Жизнь замечательных веществ - Аркадий Курамшин

К сожалению, не все изделия из ПЭТ подвергаются вторичной переработке – огромное их количество просто лежит на свалках по всему миру. И хотя ПЭТ не является биоразлагаемым полимером, среда обитания диктует свои условия, и некоторые из бактерий – обитателей свалок, медленно эволюционируют, приобретая способности перерабатывать полиэтилентерефталат и использовать его в качестве источника углерода для роста. Не исключено, что появление таких бактерий было неизбежно: в условиях пищевой конкуренции видов за привычные подгнившие пищевые отходы умение питаться полиэтилентерефталатом даёт организмам существенное преимущество в выживании.

Однако, возможно, скоро история и дальнейшая эволюция таких бактерий будут прекращены – реализация напитков в таре из ПЭТ запрещается в Австралии, Франции, Канаде, некоторых штатах и округах США. Россия не отстает – с 1 июля 2017 года планируется запретить продажу алкогольной продукции в ПЭТ-таре объемом более 1,5 литра. Хотя эти меры и окажут благоприятное воздействие на состояние окружающей среды в долгосрочной перспективе, это может привести к разрушению локальных экосистем, в которых эволюционируют бактерии, поедающие ПЭТ, однако хочется думать, что утрата этих бактерий не будет ужасным ударом по нашей биосфере.

Очень часто в общественном мнении появление тефлона связывают с развитием космических программ. Так, если поискать в Сети, можно найти такие пассажи: «Зачем в сковородке космический материал?» или «…одна из примет времени – посуда с антипригарным покрытием. Благодаря ему мы почти забыли, каково это – отдирать толстый слой пригара со сковородок. Покрытие под названием «тефлон» было разработано для шаттлов…»

Во многом это миф. Да, тефлон действительно применяется в качестве материала для космических исследований, детали из него есть и в космических кораблях, и в скафандрах, но полимер, известный нам под технической маркой «тефлон», был получен задолго до образования НАСА.

Материал, выпускающийся под торговой маркой «тефлон», – потиперфторполиэтилен – представляет собой достаточно простой по строению полимер, по структуре похожий на полиэтилен, с тем исключением, что в нем все атомы водорода замещены на атомы фтора (вообще в химии органических соединений вообще и химии полимеров в частности префикс пер– означает исчерпывающее, то есть полное замещение атомов водорода на атомы другого химического элемента).

Итак, тефлон не был создан в секретных лабораториях НАСА, его создание вообще приходится на тот период истории, когда принципы реактивного движения еще только оттачивались и полет в космос казался еще недосягаемой мечтой, – в 1938 году. Как это часто бывает в химии, открытие нового материала произошло практически случайно, а счастливым везунчиком оказался американский химик Рой Планкетт, которому тогда было 27 лет, работавший в заводской лаборатории на химическом заводе в Нью Джерси. Еще одним важным обстоятельством открытия является то, что до счастливой случайности Планкетт не занимался полимерами или защитными покрытиями – его область исследования была посвящена перфторуглеводородам и хлорфторуглеводородам, которые до работ нобелевских лауреатов Молины и Роуленда и последовавшего после их работ подписания Монреальского протокола широко использовались в системах охлаждения и аэрозолях.

В качестве источника материала для работы Планкетт использовал стальной цилиндрический газовый баллон, наполненный газообразным тетрафторэтиленом (аналог этилена, в котором все 4 атома водорода замещены на фтор), и в какой-то момент газообразный тетрафторэтилен перестал поступать из баллона. Можно было бы подумать, что тетрафторэтилен кончился, и взять другой баллон, но поскольку это произошло слишком быстро, Планкетт из любопытства взвесил этот баллон. Каково же было его изумление, когда он увидел, что масса «опустевшего» баллона практически не отличалась от массы баллона, свежезаполненного тетрафторэтиленом, значительно превышая массу самой стальной тары. Это означало, что с содержимым баллона что-то произошло, а что именно – уже следовало выяснять, чтобы не подвергать опасности себя и окружающих, решивших использовать «внезапно опустевшую» тару.

Вне здания завода с соблюдением всех мер предосторожности Планкетт разрезал баллон и обнаружил, что он заполнен белым воскообразным гладким на ощупь веществом. Изучив вещество, Планкетт выявил, что оно термически стойко, химически инертно и отличается низким коэффициентом трения. И произошло вот что: сочетание высокого давления и каталитическая активность стальных стенок газового баллона привели к тому, что газообразный тетрафторэтилен вступил в реакцию полимеризации и получился новый полимер.

Особые свойства этого полимера обусловлены, в частности термическая и химическая устойчивость обусловлены тем, что в нем комбинируются одни из самых прочных химических связей – углерод-углерод и углерод-фтор, равно как и то, что «внешней оболочкой» молекулы полимера являются атомы фтора, полностью удовлетворившие свою потребность в электронах и, обладая наибольшей способностью удерживать у себя электроны из всех химических элементов (электроотрицательностью), не отдавать их никому. Эта особенность строения тефлона и похожих на него материалов привела к достаточно известной в узких кругах метафоре, описывающей эти вещества: алмазное сердце в шкуре носорога (связь углерод-углерод, являющаяся основой полимерной цепи тефлона, также реализуется и в алмазе).

Обнаруженный по случайности в 1938 году перфторполиэтилен был запатентован под торговой маркой «тефлон» только через 7 лет – в 1945-м фирмой Kinetic Chemicals, где работал Планкетт, – дочерней компанией фирмы «Дюпон». Первоначальной областью применения полимера было покрытие клапанов и кранов коммуникаций для газов и жидкостей – это применение было обусловлено его низким коэффициентом трения тефлона. Можно сказать, что тефлон успел поучаствовать и во Второй мировой войне – в Манхэттенском проекте его наносили на системы, с помощью которых гексафторид урана подавался на центрифуги для обогащения урана, и соответственно отводили фторид уже обогащенного урана. Привычное же нам использование тефлона в быту – для антипригарных покрытий – началось только в 1950-е годы, при этом судьба материала в этом случае снова выкинула интересный пассаж: идея использовать тефлон в качестве антипригарного покрытия изначально принадлежала не ученым, а почти обычной французской домохозяйке.