پلی اتیلن: به برکت ابزار خراب و آلوده (1)

تفلون (پلی تترا فلوئورواتیلن) درست قبل از جنگ جهانی دوم کشف شد و به سبب کاربردش در تولید بمب اتمی مورد استفاده قرار گرفت. پلیمر دیگری نیز بود که در دهه 1930 کشف شد و برای متفقین در جنگ اهمیت بسیار پیدا کرد؛ این ماده پلی اتیلن بود که برای عایق کاری کابلهای رادار استفاده شد، و یکی از دلایل مهم کارائی این ابزار جدید الکترونیکی بود. در سرگذشت فریدل و کرفتس هم ذکر کردم که یکی از کاربردهای عملی اکتشافی که نتیجه همکاری و امریکا به شمارمی آمد، تولید بنزین هواپیما باعدد اکتان بالا بود، که باعث شد جنگنده های انگلیسی به هواپیماهای آلمانی برتری پیدا کنند. تفلون، پلی اتیلن و بنزین هواپیما- تنها این سه کاربرد اکتشافات و پیشرفتهای شیمی- به خوبی نشان می دهند که چرا شیمیدانان متفقین به نقشی که در پیروزی در جنگ جهانی دوم داشتند افتخار می کردند.

کشف پلی اتیلن را، که انگلیسیها پلی تن نامیدند، معمولاً به شیمیدانان انگلیس صنایع شیمیایی امپریال نسبت می دهند، چون در آنجا به تصادف کشف شد و کمی پس از آن در یکی از کاربردهای مهم زمان جنگ مصرف پیدا کرد. این کشف بخت یارانه راج. س. سوالو، یکی از همین شیمیدانان، در فصل نخست تاریخچه پلی تن (1960) شرح داده است:

همچنان که زمان می گذرد، معمولاً هر سرگذشتی رو به آرمانگرایی می رود و به شکلی عرضه می شود که از وجود رشدی تدریجی و منطقی از آغاز برنامه پژوهشی تا کشف کار برد آن محصول خاص حکایت دارد. اما سرگذشت پلی تن نمونه روشن و کم نظیری از نتایج نا منتظره ای است که امکان دارد در ضمن پژوهش به دست آید، و بیانگر نقشی است که بخت در چنین کارهایی بازی می کند. در واقع سرگذشت پلی تن در سال 1932 در نورث ویچ چشایر، و در بخش مواد قلیایی صنایع شیمیایی امپریال آغاز شد. در اینجا بود که م. و. پرّین و نویسنده این فصل[سوالو] پیشنهاد کردند که در زمینه تاثیر فشارهای زیاد بر واکنشهای شیمیایی پژوهشهایی صورت گیرد. حدود پنجاه واکنش در سالهای 1932 و 1933 مورد آزمایش قرار گرفتند که کلیه نتایجی که به دست آمدند دلسرد کننده بودند [ به عبارتی دیگر فراورده با ارزشی از هیچ کدامشان به دست نیامد]. از جمله [اینها] واکنش بین اتیلن و بنزالدئید بود، که در مارس سال 1933 در دمای 170درجه سانتی گراد و فشار 1400 اتمسفری اتیلن [که فشار بسیار زیادی است] آزمایش شد. در پایان آزمایش معلوم شد که جداره های ظرف [واکنش] از لایه نازکی پوشیده شده اند که طبق آنچه در دفترچه ر. ا. گیبسون، مجری آزمایش، نوشته شده بود، به " جامدی سفید و مومی شکل" می مانست. شناسایی آن جامد نشان داد که یکی از پلیمرهای اتیلن است، اما نتیجه تکرار آزمایش روی اتیلن تنها، این بود که اتیلن به سرعت تجزیه می شد.

سوالو می نویسد که آنان پژوهش در زمینه فشارهای زیاد را تامدتی کنار گذاشتند تا بتوانند ابزارهای بهتری طراحی کنند و بسازند. در دسامبر سال 1935 آزمایشهای بیشتری با استفاده از این ابزارهای پیشرفته تر بر روی اتیلن صورت گرفت. وقتی دما به 180 درجه سانتیگراد رسید، فشار افت کرد، بنابر این اتیلن بیشتری به درون دستگاه تلمبه شد. وقتی ظرف کوچک آزمایش را باز کردند، مجموعاً هشت گرم جامد سفید یافتند. پژوهشگران دریافتند که افت مشاهده شده در فشار را نمی توان تنها ناشی از پلیمریزه شدن اتیلن گازی به شکل پلیمری جامد دانست، بنابر این حدس زدند که شاید در یکی از اتصالات دستگاه نشتی وجود داشته باشد.

