Знание-сила, 2004 № 11 (929)

Простые пластмассовые радости

Лео Хендрик Бакеланд

Джон Уэсли Хайет

Зажигаешь свет — карандаш под рукой — на газете, читанной перед сном, помечаешь маршрут путешествия — еще один сон — еще один символ, подсказанный вечностью, — старик — он смотрит на вещи, среди которых я живу, — я прыгаю на стол, чтобы следить за ним, но он меня не видит — он берет в руки то дискету, то телевизионный пулы, то компьютерную мышь — смотрит, стучит по ним, обнюхивает — достает нож с деревянной ручкой — стучит по стальному клинку, по рукоятке — ломает дискету, недоверчиво смотрит на материал — я пытаюсь выйти в окно — застреваю в пластиковой раме.

Вновь засыпаешь, чтобы с утра вернуться в свой пластмассовый мир, странность которого ты не замечал, — вглядись и сам в эти вещи, которым твой прапрапрадед, родившийся году в 1820, бьш бы крайне удивлен.

«Из чего они сделаны? — спрашивал, может быть, он. — Какой волшебник научился превращать не людей в зверей, а железо в тонкую прозрачную пленку, дерево — в гибкую пластину? Какой алхимик, меняя обличье веществ, превратил неблагородные металлы пусть не в золото и серебро, но во что-то, чему подобия в природе нет?»

Я окончательно проснулся и оторопел. Теперь профессия химика показалась мне колдовством. Откуда-то из недр вещества люди этой профессии извлекали цепи молекул, свивали из них по своему хотению новые материалы, бросая вызов природе, не знавшей этих секретов. Мир наполнился пластиком. Он вездесущ, он применяется всюду, и его возможности далеко не исчерпаны. Фактически для всех натуральных материалов созданы свои искусственные заменители. Как отмечают специалисты, «по-видимому, это только начало грандиозного переворота, равного по своему значению великим материальным революциям прошлого — освоению бронзы и железа».

Когда-то пластик считался дешевым, грубым заменителем дерева и металла; теперь у себя в комнате я не нахожу места, куда бы он ни прокрался. Он окаймляет текст статьи, набранной на компьютере; все телепредставления разыгрываются внутри ящика из пластмассы; из пластикового телефона доносятся голоса моих близких. Дома и на работе я встречаю пластиковые пакеты и приборы, посуду и утварь. В этом искусственном мире живут все больше людей, начиненных пластиком: искусственными суставами, сердечными клапанами, а некоторые даже вживляют пластиковые карточки себе под кожу, чтобы, довелись им попасть в больницу, медики без лишних вопросов определили бы сразу историю болезни пациента.

Обработку пластмассы легко было механизировать. Уже в конце XIX века начался массовый выпуск пластмассовых безделиц: гребенок, коробок, пуговиц, игрушек. Эти товары были дешевы, красивы, прочны. А новинки все продолжали прибывать, будто химики отняли у богов рог изобилия и теперь щедро высыпали его содержимое: фотопленка и кинолента, макинтоши и автомобильные шины, штепсели и изоляторы...

Сто лет назад состояния европейцев нередко сколачивались не на продаже природных ресурсов, а на изобретении новых материалов, не на разрушении естественной среды, а на создании искусственной среды обитания человека. Так, мультимиллионером стал нидерландский исследователь Лео Хендрик Бакеланд, наладивший производство фенопластов — теплостойких и водостойких пластмасс. Фирменная марка «Кодак» и поныне окружена почетом, а начиналось все с патента на целлулоидную пленку, полученного главой компании «Кодак» Джорджем Истменом в 1884 году. Сам целлулоид тоже был изобретен ради больших денег: американский химик Джон Уэсли Хайет стремился получить приз в 10 тысяч долларов за новый, недорогой материал для биллиардных шаров взамен слоновой кости.

