تفلون؛ از بمب اتمي تا درون ماهيتابه

تفلون نام تجاري "پلي تترافلوئورواتيلن"، همان محصول چند ميليارد دلاري شركت دوپون است كه در موارد گوناگوني، از ماهيتابه هاي نچسب گرفته تا لباسهاي فضايي و دريچه هاي مصنوعي قلب، استفاده شده است. كشف آن ناشي از تصادفي بود كه "روي ج. پلانكت" ( Roy.J. Plunkett) ، شيميدان جواني در شركت دوپون كه تنها دو سال قبل از روز سرنوشت ساز 6 آوريل سال 1938 ، دكتراي خود را از دانشگاه ايالتي اوهايو گرفته بود، مشاهده كرد. در اين روز دكتر پلانكت مخزني از "تترافلوئورَ واتيلن گازي" ، باز كرد به اين اميد كه سرد كننده اي غير سمّي از آن تهيه كند. اما پلانكت و دستيارش جك ريبوك با شگفتي ديدند كه گازي خارج نشد. پلانكت نمي توانست اين پديده را توجيه كند، چون وزن مخزن نشان مي داد كه بايد پر از "فلوئوروكربن گازي" باشد.

پلانكت تصميم گرفت به جاي آنكه براي ادامه پژوهش در زمينه مواد سرد كننده ، مخزن را دور بيندازد و مخزن جديدي بگيرد، كنجكاوي اش را در باره آن مخزن " خالي" ارضاء كند. وقتي سيمي به دريچه مخزن وارد كرد و مطمئن شد كه اشكالي ندارد، مخزن را اره كرد و به درونش نگاهي انداخت. در آنجا گرد سفيد مومي شكلي پيدا كرد و چون شيميدان بود، فهميد كه ممكن است اين مشاهده چه معنايي داشته باشد.

مولكولهاي تترافلوئورواتيلن گازي به حدي با يكديگر تركيب ( پليمريزه) شده بودند كه ماده جامدي تشكيل دادند. هيچ كس تا آن هنگام پليمريزاسيون اين تركيب بخصوص را مشاهده نكرده بود، اما با اين حال واكنش به نحوي در مخزن "خالي" مرموز صورت گرفته بود. چندي نگذشت كه اين كشف تصادفي و ويژگي هاي عجيب پليمر به دست آمده، پلانكت و ديگر شيميدانان شركت دوپون را واداشت تا راههايي پيدا كنند كه "پلي تترافلوئور واتيلن" را برحسب نياز توليد كنند.

واقعاً هم كه اين گرد سفيد مومي شكل ويژگيهاي عجيبي داشت: از شن هم خنثي تر بود. نه تحت تأثير اسيدها و بازي هاي قوي قرار مي گرفت، نه حرارت. هيچ حلّالي هم آن را حل نمي كرد اما بر خلاف شن بسيار" ليز" بود. با وجود اين ويژگي هاي جالب وغيرعادي، اگر جنگ جهاني دوم در نگرفته بود، چه بسا به دليل گراني اين پليمر جديد، تا مدتها بعد كار ديگري در زمينه آن صورت نمي گرفت. اما چند ماهي نگذشته بود كه دانشمنداني كه مشغول ساختن نخستين بمب اتمي بودند ، احيتاج به ماده اي پيدا كردند تا بتوانند از آن واشرهايي بسازند كه در برابر گازِ بسيار خورنده هگزافلوئوريد اورانيم، كه براي توليد اورانيم 235 بمب مصرف مي شد، مقاوم باشد.

از قضا سرهنگ لزلي ر. گرووز، مسئول بخش طرح بمب اتمي در ارتش ايالات متحده، از طريق آشناياني كه در شركت دوپون داشت از پلاستيك جديدشان كه فوق العاده خنثي بود، خبردار شد. وقتي به گرووز گفته شد ممكن است اين پلاستيك جديد گران تمام شود، پاسخ داد كه در اين طرح ، قيمت به هيچ وجه مطرح نيست. بدين ترتيب اين پليمر لغزنده در واشرها و دريچه ها به كار رفت، و واقعاً هم نسبت به تركيب خورنده اورانيم مقاوم بود. شركت دوپون در طي جنگ، تفلون را براي اين كاربرد توليد كرد و عموم مردم تا بعد از جنگ هم چيزي درباره اين پليمر جديد نمي دانستند.