سوالو می نویسد:

دراینجا باز هم عنصر بخت نقش مهمی ایفا کرد، و ماهها پژوهش دقیق تمام گروه تحقیقاتی لازم بود تا معلوم شود که چرا اگر این نشتی اتفاق نیفتاده بود، احتمالاً نتیجه آزمایش بسیار دلسرد کننده تر از آب در می آمد، و شاید صرفاً تکراری از آزمایشهای [ناموفق] قبلی می شد. در واقع موفقیت آزمایش دسامبر ناشی از افزودن اتیلن تازه به جای اتیلنی بود که از ظرف واکنش خارج شده بود. تصادفاً در این اتیلن مقدار کاملاً مناسبی اکسیژن بود که تشکیل مقادیر فزاینده پلیمر را تسریع بخشید.

سوالو همچنین می نویسد که آنان دریافتند پلی اتیلن پدیده "کشش سرد" را که و.هـ. کارودرز از شرکت دوپون به عنوان یکی از ویژگیهای پلی استرها و پلی آمیدها شناخته بود از خود نشان می دهد ( این پدیده در فصل 25 توضیح داده شده است)؛ و این بیانگر آن بود که این پلیمراتیلن، پلیمری با زنجیره تقریباً راستی است که وزن مولکولی نسبتاً زیادی دارد. اما پژوهشگران صنایع شیمیایی امپریال کار برد مفیدی برای پلیمر جدید نمی شناختند، و چه بسا اگر بخت بار دیگر وارد صحنه نمی شد، همچنان به عنوان یک پدیده آزمایشگاهی باقی می ماند.

ج. ن. دین از شرکت ساخت و نگهداری تلگراف انگلستان که در کار تولید کابلهای زیر آبی تلگراف و تلفن بود، در باره این پلیمر جدید مطالبی شنید و دریافت که شاید عایق خوبی برای کابلهای زیر آبی باشد . گر چه این ماده جدید فقط در مقادیر اندک قابل تهیه بود، اما دین ابراز علاقه کرد که آن را بررسی کند. افزون بر این، یکی دیگر از کارمندان صنایع شیمیایی امپریال متوجه شباهت ویژگیهای مکانیکی پلی اتیلن به گوتاپرچا شد ( ماده پلیمر طبیعی شبیه به لاستیک، اما غیر ارتجاعی) که برای عایق کاری کابلهای تلگراف استفاده شده بود.

در ژوئیه 1939، شرکت مزبور به اندازه ای پلی اتیلن تولید کرد که برای یک مایل دریایی کابل زیر آبی کافی باشد، و اگر چه آغاز جنگ مانع از انجام آزمایشهای کامل شد، اما معلوم گشت که برای این منظور مناسب است. تجربه ای که در تولید این کابل کسب شد برای پیشرفتهای سریعی که چند سال بعد صورت گرفت بسیار ضروری بود. بر اساس نیازی که به کابلهای زیر دریایی تلفن پیش بینی می شد، کارخانه کوچکی ساخته شد که در سپتامبر سال 1939 ، درست در روزی که آلمانیها لهستان را اشغال کردند، کار خود را شروع کرد. در واقع کابلهای زیر آبی عایق کاری شده با پلی اتیلن در اواخر جنگ کار گذاشته شدند، که ارتباط مفیدی را بین انگلستان و فرانسه برقرار کردند.

با وجود این، در اوایل جنگ نیاز فوری به کابلهای عایق پر بسامد انعطاف پذیر برای ابزارهای رادار زمینی و هوا برد احساس می شد. بدین منظور صنایع شیمیایی امپریال در انگلستان و شرکتهای دوپون و یونیون کار باید در ایالات متحده به تولید پلی اتیلن پرداختند.

