد الكيميائية، مدفوعةً بانخفاض تكلفة المواد الخام. وفي الاتحاد الأوروبي أيضًا، وُظِّفت استثمارات ضخمة في صناعة البلاستيك، التي توظف أكثر من 1.6 مليون شخص، ويبلغ حجم مبيعاتها أكثر من 360 مليار يورو سنويًا. وفي الصين عام 2016، كان هناك أكثر من 15,000 شركة لتصنيع البلاستيك، حققت إيرادات تجاوزت 366 مليار دولار أمريكي . [ 5 ]
لا يُباع البلاستيك كمادة نقية غير مُعالجة، بل يُخلط بمواد كيميائية ومواد أخرى متنوعة. تشمل هذه الإضافات مواد مثل المُثبّتات والمُلدّنات والأصباغ ، والتي تهدف إلى تحسين عمر المنتج النهائي وسهولة تشكيله ومظهره. في بعض الحالات، يُدمج نوعان من البوليمرات لتكوين مزيج بوليمري ، مثل البوليسترين عالي التأثير . قد تقوم الشركات الكبيرة بعملية الخلط بنفسها قبل الإنتاج، بينما يُوكل بعض المُصنّعين هذه المهمة إلى جهات خارجية. تُعرف الشركات المُتخصصة في هذا العمل باسم شركات الخلط.
تُعدّ عملية مزج البلاستيك المتصلد حراريًا بسيطة نسبيًا، إذ يبقى سائلًا حتى يتصلّب ويأخذ شكله النهائي. أما بالنسبة للمواد المُليّنة حراريًا، والتي تُستخدم في صناعة معظم المنتجات، فمن الضروري صهر البلاستيك لخلط الإضافات. يتضمن ذلك تسخينه إلى درجة حرارة تتراوح بين 150 و320 درجة مئوية (300-610 درجة فهرنهايت) . يتميز البلاستيك المنصهر بلزوجته العالية وتدفقه الصفائحي ، مما يؤدي إلى ضعف عملية الخلط. لذلك، تتم عملية المزج باستخدام معدات البثق، القادرة على توفير الحرارة والخلط اللازمين للحصول على منتج متجانس التوزيع.
تكون تركيزات معظم الإضافات منخفضة عادةً، إلا أنه يمكن إضافة مستويات عالية منها لإنتاج منتجات ماستر باتش . تتميز هذه المنتجات بتركيز إضافاتها مع الحفاظ على توزيعها الجيد في الراتنج الأساسي. يمكن خلط حبيبات ماستر باتش مع بوليمر خام أرخص ثمناً، حيث تُطلق إضافاتها أثناء المعالجة لإنتاج منتج نهائي متجانس . قد يكون هذا الخيار أقل تكلفة من استخدام مادة مركبة بالكامل، وهو شائع بشكل خاص لإضافة اللون.
التحويل
فيديو قصير عن قولبة الحقن (9 دقائق و37 ثانية)
نفخ قالب زجاجة مشروبات بلاستيكية
شركات التحويل (المعروفة أحيانًا باسم المعالجات) هي شركات أو متخصصون يقومون بتصنيع المنتجات البلاستيكية النهائية من المواد الخام، وغالبًا ما تكون على شكل راتنجات أو حبيبات أو أغشية.
التشكيل بالحقن : يتضمن حقن البلاستيك المنصهر في تجويف القالب تحت ضغط عالٍ. يتصلب البلاستيك في القالب ليشكل الشكل المطلوب.
التشكيل بالنفخ : يتضمن تسخين أنبوب بلاستيكي يسمى باريسون ونفخه داخل قالب لتشكيل منتجات مجوفة مثل الزجاجات والألعاب.
التشكيل الدوراني : يتضمن تدوير قالب على محورين أثناء تسخينه. يُضاف مسحوق البلاستيك إلى القالب، فيذوب ويلتصق بجدرانه أثناء دوران القالب، مما يُشكل أجزاءً مجوفة ذات جدران سميكة مثل حاويات التخزين الوسيطة .
الصب : يتضمن سكب الراتنج السائل في قالب حيث يتصلب في شكل مصمم مسبقًا.
نفخ الأغشية : يتضمن تسخين البوليمر ونفخه لتشكيل طبقة رقيقة متصلة. يُستخدم عادةً في صناعة أغشية البولي إيثيلين والبولي بروبيلين المستخدمة في التغليف.
الغزل : يتضمن تحويل مصهور البوليمر أو محلوله إلى خيوط متصلة
بالنسبة للمواد المتصلبة بالحرارة، فإن العملية تختلف قليلاً، حيث أن البلاستيك يكون سائلاً في البداية ولكن يجب معالجته لإعطاء منتجات صلبة، ولكن الكثير من المعدات متشابهة بشكل عام.
