Пластмасова история: от разцвета до залеза: Полимери

Думата "полимер" е от гръцки произход. Буквално полимерът е молекула, състояща се от много ("поли") части ("Мерос"), всяка от които е мономерна, тоест състояща се от една ("монос") част, молекула. Просто казано, полимерите са разклонени вериги от обикновени молекули, мономери.

Ето как изглежда процесът на производство на пластмаса днес

Това не е плод, а нишестена гранула (увеличение от 1500 пъти), която натрупва влага и се разширява, унищожавайки материала

Пред очите ни щепселът изчезва

Как суперпластично расте расте Учените създадоха генетично модифицирано растение, чиито семена съдържат органичния полимер PHBV. Те правят саморазрушаваща се термопластика от него. Някои видове бактерии произвеждат полимери като PHBV, като ги използват за съхранение на енергия, като нишесте в растенията или гликоген при животни

През XX век човечеството преживява синтетична революция. Основното му постижение може безопасно да се нарече изобретяването на пластмаса. Сега дори е трудно да си представим, че в началото на миналия век той просто не съществува и всичко наоколо е направено от естествени материали, които са модерни днес.

Игра с топка

Човечеството, можем да кажем, играеше преди изобретяването на пластмасата. Историята на този материал проследява мистична връзка с любовта на хората към играта с топката. През II век пр. Н. Е. Гърците играят на топка от свински жлъчен мехур, изпълнен с въздух. Това спортно оборудване беше оформено като яйце или, ако искате, топка за ръгби. Още тогава нашите предци търсеха начин да коригират формата на топката и да я направят абсолютно кръгла. Древните гърци безкрайно опитали различни билкови добавки, за да придадат на стените на свинския балон еластичност.

Маите индийци направиха топката от корите на плодовете, увити в естествен каучук, който извадиха от фикус. Подобна технология използваха жителите на островите Океания и Югоизточна Азия. Обаче само европейците го взеха на ум. През 19 век от Европа в Малайзия е пренесено гутаперче, от което се добива млечна гутаперча. Първото парче от новия материал бяха топките за голф (никак не циркови момчета). Днес този материал се използва за изолация на подводни и подземни кабели и производството на лепила.

От топката палката отиде на билярд. През 1862 г. британският химик Александър Паркс решава да излезе с евтин заместител на скъпата слонова кост, от която са направени билярдни топки. Резултатът беше откриването на първия пластификатор.

Как спят слоновете?

Паркс първо измисли нитроцелулозата. Неговите свойства обаче не бяха подходящи за игра на топки, тъй като материалът се оказа трептящ. Нужна беше добавка, която би го омекотила, без да намали основното полезно свойство - еластичността. Паркс реши да добави камфор. Сместа от нитроцелулоза, камфор и алкохол се нагрява до течно състояние, след това се излива във форма и се втвърдява при нормално атмосферно налягане. Така се роди Паркезин - първата полусинтетична пластмаса. Уви, както често се случва, откривателят му не постигна търговски успех.

Но последователят на Паркс, американецът Джон Хайт, спечели цяло състояние на първата пластмаса. Той основава компанията и започва да произвежда гребени, играчки и множество други целулоидни продукти. За съжаление материалът се оказа силно запалим, така че сега от него се правят само топки за тенис на маса и училищни владетели.

През 1897 г. немските химици откриват казеин, протеин, който се образува чрез сгъване на мляко под действието на протеолитичните ензими (самите вещества, чрез които усвояваме храната). Учените откриха, че казеинът придава на еластичните свойства на материалите, а когато се охладят, придава твърдост и здравина. От казеина е установено производството на копчета и игли за плетене.

Първата напълно синтетична пластмаса е разработена от Лео Бейкеланд в САЩ през 1907 година. Бейкеланд търсеше синтетичен заместител на шеллак, восъчно вещество, секретирано от тропически насекоми. Грамофонът и електрическата промишленост го консумираха в големи количества: плочите и изолаторите бяха направени от шеллак. Ученият изобретил течна субстанция, наподобяваща смола, която след втвърдяване се превърнала в материал с невероятни свойства. Продуктите, направени от него, са трайни и не се разтварят дори в киселина. Първите телефони са направени именно от находката на Бейкленд. Пластмасата мигновено (за по-малко от година) се разпространява в целия свят.

Началото на биоер

Въпреки това пластмасата, освен всичките си забележителни свойства, има и два важни недостатъка. Първо, той е направен от невъзобновяеми природни ресурси - нефт, въглища и газ. Второ, основното му предимство - дълготрайност - което изобретателите на пластмаса преследват в началото на миналия век, днес се превърна в недостатък. Колкото повече пластмаса използваме, толкова по-бързо нарастват планините от отпадъци, които не се разлагат в никаква среда. Милиони тонове пластмаса се натрупват в природата, замърсявайки околната среда.

Следователно, по-близо до края на миналия век, учените помислили как да създадат материал, подобен по свойства на пластмаса. В същото време се изискваше пластмасовият заместител да бъде направен от възобновяеми компоненти (например растения) и той да е щадящ бактериите, тоест да може да се разложи при естествени условия. В средата на 90-те години като гъби след дъжд започват да се появяват сензационни доклади за изобретението на биопластика - пластмаса, направена от естествено нишесте, която се разлага под въздействието на различни микроорганизми. Но тогава по отношение на широкомащабното въвеждане на иновации в ежедневието ни не може да има съмнение: производството на биопластика е твърде скъпо удоволствие.

