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No mundo moderno, os plásticos estão em todos os lugares e se tornaram uma parte crucial de muitas indústrias diferentes devido à sua robustez e flexibilidade. Para entender melhor a química dos plásticos e, mais importante, as preocupações ambientais que eles representam, é pertinente observar as matérias-primas que servem como base para a síntese de plásticos. As fontes para a produção de tais plásticos são muito diversas, variando de combustíveis fósseis como petróleo bruto e gás natural a recursos renováveis como milho etc., que podem então ser processados para formar bioplásticos. Para fabricar diferentes tipos de plásticos que são adequados para diferentes aplicações, todas essas matérias-primas passam por processamento químico. Este artigo descreverá todas as etapas, começando com essas matérias-primas e polimerização, passando pelos diferentes produtos plásticos, tecnologias e aspectos de sustentabilidade para destacar o impacto na geração futura. Para fazer isso, o artigo começará dos primeiros princípios, observando os ingredientes dos plásticos ou do milho e o que acontece antes que uma garrafa plástica esteja pronta para circulação na economia.
Quais são as matérias-primas comuns usadas na produção de plástico?
A principal fonte de petróleo bruto e gás natural no trabalho de fabricação de plásticos. Destes fósseis, os monômeros como etileno e propileno são primeiro extraídos, e estes são precursores de vários plásticos. Além disso, o amido de milho é outra matéria-prima da qual os bioplásticos também podem ser feitos. Todas essas matérias-primas são importantes para passar pela polimerização, o processo que cria polímeros plásticos a nível molecular.
Compreendendo o petróleo bruto e o gás natural na fabricação de plástico
A importância do petróleo bruto e do gás natural reside principalmente em sua disponibilidade e sua relativa facilidade de extração, o que os torna importantes na produção de plásticos. O petróleo bruto é separado por um processo de destilação em várias frações, sendo a nafta a fração essencial usada para obter monômeros de etileno e propileno. Esses monômeros são pré-requisitos na produção de polímeros como polietileno e polipropileno, que representam mais da metade do consumo global de plásticos.
Da mesma forma, metanol, etano e propano são derivados do gás natural, com o propano sendo significativo porque pode ser craqueado a vapor para fazer etileno. Neste processo, o gás é aquecido a temperaturas muito altas e suas moléculas de hidrocarboneto transformadas em unidades menores que podem ser usadas para produção de polímeros.
Os dados correspondentes revelam que aproximadamente 8% de recursos de petróleo bruto são usados como economias de escala na exploração de petróleo offshore para fins de produção de plásticos. Isso aumenta a relatividade do petróleo bruto como um recurso proeminente para requisitos de energia. A dependência desses combustíveis fósseis levanta questões ambientais, catalisando a indústria a adotar bioplásticos e desenvolver tecnologias de reciclagem em uma tentativa de reduzir a degradação ambiental. A melhoria contínua das tecnologias catalíticas e de polimerização é essencial para melhorar a eficiência e o desempenho ambiental no setor de plásticos.
O papel dos polímeros em materiais plásticos
Um polímero consiste em longas cadeias repetidas de moléculas. Os polímeros são os constituintes vorazes do plástico e são responsáveis por determinar e influenciar a singularidade e a natureza diversa dos plásticos. Isso inclui flexibilidade e durabilidade, bem como adequação para uma ampla gama de interações, permitindo assim que os plásticos sejam usados em uma ampla gama de maneiras, desde simples produtos domésticos até componentes industriais. Essa multiplicidade de usos de polímeros se deve ao fato de que sua composição molecular pode ser projetada durante o processo de polimerização para trazer à tona características específicas. Etileno e propileno, que são refinados ou processados a partir de petróleo bruto ou gás natural, formam os blocos de construção básicos de polímeros comuns como polietileno, polipropileno e cloreto de polivinila. O fato de que os polímeros podem ser adaptados para atender a especificações definidas com precisão ilustra sua importância crítica nas constantes mudanças de requisitos de vários setores, incluindo inovação e aumento de produtividade em materiais plásticos.
Como os monômeros e aditivos são integrados?