Пластмасса приносила миллионные прибыли, но и открывала миллионам людей доступ к благам цивилизации. Так, первые радиоприемники были развлечением не для бедных. Когда же красивые деревянные корпуса сменились простыми пластмассовыми коробками, количество абонентов радио стремительно возросло — все принялись покупать эти дешевые аппараты.

Уже в двадцатые годы прошлого века наитие изобретателей уступило место строгой науке — были заложены основы химии полимеров. Теперь вещества не смешивали наугад, окисляя, нагревая, растворяя, а расчетливо синтезировали. Все новые искусственные материалы — плексиглас, поливинилхлорид, тефлон, нейлон, полиэтилен, полипропилен — находили себе применение. Четверть века назад, в 1979 году, производство пластика впервые превысило производство стали.

Термостойкость и легкость — вот два основных качества, позволивших пластмассам потеснить другие материалы.

Так, уже сейчас в автомобилях содержится в среднем более ста килограммов пластмассовых деталей, что в десять раз больше, чем в те времена, когда начиналось строительство ВАЗа.

В авиастроении металлические детали тоже все чаще заменяют легким пластиком, что позволяет экономить топливо. Фирма «Боинг» планирует выпуск самолета, фюзеляж и крылья которого будут полностью выполнены из пластмассы.

Сейчас в Швеции ведутся испытания первого военного корабля — корвета «Висби» длиной 72 метра, изготовленного из пластика — поливинилхлорида, соединенного со стекловолокном. Этот корабль не могут обнаружить самые современные радиолокаторы; он превратился в «невидимку». Он появляется из дали моря, словно призрак, не замеченный никем.

Создаются все новые строительные материалы на основе пластмассы. Так, американский исследователь Сэнджив Ханна запатентовал стеклопластик, который может выдержать порывы ветра ураганной силы.

Исследователи из Род-Айлендского университета разработали пластмассу; которая меняет свой цвет с красного на желтый при 82 градусах тепла. Это первый шаг на пути к созданию термочувствительных полимеров, чья окраска может меняться по достижении определенной температуры. Подобные материалы найдут широкое применение. Из них можно изготавливать пластиковые окна и двери, которые мгновенно перекрасятся, если в доме что-нибудь загорелось; спортивные костюмы, темнеющие, если человек во время занятий спортом перегрелся и рискует получить солнечный удар; пакеты для пищевых продуктов, выцветающие, если продукты долго лежали в теплом месте.

Ежегодно в мире производится около 180 миллионов тонн пластмассы. К сожалению, об этом напоминают горы мусора. Не случайно в разных странах мира ведутся работы по созданию биопластика — искусственного материала, изготовленного на основе крахмала, целлюлозы или сахара. Пленка или пакет из него растворяются естественным образом. Однако пока такие материалы стоят в четыре раза дороже обычного целлофана. Поэтому мала и потребность в биопластике. Сейчас в мире ежегодно продается лишь около 25 тысяч тонн этого продукта.

Гораздо перспективнее выглядит другой способ получения биологических полимеров: их... выращивание на полях. Для этого используются особые микроорганизмы. В бактериях Ralstonia euthropia при избытке пищи, содержащей углерод, образуются молекулы полигвдроксиалканоата — вещества, которое облапает теми же свойствами, что и термопласт, но зато, выброшенное на свалку, полностью перегнивает, как жухлая листва. Сейчас ДНК этой бактерии полностью расшифрована, ученые намерены внедрить ее гены некоторым культурным растениям. Тогда биопластик можно было бы получать из картофеля или кукурузы. По-видимому, из него будет изготавливаться упаковка для продуктов питания. Биопластик произведет революцию и в медицине.

В опытах с животными им пересаживали сердечный клапан, полностью изготовленный из биопластика. Этот материал лучше приживается в организме, чем обычный полимер, поверхность которого быстро покрывается бактериями, что замедляет выздоровление пациента.