تشمل أكثر المنتجات البلاستيكية الاستهلاكية شيوعًا عبوات مصنوعة من البولي إيثيلين منخفض الكثافة (مثل الأكياس والحاويات وأغلفة الطعام)، وحاويات مصنوعة من البولي إيثيلين عالي الكثافة (مثل زجاجات الحليب والشامبو وعلب الآيس كريم)، والبولي إيثيلين تيريفثالات (مثل زجاجات المياه والمشروبات الأخرى). وتمثل هذه المنتجات مجتمعةً حوالي 36% من استخدام البلاستيك في العالم. معظمها (مثل الأكواب والأطباق وأدوات المائدة وحاويات الطعام الجاهز وأكياس التسوق) يُستخدم لفترة قصيرة فقط، وكثير منها لأقل من يوم. كما يُمثل استخدام البلاستيك في البناء والتشييد والمنسوجات والنقل والمعدات الكهربائية حصة كبيرة من سوق البلاستيك. تتميز المنتجات البلاستيكية المستخدمة لهذه الأغراض عمومًا بعمر افتراضي أطول، حيث قد تُستخدم لفترات تتراوح من حوالي خمس سنوات (مثل المنسوجات والمعدات الكهربائية) إلى أكثر من 20 عامًا (مثل مواد البناء والآلات الصناعية). [ 5 ]
يختلف استهلاك البلاستيك بين الدول والمجتمعات، حيث بات البلاستيك، بشكل أو بآخر، جزءًا لا يتجزأ من حياة معظم الناس. تستحوذ أمريكا الشمالية (أي منطقة اتفاقية التجارة الحرة لأمريكا الشمالية أو نافتا) على 21% من الاستهلاك العالمي للبلاستيك، تليها الصين (20%) وأوروبا الغربية (18%). ويُسجّل معدل استهلاك مرتفع للفرد من البلاستيك في أمريكا الشمالية وأوروبا (94 كجم و85 كجم/للفرد/سنويًا على التوالي). أما في الصين، فينخفض معدل الاستهلاك للفرد (58 كجم/للفرد/سنويًا)، ولكنه مرتفع على المستوى الوطني نظرًا لكثافة سكانها. [ 5 ]
يُعدّ استخدام البلاستيك في مواد التغليف الاستخدامَ الأبرز، ولكنه يُستخدم في قطاعات أخرى عديدة، منها: البناء (الأنابيب، والمزاريب، والأبواب، والنوافذ)، والمنسوجات ( الأقمشة المطاطية ، والصوف )، والسلع الاستهلاكية (الألعاب، وأدوات المائدة، وفرش الأسنان)، والنقل (المصابيح الأمامية، والمصدات، وألواح الهيكل ، ومرايا الأبواب )، والإلكترونيات (الهواتف، وأجهزة الكمبيوتر، وأجهزة التلفاز)، وقطع غيار الآلات. [ 18 ] وفي مجال البصريات، يُستخدم البلاستيك في تصنيع العدسات اللاكروية. [ 33 ]
إنتاج البلاستيك الأولي حسب القطاع الصناعي 2015 (مليون طن متري). عرض تعريف الرسم البياني .
الحصة حسب القطاع الصناعي. عرض تعريف الرسم البياني .
المواد المضافة
المواد المضافة هي مواد كيميائية تُضاف إلى البلاستيك لتحسين أدائه أو مظهره. [ 34 ] [ 35 ] ولذلك، تُعدّ المواد المضافة أحد أسباب الاستخدام الواسع للبلاستيك. [ 36 ] يتكون البلاستيك من سلاسل من البوليمرات. وتُستخدم العديد من المواد الكيميائية المختلفة كمواد مضافة للبلاستيك. يحتوي منتج بلاستيكي مُختار عشوائيًا عادةً على حوالي 20 مادة مضافة. ولا تُذكر عادةً هوية هذه المواد وتركيزاتها على المنتجات. [ 5 ]
في الاتحاد الأوروبي، يُستخدم أكثر من 400 مادة مضافة بكميات كبيرة. [ 37 ] [ 5 ] وفي تحليل للسوق العالمية، وُجد 5500 مادة مضافة. [ 38 ] تحتوي جميع أنواع البلاستيك، كحد أدنى، على بعض مثبتات البوليمر التي تسمح بمعالجتها بالصهر (القولبة) دون أن تتعرض لتدهور البوليمر . قد تُشكل المواد المضافة في كلوريد البولي فينيل (PVC)، المستخدم على نطاق واسع في السباكة الصحية، ما يصل إلى 80% من الحجم الإجمالي. [ 5 ] نادرًا ما يُباع البلاستيك النقي (الراتنج الخام).
الترشيح
قد ترتبط الإضافات بالبوليمرات بروابط ضعيفة أو تتفاعل داخل مصفوفة البوليمر. ورغم مزجها بالبلاستيك، إلا أنها تظل منفصلة كيميائيًا عنه، ويمكن أن تتسرب تدريجيًا أثناء الاستخدام العادي، أو عند دفنها في مكبات النفايات، أو بعد التخلص منها بشكل غير سليم في البيئة. [ 39 ] كما قد تتحلل الإضافات لتكوين مركبات أخرى قد تكون أقل ضررًا أو أكثر سمية. ويسمح تفتت البلاستيك إلى جزيئات بلاستيكية دقيقة ونانوية بانتقال الإضافات الكيميائية في البيئة بعيدًا عن نقطة الاستخدام. وبمجرد إطلاقها، قد تبقى بعض الإضافات ومشتقاتها في البيئة وتتراكم بيولوجيًا في الكائنات الحية، مما قد يُلحق أضرارًا بصحة الإنسان والكائنات الحية. وكشفت مراجعة حديثة أجرتها وكالة حماية البيئة الأمريكية (US EPA) أن من بين 3377 مادة كيميائية يُحتمل ارتباطها بتغليف البلاستيك، و906 مواد يُرجح ارتباطها به، صنفت الوكالة الأوروبية للمواد الكيميائية (ECHA) 68 مادة منها على أنها "الأكثر خطورة على صحة الإنسان"، و68 مادة أخرى على أنها "الأكثر خطورة على البيئة". [ 5 ]
إعادة التدوير
بما أن الإضافات تُغير خصائص البلاستيك، فلا بد من أخذها في الاعتبار أثناء عملية إعادة التدوير. حاليًا، تتم معظم عمليات إعادة التدوير ببساطة عن طريق إعادة صهر البلاستيك المُستعمل وتصنيعه إلى منتجات جديدة. تُشكل الإضافات مخاطر في المنتجات المُعاد تدويرها نظرًا لصعوبة إزالتها. عند إعادة تدوير المنتجات البلاستيكية، من المُرجح جدًا أن تندمج الإضافات في المنتجات الجديدة. تحتوي النفايات البلاستيكية، حتى لو كانت جميعها من نفس نوع البوليمر، على أنواع وكميات مُختلفة من الإضافات. قد يؤدي خلط هذه الإضافات معًا إلى إنتاج مادة ذات خصائص غير مُتجانسة، وهو ما قد يكون غير مرغوب فيه في الصناعة. على سبيل المثال، قد يؤدي خلط أنواع مختلفة من البلاستيك الملون مع مُلونات بلاستيكية مُختلفة إلى إنتاج مادة مُتغيرة اللون أو بنية اللون، ولهذا السبب، عادةً ما يتم فرز البلاستيك حسب نوع البوليمر ولونه قبل إعادة تدويره. [ 5 ]
يؤدي غياب الشفافية والإبلاغ في جميع مراحل سلسلة القيمة غالبًا إلى نقص المعرفة بالتركيب الكيميائي للمنتجات النهائية. فعلى سبيل المثال، أُضيفت منتجات تحتوي على مثبطات اللهب المبرومة إلى منتجات بلاستيكية جديدة. ومثبطات اللهب هي مجموعة من المواد الكيميائية المستخدمة في المعدات الإلكترونية والكهربائية، والمنسوجات، والأثاث، ومواد البناء، والتي لا ينبغي أن تكون موجودة في عبوات المواد الغذائية أو منتجات رعاية الأطفال. وقد وجدت دراسة حديثة وجود الديوكسينات المبرومة كملوثات غير مقصودة في ألعاب مصنوعة من نفايات بلاستيكية إلكترونية معاد تدويرها تحتوي على مثبطات اللهب المبرومة. وقد وُجد أن الديوكسينات المبرومة تُظهر سمية مشابهة لسمية الديوكسينات المكلورة. ويمكن أن يكون لها آثار سلبية على النمو والجهاز العصبي، كما أنها تتداخل مع آليات جهاز الغدد الصماء. [ 5 ]
الآثار الصحية
انتشرت المواد البلاستيكية بشكل واسع، ويعود ذلك جزئياً إلى كونها مواد غير ضارة نسبياً. فهي ليست سامة بشكل حاد، ويرجع ذلك في الغالب إلى أنها غير قابلة للذوبان أو الهضم نظراً لوزنها الجزيئي الكبير . كما أن نواتج تحللها نادراً ما تكون سامة. ولا ينطبق هذا على بعض الإضافات، التي تميل إلى أن تكون ذات وزن جزيئي منخفض.
