• مشکی
  • سفید
  • سبز
  • آبی
  • قرمز
  • نارنجی
  • بنفش
  • طلایی
  • تعداد بازديد :
  • 8706
  • يکشنبه 15/5/1385
  • تاريخ :

پلی اتیلن: به برکت ابزار خراب و آلوده (2)


در مقاله ی پیش خواندیم که ... 

تولید تصادفی پلی اتیلن به دست شیمیدانان صنایع شیمیایی امپریال در 1933 نخستین باری نبود که چنین اتفاقی می افتاد. حدود سه سال پیش از آنها هم این پلیمر به عنوان یکی از فراورده های جانبی ناخواسته و نامنتظره آزمایشی که م. ا. پ. فریدریش در دوران دانشجویی زیر نظر پروفسور کارل س. مارول در دانشگاه ایلینویز انجام داده بود، ظاهر شد. در این آزمایش از اتیلن در حضور یکی از ترکیبات آلکیل لیتیم در فشار عادّی جو استفاده می شد.

در یک نوار ویدیوئی که بخش آموزش شیمی انجمن شیمی امریکا در سال 1980 تهیه کرد، پروفسور مارول از اتفاقی که در سال 1930 روی داد به عنوان " نخستین آشنایی خود با پژوهش در باره پلیمرها" که تا بیش از 50 سال بعد به پیشرفت این زمینه کمک کرد، نام برد. البته گفت که خودش مشاهده اش را پیگیری نکرد، چون "هیچ کس فکر نمی کرد پلی اتیلن به دردی بخورد".

همین مرا به یاد نمونه کلاسیک دیگری از اشتباه در تشخیص یا شاید ناتوانی در پیشگویی آینده می اندازد. سالها پیش فرصتی دست داد تا با پروفسور امت راید از دانشگاه جانزها پکینز صحبت کنم؛ او به من گفت نخستین کسی بود که کشف کرد چگونه اتیل بنزن را با بازدهی مطلوب از واکنش فیدل- کرفتس بین اتیلن و بنزن تهیه کند ؛ اما راید زحمت ثبت این فرایند را به خود نداد، چون " اتیل بنزن هیچ فایده ای نداشت". البته در سال1928 این مطلب کاملاً درست بود، ولی اتیل بنزن پیشساز استیرن است، و در دهه 1930 معلوم شد که استیرن را می توان به پلی استیرن تبدیل کرد. پلی استیرن ماده بسیار مفید و پرمصرفی است؛ در سال 1987 حدود 3/2 میلیون تن فراورده های مختلف پلی استیرن در ایالات متحده به بازار عرضه شدند.

این دو حکایت اشاره به تعداد بی شمار تصادفهایی دارد که دست کم به هنگام وقوعشان به کشف مهمی منجر نشده اند؛ به دیگر سخن، بخت یارانه نبوده اند.

کشف پلی اتیلن کم چگال شاخه دار نتیجه نشت در یک ظرف پرفشار و بررسیهایی بود که متعاقب آن مشاهده صورت گرفت. کشف پلی اتیلن پرچگال خطی هم ناشی از به کار گیری ابزار آلوده، یا دست کم ابزاری بود که از هنگام مصرف قبلی اش به دقت تمیز نشده بود.

در سال 1935 دکتر کارل زیگلر در انستیتو ماکس پلانک، سرپرستی بخش پژوهش زغال را در مولهایم آلمان برعهده داشت. او قبلاً از طریق مخلوط کردن اتیلن با آلکیلهای لیتیم و عوامل ارگانو متالیک ( ترکیبات حاوی یک اتم فلز متصل به یک گروه آلی)، سعی کرده بود در فشارهای کمتر از آنچه شیمیدانان صنایع شیمیایی امپریال استفاده می کردند اتیلن را پلیمریزه کند، و بدین ترتیب کار مارول و فریدریش را پیگیری کرد و گسترش داد. در این آزمایشها پلیمرهایی از اتیلن به دست می آمد که آن قدر کوچک بودند که نمی شد آنها را مورد استفاده قرار داد. روزی محصول آزمایش اصلاً پلیمر نبود، بلکه فقط از دیمراتیلن تشکیل می شد؛ یعنی تنها دو موکلول اتیلن به یکدیگر متصل شده بودند. این نتیجه آن قدر برای زیگلر و همکارش ا. هولزکامپ حیرت آور بود که در صدد یافتن علت آن بر آمدند. کارشان چندین هفته طول کشید، اما سرانجام دریافتند که در ظرفی که این واکنش خاص در آن انجام گرفته بود مقدار کمی از یکی از ترکیبات نیکل وجود دارد که پس از یکی از آزمایشهای قبلی تمیز نشده بود.

