Материалът, който спаси слоновете

НАЧО СТРИГУЛЕВ

Както ви обещахме, публикуваме пълната версия на текста, с който нашият колега Начо Стригулев спечели една от наградите в тазгодишното издание на конкурса за журналистически постижения в отразяването на теми от областта на науката, иновациите и технологиите M-Tel Media Masters.

-------------------------------

ВОДЕНИ от фундаменталния си креативен импулс да създават технологии и изкуства, хората винаги са търсели материали, които могат да бъдат извайвани в произволна форма. На това условие в различна степен са отговаряли глината, дървото, стъклото и металите. Нито един от тях обаче не е бил едновременно здрав, лек и лесен за обработка. За направата на ежедневни предмети са били използвани например черупки от костенурка и различни видове животински

рога и кости. Най-популярният аналог на съвременните пластмаси през викторианската епоха (19. век) са били китовата (бален) и слоновата кост. От балените се изработвали всякакви предмети, изискващи лекота и еластичност, например ребра на чадъри, рамки за очила, обръчи за кринолин и банели за корсет. Слоновата кост пък е използвана за направата на дръжки на инструменти, музикални инструменти, кутии, бижута и всевъзможни предмети на изкуството. Сред легендарните приложения на слоновата кост е производството на билярдни топки и на клавиши за пиано. През 1831 г. консумацията на слонова кост във Великобритания е изисквала избиването на около 4 хил. слона. Голямото търсене на пиана през първата половина на 20. век пък води до почти пълно изтребление на популациите от слонове в Кения. Краят на цялото това безумие идва едва когато пластмасите заменят скъпите и дефицитни природни продукти във всички споменати приложения.

Към средата на 19. век вече е било в ход съвсем целенасочено търсене за подходящ заместител на слоновата кост. Известно е, че когато дойде моментът, назрелите събития неизбежно се случват по един или друг начин. Първият полусинтетичен полимер се ражда съвсем случайно през 1855 г. Известният

английски изобретател Александър Паркс (1813-1890) забелязва, че използваният в медицината и фотографията колодий (разтвор на нитроцелулоза) оставя твърд филм след изпаряването си. Предприемчивият британец веднага започва да експериментира със субстанцията и я патентова като материал за импрегниране на тъкани. Паркс представя откритието си на международното изложение в Лондон през 1862 г. със съвсем предвидимото име parkesine (паркесин). Това събитие е смятано за рождения ден на пластмасите. Изобретателят се опитва да организира индустриално производство на новия материал, но не успява да го направи рентабилно и скоропостижно фалира. Духът обаче вече е изпуснат от бутилката. Американецът Джон Уесли Хаят купува патента на Паркс и се опитва да пригоди новия материал като индустриален заместител на слоновата кост. Хаят забелязва нещо, на което Паркс не отдал особено значение - добавянето на камфор превръща нитроцелулозата в твърд материал, който може да бъде формован след нагряване. В резултат през 1870 г. Джон Хаят патентова подобрената формула на паркесина и заедно с брат си Исая започва успешно производство на билярдни топки от "изкуствена слонова кост" в Олбъни (Ню Йорк). Същото, но

от другата страна на океана, във Великобритания, прави бившият сътрудник на Паркс Даниел Спил. През 1878 г. Джон Хаят патентова и един от най-разпространените днес методи за производство на пластмасови продукти - инжекционното формоване (инжектиране на разтопен полимер в готова форма). Така се ражда една нова световна индустрия, която с времето променя живота на хората повече дори от най-смелите мечти на създателите си. Няколко години по-късно целият свят вече знае за чудотворния материал, наречен целулоид, на търговската марка Celluloid, използвана от братята Хаят. Първият индустриален полимер превзема света с щурм поради една проста причина - той е лесен за оформяне, има добри функционални качества и е по-евтин от слоновата кост и другите скъпи животински продукти. Започва масово производство на целулоидни бижута, кутии, играчки, аксесоари и всичко останало, което преди това се е правело от "рога и копита". По-късно целулоидът се превръща в основа за производство на фотографски и киноленти. Т.е. най-вероятно

20. век щеше да е съвсем различен без появата на целулоида. С голяма степен на вероятност на него дължим и факта, че китовете и слоновете днес не са само експонати в природонаучните музеи. Днес целулоидът е относително рядък. От него се произвеждат например топчета за тенис на маса и перца за китари.

