پلی کربناتها: جنس سخت
بخت از راههای گوناگونی در پژوهشهای شیمی وارد می شود و امکان انجام اکتشافات را فراهم می آورد. گاه وجود پیش بینی نشده ناخالصی در مواد اولیه است، نظیر آنچه در کشف اترهای تاجی اتفاق افتاد و در سال 1987 جایزه نوبل را برای چارلزج، پدر سن، دونالدج. کرام، و ژان ماری- لن به ارمغان آورد. گاه حضور تصادفی کاتالیزوری است، مانند پلیمریزه شدن اتیلن به دست شیمیدانان انگلیسی، که درست در هنگامی که احتیاج به عایق مناسبی برای رادار داشتند روی داد . گاهی هم به همین سادگی است که ماده مورد نظر در انبار نیست و به جای آن از ماده دیگری استفاده می شود.
چنین تصادفی منجر به کشف دسته پر مصرفی از پلی استرها در آزمایشگاه پژوهشی جنرال الکتریک شد. پلی استری که کشف شد از آن نوعی نیست که بر تن می کنیم، اما با وجود این ماده ای است که تقریباً هر روز با آن سروکار داریم. ممکن است آن را به نام پلی کربنات نشناسید، اما شاید سپر اتومبیل شما یا چراغ عقب آن از آن ساخته شده باشد، یا در هواپیما کنارپنجره ای بنشینید که از جنس آن باشد، یا رئیس جمهور یا پاپ را سوار بر وسیله ای ببینید که در آن حفاظی از جنس پلی استر به کار رفته است. دفعه بعد که آن را به یکی از اشکالی که گفته شد دیدید، خدا را شکر کنید که دانیال فاکس در آن روز از سال 1953 ماده ای را که به دنبالش بود در انبار پیدا نکرد.
دکتر فاکس که دکترایش را دو سال قبل از دانشگاه او کلاهاما گرفته بود، در آزمایشگاه پژوهشی جنرال الکتریک در شنکتادی مشغول تهیه ماده عایقی برای سیم پیچهای آهن رباهای الکتریکی بود که در دما و رطوبت زیاد تجزیه نشود. ضمن یکی از جلسات شورای برنامه ریزی یکی با صدای بلند آرزو کرد: " ای کاش می توانستیم پلی استری پیدا کنیم که از نظر هیدرولیتیک پایدار باشد" ( یعنی براثر گرما و رطوبت تجزیه نشود). همین جمله خاطره ای را به یاد فاکس آورد؛ در طرح پژوهشی فوق دکترای سال قبلش، در کمال شگفتی دریافته بود که استر کربنات یکی از ترکیبات فنلی به نام گوایاکول به طور نامنتظره ای در مقابل تجزیه آبی مقاوم است( این مطلب از این نظر شگفت آور بود که اکثر این گونه ترکیبات بر اثر آب تجزیه می شوند). بنابر این به انبار رفت تا مشابه شیمیایی گوایاکول، یا بیس – گوایا کول را، که گمان می کرد در دو انتهای مولکول خود ایجاد پیوند کند و بدین ترتیب تشکیل پلی استر مورد نظر را بدهد، بردارد.
خوشبختانه بیس – گوایاکولی در انبار نبود، بنابر این فاکس به ترکیب مشابهی به نام بیس فنل – A رضایت داد. این ماده ترکیبی ارزان و در دسترس بود، چون از مواد تشکیل دهنده رزینهای اپوکسی بود که تازه به بازار آمده بودند. پس از آنکه در چندین آزمایش که در آنها کربناتهای آلکیل در مجاورت بیس فنل – A حرارت می دیدند، نتیجه امید بخشی به دست نیامد، فاکس ترکیب آروماتیکی به نام کربنات دی فنیل را در مجاورت بیس فنل –A حرارت داد. همچنان که محصول جانبی واکنش یعنی فنل ( که نقطه جوش بالایی دارد) از ظرف واکنش تقطیر می شد، محتویات ظرف چسبناکتر و چسبناکتر می شدند. برای آنکه مقدار بیشتری از فنل را خارج کند، دما را به تدریج افزایش داد و از فشار محیط واکنش کاست. این کار را آن قدر ادامه داد تا سرانجام همزن مکانیکی از چرخش ایستاد و موتورش متوقف شد.
چون ماده درون ظرف آن قدر غلیظ بود که فاکس نمی توانست آن را از ظرف بیرون بریزد، گذاشت تا همانجا خنک شود. در حالی که محصول واکنش خنک می شد انجماد یافت، و پس از انقباض از دیواره داخلی ظرف جدا شد. آنگاه فاکس ظرف را ازدور محتویات منجمد آن شکست، و قطعه ای جامد و نیمکروی بر انتهای همزن فولادی باقی ماند، که چند تکه از ظرف شیشه ای در آن فرو رفته بود. دکتر فاکس در یک سخنرانی به سال 1987 مراحل بعدی را چنین شرح داد:
این قطعه را کوبیدیم و بر زمین سیمانی انداختیم، اما اثر چندانی نداشت. حتی از آن به عنوان چکش برای راندن میخ در تکه ای چوب کاج استفاده کردیم. سرانجام قطعاتی را با اره از آن بریدیم، و چند تکه را در دمای حدود 300 درجه سانتی گراد به شکل ورقه هایی پرس کردیم. با وجود آنکه تعدادی شیمیدان که رسماً در رشته پلیمر تحصیل کرده بودند در سازمان کار می کردند، اما نه تنها اکثرشان در زمینه تهیه پلیمرهای ترمو پلاستیک تقریباً هیچ نمی دانستند، بلکه نمی توانستند اهمیت تجاری پلیمری همچون پلی کربنات را دریابند. پلی کربناتها موقتاً به فراموشی سپرده شدند.