اهمیت پلی اتیلن در ابزارهای را دار به روشنی در گفته های سررابرت و اتسون وات، کاشف رادار، نشان داده شده است، که (به نقل از پلی تن سوالو) در اوت 1946 گفته بود:

وجود پلی تن باعث شد مشکلات غیر قابل حل طراحی، تولید، تعبیه و تعمیر رادارهای هوابرد[- به سبب ویژگیهای تقریباً بی نظیر آن مانند عایق کاری و پایداری ساختاری-] به سهولت بر طرف شوند. طرح دامنه وسیعی از فرستنده ها و گیرنده ها که تا پیش از آن غیر قابل دسترس بودند، ممکن شد، و انواعی از مشکلات لاینحل مراقبت هوایی بر طرف گشت. بنابر این پلی تن نقش بی بدیلی در پیروزیهای پیاپی در نبردهای هوایی، دریایی و زمینی داشت، که با عرضه رادار فراهم شدند.

پلی تن عنصر مهمی در آن "ابزار فنی منحصر به فرد" بود که فوهرر شکست "موقت" (اما چنانکه بعدها معلوم شد دایمی) زیردریاییهای آلمانی خود را ناشی از آن می دانست.

اهمیت آن در نبردهای عمده دریایی هنگامی روشن شد که وجود رادار نیروی دریایی انگلستان را قادر ساخت تا به قول فرمانده آن زیر دریایی " شارنهورست را پیدا، محاصره، حمله و غرق کنند". این ماده در اینگونه عملیات کشتیهای کوچکتر نیروی دریایی نیز نقش داشت.

جایگاه حیاتی پلی تن در گروه کوچکی از ابزارهای رادار ضد زیر دریایی هوا برد و نیز همتاهای دریایی شان- که در آنها نیز پلی تن به کار رفته بود- امکان آن ر ا فراهم آورد که در مدت فقط چند هفته، یکصد زیر دریایی غرق شوند.

و قطعاً فرستنده های با طول موج سانتی متری در پوششهای پلی تن کارایی نیروهای بمب افکن ما را چندین برابر افزایش دادند.

پلی اتیلن تا مدتها پس از جنگ مانند تفلون در نظر عامه مردم ناشناخته بود، اما از آن پس استفاده از پلی اتیلن در تولید ورق و اشیای قالبریزی شده در مقیاس وسیعی گسترش یافت. تولید ورق به سرعت در ایالات متحده، که پلی اتیلن کم کم در کاربردهای بسیاری جایگزین سلوفان می شد، توسعه پیدا کرد. امروزه ورقه های پلی اتیلن در بسته بندی غذاهای منجمد و فاسد شدنی و نیز مواد اولیه آنها، منسوجات و انواع اجناس مختلف استفاده می شود. از کاربردهای دیگر ورقه های پلی اتیلن می توان از مصارف گسترده در کشاورزی ( گرمخانه ها، پوشش زمین، مخازن، برکه ها و مجاری)، در ساختمان سازی ( عایقهای رطوبتی، مواد پوشاننده تاسیسات و نشت گیرها)، و ناگفته پیداست در تولید کیسه های زباله، نام برد. عایق کاری کابلهای برق همچنان یکی از کاربردهای مهم پلی اتیلن است. این ماده نخستین پلاستیکی بود که تولید سالانه آن ( در 1959) از مرز یک میلیارد پوند گذشت.

پلی اتیلنی که در مصارف روزمره مورد استفاده قرار می گیرد و براساس کشف شیمیدانان صنایع شیمیایی امپریال در فشار زیاد و با به کارگیری خاصیت کاتالیزوری اکسیژن به تولید می رسد، پلی اتیلن کم چگال شاخه دار است. " شاخه دار" بودن آن اشاره به ماهیت زنجیره پلیمری دارد که از واحدهای منومر دوکربنی اتیلن تشکیل شده است. اگر مولکولهای اتیلن کاملاً از ابتدا تا انتها به یکدیگر متصل شوند، مولکول پلیمر بدون شاخه می شود. اما پلیمری که تا اواسط دهه 1950تولید می شد همچون درخت، شاخه هایی داشت. این شاخه دار شدن باعث می شد نقطه ذوب و چگالی آن از پلی اتیلن پرچگال خطی ( بدون شاخه) که سرانجام با روشهای جدید در دهه 1950 تولید شد، کمتر (سبکتر) شود.

ادامه دارد ...

منبع : سرگذشت اكتشافات تصادفی در علم

نوشته : رویستون رابرتس - مترجم: محی الدین غفرانی