Plastmasside hiilgeaeg

01.08.2019
Maailmamere plastisaaste on üks väga suur, kiiret lahendust nõudev probleem. | autori arhiiv

Juunikuu Tehnikamaailmas kirjutasime plastmasside ajaloo algusaegadest kuni Teise maailmasõjani. Täna vaatleme plasti jõudmist oma arengu tippu ja ka praeguseks selgunud suuri ohte plastijäätmetega seoses. On plast siis inimkonna jaoks õnn või õnnetus?

Paljud tänase loo kangelased avastati samuti juba sõjaeelsetel aegadel, ent ei leidnud kas üldse mitte või leidsid väga vähesel ja algelisel määral kasutust praktikas. Alles pärast sõda, kui mitmed erinevad plastid olid näidanud oma ülihäid omadusi, hakati neid põhjalikumalt ja süstematiseeritult uurima. Rajati palju spetsiaalselt plastmassiteadusele pühendatud uurimisinstitutsioone ja tulid ka tulemused. Vaatame lähemalt mõningaid olulisi materjale, sest kõigist ei jõua – neid modifikatsioone on tuhandeid.

                                         

Polüstüreen (PS)

Kuigi see polümeer avastati juba 1839. aastal, jäi ta ligi sajaks aastaks unustusse. 1931. aastal proovis küll Saksa firma I. G. Farben seda toota, kuid mingit suuremat edu ei saavutatud. Kui aga 1941. aastal Dow Chemical Company leiutas Styrofoami nime kandva polümeervahu tehnoloogia, mida järgneva kümne aasta jooksul igati laiendati, oli polüstüreeni (igapäevaselt teame seda kui vahtplasti) ajastu alanud. Vahtplastist (meil varem tuntud kui penoplast) moodustab 95–98% õhk ja seetõttu on ta väga hea soojusisolaator, mida kasutatakse laialdaselt alates termokastidest kuni ehituste isolatsioonideni. Sõltuvalt modifikatsioonidest jääb ta tihedus vahemikku 11–32 kg/m3. Samuti on vahtpolüstüreen (expanded polystyrene, EPS) kasutatav pakendimaterjal, kuna ta amortiseerib hästi õrnadele ja tundlikele esemetele osaks saada võivaid lööke.

 

Polümetüülmetakrülaat (PMMA)

Heal lapsel palju nimesid ja nii tuntakse seda polümeeri paljude nimede all – akrüül, akrüülklaas ning kõige tuntumalt pleksiklaas. See läbipaistev termoplastne materjal leiab ulatuslikku kasutust kui kerge ja purunemiskindel klaasi asendaja. Samuti kohtame seda mitmetes pinnakattevahendites – akrüülvärvid ja -lakid. Ka see materjal avastati eelmise sajandi varastel kolmekümnendatel üksteisest sõltumatult Inglise Imperial Chemical Industries (ICI) keemikute Rowland Hilli ja John Crawfordi poolt, kes andsid talle nimeks Perspex, ning Saksa keemiku Otto Röhmi poolt, kes patenteeris selle 1933. aastal Plexiglasi nime all. Röhm oli ka eespool mainitud tuntud plastifirma Dow Chemical (toona Rohm and Haas) üks asutajaid ja kauaaegne president. Sõja ajal kasutati suures hulgas PMMAd allveelaevade periskoopide ning lennukite tuuleklaaside valmistamiseks. Kuna PMMA on aga palju väiksema kõvadusega kui klaas ja kriimustub kergesti, siis matistub ta aja jooksul ja tema läbipaistvus väheneb. Seetõttu kaetakse pleksiklaasist esemed, näiteks tuuleklaasid, välitingimuste jaoks tugevama kaitsekihiga. Ta tihedus on 1,17–1,2 g/cm3 – nii on ta üle kahe korra tavaklaasist kergem. Löögikindluselt on PMMA aga suurelt üle nii klaasist kui polüstüreenist. PMMA laseb läbi 92% nähtavast valgusest. 

