Plast är ett samlingsnamn för en stor grupp halvsyntetiska eller syntetiska material som numera används inom i stort sett alla tillverkningsområden. Plast består huvudsakligen av en eller flera polymerer som blandats med tillsatser. En polymer är en stor molekyl som består av många små molekyler som bundit ihop för att skapa en lång kedja. Dessa små upprepande molekyler kallas för monomerer. Med undantag av silikoner består polymererna av organiska föreningar.
Ordet har förekommit i Sverige sedan 1945, tidigare användes konstharts som beteckning för äldre material av liknande slag, ungefär samtidigt som en rad nya plaster togs fram och användningen ökade. Begreppet naturplaster användes då om naturmaterial med liknande sammansättning.
Genom att variera vilka tillsatser som används och vilken typ av monomerer och hur lång polymerkedjan är kan man få fram en mängd olika typer av plast med många olika egenskaper och användningsområden. Detta, tillsammans med att plaster blir enklare och enklare att återvinna har resulterat i att plast blivit en oumbärlig del av det moderna samhället. Det är därför svårt att ersätta plasten, vilket hade varit önskvärt eftersom plastföroreningar är ett växande och allvarligt miljöproblem. Mikroplaster finns utspridda i naturen och har till exempel spårats i mänskligt blod. Bland annat har EU vidtagit åtgärder i försök att minska plastavfallet i naturen. Den 3 juli 2021 förbjöds tillverkning av engångsplast i EU. Ett EU-mål är att 55 procent av allt förpackningsavfall i plast ska återvinnas år 2030, bland annat för att begränsa förbränningen som leder till ökade växthusgaser i atmosfären.
Plaster delas upp i två huvudgrupper, termo- och härdplaster. Termoplaster mjuknar vid smältning och kan formas om medan härdplaster inte kan smältas ner utan att dess kemiska struktur förstörs, detta på grund av att plasten härdas vid tillverkning. Termoplaster kan således smältas ned och formas om men inte härdplaster.
I jämförelse med andra material som trä, metall och glas är plast ett relativt sett ungt material som fick sitt genombrott i mitten av 1900-talet. Sedan dess har användningen ökat med i snitt 9 procent per år, globalt sett, och plast har idag en bred användning inom tillverkningsindustrin. Produktion och anvädning av plast nådde 435 miljoner ton 2020, upp från 234 miljoner ton 2000.
Ordet plast härstammar från grekiskans πλαστικός (plastikos) som betyder formbar eller lämplig för gjutning, alternativt från πλαστός (plastos) som betyder formad eller gjuten.
Polymerisation miniatyr|Polymerisation av polystyren
Plast består av en polymer som blandas med en större eller mindre mängd tillsatser (additiv). Polymeren i sin tur skapas genom att monomerer länkas samman till långa polymerkedjor. Monomeren kan till exempel vara styren som länkas samman till polystyren (se bilden bredvid). Sammanlänkningsprocessen, som kallas polymerisation, kan ske på två sätt; genom polyaddition eller genom polykondensation. Vid polyaddition sammanlänkas monomerer med dubbelbindningar genom att dessa bindningar bryts och istället kopplas samman med andra monomerer. Vid polykondensation reagerar istället monomerer, innehållande minst två reaktiva grupper, med varandra. Vanligtvis separeras (kondenseras) molekyler från monomererna. Ett vanligt exempel är en reaktion då en OH-grupp reagerar med en väteatom som därmed skapar vatten.