Ведутся испытания пластмассового протеза легких. Его разработал хирург Роберт Бартлет из Мичиганского университета. До сих пор все опыты по созданию искусственных легких были неудачны, потому что нс удавалось воспроизвести складчатую структуру легких и получить небольшой искусственный орган, у которого площадь внутренней поверхности достигала бы размеров теннисного корта.

С недавних пор хирурги стали использовать для зашивания ран пластиковую нить, обладающую памятью. Она сама принимает форму узла. Происходит это так. В холодном состоянии нить стягивают узлом. Специальные фрагменты, добавленные в молекулярные цепи химическим путем, «запоминают» форму узла. Потом нить распрямляют и нагревают до 40 градусов Цельсия, практически до температуры человеческого тела. Химические метки немедленно реагируют на повышение температуры: в течение двадцати секунд нить сворачивается в узел, принимая прежнюю форму. Таким образом, еще до операции хирург может подобрать наиболее подходящую для пациента форму узла, которая не вредит прилегающей ткани.

При лечении переломов уже применяют пластмассовые штифты из полимеризованной молочной кислоты. В процессе лечения штифт постепенно растворяется.

За биопластиком — будущее, как и за элсктропластиком, пластмассой, способной проводить электричество.

Впервые подобный материал был получен около 30 лет назад, но из-за технологических трудностей до сих пор нс внедрен в наш быт. Когда же это произойдет, дешевые полимеры могут заменить дорогие кремниевые чипы.

Исследователи фирмы «Сименс» уже разработали пластиковый чип. Он наносится методом печати, например, на упаковку пиццы. Теперь, стоит положить пиццу в микроволновую печь, та проработает заданное время и отключится. Если нанести чип на пакет кефира, то холодильник при наличии в нем компьютера (мы же фантазируем о недалеком будущем!) вовремя заметит, если вы забудете выпить кефир до указанной даты. Сигнал «Не забудьте выбросить кефир» спасет вас от расстройства желудка.

В обиход войдет и тончайший пленочный монитор, который можно свернуть, как платок, и положить в карман. Сидя в автобусе, вы разворачиваете монитор и читаете свежий выпуск электронной газеты. Дома наклеиваете такой же монитор на стену комнаты и смотрите по нему телепередачи. Тонкие, гибкие светодиоды из полимера — идеальный материал для пленочных мониторов; они прекрасно передают оттенки цвета. Сейчас ведется разработка мониторов, которые будут тоньше человеческого волоса. Уже начат выпуск мобильных телефонов с пластиковыми экранами.

Подобными полимерными пленками можно оклеивать автомобили, стены домов, одежду. Тогда, меняя заданную программу можно будет, повинуясь минутной прихоти, менять окраску машины, интерьер дома, цвета и узоры на блузке.

По оценкам специалистов, примерно в 2008 — 2010 годах начнется коммерческое использование пластиковых дисков, которые потеснят привычные компакт-диски. Опытный вариант подобного носителя информации разработал Стивен Форрест из Принстонского университета в сотрудничестве с лабораторией Хьюлетта-Паккарда. Конечно, информацию на этот компакт-диск можно записывать всего один раз, так как физические свойства пластмассы необратимо меняются. В то же время считывать эту информацию, как и с современных CD и кассет, можно многократно. По мнению Форреста, пластиковые носители лучше всего подходят для создания архивов информации. Уже сейчас, сообщает журнал «Nature», на каждый квадратный миллиметр кусочка пластмассы можно наносить около одного мегабайта информации.

Тем временем ученые мечтают о дешевом сверхпроводящем пластике, на основе которого можно было бы выпускать компьютеры следующего поколения...

Возможности пластика огромны. «Это больше, чем вещество, — говорят психологи. — Пластик воплощает идею бесконечных метаморфоз. Он может принимать самые разные формы». В древних сказках подобный материал был достоянием волшебников и магов. В наши дни его получают в лабораториях. Пластик — это современное волшебство!

Адрес в Интернете www.kunststoffweb.de

Александр Грудинкин