PMMA on peamine suurte akvaariumite ehitusmaterjal ning samuti laialt kasutatav mitmete veealuste uurimislaevade (sh batüskaaf Trieste) illuminaatorite valmistamisel. Temast on valmistatud hokiväljakute kaitsepoordid. Nii Müncheni olümpiamängude Olümpiapargi kui Houstoni üle ilma kuulsa ja suisa kaheksandaks maailmaimeks tituleeritud Astrodome’i katused on valmistatud PMMAst. Lennukiaknaid sai juba mainitud ning Boeing B-17 Flying Fortressi ninasektsioon sai oma tuntud kujul võimalikuks ainult tänu PMMAle. Moodsatel lennukitel kasutatakse täiustatumaid (ja salajasemaid) modifikatsioone.

Üks tähelepanu väärivaid avastusi tehti Teise maailmasõja ajal inglasest oftalmoloogi Sir Harold Ridley poolt, kes pani tähele, et pilootide silmi, mida olid kahjustanud PMMA killud, oli palju lihtsam ravida kui klaasikildudega haavatasaanuid. Aine sobib hästi kokku inimese kudedega ega tekita tõrjereaktsioone. Seetõttu kasutatakse PMMAst läätsesid hallkae ehk katarakti ravil, asendamaks eemaldatud naturaalseid silmaläätsesid. Tänapäeval on ka enamik nägemist korrigeerivatest kontaktläätsedest just sellest materjalist.

Nimetatud kokkusobivus kudedega võimaldab laia kasutust ka mujal meditsiinis. Näiteks luutsement ja liigeseplastika vahendid baseeruvad PMMAl. Samuti kasutatakse seda kosmeetilises kirurgias, kus isegi mõned kulturistid on seda kasutanud oma lihaste illegaalseks korrigeerimiseks. Ja ei saa üle ega ümber stomatoloogiast. Vanemad inimesed mäletavad veel nõukaajal tavalisi metallist „tinaplomme“ – nüüd baseeruvad kõik augutäidised ja muud ravimaterjalid akrüülil, samuti kunsthambad. Vastavate lisanditega saab neid teha väga täpsetes värvitoonides, nii et nad ei eristu inimese enda hammastest.

Mainigem veel, et enamik laserkettaid (CD, DVD, BRD) on sellest materjalist ning TFT-LCD monitoride taustavalgustuse valgusjuhid on PMMAst. Möödunud sajandi 50-60ndatel oli see materjal hinnatud nii kunstnike kui juveliiride poolt, isegi Salvadore Dali on palju oma teoseid maalinud akrüülalustele. Dan Armstrong ja B. C. Rich valmistasid oma elektrikitarrid akrüülmaterjalidest. Ludwig-Musser valmistas PMMAst oma Vistalites-nimelise trummiseeria, mille tuntuim kasutaja oli Led Zeppelini trummar John Bonham. Jne jne.

 

Polütetrafluoroetüleen (PTFE)

PTFE on levinuim fluropolümeer, mille tuntuim tootenimi on Teflon (patenteeritud 1945. aastal DuPont’i tütarfirma Chemoursi poolt). Avastati see aastal 1938 juhuslikult Roy J. Plunkett’i poolt, kes uuris külmutusseadmete freoon-tüüpi jahutusvedelikke. Juba 1948. aastal toodeti 900 tonni teflonit aastas. Kuna PTFE on keemiliselt erakordselt inertne kõikvõimalike agressiivsete keskkondade (sh elementaarne fluor ise) suhtes, oli selle esimene suurkasutaja tuumarelva loomise Project Manhattan raames USA. Nimelt kasutatakse pommimaterjaliks sobiva isotoobi U-235 eraldamiseks rikastamata massist üht vähestest kerglenduvatest uraaniühenditest – uraanheksafluoriidi (UF6 keemistemperatuuriga 56,5 °C). See on aga erakordselt sööbiva toimega. Nii kaetigi kogu torustik ja kõik seadmete siseseinad, mis UF6-ga kokku puutusid, tefloniga. Tefloni üks suurepäraseid omadusi on tema üliväike hõõrdumistegur, mistõttu saab teflonist teha kõikvõimalikke „libedikke“ – laagrid, võllid, liugpinnad jpm.