Plásticos são fabricados a partir de componentes como monômeros e aditivos usando uma série de processos químicos e mecânicos de forma bem controlada. Na primeira fase, monômeros são formados em um reator através do processo chamado polimerização, que envolve a ligação de um grande número de unidades monoméricas em longas cadeias. A polimerização pode ocorrer através de vários métodos, como polimerização por adição e polimerização por condensação, dependendo do polímero requerido.
Para melhorar ou alterar quaisquer propriedades físicas do plástico, aditivos são espalhados por toda a mistura de polímeros durante ou após o processo de polimerização. Esses aditivos incluem estabilizadores que protegem contra degradação, plastificantes que aumentam a flexibilidade, retardantes de chamas para garantir a segurança e corantes para colorir sua necessidade específica. Cuidado e atenção especiais são dados ao processo de incorporação desses aditivos para manter as propriedades físicas e químicas desejadas do plástico, garantindo que os aditivos sejam distribuídos uniformemente em todo o material. Esse método sequencial garante que os plásticos feitos terão desempenho de acordo com os requisitos e suportarão as condições ambientais fornecidas.
Como fabricantes e consumidores utilizam matérias-primas plásticas?
Explorando o polietileno (PE) em produtos do dia a dia
Devido à sua ampla gama de aplicações e baixo custo, o polietileno (PE) se destaca como o plástico mais utilizado no mundo. Ele pode ser encontrado em uma ampla gama de itens, de alimentos e bebidas a roupas e materiais de construção. Considerando os números indicados pelo setor, mais de 100 milhões de toneladas de polietileno são produzidas anualmente, o que compõe mais de 30% da indústria plástica geral.
Dos produtos de polietileno consumidos, o polietileno de alta densidade (PEAD) e o polietileno de baixa densidade (PEBD) são as formas mais comuns de polietileno em bens de consumo. O PEBD é famoso por sua baixa densidade e ductilidade notavelmente boa, e é usado para fazer sacolas plásticas, filmes e recipientes. Devido à sua boa resistência à água e outros produtos químicos, é usado em embalagens de alimentos. Por outro lado, o PEAD é usado onde resistência e rigidez são necessárias, como em jarras de leite, garrafas de detergente e outros produtos moldados. Além disso, o PEAD é resistente e pode suportar pressão considerável, e é por isso que é empregado para fins industriais, como sistemas de tubulação e madeira plástica.
A aplicação das propriedades inertes do polietileno vai além da disciplina de engenharia mecânica, e assim é o caso da natureza inerte do polietileno por causa de sua ampla utilidade no envelope de embalagem de vários medicamentos e na construção de diferentes dispositivos médicos. Abordado nesta discussão sobre polietilenos está sua capacidade única de ser reciclado, o que explica seu amplo apelo ao baixo impacto no meio ambiente, ao mesmo tempo em que permite que os plásticos sejam reprocessados e reutilizados na fabricação de produtos secundários, o que enfatiza ainda mais a importância dos materiais plásticos no consumo e nas atividades industriais.
O uso do polipropileno (PP) na indústria
O polipropileno (PP) é um polímero com grandes aplicações em todas as indústrias, dadas suas notáveis qualidades mecânicas e químicas resistentes. Nas indústrias automotiva e relacionadas, o PP é utilizado na fabricação de para-choques, painéis e caixas de bateria devido à sua leveza e boa durabilidade. Eles também são essenciais em ambientes de embalagem onde há uma forte necessidade de fazer recipientes rígidos, tampas e filmes. Além disso, o PP é útil para itens esterilizáveis, como ferramentas e equipamentos médicos, devido ao seu alto ponto de fusão. Além disso, o PP também é aplicado na área têxtil como um tecido não tecido e fibra usada em fraldas, lenços umedecidos e produtos para atividades ao ar livre. A capacidade do polipropileno de ser reciclado também é benéfica para seu valor industrial e, em última análise, para o desenvolvimento sustentável, porque permite a recuperação e a reciclagem de materiais feitos de plásticos à base de P.