اما بخش کاربرد شیمی که کمی پیش از آن فقط به منظور یافتن کار بردهای تجاری جدید در پیتسفیلد تاسیس شده بود، به دنبال طرحهای نوین بود. دکتر آ. پچوکاس که سرپرستی بخش کاربرد را بر عهده داشت پیش از استخدام در جنرال الکتریک برای شرکت شیشه پیتسبرگ کار می کرد، و تجربه زیادی در زمینه پلی کربناتهای آلیفاتیک داشت. به سبب تفاوت زیادی که بین پلی کربناتهای آلیفاتیک شرکت شیشه پیتسبرگ (بادمای ذوب پایین و شکنندگی زیاد) و پلی کربنات آروماتیک جنرال الکتریک ( بادمای ذوب بالا استحکام زیاد) وجود داشت، دکتر پچوکاس مهمترین حامی کار برد اولیه پلی کربناتها شد.
البته به کار گیری این پلاستیک جدید، کار سریع یا ساده ای نبود، اما جنرال الکتریک موفق شد مصارف جدید متعددی برای آن بیابد. جنرال الکتریک تنها شرکتی نبود که در زمینه پلی کربناتهای آروماتیک کار می کرد. شرکت آلمانی بایر نیز در صحنه بود، اما روش آنان کمی تفاوت داشت. اگر بخواهیم منصفانه قضاوت کنیم، کشف فاکس در واقع یک کشف مجدد بود، چون پلیمرهای مشابهی در سال 1902 در آلمان تهیه شده بودند، اما نه برای آنها کاربردی پیدا شده بود و نه آن روزها کسی می دانست که یک پلیمر دقیقاً چیست.
جنرال الکتریک در باره استحکام و شفافیت پلی کربناتها تبلیغ زیادی کرد. چندی نگذشت که پلاستیکهای دیگر را" تقریباً به سختی پلی کربناتها" یا "به سختی پلی کربناتها" می خواندند.
پلی کربناتها شفاف، بسیار محکم و در دامنه وسیعی از دماهای گوناگون قابل استفاده اند. می توان از آنها مواد شفاف ضد گلوله ای ساخت که در حفاظهای گوناگونی که از روسای جمهور یا پاپ محافظت می کنند، ساختمان سفارتهای خارجی، شیشه باجه های بانک، پنجره های بدون میله در زندانها، روکشهای پنجره های نقاشی شده گرانقیمت، حفاظهای قسمت تماشاگران در میدانهای هاکی روی یخ، پنجره های هواپیماهای ابرصوتی، ماسکهای غواصی، و سپرهای نیروهای ضد شورش، به کار روند.
استحکام، شفافیت و قابلیت ضد عفونی کردن با بخار باعث می شود که این پلاستیکها در کاربردهایی از شیشه شیربچه گرفته تا بطریهای 20 لیتری، و از وسایل پزشکی گرفته تا عینک و کلاه ایمنی مصرف پیدا کنند.
شیشه های لایه لایه ای از این ماده ساخته شده اند که در قطارهای سریع السیر در برابر ضربه آجر مقاومت می کنند، و درعرشه هواپیماها به هنگام برخورد با پرندگان در سرعتهای ماورای صوت نمی شکنند. از مصارف کم اهمیت تر می توان از استفاده از پلی کربناتها در پنجره اتومبیل، اتوبوس، قطار، و هواپیما؛ قفسه های چمدان درهواپیما؛ و چراغهای عقب و جلوی اتومبیل های جدید نام برد. در 35 مدل مختلف اتومبیلهای سراسر جهان از مخلوطی از پلی کربنات با پلی استرهای دیگر در سپرهای مقاوم به ضربه استفاده شده است. دکتر فاکس سخنرانی 1987 خود را با این جمله پایان داد که:" باعث شادی بسیار و موجب رضایت شخصی است که می بینم چقدر آن تکه ای که بر انتهای همزن چسبیده بود توسعه پیدا کرده است و چگونه بر زندگی همگان تاثیر گذاشته است". گمان می کنم همه ما نیز باید به سبب یافته نشدن بخت یارانه ماده اولیه مورد نظر، از انتخاب پر برکت جانشین آن، و ذکاوت و تیزبینی دکتر فاکس و همکارانش ممنون باشیم.
منبع : سرگذشت اكتشافات تصادفی در علم
نوشته : رویستون رابرتس - مترجم: محی الدین غفرانی
لینک:
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؟
آیا می دانید برای اولین بار چه كسی و چگونه موفق به عكاسی شد ؟
