تفلون؛ از بمب اتمی تا درون ماهیتابه

تفلون نام تجاری “پلی تترافلوئورواتیلن”، همان محصول چند میلیارد دلاری شرکت دوپون است که در موارد گوناگونی، از ماهیتابه های نچسب گرفته تا لباسهای فضایی و دریچه های مصنوعی قلب، استفاده شده است. کشف آن ناشی از تصادفی بود که “روی ج. پلانکت” ( Roy.J. Plunkett) ، شیمیدان جوانی در شرکت دوپون که تنها دو سال قبل از روز سرنوشت ساز ۶ آوریل سال ۱۹۳۸ ، دکترای خود را از دانشگاه ایالتی اوهایو گرفته بود، مشاهده کرد. در این روز دکتر پلانکت مخزنی از “تترافلوئورَ واتیلن گازی” ، باز کرد به این امید که سرد کننده ای غیر سمّی از آن تهیه کند. اما پلانکت و دستیارش جک ریبوک با شگفتی دیدند که گازی خارج نشد. پلانکت نمی توانست این پدیده را توجیه کند، چون وزن مخزن نشان می داد که باید پر از “فلوئوروکربن گازی” باشد.

پلانکت تصمیم گرفت به جای آنکه برای ادامه پژوهش در زمینه مواد سرد کننده ، مخزن را دور بیندازد و مخزن جدیدی بگیرد، کنجکاوی اش را در باره آن مخزن ” خالی” ارضاء کند. وقتی سیمی به دریچه مخزن وارد کرد و مطمئن شد که اشکالی ندارد، مخزن را اره کرد و به درونش نگاهی انداخت. در آنجا گرد سفید مومی شکلی پیدا کرد و چون شیمیدان بود، فهمید که ممکن است این مشاهده چه معنایی داشته باشد.

مولکولهای تترافلوئورواتیلن گازی به حدی با یکدیگر ترکیب ( پلیمریزه) شده بودند که ماده جامدی تشکیل دادند. هیچ کس تا آن هنگام پلیمریزاسیون این ترکیب بخصوص را مشاهده نکرده بود، اما با این حال واکنش به نحوی در مخزن “خالی” مرموز صورت گرفته بود. چندی نگذشت که این کشف تصادفی و ویژگی های عجیب پلیمر به دست آمده، پلانکت و دیگر شیمیدانان شرکت دوپون را واداشت تا راههایی پیدا کنند که “پلی تترافلوئور واتیلن” را برحسب نیاز تولید کنند.

واقعاً هم که این گرد سفید مومی شکل ویژگیهای عجیبی داشت: از شن هم خنثی تر بود. نه تحت تأثیر اسیدها و بازی های قوی قرار می گرفت، نه حرارت. هیچ حلّالی هم آن را حل نمی کرد اما بر خلاف شن بسیار” لیز” بود. با وجود این ویژگی های جالب وغیرعادی، اگر جنگ جهانی دوم در نگرفته بود، چه بسا به دلیل گرانی این پلیمر جدید، تا مدتها بعد کار دیگری در زمینه آن صورت نمی گرفت. اما چند ماهی نگذشته بود که دانشمندانی که مشغول ساختن نخستین بمب اتمی بودند ، احیتاج به ماده ای پیدا کردند تا بتوانند از آن واشرهایی بسازند که در برابر گازِ بسیار خورنده هگزافلوئورید اورانیم، که برای تولید اورانیم ۲۳۵ بمب مصرف می شد، مقاوم باشد.

از قضا سرهنگ لزلی ر. گرووز، مسئول بخش طرح بمب اتمی در ارتش ایالات متحده، از طریق آشنایانی که در شرکت دوپون داشت از پلاستیک جدیدشان که فوق العاده خنثی بود، خبردار شد. وقتی به گرووز گفته شد ممکن است این پلاستیک جدید گران تمام شود، پاسخ داد که در این طرح ، قیمت به هیچ وجه مطرح نیست. بدین ترتیب این پلیمر لغزنده در واشرها و دریچه ها به کار رفت، و واقعاً هم نسبت به ترکیب خورنده اورانیم مقاوم بود. شرکت دوپون در طی جنگ، تفلون را برای این کاربرد تولید کرد و عموم مردم تا بعد از جنگ هم چیزی درباره این پلیمر جدید نمی دانستند.