غالباً ما ترتبط الجدالات المتعلقة بالبلاستيك بمضافاته، والتي قد يكون بعضها ضاراً. [ 40 ] [ 41 ] [ 34 ] على سبيل المثال، بعض مثبطات اللهب، مثل إيثر ثنائي الفينيل ثماني البروم وإيثر ثنائي الفينيل خماسي البروم ، غير مناسبة لتغليف المواد الغذائية. تشمل المضافات الضارة الأخرى الكادميوم والكروم والرصاص والزئبق (الخاضع لاتفاقية ميناماتا بشأن الزئبق )، والتي كانت تُستخدم سابقاً في إنتاج البلاستيك، وهي محظورة في العديد من الدول. ومع ذلك، لا تزال هذه المواد تُستخدم بشكل روتيني في بعض عبوات البلاستيك، بما في ذلك عبوات المواد الغذائية.
الدول الفقيرة
قد تُشكّل الإضافات مشكلةً أيضاً عند حرق النفايات، لا سيما عندما يكون الحرق غير مُنظّم أو يتم في محارق ذات تقنية بدائية، كما هو شائع في العديد من البلدان النامية. يُمكن أن يُؤدي الاحتراق غير الكامل إلى انبعاث مواد خطرة مثل الغازات الحمضية والرماد، الذي قد يحتوي على ملوثات عضوية ثابتة مثل الديوكسينات . [ 5 ]
تخضع العديد من المواد المضافة المصنفة على أنها خطرة على الإنسان و/أو البيئة لأنظمة دولية. وتُعد اتفاقية ستوكهولم بشأن الملوثات العضوية الثابتة معاهدة عالمية لحماية صحة الإنسان والبيئة من المواد الكيميائية التي تبقى في البيئة لفترات طويلة، وتنتشر جغرافياً على نطاق واسع، وتتراكم في الأنسجة الدهنية للإنسان والحياة البرية، ولها آثار ضارة على صحة الإنسان أو البيئة. [ 5 ] يُحظر استخدام مادة بيسفينول أ (BPA) في زجاجات الرضاعة البلاستيكية في أجزاء كثيرة من العالم، ولكنه غير مقيد في بعض البلدان منخفضة الدخل. [ 5 ]
الحيوانات
في عام 2023، تم اكتشاف مرض جديد يُعرف باسم "البلاستيكوزيس "، وهو مرض يصيب الطيور البحرية نتيجة ابتلاع النفايات البلاستيكية. وقد وُجد أن الطيور المصابة بهذا المرض تعاني من تندب والتهاب في الجهاز الهضمي، مما قد يُعيق قدرتها على هضم الطعام. [ 42 ] "عندما تبتلع الطيور قطعًا صغيرة من البلاستيك، كما وجدوا، فإن ذلك يُسبب التهابًا في الجهاز الهضمي. ومع مرور الوقت، يُؤدي الالتهاب المُستمر إلى تندب الأنسجة وتشوهها، مما يُؤثر على الهضم والنمو والبقاء على قيد الحياة." [ 43 ]
يُستخدم ما بين 80 و90% من الإنتاج العالمي في صناعة البولي فينيل كلوريد (PVC)، بينما يُستخدم الجزء الأكبر المتبقي في صناعة أسيتات السليلوز . تتراوح نسب التحميل في معظم المنتجات بين 10 و35%، بينما تُستخدم نسب تحميل عالية في صناعة البلاستيسولات.
تقليديًا، كانت مشتقات الرصاص والكادميوم والقصدير. تشمل البدائل الحديثة الأكثر أمانًا مخاليط الباريوم/الزنك وستيرات الكالسيوم ، بالإضافة إلى العديد من المواد المساعدة.