در واقع در سال 1960 بود كه نخستين ماهيتابه ها و ظروف شيريني پزي پوشيده از تفلون به بازار آمدند. اين فرآورده هاي تفلوني مانند بسياري از محصولات پليمري جديد موقعي كه نخستين بار به مردم معرفي شدند، چندان نتايج اميدوار كننده اي نداشتند. گرچه اين پلاستيك به عنوان يك سطح خوراكپزي نچسب بسيار مناسب بود، اما به سختي به ظروف فلزي پيوند مي شد، بنابراين در برابر شست و شوي زنان خانه داري كه عادت داشتند ديگ و ماهيتابه هايشان را محكم بسابند، مقاوم نبود. پس از آنكه روشهاي گوناگوني امتحان شدند و چهار نسل پوشش تفلوني به توليد رسيدند، دوپون در سال 1986 اعلام كرد سيلورستون سوپراي آنان دو برابر مقاومتر از نسل سوم سيلورستون است. در همين ضمن كاربردهاي متعدد ديگري كشف شده بودند كه ديگر پوشاندن ظروف خوراكپزي را نسبتاً بي اهميت جلوه مي دادند.

روي ج. پلانكت در سال 1910 در نيوكاركايل اوهايو به دنيا آمد. در سال 1932 از دانشكده منچستر ليسانس گرفت، و وقتي در بحران بزرگ دهه 1930 نتوانست كاري براي خود دست و پا كند، در دانشگاه ايالتي اوهايو به ادامه تحصيل مشغول شد. چه در دانشكده و چه در دانشگاه، همكلاسي و دوست شيميدان مشهور ديگري به نام پل فلوري بود. "پل ج. فلوري" به سبب موفقيت هايش در شيمي – فيزيك پليمرها جايزه نوبل1974 را برد. در سال 1936 روي پلانكت پس از اخذ درجه دكترا از دانشگاه ايالتي اوهايو در آزمايشگاه جكسون شركت دوپون مشغول به كار شد، و وظيفه پژوهش در زمينه فلوئوروكربنها را به عنوان مواد سرد كننده بر عهده گرفت. در طي اين پژوهش بود كه شيميدان جوان تفلون را كشف كرد. پژوهش هاي بيشتر در زمينه تفلون به بخش هاي ديگر شركت دوپون كه سابقه طولاني تري در زمينه فرآورده هاي پليمري داشتند محوّل شد.

پلانكت كار خود را به عنوان شيميدان ادامه داد و متعاقباً در شركت دوپون پله هاي ترقي را در زمينه فلوئوروكربنها و تتراتيل سرب طي كرد. هنگامي كه مديريت بخش فرآورده هاي فرئون شركت دوپون را عهده دار بود، نقش مهمي در برپايي كارخانه اي درنزديكي بندر كورپوس كريستي تگزاس داشت. وقتي در سال1975 از دوپون بازنشسته شد، به منزلي در يكي از جزاير نزديك كورپوس كريستي نقل مكان كرد و اكنون با همسرش اوقاتش را به گلف و ماهيگيري مي گذراند. دانشگاههاي محل تحصيل او، يعني دانشكده منچستر و دانشگاه ايالتي اوهايو، و نيز دانشكده واشنگتن، به او دانشنامه دكتراي افتخاري اعطا كرده اند. از افتخارات ديگرش مي توان از نشان جان اسكات از شهر فيلادلفيا، و جوايزي از انجمن ملي توليد كنندگان، انجمن صنعت پلاستيك، و انجمن شيميدانان امريكا نام برد. مجسمه او در سال1973 در تالار مشاهير صنعت پلاستيك و در 1985 در تالار مشاهير مخترعان ملّي برپا شد.

اما او گذشته از اين عناوين، بيشتر به تاثيري كه تفلون به طرق گوناگون بر زندگي ميليونها نفر در سراسر جهان داشته است، افتخار مي كند. او مي گويد آن قدر كساني كه ضربانساز يا سرخرگ آئورت تفلوني در بدنشان تعبيه شده و امروز جانشان نجات يافته است برايش نامه مي فرستند و تلفن مي كنند كه به قول خودش نمي تواند از پس آنها برآيد. چون تفلون از معدود موادي است كه بدن ، آن را در هنگام پيوند رد نمي كند. از آن مي توان در ساخت قرنيه هاي مصنوعي، استخوانهاي جايگزين براي چانه، بيني، جمجمه، مفاصل ران و زانو، قطعات گوش، ناي مصنوعي، دريچه هاي قلب، زرد پي ها، بخيه ها، مجاري صفراوي و دندانهاي مصنوعي، استفاده كرد.