Impactos da reciclagem no uso de matéria-prima
Principalmente, a reciclagem diminui a necessidade de matérias-primas, pois evita que materiais reutilizáveis sejam desperdiçados e os traz de volta ao processo de produção. Essa prática também auxilia na preservação de recursos, pois a reciclagem geralmente requer menos energia do que o processamento de materiais virgens, reduzindo assim as pegadas de carbono. Um caso em questão é a reciclagem de metais, por exemplo, alumínio, onde aproximadamente '95%' da energia necessária para a nova produção de alumínio a partir do minério de bauxita é economizada. Além disso, a reciclagem de plástico complementa a redução na extração e refino de petróleo, que é um recurso finito e tem efeitos adversos no meio ambiente. O aumento da reciclagem minimiza as emissões de gases de efeito estufa, pois menos energia é usada na produção. À medida que mais e mais indústrias se tornam ambientalmente responsáveis, a reciclagem desempenhará um papel cada vez mais importante na economia circular, otimizando recursos e diminuindo as consequências da extração e do processamento de recursos no meio ambiente.
Quais técnicas avançadas de fabricação são usadas para materiais plásticos?
Inovações em Processos de Produção de Termoplásticos
Os avanços na produção de termoplásticos permitiram melhorar a eficiência, diminuir a poluição e aprimorar as características subsequentes do material. Um desses desenvolvimentos é a introdução de processos automatizados, bem como robótica na linha de produção, o que aumenta a taxa e a confiabilidade da produção, reduzindo a interferência humana. Reduzindo assim os custos de produção, bem como o desperdício.
Também é importante a incorporação do uso de técnicas de processamento de extrusão que incluem coextrusão e microextrusão. A coextrusão permite que várias camadas de materiais sejam extrudadas simultaneamente, resultando em um compósito com características melhoradas. Enquanto a microextrusão permite a fabricação de formas otimizadas e os menores detalhes, sendo útil nas áreas médica e eletrônica.
Dados de consumo de energia sugerem que essas inovações reduziram o consumo de energia em quase 20\% quando comparados com processos convencionais. Além disso, a implantação de monitoramento de nível de circuito e dispositivos habilitados para IoT dentro das fábricas permitiram o uso de manutenção preditiva e APM, reduzindo ainda mais o tempo de inatividade e melhorando a qualidade dos produtos.
Além disso, o uso de bioplásticos e aditivos biodegradáveis para a fabricação de termoplásticos também começou a fim de atender aos padrões globais de sustentabilidade. Tais materiais ajudam a minimizar a geração de resíduos e a pegada de carbono da produção de materiais plásticos em resposta ao crescente consumo de produtos verdes pelos consumidores.
Essas inovações tecnológicas na produção de termoplásticos não apenas aumentam a produtividade da indústria, mas também atendem às necessidades do meio ambiente de forma mais eficaz por meio do uso generalizado de tecnologias e recursos de economia de energia.
Utilizando plásticos de alto impacto em aplicações modernas
Plásticos de alto impacto têm experimentado mais recentemente ampla adoção em várias construções modernas devido à sua grande resistência, baixo peso e vastas aplicações. Por exemplo, no setor automotivo, esses plásticos auxiliam na leveza dos componentes, o que leva a menos consumo de combustível e baixas emissões. Em eletrônicos, eles são ideais para conter componentes e proteger circuitos sensíveis devido às suas propriedades de resistência ao impacto e ao calor. Além disso, a aplicação de plásticos de alto impacto está na indústria da saúde, pois são seguros e confiáveis para uso em dispositivos e equipamentos médicos. O alcance da flexibilidade deste material vai até a indústria da construção, onde fornece fortes características de proteção contra intempéries para elementos estruturais. Em geral, a aplicação de plásticos de alto impacto melhora a eficiência e a durabilidade em diferentes setores, ao mesmo tempo em que o conjunto de princípios do desenvolvimento sustentável é promovido, pois eles podem ser reciclados.
Como os novos materiais influenciam a produção de plástico?
Desenvolvimentos em alternativas de plástico biodegradáveis
O uso de plásticos biodegradáveis mudou muito os procedimentos de fabricação de plástico para melhor, reduzindo seus efeitos negativos na natureza. O surgimento de biopolímeros como o ácido polilático (PLA) e os poli-hidroxialcanoatos (PHA) tornou possível a produção de substâncias que se biodegradam mais rapidamente em meios orgânicos. Esses substitutos diminuem o uso de combustíveis fósseis e reduzem o volume de resíduos depositados em aterros sanitários. Seu desenvolvimento se correlaciona com os requisitos industriais de impulsionar a sustentabilidade e atender às necessidades da lei referente a produtos ecologicamente corretos presentes em muitas indústrias.