تتميز المواد البلاستيكية بانخفاض سميتها نظرًا لعدم ذوبانها في الماء وكبر وزنها الجزيئي، وهي خاملة بيوكيميائيًا. إلا أن الإضافات في المنتجات البلاستيكية قد تُشكل إشكالية أكبر. [ 45 ] فعلى سبيل المثال، تُضاف الملدنات، مثل الأديبات والفثالات ، غالبًا إلى أنواع البلاستيك الهشة كالبولي فينيل كلوريد (PVC) لجعلها مرنة. وقد تتسرب آثار هذه المركبات من المنتج. ونظرًا للمخاوف بشأن آثار هذه المواد المتسربة ، قيّد الاتحاد الأوروبي استخدام ثنائي إيثيل هكسيل فثالات ( DEHP ) وغيره من الفثالات في بعض التطبيقات، كما حدّت الولايات المتحدة من استخدام DEHP و DPB و BBP و DINP و DIDP و DnOP في ألعاب الأطفال ومستلزمات رعايتهم بموجب قانون تحسين سلامة المنتجات الاستهلاكية . [ 46 ] ومن الخرافات الشائعة أن استخدام الزجاجات البلاستيكية أو عبوات الطعام يُسبب السرطان للإنسان، حتى عند تسخينها في الميكروويف. [ 47 ]
على الرغم من أن البلاستيك المُصنّع قد يكون غير سام، إلا أن المونومرات المستخدمة في تصنيع البوليمرات الأساسية قد تكون سامة. في بعض الحالات، قد تبقى كميات ضئيلة من هذه المواد الكيميائية عالقة في المنتج ما لم تُجرَ معالجة مناسبة. على سبيل المثال، صنّفت الوكالة الدولية لأبحاث السرطان التابعة لمنظمة الصحة العالمية كلوريد الفينيل ، وهو المادة الأولية لـ PVC، كمادة مسرطنة للإنسان. [ 46 ]
ثنائي الفينول أ (BPA)
تتحلل بعض المنتجات البلاستيكية إلى مواد كيميائية ذات نشاط إستروجيني . [ 48 ] يُعدّ ثنائي الفينول أ (BPA)، وهو المكون الأساسي للبولي كربونات، مُخلًّا بالغدد الصماء شبيهًا بالإستروجين ، وقد يتسرب إلى الطعام. [ 46 ] تشير الأبحاث المنشورة في مجلة "وجهات نظر الصحة البيئية " إلى أن تسرب ثنائي الفينول أ من بطانة علب الصفيح، ومواد حشو الأسنان ، وزجاجات البولي كربونات، قد يزيد من وزن صغار حيوانات المختبر. [ 49 ] وتشير دراسة حيوانية حديثة إلى أن التعرض لمستويات منخفضة من ثنائي الفينول أ يؤدي إلى مقاومة الأنسولين، مما قد يُسبب التهابات وأمراض القلب. [ 50 ] في يناير 2010، ذكرت صحيفة لوس أنجلوس تايمز أن إدارة الغذاء والدواء الأمريكية (FDA) تُنفق 30 مليون دولار للتحقيق في مؤشرات ارتباط ثنائي الفينول أ بالسرطان. [ 51 ] كما يُثير ثنائي (2-إيثيل هكسيل) أديبات ، الموجود في أغلفة البلاستيك المصنوعة من البولي فينيل كلوريد (PVC)، القلق، وكذلك المركبات العضوية المتطايرة الموجودة في رائحة السيارات الجديدة . يفرض الاتحاد الأوروبي حظراً دائماً على استخدام الفثالات في صناعة الألعاب. وفي عام 2009، حظرت الحكومة الأمريكية أنواعاً معينة من الفثالات شائعة الاستخدام في صناعة البلاستيك. [ 52 ]
التأثيرات البيئية
تتباين التقديرات بشأن كمية النفايات البلاستيكية التي تم إنتاجها في القرن الماضي. تشير إحدى التقديرات إلى أنه تم التخلص من مليار طن من النفايات البلاستيكية منذ خمسينيات القرن الماضي. [ 53 ] بينما تشير تقديرات أخرى إلى أن الإنتاج البشري التراكمي للبلاستيك يبلغ 8.3 مليار طن، منها 6.3 مليار طن نفايات، ولا يُعاد تدوير سوى 9% منها. [ 54 ]
تشير التقديرات إلى أن هذه النفايات تتكون من 81% من راتنجات البوليمر، و13% من ألياف البوليمر، و32% من المواد المضافة. في عام 2018، تم توليد أكثر من 343 مليون طن من النفايات البلاستيكية، 90% منها عبارة عن نفايات بلاستيكية بعد الاستهلاك (نفايات بلاستيكية صناعية وزراعية وتجارية وبلدية). أما الباقي فكان نفايات ما قبل الاستهلاك الناتجة عن إنتاج الراتنجات وتصنيع المنتجات البلاستيكية (مثل المواد المرفوضة بسبب لونها أو صلابتها أو خصائص معالجتها غير المناسبة). [ 5 ]
أفادت منظمة حماية المحيطات بأن الصين وإندونيسيا والفلبين وتايلاند وفيتنام تُلقي كميات من البلاستيك في البحر تفوق ما تُلقيه جميع الدول الأخرى مجتمعة. [ 55 ] وتنقل أنهار اليانغتسي والسند والنهر الأصفر وهاي والنيل والغانج واللؤلؤ وأمور والنيجر وميكونغ ما بين 88% و95% من حمولة البلاستيك العالمية في البحر. [ 56 ] [ 57 ]
يتزايد وجود المواد البلاستيكية، وخاصة الجزيئات البلاستيكية الدقيقة ، في السلسلة الغذائية. ففي ستينيات القرن الماضي، لوحظ وجود هذه الجزيئات في أمعاء الطيور البحرية، ومنذ ذلك الحين، وُجدت بتراكيز متزايدة. [ 58 ] ولا تزال الآثار طويلة المدى للبلاستيك في السلسلة الغذائية غير مفهومة بشكل كافٍ. في عام 2009، قُدِّر أن 10% من النفايات الحديثة كانت بلاستيكية، [ 59 ] مع العلم أن التقديرات تختلف باختلاف المنطقة. [ 58 ] وفي الوقت نفسه، تتراوح نسبة البلاستيك في المخلفات البحرية بين 50% و80%. [ 58 ] ويُستخدم البلاستيك بكثرة في الزراعة. وتوجد كميات من البلاستيك في التربة تفوق تلك الموجودة في المحيطات. ويؤدي وجود البلاستيك في البيئة إلى الإضرار بالنظم البيئية وصحة الإنسان. [ 60 ]
ركزت الأبحاث المتعلقة بالآثار البيئية عادةً على مرحلة التخلص من النفايات. ومع ذلك، فإن إنتاج البلاستيك مسؤول أيضاً عن آثار بيئية وصحية واجتماعية واقتصادية كبيرة. [ 61 ]
قد تشمل الجهود المبذولة لتقليل التأثير البيئي للبلاستيك خفض إنتاج البلاستيك واستخدامه، وسياسات النفايات وإعادة التدوير، والتطوير الاستباقي ونشر بدائل للبلاستيك مثل التغليف المستدام .
الجسيمات البلاستيكية الدقيقة
جزيئات بلاستيكية دقيقة بأشكال متنوعة في رواسب أربعة أنهار في ألمانيا — تشير رؤوس الأسهم البيضاء مم للمقياس)قشة بلاستيكية متحللة ضوئياً. لمسة خفيفة تكسر القشة الكبيرة إلى جزيئات بلاستيكية دقيقة.