در واقع در سال ۱۹۶۰ بود که نخستین ماهیتابه ها و ظروف شیرینی پزی پوشیده از تفلون به بازار آمدند. این فرآورده های تفلونی مانند بسیاری از محصولات پلیمری جدید موقعی که نخستین بار به مردم معرفی شدند، چندان نتایج امیدوار کننده ای نداشتند. گرچه این پلاستیک به عنوان یک سطح خوراکپزی نچسب بسیار مناسب بود، اما به سختی به ظروف فلزی پیوند می شد، بنابراین در برابر شست و شوی زنان خانه داری که عادت داشتند دیگ و ماهیتابه هایشان را محکم بسابند، مقاوم نبود. پس از آنکه روشهای گوناگونی امتحان شدند و چهار نسل پوشش تفلونی به تولید رسیدند، دوپون در سال ۱۹۸۶ اعلام کرد سیلورستون سوپرای آنان دو برابر مقاومتر از نسل سوم سیلورستون است. در همین ضمن کاربردهای متعدد دیگری کشف شده بودند که دیگر پوشاندن ظروف خوراکپزی را نسبتاً بی اهمیت جلوه می دادند.

روی ج. پلانکت در سال ۱۹۱۰ در نیوکارکایل اوهایو به دنیا آمد. در سال ۱۹۳۲ از دانشکده منچستر لیسانس گرفت، و وقتی در بحران بزرگ دهه ۱۹۳۰ نتوانست کاری برای خود دست و پا کند، در دانشگاه ایالتی اوهایو به ادامه تحصیل مشغول شد. چه در دانشکده و چه در دانشگاه، همکلاسی و دوست شیمیدان مشهور دیگری به نام پل فلوری بود. “پل ج. فلوری” به سبب موفقیت هایش در شیمی – فیزیک پلیمرها جایزه نوبل۱۹۷۴ را برد. در سال ۱۹۳۶ روی پلانکت پس از اخذ درجه دکترا از دانشگاه ایالتی اوهایو در آزمایشگاه جکسون شرکت دوپون مشغول به کار شد، و وظیفه پژوهش در زمینه فلوئوروکربنها را به عنوان مواد سرد کننده بر عهده گرفت. در طی این پژوهش بود که شیمیدان جوان تفلون را کشف کرد. پژوهش های بیشتر در زمینه تفلون به بخش های دیگر شرکت دوپون که سابقه طولانی تری در زمینه فرآورده های پلیمری داشتند محوّل شد.

پلانکت کار خود را به عنوان شیمیدان ادامه داد و متعاقباً در شرکت دوپون پله های ترقی را در زمینه فلوئوروکربنها و تتراتیل سرب طی کرد. هنگامی که مدیریت بخش فرآورده های فرئون شرکت دوپون را عهده دار بود، نقش مهمی در برپایی کارخانه ای درنزدیکی بندر کورپوس کریستی تگزاس داشت. وقتی در سال۱۹۷۵ از دوپون بازنشسته شد، به منزلی در یکی از جزایر نزدیک کورپوس کریستی نقل مکان کرد و اکنون با همسرش اوقاتش را به گلف و ماهیگیری می گذراند. دانشگاههای محل تحصیل او، یعنی دانشکده منچستر و دانشگاه ایالتی اوهایو، و نیز دانشکده واشنگتن، به او دانشنامه دکترای افتخاری اعطا کرده اند. از افتخارات دیگرش می توان از نشان جان اسکات از شهر فیلادلفیا، و جوایزی از انجمن ملی تولید کنندگان، انجمن صنعت پلاستیک، و انجمن شیمیدانان امریکا نام برد. مجسمه او در سال۱۹۷۳ در تالار مشاهیر صنعت پلاستیک و در ۱۹۸۵ در تالار مشاهیر مخترعان ملّی برپا شد.

اما او گذشته از این عناوین، بیشتر به تاثیری که تفلون به طرق گوناگون بر زندگی میلیونها نفر در سراسر جهان داشته است، افتخار می کند. او می گوید آن قدر کسانی که ضربانساز یا سرخرگ آئورت تفلونی در بدنشان تعبیه شده و امروز جانشان نجات یافته است برایش نامه می فرستند و تلفن می کنند که به قول خودش نمی تواند از پس آنها برآید. چون تفلون از معدود موادی است که بدن ، آن را در هنگام پیوند رد نمی کند. از آن می توان در ساخت قرنیه های مصنوعی، استخوانهای جایگزین برای چانه، بینی، جمجمه، مفاصل ران و زانو، قطعات گوش، نای مصنوعی، دریچه های قلب، زرد پی ها، بخیه ها، مجاری صفراوی و دندانهای مصنوعی، استفاده کرد.