O surgimento de materiais plásticos reciclados
A crescente disponibilidade de matérias-primas plásticas usadas supre a necessidade de métodos ecologicamente corretos na fabricação de plásticos. A utilização de plásticos reciclados diminui o uso da produção juntamente com o esgotamento dos recursos naturais. Tecnologias de triagem e processamento altamente sofisticadas permitem converter esses materiais em novos itens, de contêineres e embalagens a claustros, sem perder as características de desempenho. O uso de plásticos reciclados não apenas reduz a quantidade de resíduos plásticos nos aterros sanitários e se espalha nos oceanos, mas também é consistente com as políticas ambientais e promessas da indústria sobre sustentabilidade. Plásticos usados em sistemas de circuito fechado apoiam a economia circular e diminuem o impacto da produção no meio ambiente, promovendo meios de produção ecologicamente corretos.
Impacto do plástico leve nas indústrias
Não há como negar que os plásticos leves transformaram completamente uma miríade de indústrias em termos de economia e ecologia também. Por exemplo, os plásticos leves permitem a redução de peso dos veículos na indústria automotiva, o que ajuda a aumentar a eficiência do combustível e, por sua vez, a reduzir as emissões de carbono. Materiais de embalagem mais leves ajudam a reduzir os custos de transporte, melhorando assim a logística da indústria de embalagens. Além disso, os plásticos leves expandem as opções de design e funcionalidades, o que permite novas abordagens e combinações de materiais com bom desempenho e uso eficiente do material. No entanto, com esses benefícios vêm alguns problemas como os problemas na reciclagem, que, juntamente com potenciais ameaças ao meio ambiente, exigem mais progresso e controle para poder gerenciar os efeitos gerais de maneira adequada.
Quais são as considerações ambientais dos materiais plásticos brutos?
Avaliação do impacto ambiental dos plásticos derivados do petróleo
Os produtos derivados do petróleo retratam problemas ambientais muito alarmantes, particularmente por causa de seus componentes virtualmente indestrutíveis, que prejudicam os sistemas ecológicos. Transformar matérias-primas em commodities à base de petróleo aumenta as emissões de gases de efeito estufa. A fase de fim de vida é complicada pelos baixos níveis de plásticos que foram reciclados, dos quais uma quantidade significativa foi depositada em lixões ou oceanos, onde colocam em risco a biodiversidade e degradam os ecossistemas aquáticos. Para enfrentar esses desafios, novos avanços em métodos de tratamento de resíduos e materiais de base biológica são necessários, e políticas aplicáveis suficientemente eficazes são necessárias para reduzir seus impactos ambientais.
Desafios com a reciclagem de vários tipos de plástico
O uso do plástico como um aspecto da construção é problemático porque há muita coisa acontecendo na geração do material plástico. Ele recorre a garrafas PET, onde você tem que lidar com a questão da classificação abaixo do padrão e da contaminação em massa das garrafas, o que não é ideal para uso. O poliestireno, por outro lado, embora seja útil para embalar ótimos materiais, não é muito útil, pois é muito quebradiço, e muitas pessoas evitam usá-lo por causa de sua baixa eficácia. Embora o cloreto de polivinila seja uma opção viável, seu uso é restrito, pois a reciclagem libera substâncias nocivas.
Devido a todas as razões ditas acima, pode-se facilmente deduzir que quase 91% dos resíduos plásticos produzidos não são reciclados, o que é extremamente preocupante para todos nós. Um problema primordial tem sido a eficiência da coleta, que causa atrasos enormes, além dos plásticos multicamadas, que são ainda mais difíceis de construir uma solução. Dito isso, essas pressões podem ser facilmente aliviadas por meio da implementação de políticas-chave e técnicas de inovação sustentáveis.