يُستخدم مصطلح "الجسيمات البلاستيكية الدقيقة" لتمييزها عن النفايات البلاستيكية الأكبر حجمًا وغير المجهرية . ويُعترف حاليًا بتصنيفين للجسيمات البلاستيكية الدقيقة. تشمل الجسيمات البلاستيكية الدقيقة الأولية أي شظايا أو جزيئات بلاستيكية يبلغ حجمها 5.0 مم أو أقل قبل دخولها البيئة . وتشمل هذه الألياف الدقيقة من الملابس، والخرزات البلاستيكية الدقيقة ، وبريق البلاستيك [ 63 ] ، وحبيبات البلاستيك (المعروفة أيضًا باسم "الحبيبات البلاستيكية"). [ 64 ] [ 65 ] [ 66 ] أما الجسيمات البلاستيكية الدقيقة الثانوية فتنشأ من تحلل المنتجات البلاستيكية الأكبر حجمًا بفعل عوامل التعرية الطبيعية بعد دخولها البيئة. وتشمل مصادر الجسيمات البلاستيكية الدقيقة الثانوية زجاجات المياه والمشروبات الغازية، وشباك الصيد، والأكياس البلاستيكية، وأوعية الميكروويف ، وأكياس الشاي، وإطارات السيارات المتآكلة. [ 67 ] [ 66 ] [ 68 ] [ 69 ]
يُعرف كلا النوعين ببقائهما في البيئة بمستويات عالية، لا سيما في النظم البيئية المائية والبحرية ، حيث يُعتبران من ملوثات المياه . [ 70 ] وتشير التقديرات إلى أنه بحلول عام 2050، سيتجاوز وزن الجزيئات البلاستيكية الدقيقة في البحر وزن الأسماك. [ 71 ]
تتراكم الجزيئات البلاستيكية الدقيقة أيضاً في الهواء والنظم البيئية الأرضية . وقد تم رصد جزيئات بلاستيكية دقيقة محمولة جواً في الغلاف الجوي، وكذلك في الأماكن المغلقة والمفتوحة.
نظراً لأن بعض أنواع البلاستيك تتحلل ببطء (غالباً على مدى مئات إلى آلاف السنين)، [ 72 ] [ 73 ] فإن الجزيئات البلاستيكية الدقيقة لديها احتمالية عالية للابتلاع والاندماج والتراكم في أجسام وأنسجة العديد من الكائنات الحية. [ 74 ] [ 75 ] وفي النظم البيئية الأرضية، ثبت أن الجزيئات البلاستيكية الدقيقة تقلل من استدامة النظم البيئية للتربة . [ 76 ] [ 77 ]
من المرجح أن تتحلل الجسيمات البلاستيكية الدقيقة إلى جسيمات نانوية أصغر حجماً بفعل عمليات التجوية الكيميائية، والتفتت الميكانيكي، وحتى من خلال عمليات الهضم لدى الحيوانات. تُعد الجسيمات النانوية نوعاً فرعياً من الجسيمات البلاستيكية الدقيقة، وهي أصغر من 1 ميكرومتر ( 1000 نانومتر). لا يمكن رؤية الجسيمات النانوية بالعين المجردة. [ 78 ]
تحلل المواد البلاستيكية
تتحلل المواد البلاستيكية عبر عمليات متنوعة، أهمها التحلل المائي والأكسدة الضوئية . ويحدد التركيب الكيميائي مصير البوليمرات. لذا، يمكن تقييم مسارات التحلل وفقًا لأنواع البوليمرات الرئيسية، وهي بالحجم: البولي أوليفينات (البولي إيثيلين، والبولي بروبيلين، والبوليسترين)، وبولي فينيل كلوريد، وبولي إيثيلين تيريفثالات (PET). [ 79 ] وبشكل عام، ترتبط قابلية البوليمر للتحلل بوجود مجموعات وظيفية (الإسترات، والأميدات). تتحلل البولي أوليفينات، التي تفتقر إلى المجموعات الوظيفية، ببطء شديد، وخاصة البولي إيثيلين. في حالة البولي إيثيلين، يُعزى التحلل إلى تفاعلات العيوب داخل سلسلة البوليمر، مثل مجموعات الألكين. [ 80 ] أما PET، وهو بوليستر، فيتحلل بسرعة نسبية عبر مسارات متعددة، بما في ذلك التحلل المائي للإسترات والأكسدة الضوئية. في حين أن البوليمرات الرئيسية الأخرى مستقرة عند درجات حرارة أعلى من 400 درجة مئوية، يتحلل PVC عند درجات حرارة أقل من 300 درجة مئوية. تتضمن هذه العملية فقدان كلوريد الهيدروجين (HCl). يحفز كلوريد الهيدروجين الناتج تحلل البولي فينيل كلوريد (PVC)، ولذلك تُبذل جهود كبيرة لالتقاط كلوريد الهيدروجين عن طريق مزج البولي فينيل كلوريد مع مواد مضافة.
معظم أنواع البلاستيك غير قابلة للتحلل الحيوي ، وبدون إعادة تدويرها، تنتشر في البيئة [ 96 ] [ 97 ] حيث تُسبب تلوثًا بلاستيكيًا . على سبيل المثال، اعتبارًا من عام 2015، دخل ما يقرب من 8 ملايين طن من النفايات البلاستيكية إلى المحيطات سنويًا، مما أدى إلى إلحاق الضرر بالنظم البيئية المحيطية وتكوين بقع قمامة في المحيطات . [ 98 ]
تعتمد معظم عمليات إعادة تدوير البلاستيك حاليًا على الطرق الميكانيكية، والتي تتضمن صهر البلاستيك وإعادة تشكيله إلى مواد أخرى. قد يؤدي ذلك إلى تحلل البوليمر على المستوى الجزيئي، ويتطلب فرز النفايات حسب اللون ونوع البوليمر قبل المعالجة، وهو أمر معقد ومكلف في كثير من الأحيان. قد تؤدي الأخطاء إلى مواد ذات خصائص غير متجانسة، مما يجعلها غير مرغوبة في الصناعة. [ 99 ] على الرغم من أن الترشيح في إعادة التدوير الميكانيكية يقلل من إطلاق الجزيئات البلاستيكية الدقيقة، إلا أن حتى أكثر أنظمة الترشيح كفاءة لا تستطيع منع إطلاقها في مياه الصرف الصحي. [ 100 ] [ 101 ]
في إعادة تدوير المواد الأولية، يُحوّل البلاستيك المُستعمل إلى مواده الكيميائية الأولية، والتي يُمكن استخدامها بدورها لإنتاج بلاستيك جديد. ويتطلب هذا الأمر تكاليف طاقة ورأس مال أعلى . وبدلاً من ذلك، يُمكن حرق البلاستيك بدلاً من الوقود الأحفوري في محطات استعادة الطاقة ، أو تحويله كيميائياً حيوياً إلى مواد كيميائية أخرى مفيدة للصناعة. [ 102 ] في بعض البلدان، يُعدّ الحرق الشكل السائد للتخلص من النفايات البلاستيكية، لا سيما في البلدان التي تُطبّق سياسات تحويل النفايات عن مكبات النفايات .