این کشف، زیگلر و شیمیدانان زیر دستش را واداشت تا آثار نیکل و دیگر فلزات گوناگون و ترکیباتشان را بر واکنشهای اتیلن به طور اصولی بررسی کنند. آنان دریافتند که برخی فلزات دیگر اثری شبیه نیکل دارند و پلیمریزه شدن اتیلن را محدود می کنند، اما ( یافته شگفت انگیز این بود که ) برخی کلریدهای فلزی دیگر همراه با ترکیبات ارگانو آلومینیم کاتالیزورهای بسیار موثری برای تولید پلی اتیلنی بودند که وزن مولکولی بسیار زیاد، نقطه ذوب بالا، و هندسه مولکولی خطی داشت ، دارای ساختاری کاملاً بدون شاخه بود.

یکی از فواید کاربردی نقطه ذوب بالای پلی اتیلن خطی جدید این بود که می شد از آن برای ساخت لیوان و دیگر ظروف آشپزخانه استفاده کرد که در ماشینهای ظرفشویی خود کار ذوب نشوند. در سال 1987 حدود 6/3 میلیون تن پلی اتیلن پرچگال در ایالات متحده تولید شد.

آنچه برای تولید کنندگان اهمیت بسیاری داشت این بود که برخلاف فشارها و دماهای زیادی که برای فرایند صنایع شیمیایی امپریال لازم بود، انجام پلیمریزاسیون با این روش در فشار عادی و دمای پایین مقدور شد. بهترین کاتالیزور شامل تتراکلرید تیتانیم و تری اتیل آلومینیم بود. چون کاتالیزور در فرایند پلیمریزاسیون مصرف نمی شد و مجدداً قابل استفاده بود، گرانی تیتانیم مشکلی به وجود نمی آورد. این فرایند به فرایند پلی اتیلن جوّی مولهایم معروف شد، و به سرعت در سراسر جهان مورد توجه قرار گرفت.

پروفسور جولیو ناتا، شیمیدان ایتالیایی که مشاور شرکت مونتچاتینی میلان بود، به سبب توافقی که بین انستیتو زیگلر و شرکت مونتچاتینی امضا شده بود، به اطلاعاتی راجع به فرایند پلی اتیلنی جدید دسترسی مستقیم داشت. او کاترلیزور زیگلر را برای پلیمریزه کردن پروپیلن و مشابهان هیدروکربنی دیگر اتیلن به کار بست و نشان داد که بر آنها نیز موثر است. بدین ترتیب امکان تهیه پلی پروپیلن نیز با چگالی زیاد، نقطه ذوب بالا و شکل خطی فراهم آمد، که بسیار مفیدتر از انواع قبلی بود. پلی پروپیلن یکی از پلاستیکهای مهم جهان است؛ در سال 1987 حدود2/3 میلیون تن در ایالات متحده تولید شد. بسیاری از اشیای قالبریزی شده از جمله قطعات اتومبیل، صندوقهای یخ و اثاثیه مختلف، از آن تهیه می شوند. الیاف پارچه ای برای موکت، طناب، و کابل نیز از پلی پروپیلن ساخته می شود. کوپلیمرهای اتیلن و پروپیلن ارتجاعی اند و می توان در برخی از کاربردها از آنها به جای لاستیک استفاده کرد.

با استفاده از کاترلیزورهای جدید، برای نخستین بار امکان آن فراهم شد که لاستیک صناعی کاملاً شبیه به لاستیک طبیعی تولید شود. کاتالیزورهای جدید تنظیم نحوه اتصال واحدهای منومر( ایزوپرن) را به یکدیگر مقدور ساختند تا بتوان شکلی مارپیچ به مولکول پلیمری لاستیک  داد؛ همین ساختار است که به لاستیک خاصیت ارتجاعی می دهد .