С настъпването на новия век ситуацията се промени драстично. Учените са намерили начин да намалят разходите за производство на биопластика и твърдят, че в близко бъдеще тя ще се доближи до разходите за производство на конвенционална пластмаса. Освен това някои експерти смятат, че цената на разграждащата се пластмаса е изкуствено завишена от търговските производители и петролните компании (петролните компании не предпочитат биопластиката, тъй като масовото й производство може да доведе до спад на цените на петрола). Но ако изчислите разходите за преработка на пластмасови отпадъци и добавите тази цифра към цената на обикновената пластмаса, все още не е известно коя от тях ще бъде по-скъпа.

Пластмасови насаждения

Конвенционалната пластмаса не е разградима поради факта, че се състои от твърде дълги полимери, които са тясно свързани помежду си. Пластмасата с по-къси естествени растителни полимери се държи съвсем различно.

Биопластиката може да бъде направена от нишесте, което е естествен полимер и се произвежда от растенията по време на фотосинтезата. Голямо количество нишесте се намира в зърнени култури, картофи и други непретенциозни растения. Реколтата от нишесте от царевица достига 80% от общата събрана зелена маса. Следователно производството на пластмаса от ново поколение трябва да бъде доста рентабилно. Биопластиката се разрушава и руши при всяка температура, при която микроорганизмите са активни. Остатъчните продукти на този процес са въглероден диоксид и вода.

Поради факта, че нишестето е силно разтворимо във вода, продуктите от него лесно се деформират при най-малък контакт с влага. За да се придаде на нишестето по-голяма здравина, той се третира със специфични бактерии, които разлагат нишестени полимери в мономери с млечна киселина. Тогава, химически, мономерите са принудени да образуват вериги от полимери. Тези полимери са много по-силни, но не толкова дълги, колкото полимерите от пластмаса, и могат да бъдат разложени от микроорганизми. Полученият материал се нарича полилактид (PLA). Миналата година в Небраска отвори врати първата фабрика PLA в света.

Друг начин за получаване на биопластика е използването на бактерии Alcaligenes eutrophus. В процеса на живота си те произвеждат гранули от органична пластмаса, наречени "полихидроксиалканонат" (PHA). Успешните експерименти вече са правени върху въвеждането на гените на тези бактерии в растителните хромозоми, за да могат впоследствие да произвеждат пластмаса в собствените си клетки. Това означава, че пластмасата може буквално да се отглежда. Вярно е, че този метод все още е скъп. Освен това, тъй като процесът включва намеса на генетично ниво, той има и своите противници.

Царевични вилици

Биопластиката днес се използва широко в много страни. Полилактид може да се използва за производство на памперси за еднократна употреба и прибори за хранене. Не е вредно за човешкото тяло, така че не толкова отдавна започна да се използва в медицината като основа за временни импланти и хирургически конци. Продуктите от "царевица" могат да бъдат направени с очакването за саморазпад, което изисква спецификата на неговата употреба. Някои видове биопластици се разтварят много бързо, други могат да продължат с месеци или дори години.

Италианската компания Novamont отдавна пусна биопластика, наречена MaterBi. В Австрия и Швеция Макдоналдс предлага царевични вилици и ножове в своите ресторанти, Goodyear пуска първия биос Biotred GT3, а магазините Carrefour във Франция, Esselunga в Италия и CoOp в Норвегия продават продуктите си в торбички от биопластмаси от същия MaterBi.

Австралийски учени от Международния изследователски център по храните и опаковките също рекламират своите продукти от царевично нишесте. Сред иновациите са саксиите за разсад, които се саморазлагат в почвата под въздействието на влага, и черен филм, забележителните свойства на който ще зарадват всеки градинар.

Вече се появиха идеи за производство на не само еднократни биопакети, но и хранителни пакети, които съдържат специфични бактерии, които убиват патогени - патогени на различни заболявания. Един от най-опасните патогени е бактерията, наречена Listeria. Той се развива в храни дори при ниски температури и може да причини фатално заболяване, придружено от висока температура и гадене. Учени от университета в Клемсън са измислили биопластика, която съдържа низинови бактерии, които пречат на Listeria да се размножава. Низин е антибиотик, който се произвежда от млечнокиселите бактерии Streptococcus lactis. Той е безвреден за жив организъм и бързо се разрушава от ензимите на човешкото черво.

Има и други също толкова интересни проекти. Изследователите на фантазия не държат. Така че може да се окаже, че скоро планини от боклук от трайна пластмаса ще са минало и на тяхно място ще бъдат изградени фабрики за производство на "царевични" пластмасови изделия.

Статията е публикувана в списанието Popular Mechanics (№ 11, ноември 2003 г.). Харесва ли ви статията?

Най-интересните новини от света на науката: свежи открития, снимки и невероятни факти във вашата поща. добре Съгласен съм с правилата на сайта Благодаря. Изпратихме потвърждение на вашия имейл.

Препоръчано

Мадагаскарски копър: най-мистериозното животно
2019
Изчакайте: Тест на Mercedes-Benz S 400 d
2019
Как да разберем принципа на несигурността на Хайзенберг?
2019