إعادة تدوير البلاستيك تُعتبر من أولويات إدارة النفايات ؛ إذ يُعدّ الحدّ من النفايات وإعادة استخدام البلاستيك حلولاً أكثر ملاءمةً واستدامةً على المدى الطويل لتحقيق الاستدامة البيئية . وقد شُجّعت إعادة تدوير البلاستيك منذ أوائل سبعينيات القرن الماضي، [ 103 ] إلا أنه نظراً للتحديات الاقتصادية والتقنية، لم تُؤثّر هذه العملية بشكلٍ ملحوظ على إدارة النفايات البلاستيكية حتى أواخر ثمانينيات القرن الماضي.
الانحلال الحراري
بتسخين البلاستيك إلى ما يزيد عن 500 درجة مئوية (932 درجة فهرنهايت) في غياب الأكسجين ( التحلل الحراري )، يمكن تحويله إلى هيدروكربونات أبسط ، والتي يمكن استخدامها كمواد خام لتصنيع أنواع جديدة من البلاستيك. [ 104 ] كما يمكن استخدام هذه الهيدروكربونات كوقود. [ 105 ]
انبعاثات غازات الاحتباس الحراري
بحسب منظمة التعاون الاقتصادي والتنمية ، ساهم البلاستيك في انبعاث غازات دفيئة تعادل 1.8 مليار طن من ثاني أكسيد الكربون ( CO2 ) في الغلاف الجوي عام 2019، أي ما يعادل 3.4% من الانبعاثات العالمية. [ 106 ] وتشير المنظمة إلى أنه بحلول عام 2060، قد تصل انبعاثات البلاستيك من غازات الدفيئة إلى 4.3 مليار طن سنويًا. ويتباين تأثير البلاستيك على ظاهرة الاحتباس الحراري. يُصنع البلاستيك عادةً من الغاز الأحفوري أو البترول؛ وبالتالي، يُنتج عن عملية إنتاج البلاستيك انبعاثات إضافية من غاز الميثان عند استخراج الغاز الأحفوري أو البترول. إضافةً إلى ذلك، فإن جزءًا كبيرًا من الطاقة المستخدمة في إنتاج البلاستيك ليس طاقة مستدامة ؛ على سبيل المثال، الحرارة العالية الناتجة عن حرق الغاز الأحفوري. مع ذلك، يمكن للبلاستيك أيضًا الحد من انبعاثات الميثان؛ على سبيل المثال، التغليف للحد من هدر الطعام. [ 107 ]
أظهرت دراسة أجريت عام 2024 أن البلاستيك، مقارنةً بالزجاج والألومنيوم، قد يكون له تأثير سلبي أقل على البيئة، وبالتالي قد يكون الخيار الأمثل لمعظم عبوات المواد الغذائية والاستخدامات الشائعة الأخرى. [ 108 ] وخلصت الدراسة إلى أن "استبدال البلاستيك ببدائل أخرى أسوأ من حيث انبعاثات غازات الاحتباس الحراري في معظم الحالات". كما وجدت الدراسة، التي شارك فيها باحثون أوروبيون، أن "15 من أصل 16 استخدامًا للمنتجات البلاستيكية تُنتج انبعاثات غازات احتباس حراري أقل من بدائلها". [ 108 ]
الحد من إنتاج البلاستيك كحل مناخي
في عام 2025، ولأول مرة في التاريخ، ناقشت جميع الدول تقريبًا ليس فقط إعادة التدوير، بل خفض إنتاج البلاستيك. يُمكن اعتبار هذا جزءًا لا غنى عنه من حل مشكلة تغير المناخ، إذ يُعد البلاستيك مسؤولًا عن 3-5% من الانبعاثات وفقًا للأمم المتحدة ومختبر لورانس بيركلي الوطني الأمريكي، وقد يتضاعف هذا الرقم ثلاث مرات بحلول عام 2060. أحد الأسباب هو أن حرق البلاستيك يُطلق الكربون الأسود ، الذي تبلغ قدرته على إحداث الاحتباس الحراري 5000 ضعف قدرة ثاني أكسيد الكربون. [ 109 ]
إنتاج البلاستيك
يتطلب إنتاج البلاستيك من النفط الخام ما بين 7.9 و13.7 كيلوواط/رطل (مع الأخذ في الاعتبار متوسط كفاءة محطات الطاقة الأمريكية البالغ 35%). أما إنتاج السيليكون وأشباه الموصلات للأجهزة الإلكترونية الحديثة فهو أكثر استهلاكًا للطاقة: من 29.2 إلى 29.8 كيلوواط/رطل للسيليكون، ونحو 381 كيلوواط/رطل لأشباه الموصلات. [ 110 ] وهذا أعلى بكثير من الطاقة اللازمة لإنتاج العديد من المواد الأخرى. على سبيل المثال، يتطلب إنتاج الحديد (من خام الحديد) ما بين 2.5 و3.2 كيلوواط/رطل من الطاقة؛ والزجاج (من الرمل، وما إلى ذلك) ما بين 2.3 و4.4 كيلوواط/رطل؛ والصلب (من الحديد) ما بين 2.5 و6.4 كيلوواط/رطل؛ والورق (من الخشب) ما بين 3.2 و6.4 كيلوواط/رطل. [ 111 ]
حرق البلاستيك
يؤدي الحرق السريع للبلاستيك في درجات حرارة عالية جدًا إلى تحلل العديد من المكونات السامة، مثل الديوكسينات والفيورانات . ويُستخدم هذا الأسلوب على نطاق واسع في حرق النفايات الصلبة البلدية . كما تقوم محارق النفايات الصلبة البلدية عادةً بمعالجة غازات المداخن لتقليل الملوثات بشكل أكبر، وهو أمر ضروري لأن الحرق غير المنضبط للبلاستيك يُنتج ثنائي بنزو-بارا-ديوكسينات متعددة الكلور المسرطنة . [ 112 ] أما حرق البلاستيك في الهواء الطلق فيحدث في درجات حرارة منخفضة، وعادةً ما يُطلق مثل هذه الأبخرة السامة .