Целулоидът обаче все още не е "истинска" пластмаса, т.е. напълно синтетичен полимер, който не съществува в природата. Първата пластмаса от този вид е легендарният бакелит, създаден през 1907 г. от Лео Бакеланд (1863-1944) - талантлив нюйоркски химик от белгийски произход. След продължителни експерименти, включващи прилагане на различни температури и налягания върху фенол и формалдехид, целеустременият сънародник на Еркюл Поаро получил точно това, което искал - твърда пластмаса с ценни функционални качества. Бакелитът бил различен от термопластичния целулоид, който може винаги да бъде разтопен и оформен. Веднъж оформен в течно състояние, бакелитът остава завинаги твърд и непоклатим в първоначалната си форма. Той е лек, здрав и не може да гори, за разлика от предизвикалия безброй пожари целулоид. Освен това изобретението на Бакеланд е идеален електрически изолатор, не се разтапя, разтваря, напуква или деформира, устойчив е на химикали, влага и слънчева светлина. С тези си качества материалът бързо превзема всички индустрии, но става особено популярен в производството на евтини бижута, радиотехника, домакински уреди и електрически компоненти. Старите тежки черни телефони с шайба са направени именно от бакелит. Материалът става изключително предпочитан и от

военната индустрия, например за направата на магазини и приклади на огнестрелни оръжия. Днес бакелитът продължава да присъства във всеки дом. Това е твърдият, най-често черен материал, от който са направени повечето електрически контакти, фасонки, клеми и щепсели. Полимерът на Бакеланд еднолично поставя началото на "ерата на пластмасите". Освен всичко друго бакелитът притежава и забележително химическо наименование, което може да бъде използвано за трениране на паметта, речевите способности и силата на волята - polyoxybenzylmethylenglycolanhydride (полиоксибензилметиленгликоланхидрит).

Раждането на една от най-използваните пластмаси в нашето ежедневие е вдъхновено от дребен инцидент в едно заведение някъде през 1900 г. Докато седял в един ресторант, швейцарският химик Жак Бранденбергер (1872-1954) видял как непохватен клиент обръща бутилка вино на масата си. Сервитьорът направил обичайното и сменил покривката. Тази иначе банална случка вдъхновила Бранденбергер. Той приел като своя лична житейска мисия да измисли начин, който веднъж завинаги да предотврати щетите от подобни злополуки. Опитвайки да създаде непромокаеми тъкани, той ги импрегнирал с вискоза (гъста органична течност, направена от целулоза). Резултатът бил трагичен - твърд, чуплив и

напълно неизползваем материал. Наблюдателният швейцарец обаче забелязал, че от изсъхналата тъкан се обелва тънък, прозрачен филм. Бранденбергер съобразил, че този материал може да има много потенциални приложения, и се заловил за работа. След повече от 10 години експерименти се родил целофанът. През 1912 г. изобретателят патентовал новия полимер, а след това се заел с индустриалното му производство. Още същата година американският производител на шоколадови изделия Whitman започнал да опакова бонбони с целофан, оценявайки неговата ниска пропускливост на въздух, микроорганизми и мазнини. Изобретението на Бранденбергер вероятно е родено под щастлива звезда, защото днес всички сме свикнали да го асоциираме с приятни неща като бисквити, бонбони, букети цветя и ръчно свити пури. Нещо повече, този близо 100-годишен материал отговаря на най-новите "зелени" тенденции, защото е 100% биоразградим.

В резултат от феноменалния успех на бакелита и целофана през 20-те и 30-те години на миналото столетие пластмасите се превръщат в една от най-горещите области за изследвания и разработка. По това време един от водещите центрове за разработка на нови полимери е лабораторията на американския химическия гигант DuPont, ръководена от химика Уолъс Каротърс. През 1935 г. като

неочакван страничен резултат от поредица изследвания ученият получава нов полимер с интересни свойства. Нишките, изтеглени от новия полимер, показвали много от качествата на коприната в съчетание с лекота, здравина, издръжливост и ниска производствена цена. Веществото е наречено Nylon, а DuPont започва да го рекламира като "здрав като стомана, деликатен като паяжина". Първото приложение на найлона било да замени животинските косми в четките. Второто му приложение са дамските найлонови чорапи, представени пред света през 1939 г. В историята на потребителската цивилизация има много малко други продукти, постигнали подобен феноменален търговски успех. Найлоновите чорапи излизат на американския пазар на 15 май 1940 г. и предизвикват нечувана

шопинг истерия. До края на годината са продадени общо 64 млн. чифта от "найлоните". Когато през следващата година САЩ влизат във Втората световна война, DuPont пренасочва цялото си производство за военни нужди. Найлонът замества дефицитната коприна в производството на парашути и е използван за направата на палатки, хамаци, мрежи против комари, гуми, въжета и други продукти за нуждите на армията. В резултат в САЩ започва т.нар. от историците "найлонова паника". Найлоновите чорапи се превръщат в най-желаната стока, а цената им на черния пазар скача от 1 на 20 долара. Когато войната приключва и DuPont възстановява производството на найлонови чорапи, търсенето е толкова голямо, че компанията не смогва с доставките. Това води до събитията, останали в историята като

найлоновите бунтове, започнали през август 1945 г. При един от най-лошите случаи 40 хил. жени се опитват едновременно да купят общо 13 хил. чифта от "найлоните" и това води до побоища, разбиване на витрини и като цяло до много грозни сцени. Истерията стихва едва през март 1946 г., когато DuPont най-накрая успява да навакса с производството.