Perspectivas futuras para a produção sustentável de plástico
O futuro da produção sustentável de plástico depende de novos desenvolvimentos e abordagens que visem reduzir os impactos ambientais. Bioplásticos feitos de fontes de biomassa ajudam a reduzir o consumo de combustível fóssil e melhoram a biodegradabilidade do plástico. Novas tecnologias como reciclagem química e pirólise estão surgindo, o que permite que plásticos sejam processados do estado de polímero para o estado de monômero, fechando assim o ciclo de gerenciamento de resíduos de plásticos. Além disso, o novo paradigma de projetar plásticos para reciclagem mais fácil e enfatizar o uso de materiais únicos busca muito melhorar o processo de reciclagem e a qualidade dos materiais reciclados. Essas novas soluções emergentes precisam ser integradas ao ambiente de políticas existentes e às redes da indústria de plástico para facilitar a substituição dos processos de fabricação e descarte de plásticos incômodos e desperdiçadores existentes por requisitos mais claros e fáceis.
Fontes de referência
Perguntas frequentes (FAQ)
P: Quais são as matérias-primas comuns usadas na produção de plástico?
R: Em geral, as matérias-primas utilizadas no processo de fabricação de plásticos incluem petróleo bruto, gás natural e petroquímicos. Esses materiais servem como materiais básicos para a fabricação ou produção de várias categorias de plástico.
P: Como o plástico é produzido a partir do petróleo?
R: O petróleo bruto é uma matéria-prima essencial para a produção de plásticos, pois fornece os componentes fundamentais necessários para a fabricação de vários tipos de plásticos. Ele é transformado em petróleo bruto por meio de refino e tratamento, e os fertilizantes são transformados em um monômero plástico de qualidade por polimerização.
P: Como o gás é usado na produção de plástico?
R: O gás natural, obtido de fontes de gás natural, é uma das matérias-primas para a fabricação de plásticos como polietileno e cloreto de polivinila (PVC). Dele são extraídos etileno e propileno que servem como intermediários para poliésteres e outros plásticos.
P: Quais são alguns dos produtos finais dessas matérias-primas que você pode identificar no uso geral?
R: Atualmente, há muitas pessoas usando polímeros que incluem polietilenos, polipropilenos, polivinil e poliestirenos. Os polímeros fabricados a partir de diferentes meios moleculares empregam petróleo e gás limitados como seu estoque de alimentação.
P: O que é estireno e qual seu papel no mundo e mais especialmente nos EUA na produção de plásticos?
R: O estireno pode ser caracterizado como um hidrocarboneto mono líquido, do qual o poliestireno, que é um termoplástico comum do dia a dia, também é produzido. Ele também é petrocumber e é caracterizado por alto impacto razoável e grande disponibilidade para produção.
P: Qual é o papel dos derivados de celulose no mundo dos materiais plásticos?
A: Materiais celulósicos passam por vários processos de transformação química para produzir inúmeras classes de plásticos. Essa classe de materiais, no entanto, não é comum, mas acredita-se que seja e usada no mercado mexicano para desenvolver e produzir plásticos de base biológica ou de eucalipto e verdes.
P: No parágrafo oito, mencione o papel dos plásticos olefínicos em relação aos materiais plásticos com os quais eles operam.
A: Polipropileno, polietileno e outros plásticos conhecidos como poliolefinas formam uma classe de plásticos quimicamente resistentes e fortes. Poliolefinas são termoplásticos econômicos produzidos com monômeros feitos principalmente de fontes de gás e petróleo bruto.
P: Como esses fabricantes garantem que os custos sejam contidos em um nível tão competitivo na indústria do plástico?
R: A indústria do plástico é voltada para o futuro, com os fabricantes buscando otimizar a quantificação de matéria-prima de tecido e o consumo de recursos energéticos. Para atingir isso, os fabricantes empregam técnicas como reengenharia de processos, uso de materiais substitutos e reciclagem aprimorada.
P: Qual é a importância do uso de plásticos de polímero de acrilonitrila?
R: Para plásticos que são baseados em acrilonitrila, como acrilonitrila butadieno estireno (ABS), a resistência ao impacto é alta, tornando seu escopo de aplicação bastante amplo. Eles geralmente são feitos de produtos de petróleo.
P: Como as matérias-primas são transportadas para a fabricação de plástico?
R: Matérias-primas de etileno e propileno são geralmente movidas por oleodutos. Então, os oleodutos levam essas matérias-primas para as plantas de fabricação, onde são convertidas em produtos plásticos.