يُزعم أن بكتيريا Blaptica dubia تساعد في تحلل البوليسترين التجاري. ويبدو أن هذا التحلل البيولوجي يحدث في بعض أنواع البكتيريا المحللة للبلاستيك التي تعيش في أمعاء الصراصير. وقد وُجدت نواتج التحلل البيولوجي في برازها أيضًا. [ 115 ]
تاريخ
تطورت صناعة البلاستيك من استخدام المواد البلاستيكية الطبيعية (مثل الصمغ والشيلاك ) إلى تعديلها كيميائيًا (مثل المطاط الطبيعي والسليلوز والكولاجين وبروتينات الحليب ) ، وصولًا إلى البلاستيك الاصطناعي بالكامل (مثل الباكليت والإيبوكسي والبولي فينيل كلوريد ). كانت المواد البلاستيكية الأولى مشتقة من مواد حيوية ، مثل بروتينات البيض والدم، وهي بوليمرات عضوية . في حوالي عام 1600 قبل الميلاد، استخدم سكان أمريكا الوسطى المطاط الطبيعي لصنع الكرات والأربطة والتماثيل. [ 6 ] كما استُخدمت قرون الماشية المعالجة كنوافذ للفوانيس في العصور الوسطى . وطُوّرت مواد تحاكي خصائص القرون بمعالجة بروتينات الحليب بالصودا الكاوية. في القرن التاسع عشر، ومع تطور الكيمياء خلال الثورة الصناعية ، تم الإبلاغ عن العديد من المواد. وتسارع تطوير البلاستيك مع اكتشاف تشارلز جوديير لعملية الفلكنة عام 1839 لتصليد المطاط الطبيعي.
في عام ١٨٩٣، اكتشف الكيميائي الفرنسي أوغست تريلات طريقةً لجعل الكازين (بروتينات الحليب) غير قابل للذوبان عن طريق غمره في الفورمالديهايد ، مما أنتج مادةً سُوِّقت باسم الجلاليث . [ ١١٩ ] وفي عام ١٨٩٧، كُلِّف فيلهلم كريش، صاحب مطبعةٍ ضخمةٍ من هانوفر بألمانيا، بتطوير بديلٍ للسبورات. [ ١١٩ ] وقد طُوِّر البلاستيك الناتج، الشبيه بالقرن والمصنوع من الكازين، بالتعاون مع الكيميائي النمساوي (فريدريش) أدولف سبيتيلر (١٨٤٦-١٩٤٠). وعلى الرغم من عدم ملاءمته للغرض المقصود، فقد اكتُشفت له استخداماتٌ أخرى. [ ١١٩ ]
كان الباكليت أول بلاستيك اصطناعي بالكامل في العالم ، وقد اخترعه ليو بايكلاند في نيويورك عام 1907 ، [ 7 ] وهو من صاغ مصطلح "البلاستيك" . [ 8 ] ساهم العديد من الكيميائيين في علم مواد البلاستيك، بمن فيهم الحائز على جائزة نوبل هيرمان شتاودينغر ، الذي يُلقب بـ"أبو كيمياء البوليمرات "، وهيرمان مارك ، المعروف بـ"أبو فيزياء البوليمرات ". [ 9 ] بعد الحرب العالمية الأولى، أدت التحسينات في الكيمياء إلى طفرة في أنواع جديدة من البلاستيك، حيث بدأ الإنتاج الضخم في أربعينيات وخمسينيات القرن العشرين. [ 59 ] من بين الأمثلة الأولى في موجة البوليمرات الجديدة البوليسترين (الذي أنتجته شركة BASF لأول مرة في ثلاثينيات القرن العشرين) [ 6 ] وكلوريد البولي فينيل (الذي تم ابتكاره لأول مرة عام 1872 ولكن تم إنتاجه تجاريًا في أواخر عشرينيات القرن العشرين). [ 6 ] في عام 1923، كانت شركة دوريت بلاستيكس أول شركة مصنعة لراتنجات الفينول-فورفورال. [ 120 ] في عام 1933، اكتشف الباحثان ريجينالد جيبسون وإريك فاوست من شركة إمبريال للصناعات الكيميائية (ICI) مادة البولي إيثيلين . [ 6 ]
يُنسب اكتشاف بولي إيثيلين تيريفثالات (PETE) إلى موظفي جمعية كاليكو للطباعة في المملكة المتحدة عام 1941؛ وقد رُخِّص استخدامه لشركة دوبونت في الولايات المتحدة، ولشركة ICI في باقي أنحاء البلاد، باعتباره أحد أنواع البلاستيك القليلة المناسبة كبديل للزجاج في العديد من الحالات، مما أدى إلى انتشاره الواسع في صناعة الزجاجات في أوروبا. [ 6 ] في عام 1954، اكتشف جوليو ناتا مادة البولي بروبيلين ، وبدأ تصنيعها عام 1957. [ 6 ] وفي عام 1954 أيضًا، اخترعت شركة داو كيميكال مادة البوليسترين الموسع (المستخدمة في عزل المباني والتغليف وصناعة الأكواب) . [ 6 ] منذ ستينيات القرن العشرين، شهد إنتاج البلاستيك طفرة كبيرة مع ظهور البولي كربونات والبولي إيثيلين عالي الكثافة (HDPE)، اللذين يُستخدمان على نطاق واسع في منتجات متنوعة. [ 121 ] في ثمانينيات وتسعينيات القرن العشرين، ازدهرت إعادة تدوير البلاستيك وتطوير أنواع البلاستيك القابلة للتحلل الحيوي للحد من الآثار البيئية. [ 122 ] [ 123 ] منذ عام 2000 وحتى الآن، حفزت المواد البلاستيكية الحيوية من مصادر متجددة والوعي بالجسيمات البلاستيكية الدقيقة إجراء بحوث مكثفة ووضع سياسات للسيطرة على التلوث البلاستيكي. [ 124 ]
↑ "صحيفة حقائق إعادة تدوير البلاستيك" (ملف PDF) . الاتحاد الأوروبي لصناعات إعادة التدوير (EuRIC). مؤرشف (ملف PDF) من الأصل بتاريخ 16 فبراير 2026. تم الاطلاع عليه بتاريخ 9 نوفمبر 2021 .
