Пластмассы
Как мы вообще жили до изобретения пластмассы? В чем таскали продукты домой? Из чего ели чипсы? Из чего все было сделано? Как ни поразительно, те времена - не такие уж давние.
Когда картофельные чипсы только начали производить массово, их продавали в жестянках, вощеных бумажных пакетах или иногда в здоровенных баках, из которых ими торговали вразвес. В наши дни покупать чипсы удобнее и гигиеничнее — они теперь в пластиковой упаковке, как и многое из магазинной еды.
Первая американская компания, начавшая торговать чипсами, основана в 1908 году, через год после изобретения полностью синтетического пластика бакелита. Бакелит — янтарно-желтая смола, получаемая взаимодействием двух веществ — фенола и формальдегида. Поначалу этот материал использовали налево и направо, от корпусов радиоприемников до шаров для игры в бильярд. Музей бакелита в Сомерсете (Англия) экспонирует даже бакелитовый гроб. Это реактопласт, то есть если уж он принял определенную форму, то раз и навсегда, нагреванием ее не изменишь.
«Материал с тысячей применений» Девиз компании «Бакелит»
В течение нескольких десятилетий возникло множество других пластиков, в том числе и разнообразные термопласты, то есть пластмассы, которые можно переплавлять. Считалось, что эти новые стойкие материалы состоят из плотно упакованных короткоцепочечных молекул, однако в 1920-е годы немецкий химик Герман Штаудингер выдвинул предположение о «макромолекулах» и о том, что пластмассы состоят из длинных полимерных цепочек.
Эра пластика
В 1950-х годах появился полиэтиленовый пакет — самый вездесущий продукт пластмассовой эпохи. Эра пластика уже была в разгаре. Вскоре чипсы и другие продукты питания начали продавать в пластиковой упаковке, и еда на неделю прибывала в дома, вся упакованная в этот материал.
Процесс создания полиэтилена сложился благодаря случайному открытию британских ученых из «Импириэл Кемикл Индастриз» (ИКИ) в 1931 году: нагреванием этилена под высоким давлением получается полиэтилен, полимер этилена. Этилен — продукт химического крекинга сырой нефти, и потому большая часть полиэтилена восходит к нефтехимии. Однако этилен, а значит, и полиэтилен можно делать из возобновимых материалов, в том числе химической конверсией спирта, производимого из растений, — например, из сахарного тростника.
Большинство полиэтиленовых пакетов сделано из полиэтилена низкой плотности (ПЭНП), производимого при высоком давлении, как в процессе ИКИ. Полимерные цепочки в ПЭНП прямые, тогда как в полиэтилене высокой плотности (ПЭВП), производимом при низком давлении, есть разветвленные молекулы, и материал поэтому крепче.
Оборотная сторона живучести
Начнем с того, что над экологическими последствиями всевозрастающего производства пластмасс никто, в общем, не задумывался. Пластмассы же химически инертны, живут долго и вроде ни с чем в окружающей среде не взаимодействуют. Однако подобное отношение привело к невероятному объему пластиковых отходов. В северной части Тихого океана существует огромная «мусорная воронка», состоящая преимущественно из пластика. По оценкам, каждый квадратный километр воды в этом районе содержит около трех четвертей миллиона единиц микропластика — мелких кусочков пластмассы, которые рыба может принять за планктон.
Многие пластики не поддаются разложению в природе, они крошатся и образуют микропластик. На суше эти гранулы забивают внутренности птицам и млекопитающим. Полиэтилен — один из самых нерушимых в естественных условиях. «Зеленый» полиэтилен, сделанный из тростникового сахара, — примерно такой же. И все же взгляды на биоразлагаемость у химиков и микробиологов начали несколько меняться.
Микробы, питающиеся пластиком
Полиэтилен обживается в окружающей среде по одной простой причине: его не берут бактерии. Все благодаря его устройству: он состоит целиком из углеводородных цепочек и не содержит химических групп, с которыми могли бы взаимодействовать бактерии. Микробы вступают в контакт с кислородсодержащими группами (например, карбонильными — С=0), и потому окисление при нагревании и с участием катализатора или даже солнечного света, то есть фотоокисление, — один из способов превращения полиэтилена в более удобоваримую для микробов форму. Другой вариант — поискать специфические бактерии, которые можно не «баловать» кислородсодержащими группами.
Найдены бактерии и грибы, вырабатывающие ферменты, способные разлагать или «разъедать» пластмассы. Некоторые могут расти прямо в пленках на поверхности полиэтилена, используя их как источник углерода для своего метаболизма. В 2013 году индийские ученые сообщили, что обнаружили три разных вида морских бактерий в Аравийском море, которые способны разлагать полиэтилен без предварительного окисления. Лучше всех зарекомендовал себя в этом смысле подвид Bacillus subtilis, микроорганизм, широко распространенный в почве и в кишечнике у человека. Меж тем в одной лишь Индии ежегодно потребляют 12 миллионов тонн пластмасс, и десятки тысяч тонн пластика уходят в отходы ежедневно.
Упаковка от чипсов зачастую не подлежит переработке из-за того, что на нее нанесен слой металла — ради «пущей свежести»: он не пропускает кислород. Вам либо нужно вручную шинковать такую упаковку в мелкую труху, либо создавать из нее дизайнерские наряды и инсталляции, в противном случае она отправится на свалку. И все же пластик, часто применяемый для упаковки чипсов, — полипропилен, и в 1993 году итальянские химики разработали способ растить на полипропилене бактерии, добавляя к нему лактат натрия и глюкозу. Теоретически мы, возможно, отыщем бактерии, которые станут есть и нашу упаковку от чипсов, и все остальные пластиковые отходы. Но по-крупному разобраться с отходами можно, все-таки сократив объем используемой пластиковой тары.
Природные пластмассы
Природные материалы, которые ведут себя как пластмассы, иногда именуют природными пластмассами. К примеру, рога животных и панцири морских черепах можно нагреть и придать им желаемую форму, как пластмассе. Вообще-то эти материалы устроены совсем не как пластики. Они состоят преимущественно из белка кератина - того же, что слагает наши волосы и ногти. Но, как и пластмассы, кератин - полимер из множества повторяющихся звеньев.
Поскольку многие из таких природных материалов продавать в наше время незаконно, черепаховые панцири, из которых когда-то делали гребни для волос и другие украшения, почти целиком заместили синтетической пластмассой. Первая имитация черепаховой кости была изготовлена из целлулоида, полусинтетического материала, изобретенного в 1870 году; он же с пользой заменил слоновую кость, из которой вытачивали бильярдные шары. Он, правда, легко возгорался - до такой степени, что его вскоре пришлось заменить несколько менее воспламеняющимся «безопасным целлулоидом». Ныне черепаховую кость заменяют новые полимеры - полиэстер, например.
Биопластики
Понятие «биопластик» несколько путаное. Иногда так обозначают полимеры, сделанные из возобновимых материалов, например растительную целлюлозу, и тогда точнее было бы называть их «пластики биологического происхождения». А иногда этим словом называют биоразлагаемые пластмассы. Полилактид (ПЛА) делается из растительного материала и разлагается в природе. Однако не все пластики биологического происхождения разлагаются в окружающей среде. Полиэтилен можно произвести из растительного сырья, но он необычайно стоек к биоразложению.