از تفلون در پوشش بيروني لباسهاي فضانوردان استفاده شده است. تفلون ماده عايق كننده سيمها و كابلهاي برقي است كه در برابر تابش شديد خورشيد بر سطح ماه مقاومت كرده اند. مخروطه دماغه و ديگر سپرهاي گرمايي سفينه هاي فضايي و نيز مخازن سوخت آنها از تفلون ساخته شده اند.

همه اين كاربردهاي مهم و ارزشمند، ثمره كشف بخت يارانه روي پلانكت بوده اند. آري، تصادفي بيش نبود، اما فقط به سبب كنجكاوي و ذكاوت مردي كه اين تصادف برايش اتفاق افتاد، به اكتشافي تبديل شد.

اشاره

آنچه باعث شد اصلاً وظيفه تركيب سرد كننده اي از فلوئور به روي پلانكت داده شود، خود اتفاق بخت يارانه ديگري بود. در سال 1928، "چارلزف. كترينگ" ( ملقب به "رئيس") از بخش مواد سرد كننده جنرال موتورز، جست وجو به دنبال سرد كننده بي خطري را آغاز كرد- تركيبي كه بي رنگ، بي بو، بي طعم، غيرسمّي و غير آتشگير باشد، تا جايگزين مواد سمّي و زيانمندي نظير آمونياك و دي اكسيد گوگرد كه در آن هنگام در يخچالها استفاده مي شدند بشود. "توماس ميجلي" و "آلبرت هن" پس از بررسي دقيق منابع و مراجع شيمي نتيجه گرفتند كه گرچه گاه گزارش شده بود تركيبات فلوئور سمّي اند، اما شايد برخي از تركيبات فلوئوروكلرداركربن مناسب باشند.

براي آنكه ميجلي و هن اين گزارشها را تاييد كنند، لازم بود نمونه هايي از كلروفلوئوروكربن هاي ساده تهيه و آنها را در آزمايش هاي جانوري امتحان كنند. آنان از يكي از انبارهاي مواد شيميايي تقاضاي پنج بطري 30 گرمي تري فلوئوريد آنتيموان كردند ( يعني تمام ذخيره اي كه از اين ماده شيميايي در ايالات متحده وجود داشت!). يكي از اين پنج بطري را به طور اتفاقي برگزيدند و از آن براي تهيه كلروفلوئوروكربن استفاده كردند. يك خوكچه هندي را زير ظرفي شيشه اي كه تركيب كلروفلوئوروكربن گازي در آن بود گذاشتند و ديدند كه جانور به هيچ وجه تحت تأثير گاز قرار نگرفت. اين مشاهده گمان آنان را مبني بر سمّي نبودن تركيبات آلي فلوئوردار اثبات كرد.

شيميدانان براي تأييد اين آزمايش نمونه هاي ديگري از گاز كلروفلوئوروكربن را با استفاده از بقيه بطري هاي تري فلوئوريد آنتيموان تهيه و همين آزمايش را روي خوكچه هاي هندي تكرار كردند. در همه اين آزمايشها خوكچه ها مردند! بررسي دقيق تر نشان داد كه در تمام بطري هاي تري فلوئوريد آنتيموان جز يكي آب وجود داشت. آبي كه در چهار پنجم نمونه ها بود منجر به توليد گاز مرگبار فسژن شد (كلرفسژن از كلريد آلي استفاده شده به همراه تري فلوئوريد آنتيموان كه ماده اوليه تهيه كلروفلوئوروكربن بود تأمين شد). بنابراين علت مرگ جانوران وجود فسژن بود.

اگر ميجلي و هن تصادفاً در نخستين آزمايش جانوريشان شيشه ي تري فلوئوريد آنتيموان خشك را انتخاب نمي كردند، چه بسا خيال استفاده از كلروفلوئوروكربن ها را به عنوان مواد سرد كننده اي از سر به در مي كردند و گزارش هاي ( نادرست) قبلي را مبني بر سمّي بودن اين تركيبات مي پذيرفتند. اما سرمايه گذاري مشترك شركت هاي جنرال موتورز و دوپون منجر به تأسيس بخش فرئون دردوپون براي تحقيق و توسعه شيمي كلروفلوروكربنها شد، و در آنجا بود كه روي پلانكت تفلون را كشف كرد