در حال حاضر ترکیب لاستیکهای اتومبیل بستگی زیادی به قیمت لاستیک طبیعی و صناعی دارد، و غالباً از مخلوطی از آن دو استفاده می شود. یکی از نشانه های تاثیر کشف زیگلر بر صنعت پلیمر ارزش تخمین شده تمام مواد تولید شده از فرایندهای مبتنی بر آن است، که به بیش از یک میلیارد دلار در سال بالغ می شود.

زیگلر و ناتا جایزه نوبل شیمی را مشترکاً در سال 1963 بردند. در یک سمپوزیوم بین المللی که در سال 1973 کمی پس از مرگ زیگلر به افتخار او برگزار شد، گ. ویلکه، جانشین او در انستیتو ماکس پلانک، گفت:" خط مشی کارل زیگلر مبتنی بر این اصل بود که نمی توان آنچه را واقعاً جدید است پیش بینی کرد؛ تنها می توان از راه آزمایش به کشف آن نایل آمد. افزون براین، از عادتهای زیگلر این بود که چشمانش را برای دیدن پیشرفتهای نا منتظره باز نگه دارد، و پدیده های جدید را به دلیل ربط نداشتن با پژوهش اصلی، به دیده اغماض نبیند".


پسنوشت

پلی کلرید وینیل پلی کلرید و ینیل(PVC) از خویشان نزدیک پلی اتیلن است. تفاوت منومر کلرید وینیل (CHCI=CH2) با اتیلن در این است که به جای یکی از اتمهای هیدروژن ایتلن، یک اتم کلر دارد. شاید این پلیمر را بتوان پر مصرفترین و از لحاظ صنعتی مهمترین ماده پلاستیکی دانست. فروش آن در سال 1987 به بیش از 600 میلیون دلار بالغ شد.

همچنین ارزانترین و احتمالاً انعطاف پذیرترین پلاستیک است، که در مصارفی همچون لوله و اتصالات لوله ( گسترده ترین مصرف)، دیسکهای نرم کامپیوتری، شلنگ باغبانی، پوشش ساختمان، عایق کاری سیم و کابل، بسته بندی غذا، پوشش صندلی اتومبیل، پرده حمام و بسیاری از مصارف خانگی دیگر کاربرد دارد.PVC از نخستین پلاستیکهایی بود که در اوایل دهه 1930 به تولید تجاری رسید و شاید بتوان آن را نخستین پلیمر صناعی دانست.

این پلاستیک برای نخستین بار به طورکاملاً تصادفی تولید شد. در سال 1838 شیمیدانی فرانسوی به نام ویکتور رگنو شرح داد که وقتی لوله های شیشه ای مسدود و پراز کلرید وینیل مایع در معرض آفتاب قرار می گرفتند، گرد سفید رنگی تشکیل می شد. مدتها بعد در سال 1872 ا. باو من تبدیل کلرید وینیل را به توده جامد سفید رنگی که " تحت تاثیر حلاّلها یا اسیدها قرار نمی گرفت " گزارش داد. اما اهمیت این مشاهده تا مدتها بعد شناخته نشد، و تولید تجاری آن تنها وقتی صورت گرفت که روشهای کاتالیزوری عملی برای پلیمریزه کردن کلرید وینیل ابداع شدند.پلی اکسید اتیلن و پلی اکسید پروپیلن. وقتی در تابستان سال 1951 جورج فاولر و والت دنیسون، از شیمیدانان شرکت یونیون کار باید در چارلستون جنوبی ایالت و یرجینیای غربی، شیر مخزن اکسید اتیلن(CH2CH2O) را باز کردند، انتظار داشتند گاز بی رنگی خارج شود. اما به جایش مایع سیاه چسبناکی بیرون آمد. فاولر و دنیسون مخزن فاسد را موقتاً به کناری گذاشتند و آزمایش از پیش تعیین شده شان را ادامه دادند.اما خوشبختانه کنجکاوی این دو شیمیدان به اندازه ای برانگیخته شد که مخزن فاسد و محتویاتش را مورد بررسی قرار دادند ( این ماجرا یادآور تجربه روی پلانکت است که تفلون را در وضع مشابهی کشف کرد؛ فصل 27 را ببینید). وقتی مایع سیاهرنگ را در هوای آزاد گذاشتند، دیدند که به جامد محکم سیاهرنگی تبدیل شد، که با وجود این در آب هم محلول بود. وقتی محلول تیره آن را از یک صافی گذراندند، گرد سیاهی روی صافی ماند و محلول بی رنگی جدا شد. پس از تبخیر محلول شفاف، جامد سخت و سفید رنگی باقی ماند. تجزیه و تحلیل جامد سیاه نشان داد که حاوی آهن بود. همین قرینه ای بود که چگونگی تشکیل جامد محلول در آب را کمی روشن کرد. این ماده پلیمری از اکسید اتیلن بود که بر اثر عمل کاتالیزور اکسید آهن (زنگ) درون مخزن فاسد تشکیل شده بود. انجام آزمایشهای مختصر به ابداع روشهایی برای تولید پلیمرهایی از اکسید اتیلن با وزنهای مولکولی گوناگونی از یکصد هزار گرفته تا پنج میلیون منجر شد. چند سال بعد چارلزس. پرایس اکسید پروپیلن را که فعالیت نوری داشت پلیمریزه کرد، و پلیمری نورگردان به وجود آورد.

