Сучасній людині складно уявити своє життя без пластику
Шовк і більярд для народу
Здається неймовірним, але промислова революція в Європі початку XIX століття проходила з використанням виключно дарів природи в їх якщо не первозданному, то дещо переробленому вигляді. Вчені того часу більшою мірою пізнавали властивості наявних металів, мінералів і хімічних елементів – і цього цілком вистачило для створення всіх винаходів епохи від друкарської машинки до автомобіля.
Першими кроками до індустрії полімерів стали відкриття Чарльзом Гудьїром реакції вулканізації – перетворення натурального каучуку на гуму при з'єднанні з сіркою та нагріванні – і з'ясування Ансельмом Пайя формули целюлози. Обидві події припали на 1838 рік. Одне дозволило отримувати з наявного натурального матеріалу синтетичний, значно перевершуючий прототип за більшістю характеристик, а інше – зрозуміти хімічну природу цього процесу і потім повторити його на інших речовинах, оскільки будова всіх полімерів сутнісно ідентична. Це зчеплені одна з одною однакові групи атомів (мономери).
Першими використати ці властивості здогадалися все той же Чарльз Гудьїр (засновник однойменної компанії, великого виробника автопокришок) і творець промислового полімеру – целулоїду – Александр Паркс, який так і не зумів надати своєму винаходу комерційної складової. Це вдалося Джону Хайяту, який у 1869 році почав покривати целулоїдом більярдні кулі, на виготовлення яких раніше йшла слонова кістка.
Наступний викид полімерів у промисловість зробив у 1891 році Ілер де Шардоне, коли запропонував метод отримання придатного для комерційного використання синтетичного шовку (віскози), в рази дешевше натурального. З'явилося перше хімічне волокно. Власне, вартість була єдиним фактором, за рахунок якого нові вироби з полімерів могли конкурувати з традиційними, – інших переваг у них не було.
Війна як двигун прогресу
Проривом став винахід у середині 1900-х років бакеліту – фенолформальдегідної смоли, з якої можна було швидко виготовляти вироби будь-якої форми та розмірів. На відміну від целулоїду бакеліт витримував нагрівання, мав хороші електроізолюючі властивості. Поява нового матеріалу збіглася з масовим поширенням електрики, і вироби з бакеліту почали широко використовуватися в електротехніці. Бакеліт став першим полімером, виробництво якого почалося в Росії в 1916 році.
Незадовго до Першої світової війни на ринок було виведено новий революційний продукт – целофан, перший в історії гнучкий і прозорий пакувальний матеріал. Виробляти його почали у Франції, але поширення цієї плівки в маси почалося після того, як фірма DuPont у 1924 році відкрила власне виробництво целофану в США. Це дозволило компанії використовувати потужності з випуску нітроцелюлози, яка в роки війни йшла на виготовлення вибухівки. Тоді ж став набирати популярність ПВХ, який спочатку використовували для суто технічних потреб (ізоляція кабелів), але вже в 1930-х почали виготовляти і складніші вироби, наприклад труби.
Військові потреби, що рухали вперед всю хімічну технологію наприкінці XIX – на початку XX століття, привели до появи ще двох видатних синтетичних матеріалів: синтетичного каучуку та оргскла. Хоча особливих претензій до натурального каучуку у виробників шин не було, він залишався «колоніальним товаром» з вкрай обмеженою кількістю постачальників. У 1932 році в СРСР вперше почався промисловий випуск синтетичного каучуку, сировиною для якого слугував харчовий етанол. Незабаром до СРСР приєдналися Німеччина та США. Новий продукт дозволяв забезпечувати армію шинами навіть в умовах повної економічної блокади та руйнування світової торгівлі.
Що ж стосується оргскла (поліметилметакрилату), винайденого ще в 1877 році, то воно чекало комерціалізації півстоліття, поки його споживачем не стала авіація, що потребувала більш легкого та безпечного замінника звичайного скла.
Друга світова війна та супутня їй технологічна гонка подарували світу ще один новий матеріал – нейлон (поліамідне волокно). Він довго не знаходив масового застосування, поки з нього не почали виготовляти парашути, за міцністю значно перевершуючі звичайні та не вимагаючі дефіцитних у воєнний час шовку та пеньки. Новий матеріал сподобався військовим і став широко використовуватися при випуску різного спорядження та обмундирування.
Синтетичні задоволення
Золоте століття полімерів припало на післявоєнні роки споживчого буму. Розвиток нафтопереробки різко здешевив виробництво багатьох нафтохімікатів, однак виведення отриманих з них виробів на ринок вимагало великих зусиль. Два класичних приклади – все той же нейлон і поліетилен.
Оскільки після закінчення війни потреба в парашутах зменшилася, виробники поліамідного волокна знову звернулися до споживчого ринку. У підсумку DuPont, колись рушивша в маси целофан, вирішила відновити розпочату ще в передвоєнні роки дорогу рекламну кампанію з комерційного просування текстильних виробів з нейлону. «Нейлонова істерія» 1950-1960-х показує, що при певному рівні маркетингової обробки здоровий глузд споживача вимикається – ентузіасти одягали нейлонові сорочки навіть у спеку. Надалі компанія вивела на ринок ще ряд синтетичних волокон: дакрон (поліефірне волокно), лайкру (поліуретанове) та інші.
Просування поліетилену в масове виробництво традиційно приписується іншому винаходу сумнівної корисності – хулахупу. Після тривалої рекламної кампанії та маркетингу в 1958 році американські, а потім і європейські споживачі почали масово скуповувати новинку. Це дозволило виробникам поліетилену швидко комерціалізувати свій продукт, привчити споживача до нового матеріалу та пізніше створеним більш практичним виробам із нього на кшталт пластикових пляшок і поліетиленових пакетів.