Prantsuse inseneri Marc Grégoire’i, kes tegeles ka tefloni uurimisega, naine pöördus mehe poole palvega uurida selle materjali sobivust praepannile, mis kippus kõike külge võtma ja põhja kõrvetama. Ideel oli jumet ja maailma esimene teflonpann nimega Tefal (Tef tulenes teflonist, al alumiiniumist) sündiski 1954. aastal.

 

Mikrofiiber (MF)

Üks modernseid lahendusi plasti maailmast on mikrokiud ehk mikrofiiber. MF uurimist alustati juba eelmise sajandi 50-60ndatel, ent praktilist rakendust hakati leidma alles paari aastakümne eest. Laia plahvatusliku arengu tegi MF aga alles sel aastatuhandel.

Kiudude maailmas on levinud mõõtühikuks den (D), mis on üheksa kilomeetri kiu kaal grammides. Algselt pärineb see loodusliku siidi mõõtmisest – siidiussi kiud jääb vahemikku 1–1,25 D ehk siis 9 km = 1–1,25 g. Mikrofiibri puhul saame rääkida aga kiust alla 1 D, kuigi enamik on veelgi peenemad 0,5–0,7 D ja parimad eksemplarid juba alla 0,33 D. Keemiliselt koostiselt on tegemist polüamiid- või polüestermaterjalidega või nende segudega. Kasutuses lisatakse vajalikke omadusi andvad täiteained – hüdrofiilsed või hüdrofoobsed ained (vastavalt vett imavad või eemaletõukavad), elektrijuhtivust suurendavad metallosakesed, tugevust andvad süsiniknanotorud, antibakteriaalsed lisandid jne. Mikrofiibrist spordiriietus on kerge, tugev, vastupidav, niiskust eemaldav ja oli/on ideaalne nt kergejõustiklaste, jalgratturite jne riietuse loomisel, samal põhjusel oli ka MF-aluspesu väga efektiivne. Kuid US Marine Corps keelustas oma sõjaväelastel selle pesu kasutamise, kuna terroristide lõhkeseadeldiste plahvatuskoha lähistel saadav termoimpulss sulatas kiud naha pinnale ja tekitas suuremat kahju kui tavapärane aluspesu. Ka kõrgtehnoloogias on MF sügavalt sees – uute Mars Roverite peamised konstruktsioonielemendid on MF-komposiidid.

Kui eelmisel sajandil oli MFil koht vaid ekstreemsetel aladel (militaartehnika, tippsport), siis praegusel aastasajal algas MFi võidukäik tavatarbijate maailmas. MF on aluseks paljudele tavarõivastele, parim matkavarustus on MFi sisaldav – nt magamiskotid, mis on kerged ja isegi märjana hea soojusregulatsiooniga. MFist valmistatud puhastusvahendid – rätikud, mopid, harjad jm – ei vaja keemilisi pesuvahendeid, vaid annavad suurepärase tulemuse ainult puhast vett kasutades. MF-lapid on parimad säravate klaaspindade saamiseks, alates prilliklaasidest-fotokaameratest ja teleri- ning monitoriekraanidest täppis-optikariistadeni välja. Laboratoorsed uuringud näitasid, et kui tavaline puuvillast lapp eemaldas vaid kolmandiku bakteritest, siis MF tagas pea 99% bakterite eemaldamise. MF-lappe ei pea minema viskama – nad kannatavad kuni 500 korda pesumasinas pesemist, säilitades oma omadused. Kuid nagu kõigil plastidel on nende puuduseks püsivus keskkonnas. Ühel korral pesumasinaga pesemisel eraldub MF-riideesemest umbes poolteist grammi MFi, mis on aga nii peen, et pesumasina filtrid seda kinni ei pea. Praegu hindavad teadlased, et (just arenenud maades) langeb ca 85% rannikualade plastireostusest MFi õlule. Siin toetavad roheliste aktsioone valjuhäälselt ja rahadega just nimelt puhastuskemikaalide tootjad, kelle turu MF muidu lihtsalt alla neelaks.