از تفلون در پوشش بیرونی لباسهای فضانوردان استفاده شده است. تفلون ماده عایق کننده سیمها و کابلهای برقی است که در برابر تابش شدید خورشید بر سطح ماه مقاومت کرده اند. مخروطه دماغه و دیگر سپرهای گرمایی سفینه های فضایی و نیز مخازن سوخت آنها از تفلون ساخته شده اند.

همه این کاربردهای مهم و ارزشمند، ثمره کشف بخت یارانه روی پلانکت بوده اند. آری، تصادفی بیش نبود، اما فقط به سبب کنجکاوی و ذکاوت مردی که این تصادف برایش اتفاق افتاد، به اکتشافی تبدیل شد.

اشاره

آنچه باعث شد اصلاً وظیفه ترکیب سرد کننده ای از فلوئور به روی پلانکت داده شود، خود اتفاق بخت یارانه دیگری بود. در سال ۱۹۲۸، “چارلزف. کترینگ” ( ملقب به “رئیس”) از بخش مواد سرد کننده جنرال موتورز، جست وجو به دنبال سرد کننده بی خطری را آغاز کرد- ترکیبی که بی رنگ، بی بو، بی طعم، غیرسمّی و غیر آتشگیر باشد، تا جایگزین مواد سمّی و زیانمندی نظیر آمونیاک و دی اکسید گوگرد که در آن هنگام در یخچالها استفاده می شدند بشود. “توماس میجلی” و “آلبرت هن” پس از بررسی دقیق منابع و مراجع شیمی نتیجه گرفتند که گرچه گاه گزارش شده بود ترکیبات فلوئور سمّی اند، اما شاید برخی از ترکیبات فلوئوروکلردارکربن مناسب باشند.

برای آنکه میجلی و هن این گزارشها را تایید کنند، لازم بود نمونه هایی از کلروفلوئوروکربن های ساده تهیه و آنها را در آزمایش های جانوری امتحان کنند. آنان از یکی از انبارهای مواد شیمیایی تقاضای پنج بطری ۳۰ گرمی تری فلوئورید آنتیموان کردند ( یعنی تمام ذخیره ای که از این ماده شیمیایی در ایالات متحده وجود داشت!). یکی از این پنج بطری را به طور اتفاقی برگزیدند و از آن برای تهیه کلروفلوئوروکربن استفاده کردند. یک خوکچه هندی را زیر ظرفی شیشه ای که ترکیب کلروفلوئوروکربن گازی در آن بود گذاشتند و دیدند که جانور به هیچ وجه تحت تأثیر گاز قرار نگرفت. این مشاهده گمان آنان را مبنی بر سمّی نبودن ترکیبات آلی فلوئوردار اثبات کرد.

شیمیدانان برای تأیید این آزمایش نمونه های دیگری از گاز کلروفلوئوروکربن را با استفاده از بقیه بطری های تری فلوئورید آنتیموان تهیه و همین آزمایش را روی خوکچه های هندی تکرار کردند. در همه این آزمایشها خوکچه ها مردند! بررسی دقیق تر نشان داد که در تمام بطری های تری فلوئورید آنتیموان جز یکی آب وجود داشت. آبی که در چهار پنجم نمونه ها بود منجر به تولید گاز مرگبار فسژن شد (کلرفسژن از کلرید آلی استفاده شده به همراه تری فلوئورید آنتیموان که ماده اولیه تهیه کلروفلوئوروکربن بود تأمین شد). بنابراین علت مرگ جانوران وجود فسژن بود.

اگر میجلی و هن تصادفاً در نخستین آزمایش جانوریشان شیشه ی تری فلوئورید آنتیموان خشک را انتخاب نمی کردند، چه بسا خیال استفاده از کلروفلوئوروکربن ها را به عنوان مواد سرد کننده ای از سر به در می کردند و گزارش های ( نادرست) قبلی را مبنی بر سمّی بودن این ترکیبات می پذیرفتند. اما سرمایه گذاری مشترک شرکت های جنرال موتورز و دوپون منجر به تأسیس بخش فرئون دردوپون برای تحقیق و توسعه شیمی کلروفلوروکربنها شد، و در آنجا بود که روی پلانکت تفلون را کشف کرد