Поредният неочакван епизод от невероятната и поучителна история на пластмасите се случва през далечната 1933 г. Тогава британските учени Реджиналд Гибсън и Ерик Фосет правят едно случайно откритие, без да предполагат, че то ще промени света по много начини, добри или лоши. Двамата изследователи от лабораториите на химическата компания ICI (Imperial Chemical Industries) се опитвали да осъществят реакция между етилен и бензалдехид под високо налягане. Неочакваният резултат от експеримента бил буца от неизвестно, подобно на восък вещество, което днес всички познаваме като полиетилен. Дълго време изследователите не можели да повторят опита със същите резултати. Две години по-късно, използвайки по-усъвършенствано оборудване, химиците от ICI успяват да разгадаят тайната - апаратурата е била повредена и в нея е проникнал кислород, който е катализирал реакцията по неочакван начин. Новият полимер се оказва изключително перспективен, защото е евтин, лек, здрав и лесен за формоване. През 1936 г. ICI вече разполага с технология за

индустриално производство на полиетилен. По време на Втората световна война веществото е използвано като секретен изолационен материал в новата военна супертехнология - радарите. Лекотата на полиетилена позволила изграждането на радарни системи, достатъчно леки, за да бъдат инсталирани в самолетите на Кралските военновъздушни сили (RAF). Историците са единодушни, че това предимство е изиграло важна роля за победата над "Луфтвафе" във въздушната "Битка за Британия" през 1940 г. - събитие, което променя хода на Втората световна война на Западния фронт. В следвоенните години започва масовото индустриално производство на полиетилен, който се превръща в един от най-широко използваните полимери. Днес този материал се среща най-често в две форми - с LDPE (полиетилен с ниска плътност), който се използва за опаковки (включително т.нар. найлонови торбички), както и варианта с висока плътност, който се използва за направата на контейнери, тръби, машинни компоненти и т.н.

Днес пластмасите са навсякъде около нас - в дрехите, в електронните устройства, в транспортните средства, в опаковките на храните и напитките или в изолацията на домовете ни. Много от удобствата, с които сме свикнали в ежедневието си, биха били невъзможни без пластмасите. Всъщност

синтетичните полимери заедно с металите, дървото, стъклото и хартията са сред базовите материали, без които нашата технологична потребителска цивилизация просто нямаше да функционира. Известно е, че "няма такова нещо като безплатен обяд". Част от цената, която плащаме за удобството и ниската цена на пластмасите, са невероятните количества полимерни опаковки (включително прословутите найлонови торбички), които "красят" всяко открито пространство в градовете и сред природата. Може дълго да се спори доколко това се дължи на неразвитата общностна култура на потребителите или на неефективно управление на отпадъците. В същината на този сериозен проблем е простият факт, че синтетичните полимери се произвеждат в огромни количества, а повечето от тях не се разграждат в природата. Определено не помага и това, че те са относително трудни за рециклиране. Различните пластмаси имат различна химическа структура и трябва да бъдат рециклирани по различен начин. Това налага тяхното предварително ръчно разделяне, което е икономически изгодно само в страни с много ниска цена на труда. Освен това в много случаи рециклирането е еднократно, т.е. произведените от рециклирана пластмаса продукти не могат да бъдат повторно преработени. Съществуват обаче и технологии, които решават радикално повечето от проблемите с рециклирането на пластмаси. Една от тях е т.нар.

термална деполимеризация. При нея под въздействието на висока температура и налягане полимерите се разграждат до прости въглеводороди. Изходният продукт от процеса може да е както гориво, така и суровина за производство на нови пластмаси. Предимството на този процес е, че може да преработва произволна смесица от различни полимери, както и всякакви органични отпадъци. Въпреки трудностите обаче рециклирането на пластмасови отпадъци се развива с бързи темпове в цял свят. Друго възможно решение на проблема с пластмасовото замърсяване са биоразградимите полимери, които се разграждат подобно на органичните отпадъци. Те обаче не са панацея, доколкото тяхното разграждане зависи от конкретните условия, включително наличието на влага и кислород. Пълното им и безопасно разграждане може да стане само в професионални съоръжения за компостиране, които ги преработват в органичен тор. Затова според мнозина специалисти единственото дългосрочно решение на проблема с пластмасите е въвеждането на мащабни програми за рециклиране в комбинация с масово въвеждане на биоразградими полимери.

Пластмасите със сигурност ще играят сериозна роля в нашето бъдеще. Изключително важно обаче е те да са там, където ги искаме - не в реките и по планинските ливади, а в предметите, които ползваме, или в центровете за рециклиране.