Kemisk struktur thumb|Amorf och delkristallin polymerkedja
Plasters egenskaper styrs till största delen av vilken struktur polymerkedjorna har och vilka molekyler/atomer som ingår i dessa kedjor. Kedjorna kan bestå av en eller flera sorters monomerer och benämns då homopolymerer respektive sampolymerer. Polymerkedjorna kan vara linjära, grenade eller ha nätstruktur. Förutom kedjestruktur spelar kedjornas inordning i materialet en viktig roll. En polymer med ordnad, symmetrisk struktur kallas kristallin eller delkristallin medan en polymer med ostrukturerade molekyler kallas amorf (se figur). En (del)kristallinstruktur är tätare packad och styvare än en amorf struktur. För att en polymer skall ha möjlighet att kristallisera måste den ha en regelbunden konfiguration, vara rörlig och kunna packas tätt. En polymer kan inte bli helt kristallin vilket är anledningen till att man ibland kallar polymerer med kristallin struktur för delkristallina. De kristallina områdena omges av en amorf massa. Vanligtvis upptar den kristallina fasen cirka 20–70 procent av vikten men vissa polymerer, såsom acetalplast, kan med rätt bearbetning kristallisera upp till cirka 90 procent. Kristallina plaster är alltid opaka (ogenomskinliga) till skillnad från amorfa plaster som är helt eller delvis transparenta (förutsatt att de inte har färgats).
Kol och väte är de två grundämnen som bygger upp de flesta plaster. Andra ämnen såsom svavel, kväve, syre eller klor förekommer också, dock i mindre mängder. Genom att fästa olika kemiska grupper på polymerkedjan (oftast på monomeren innan den genomgår polymerisation) kan man ge plasten flera olika egenskaper. På detta vis har plasterna utvecklats och fått många av de egenskaper som gjort den till en sådan oumbärlig del av det moderna livet.
Plasterna namnges efter de molekyler den består av. På detta sätt har till exempel polyeten, som består av monomeren eten (C2H4), namngivits. Några viktiga grupper som ofta används vid klassificering är akryler, polyestrar, silikoner och polyuretaner.
Tillverkning Råvaror Vid tillverkning av plast används huvudsakligen två råvaror; råolja (så kallad petroleum) och den kondenserade formen av naturgas (så kallad naturgaskondensat) som också kallas för svartin i vissa delar av världen. Användningen av förnyelsebara råvaror ökar. Plast skapad av förnyelsebara råvaror namnges som biobaserad plast. Omkring fyra procent av världsproduktionen av råolja går till plastframställning.
Råolja skapas från uråldrig biomassa (gammalt organisk material). Denna biomassa har under väldigt lång tid blivit upphettad och befunnit sig under högt tryck för att slutligen bli omvandlad till råolja. Man tror att råoljan vi använder idag ursprungligen kommer ifrån förhistoriska plankton. Petroleum och naturolja kallas även för fossila bränslen då de oftast påträffas under marken. miniatyr|stående|Typiska kolväten
Råolja består av en mängd olika kolväten. Vanligast är alkaner, aromatiska kolväten och cykliska alkaner. En alkan är en mättad (innehåller inga dubbel/trippelbindningar mellan kolatomerna) molekyl med den generella strukturen CnH2n+2, där n är ett godtyckligt heltal. Den enklaste alkanen är CH4 (n=1) och heter metan. Cykliska alkaner är alkaner som innehåller en eller flera kolatomringar, ett exempel på en cyklisk alkan är cyklohexan (C6H12). Aromatiska kolväten är speciella föreningar som måste uppfylla vissa kriterier (se aromaticitet). Ett vanligt exempel är bensen (C6H6).
Råoljan består av en blandning av olika föreningar och måste bearbetas på ett oljeraffinaderi innan den kan sättas till användning. På oljeraffinaderiet så separeras de olika föreningarna från varandra genom en process som kallas ”fraktionerad destillation”. Den fungerar som så att man värmer upp råoljan så den övergår till gasfas. När man sedan kyler ner den kommer de olika föreningarna i råoljan återgå till vätskefas vid olika temperaturer och på så sätt skapa olika fraktioner. Dessa olika fraktioner består inte av identiska molekyler utan molekyler av olika utseende men med samma kokpunkt. Fraktioner med väldigt hög kokpunkt kan således användas som smörjolja (350–400 °C) medan olja med lägre kokpunkt kan användas till annat såsom diesel (230–350 °C), flygbränsle (175–230 °C), bensin (15–175 °C) eller gasol (−40 till 0 °C).