Так чи інакше, вже на початок 1960-х років полімерні матеріали стали головною рушійною силою розвитку не лише хімічної промисловості, а й промисловості взагалі. У СРСР у 1958 році було проголошено курс на наздоганяючу «хімізацію народного господарства», яка багато в чому мала забезпечити промисловий випуск нових полімерних матеріалів. Подібно до того, як у 1920-х символом прогресу та сучасності в СРСР було електрика, так у 1950-1960-х цю почесну роль серед інших атрибутів відігравала синтетика. Втім, полімерна ейфорія була глобальною – за 1950-1960-і роки світовий випуск пластмас збільшився у 20 разів.
Зробити все з нічого
Впевнений наступ полімерів на традиційні матеріали по всіх фронтах тривав до 1970-х років, поки на Заході не почав набирати силу екологічний рух. Через масове використання полімерів виникла гостра проблема утилізації відходів – самі собою полімери практично не розкладалися, при спалюванні виділяли канцерогени, а їхнє вторинне використання виявлялося не завжди можливим.
Тим не менш «полімерні революції», хай і меншого масштабу, тривали й у 1980-і роки, а жорсткіші екологічні вимоги іноді не лише обмежували розвиток індустрії полімерів, але й рухали її вперед. Так, потреби підвищення енергоефективності у 1980-і роки призвели до поширення нових утеплювачів, таких як XPS-плити (екструзійний пінополістирол). У ті ж роки винахід компакт-дисків різко збільшив попит на використовуваний для їх виготовлення полікарбонат, а масове поширення персональних комп'ютерів та оргтехніки вимагало нових сополімерів стиролу для корпусів і компаундів для електронних плат. Крім електроніки іншими великими споживачами полімерів ще у 1970-і стають авто- та авіапром, де їх все ширше використовують для оздоблення салонів автомобілів та пасажирських лайнерів.
При цьому якщо на зорі полімерної ери виробникам доводилося винаходити сфери комерційного використання отриманих речовин, на що йшли роки, якщо не десятиліття, то з часом ролі змінилися. Тепер уже споживачі висувають нові вимоги до полімерів, а їхні виробники намагаються отримати матеріали із заздалегідь заданим набором властивостей, якими не володіє жодна відома сполука. Тому без появи нових, у тому числі композиційних, матеріалів на основі полімерів технологічний прогрес останніх десятиліть навряд чи був би можливим.
Точка повернення
Як би там не було, екологічний тиск на полімерну індустрію набирає обертів. Це цілком природно, враховуючи зростаючу увагу до охорони навколишнього середовища, здоров'я людини та підвищення якості життя. Першою жертвою ще в 1990-і став ПВХ, коли було виявлено, що деякі вироби з нього можуть виділяти залишковий вінілхлорид, а при спалюванні – діоксини. В результаті використання цього матеріалу для випуску харчової упаковки та при питному водопостачанні було суттєво обмежено.
Пізніше до списку небезпечних полімерів додалися полістирол і особливо пляшковий ПЕТФ, які можуть виділяти залишкові ароматичні сполуки. На початку 2000-х було виявлено канцерогенні властивості тефлону, десятиліттями використовуваного для виготовлення антипригарних покриттів, і можна з упевненістю стверджувати, що його застосуванню в цій якості прийшов кінець. В останні роки все більше країн вводять обмеження на використання поліетиленових пакетів, що продиктовано вже не медичними, а виключно екологічними та економічними міркуваннями.
Чи означає це, що вік полімерів добігає кінця? Навряд чи. При сучасних стандартах і обсягах світового споживання замінити полімери часто просто нічим. Наприклад, практично весь приріст світового споживання волокон за останні двадцять років був забезпечений волокнами хімічними. На відміну від натуральних, вони не вимагають скорочення сільгоспугідь, зайнятих продовольчими культурами. Очевидно також, що масове використання замість полімерів інших відновлюваних ресурсів, наприклад картону, при нинішній чисельності населення планети досить швидко призведе до їх банального вичерпання. Та й екологічні бенефіції від «натуралізації» не завжди очевидні. Наприклад, гіпотетична відмова від пластикових пляшок на користь скляних призведе до значно більшої витрати палива на їх перевезення і, як результат, більшої емісії парникових газів.
Наказано позеленіти
Очевидно, що відмова від полімерів, незважаючи на всі їхні недоліки, абсолютно неможлива. Вирішення проблем лежить в іншій площині. Якщо за минулі десятиліття хіміки навчилися отримувати сполуки з практично будь-якими властивостями, то для них не стала проблемою і розробка біорозкладних полімерів, які на Заході впроваджуються все ширше, хоча їхня частка на ринку ще довго не перевищить 1%.
Вторинна переробка «традиційних» полімерних відходів та збільшення тривалості корисного використання пластикових виробів не належать до критично складних. Проблема вирішується навіть стосовно такого матеріалу, як гума. У Європі одна й та сама вантажна шина проходить два-три цикли експлуатації, після кожного з яких на неї накладається новий протектор. Коли ресурс вичерпується остаточно, шина переробляється в матеріал дорожніх покриттів. Втім, суттєвих технологічних обмежень, що дозволяють зробити «довгоїздячу» шину, яку потрібно буде міняти раз на вісім-десять років, а не кожні три-чотири роки, теж давно не існує. Незрозуміло тільки, чим тоді займатимуться шинні компанії.
Одним словом, усі нинішні полімерні проблеми вирішувані. І хоча синтетичний дім уже ніколи не стане «природним», зробити його затишним і безпечним не так уже й складно. Досить бажання мешканців.
Влас РЯЗАНОВ.
Експерт