البته شیمیدانان آلمانی اکسید اتیلن را 18 سال بیشتر از آن پلیمریزه کرده بودند. اما کسی متوجه گزارش منتشر شده آنان نشد. بسیاری از ویژگیهای پلی اکسید اتیلنی که دوباره کشف شده بود توجه شیمیدانان صنعتی را به خود جلب کرد. یکی اینکه حتی در مقادیر اندک هم پیوستگی آب را به نحو چشمگیری افزایش می داد و به محلول حالتی ابریشمین می بخشید. از این ویژگی در تغلیظ رنگهای آبی، تهیه مواد آرایشی، داروها و شوینده های مایع ظرفشویی استفاده شد.

از مصارف دیگر پلیمرمحلول در آب، استفاده از آن درکشاورزی بود. نوارهای لوله مانندی تهیه شدند که در فواصل مشخصی پر از بذر بودند و در هنگام کاشت مصرف می شدند. این " نوار بذر" در شیار کم عمقی قرار می گرفت و خاک نرمی بر آن پاشیده می شد. وقتی با روشهای مصنوعی یا باران بر آن آب می ریخت، نوار حل می شد و بذرها پس از جوانه زدن در فواصل منظم گیاهانی تولید می کردند؛ بدین ترتیب نگهداری و برداشت محصول ساده تر می شد.

یکی از جالبترین ویژگیهای این پلیمر این است که افزودن مقادیر ناچیز آن به آب باعث کاهش چشمگیر اصطکاک آب جاری در لوله ها و شلنگها می شود. این خاصیت در ساختمان سازی برای تلمبه کردن مخلوط بتون از درون لوله ها به کار گرفته شده است.

در این اکتشاف چندین "اگر" مهم وجود دارد. مثلاً اگر فرایندهای پلیمریزه شدن در مخزن خراب بیشتر ادامه پیدا می کرد، چه می شد؟ چیزی به دست نمی آمد و شاید شیمیدانان تحقیق نمی کردند تا به علت آن پی ببرند. خوشبختانه، پلیمریزاسیون درست به اندازه ای پیش رفته بود که ماده چسبناک جالبی خارج شود و کنجکاوی و تخیل فاولر و دنیسون را بر انگیزد.

منبع : سرگذشت اكتشافات تصادفی در علم

نوشته : رویستون رابرتس - مترجم: محی الدین غفرانی


لینک :

 اكتشافات تصادفی در پزشكی 

 آیا می دانید ادوارد جنر چگونه موفق به كشف واكسن آبله شد 

 چگونه تصادف ها تبدیل به اكتشاف می شوند 

 آیا می دانید باتری الكتریكی و الكترومغناطیس چگونه كشف شد؟ 

 L S D چیست؟ 

 رؤیایی كه سبب یك كشف شد 

 آیا می دانید برای اولین بار چه كسی و چگونه موفق به عكاسی شد ؟ 

 رد پایی از بهشت 

 از تپه های پیش از تاریخ دشت قزوین چه می دانید؟ 

 ماجرای كشف گردش خون 

 كپكی كه سبب كشف پنی سیلین شد 

UserName