 

Plastmassid ja keskkond

Kui me pea kõigi plastmasside juures rõhutasime ühe nende plussina vastupidavust ka äärmuslikes keskkonnatingimustes, siis siit tulenebki suurim nendega seotud probleem. Kuna nendel biolagunemine peaaegu puudub ja tavaliste mõjurite – UV-kiirgus, niiskus, temperatuur jne – toimel võtab see aega sadu, kui mitte tuhandeid aastaid (mõelge nt merevaigule), siis kogunevad minemavisatud plastjäätmed loodusesse ja tekitavad palju pahandust. Kuna plasti tootmine on enamikul juhtudest väga odav, siis pole taaskasutus just eriti tasuv.

Hinnanguliselt on plastiajastul toodetud kuhjuvalt umbes kaheksa ja pool miljardit tonni plastmasse, millest jäätmetena on minema visatud umbes kuus ja pool miljardit. Piltlikult kujutades oleks see ruutkilomeetrise põhjaga ja viis kilomeetrit kõrge torn. Vaid 9% plastijäätmetest leiab taaskasutust, lisaks veel põletatakse 12%. Tänavuaastane uuring Plastic & Climate hindab, et ainuüksi tänavu tekib plasti tootmisel kasvuhoonegaase CO2-le arvestatuna 850 miljonit tonni. Aastaks 2030 ennustatakse seda CO2 osa juba 1,34 miljardile tonnile. Tuleneb see plasti tootmise suurest energiavajadusest – 62–108 MJ/kg. Võrdluseks kulutab paberi tootmine 25–50 MJ/kg, raua tootmine maagist vaid 20–25 MJ/kg, terase tootmine 20–50 MJ/kg ja klaasi tootmine 18–35 MJ/kg.

Suurimaks plastijäätmete kogunemiskohaks on maailmameri. Kui muidu moodustavad plastijäätmed 10% kogu jäätmehulgast, siis ookeanides ja meredes on plasti osa jäätmetest 50–80%. Kui arenenud riikides on sellele probleemile aina suuremat tähelepanu pööratud, siis arengumaades ei näe elanikkond selles mingit probleemi. Nii toodavad vaid kümme riiki 90% kogu maailmamere plastisaastast – hulga järgi pingereas Hiina, Indoneesia, Filipiinid, Vietnam, Sri Lanka, Tai, Egiptus, Malaisia, Nigeeria ja Bangladesh. Suurema osa saastast kannavad merre suured jõed, kuhu jäätmeid visatakse.

Samuti satub palju plasti merre tormide ja üleujutuste käigus. Hinnanguliselt loobivad tormid igal aastal merre 10 000 merekonteinerit plasttoodetega. Üks tuntumaid selliseid juhtumeid oli 1992. aastal, kui Hiinas toodetud plastmänguasjad Friendly Floatees (kollased vannipardid, punased kopraonud, sinised kilpkonnad jt) olid konteinerlaeval Ever Laurel teel Hongkongist USAsse. Laeva tabanud torm purustas mitmed konteinerid ning nende sisu (kümned tuhanded mänguasjad) alustasid iseseisvat elu ookeanivetel. Paar-kolm aastat hiljem leiti neid USA läänerannikul, kaheksa aastat hiljem isegi USA idarannikul ning kümme aastat hiljem isegi Inglismaalt.

Tänu tsirkuleerivatele ookeanihoovustele on ookeanides moodustunud meeletult suured reostusalad. Tuntuim neis on 135 ja 155 lääne pikkuskraadi ja 35 ja 42 põhja laiuskraadi vahel paiknev 1,6 miljoni ruutkilomeetrine Pacific Trash Vortex, kus tihedaimas asualas leidub üle 100 kg plastjäätmeid ruutkilomeetri kohta. Teadlased hindavad, et aastaks 2050 on maailmameres plastireostuse mass suurem kui kõigi kalade ja mereloomade mass kokku.

Nüüdseks on inimkond suurest ohust aina teadlikum, seda püütakse vähendada ühekordsete plastesemete ja kilekottide vähendamisega ning jäätmete taaskasutusega. Samuti viiakse läbi aktsioone merest jäätmete kõrvaldamiseks. Teadlased on üle maailma leidnud ka palju põnevaid baktereid ja seeni, mis suudavad teatud plaste „ära süüa“ ning lagundada.

Sarnased artiklid