Alternativ till råolja
Som tidigare nämnts finns det alternativ till råolja, där det vanligaste alternativet är att använda sig av förnyelsebara råvaror som finns på andra ställen i naturen. Polymerer återfinns alltså även i naturen, och där i form av till exempel cellulosa i träd eller proteiner i människokroppen som också är en sorts polymer. Proteiner är i grund och botten en polymer av så kallade polypeptider som i sin tur är uppbyggda av aminosyror. I människokroppen och i andra organismer finns så kallade enzymer, proteiner som katalyserar reaktioner. Dessa enzymer skulle potentiellt kunna användas för att skapa polymerer rent biologiskt, så kallade biobaserade polymerer.
En källa av biobaserade polymerer är de som syntetiseras av bakterier. De två huvudsakliga polymererna som brukar tas upp är polylaktid (PLA) och polyhydroxyalkanoates (PHA). Lactic Acid, eller mjölksyra som det heter på svenska, är en naturlig produkt som skapas från fermentering av socker eller stärkelse. Mjölksyran i sig självt är inget önskvärt för plastindustrin, men då den görs om till PLA kan denna monomer användas till polymerisation. Polyhydroxyalkanoates är också en produkt ur bakteriell fermentering och kan även den användas som en monomer i polymerisation.
Det är alltså fullt möjligt att skapa plast utan någon som helst användning av fossila bränslen, som en forskargrupp redan bevisat då de framtog PLA med hjälp av bakterier.CNN: "Koreans make plastics without fossil fuel chemicals" Fördelen med dessa biobaserade plaster är att man drar ned på förbrukningen av fossila bränslen och istället använder mer naturvänliga råvaror. Detta gör att man slutar använda en ändlig källa av råvaror och istället använder sig av en förnyelsebar källa som kan användas om och om igen.
Det finns även plast som kan brytas ned av mikroorganismer till vatten, koldioxid, metan och ny biomassa. Denna typ av plast brukar ibland felaktigt benämnas som bioplast. Men bioplast menas inte att den är biologiskt nedbrytbar utan att den är baserad på biologiska råvaror, som beskrivet ovan.
Bearbetning miniatyr|Enkel illustration av strängsprutning Plastbearbetning är den process som formar plastråvaran till färdig produkt. Det finns fyra huvudmetoder; formsprutning, strängsprutning (även kallat extrudering), formpressning och gjutning.
Strängsprutning går ut på att man tillför mer eller mindre lättflytande plast in i en cylinder som innehåller en så kallad ”matar-skruv”. Denna skruv roterar och tvingar ut den lättflytande plasten genom ett munstycke, i slutet på cylindern, där plasten kyls ner och bildar sin slutgiltiga form. Produkten som skapas kommer att kontinuerligt matas ut ur munstycket vilket resulterar i en effektiv produktion av slutprodukten. Vanliga produkter är slangar, rör, kabelmantlar, skivor, fibrer etc.Plastipedia: Extrusion Profiles and Sheet
Formsprutning påminner om strängsprutning då man ofta också använder en cylinder med matarskruv där lättflytande plast fylls på. Skillnaden är i det sista steget: istället för att tvingas genom munstycket så sprutas den lättflytande plasten istället in i en kall form. Under formsprutning används tryck upp till 1000 bar medan strängsprutning som högst når cirka 50 bar. När den smälta plasten (smältan) kylts ned och stelnat så öppnar sig formen och inuti finns den härdade slutprodukten. Formsprutning är den viktigaste metoden för att tillverka produkter bestående av termoplast men kan också modifieras för tillverkning av härdplast.
Då man gjuter häller man den flytande plasten in i gjutformar som sedan ger plasten den eftertraktade formen. Detta är en av de enklare metoderna att bearbeta plast.
När man tillverkar termoplastiska detaljer, hellre än att skapa hela objekt, köper man in plast i form av granulat. Granulatet smälts, formas och tillåts stelna innan man får fram den färdiga detaljen. Sätten att forma plasten skiljer sig beroende på material, geometri och önskade egenskaper.
Återvinning
miniatyr|Plastbackar