↑ ألونسو-ماغدالينا ب، موريموتو س، ريبول س، فوينتيس إ، نادال أ (يناير 2006). "التأثير الإستروجيني للبيسفينول أ يُعطّل وظيفة خلايا بيتا البنكرياسية في الجسم الحي ويُحفّز مقاومة الأنسولين" . مجلة منظورات الصحة البيئية . 114 (1): 106-112 . Bibcode : 2006EnvHP.114..106A . doi : 10.1289/ehp.8451 (غير نشط في 29 يناير 2026). PMC 1332664. PMID 16393666. مؤرشف من الأصل في 19 يناير 2009.{{cite journal}}: صيانة CS1: تم تعطيل DOI اعتبارًا من يناير 2026 ( رابط )
↑ فرانزن هـ (30 نوفمبر 2017). "معظم البلاستيك في المحيطات يأتي من 10 أنهار فقط" . دويتشه فيله . تم الاطلاع عليه في 18 ديسمبر 2018. اتضح أن حوالي 90% من جميع أنواع البلاستيك التي تصل إلى محيطات العالم تُلقى عبر 10 أنهار فقط: نهر اليانغتسي، ونهر السند، والنهر الأصفر، ونهر هاي، ونهر النيل، ونهر الغانج، ونهر اللؤلؤ، ونهر آمور، ونهر النيجر، ونهر ميكونغ (بهذا الترتيب).
↑ "من أين تأتي النفايات البحرية؟" . حقائق عن النفايات البحرية . الاتحاد البريطاني للبلاستيك. مؤرشف من الأصل في 18 مايو 2021. تم الاطلاع عليه في 25 سبتمبر 2018 .
1 2 بوشيه، جوليان؛ فريو، داميان (2017). الجزيئات البلاستيكية الدقيقة الأولية في المحيطات: تقييم عالمي للمصادر . doi : 10.2305/IUCN.CH.2017.01.en . ISBN978-2-8317-1827-9.
↑ "حلول التنمية: بناء محيط أفضل" . بنك الاستثمار الأوروبي . مؤرشف من الأصل في 21 أكتوبر 2021. تم الاطلاع عليه في 19 أغسطس 2020 .
↑ "وجود بلاستيك أكثر من الأسماك في المحيط بحلول عام 2050: تقرير يقدم خطة للتغيير - بيانات صحفية | المنتدى الاقتصادي العالمي" . مؤرشف من الأصل في 23 يناير 2016. تم الاطلاع عليه في 6 يوليو 2026 .
↑ كلاين إس، ديمزون آي كيه، يوبيلر جيه، نيبر تي بي (2018). "تحليل ووجود وتحلل الجزيئات البلاستيكية الدقيقة في البيئة المائية". في: فاغنر إم، لامبرت إس (محرران). الجزيئات البلاستيكية الدقيقة في المياه العذبة . دليل الكيمياء البيئية. المجلد 58. تشام: سبرينغر. الصفحات 51-67 . doi : 10.1007/978-3-319-61615-5_3 . ISBN978-3-319-61614-8.انظر القسم 3، "التدهور البيئي للبوليمرات الاصطناعية".
↑ نيكس، سالي (2021). كيف تزرع بطريقة منخفضة الكربون: الخطوات التي يمكنك اتخاذها للمساعدة في مكافحة تغير المناخ (الطبعة الأمريكية الأولى ). نيويورك: DK. ISBN978-0-7440-2928-4. OCLC 1241100709 .
↑ "أبحاث الجزيئات البلاستيكية الدقيقة" . وكالة حماية البيئة الأمريكية . 22 أبريل 2022. تم الاطلاع عليه في 16 ديسمبر 2024 .تتضمن هذه المقالة نصًا من هذا المصدر، وهو متاح للعموم .
↑ بلاغ من المفوضية إلى البرلمان الأوروبي والمجلس واللجنة الاقتصادية والاجتماعية الأوروبية ولجنة الأقاليم – استراتيجية أوروبية للبلاستيك في الاقتصاد الدائري، COM(2018) 28 نهائي، 6 يناير 2018
↑ نارايانان س (12 ديسمبر 2005). "سكان زادغاونكار يحولون أكياس التسوق إلى بنزين!" . صحيفة ذا هندو . مؤرشف من الأصل في 9 نوفمبر 2012. تم الاطلاع عليه في 1 يوليو 2011 .
هوبمان، كريستيان؛ جريف، هيلموت؛ ولترز ، ليو (8 ديسمبر 2023). التدريب على تكنولوجيا البلاستيك . Carl Hanser Verlag GmbH & Company KG. رقم ISBN978-1-56990-935-5.
فينك، يوهانس كارل (2024). الاتجاهات المستقبلية في البلاستيك الحديث . وايلي. ISBN978-1-394-23757-9.
غاردينر، بيث (2026). شركة البلاستيك: التاريخ السري والمستقبل الصادم لأكبر رهان لشركات النفط الكبرى. أفيري.
"مجموعة ج. هاري دوبوا حول تاريخ البلاستيك، حوالي 1900-1975" . مركز المحفوظات، المتحف الوطني للتاريخ الأمريكي، مؤسسة سميثسونيان . مؤرشف من الأصل في 12 فبراير 2006.
"الخواص المادية للبلاستيك - الخواص الميكانيكية والحرارية والكهربائية" . مجلة البلاستيك الدولية . مؤرشف من الأصل بتاريخ 24 مارس 2017.