Рой Планкетт

Рой Планкетт (англ. Roy J. Plunkett; 26 июня 1910, Нью-Карлайл, штат Огайо, США — 12 мая 1994, Корпус-Кристи, штат Техас, США) — американский химик, наиболее известный как изобретатель политетрафторэтилена (ПТФЭ), широко распространённого под торговой маркой «Тефлон».

Биография

Ранние годы и образование

Родился в семье плантатора. В 1928 году поступил в Манчестерский колледж (Индиана), который окончил с отличием в 1932 году, получив степень бакалавра по химии. Затем продолжил обучение в Университете штата Огайо, где в 1933 году получил степень магистра, а в 1934 году — докторскую степень (PhD) по органической химии. Его диссертация была посвящена исследованию механизмов реакций углеводородов.

Работа в DuPont и открытие тефлона

После защиты диссертации в 1936 году Планкетт был принят на работу в исследовательский центр компании DuPont (E. I. du Pont de Nemours and Company) в Детройте, штат Мичиган. Позже он перевёлся в лабораторию компании в городе Паркерсбург, Западная Виргиния.

Основным направлением его работы был поиск новых хладагентов для замены токсичных и коррозионно-активных веществ (таких как диоксид серы и аммиак), используемых в холодильных установках. Планкетт и его группа занимались синтезом и изучением свойств хлорфторуглеродов (ХФУ).

6 апреля 1938 года Планкетт проводил эксперимент с тетрафторэтиленом (ТФЭ) — газом, который он предполагал использовать для получения нового хладагента. Для проведения реакции он поместил в стальной баллон 45 килограммов ТФЭ, находившегося под давлением, и оставил его на ночь в сухом льду (твердой углекислоте). На следующее утро Планкетт обнаружил, что клапан баллона не открывается, а газ не выходит. После снятия клапана выяснилось, что баллон пуст, однако на его стенках и дне образовался тонкий слой белого порошкообразного вещества.

Планкетт выяснил, что это вещество представляло собой полимер, образовавшийся в результате спонтанной полимеризации тетрафторэтилена. Новый материал оказался чрезвычайно устойчивым к химическим воздействиям, не растворялся ни в одном известном растворителе, обладал очень низким коэффициентом трения и высокой термостойкостью (он не плавился при нагревании, а при температуре около 327 °C лишь слегка размягчался). Это был политетрафторэтилен (ПТФЭ).

DuPont запатентовала открытие в 1941 году. Первоначально ПТФЭ использовался исключительно в военных целях — для создания уплотнительных прокладок и клапанов в атомной промышленности (в проекте «Манхэттен») из-за его исключительной химической стойкости, особенно к урану и его соединениям. Гражданское применение материала началось после окончания Второй мировой войны. В 1945 году вещество было зарегистрировано под торговой маркой «Тефлон».

Послевоенная карьера и последующая жизнь

Планкетт продолжал работать в DuPont в различных должностях, включая пост директора по производству тетраэтилсвинца и начальника отдела по исследованию фторорганических соединений. С 1950 года он руководил разработками в области фторполимеров. В 1975 году он вышел на пенсию.

Рой Планкетт скончался 12 мая 1994 года в своём доме в Корпус-Кристи, штат Техас, после продолжительной болезни.

Научное и практическое значение открытия

Свойства политетрафторэтилена

ПТФЭ обладает уникальным набором свойств:

• Химическая инертность: не взаимодействует с большинством кислот, щелочей и органических растворителей. Устойчив к воздействию сильных окислителей.
• Термостойкость: сохраняет работоспособность в широком диапазоне температур — от -200 °C до +260 °C.
• Антифрикционные свойства: имеет один из самых низких коэффициентов трения среди известных твёрдых веществ (коэффициент трения скольжения по стали составляет около 0,04).
• Диэлектрические свойства: является одним из лучших изоляторов.
• Гидрофобность: практически не смачивается водой и маслами.

Применение

Открытие Планкетта привело к созданию целого класса фторполимеров, которые нашли применение во многих отраслях:

• Антипригарное покрытие кухонной посуды (кастрюли, сковороды).
• Уплотнительные материалы в химической, нефтехимической и авиационной промышленности.
• Изоляция проводов и кабелей в высокочастотной и высоковольтной технике.
• Медицинские имплантаты (сосудистые протезы, сердечные клапаны) — благодаря биосовместимости.
• Производство подшипников и втулок, работающих без смазки.
• Мембраны для фильтрации агрессивных сред.

Влияние на промышленность

Тефлон и родственные ему фторполимеры (FEP, PFA, ETFE) стали неотъемлемой частью современной промышленной химии, авиа- и ракетостроения, электроники и медицины. По состоянию на 2023 год глобальный рынок фторполимеров оценивался в несколько миллиардов долларов США, а их производство превышает 200 тысяч тонн в год.

Критика и споры

Экологические риски, связанные с фторсодержащими соединениями

Хотя открытие Планкетта принесло огромную пользу, в конце XX — начале XXI века были выявлены серьёзные экологические риски, связанные с фторсодержащими соединениями, особенно с веществами, используемыми в производстве ПТФЭ.

В 2000-х годах компания DuPont и другие производители фторполимеров столкнулись с исками за загрязнение окружающей среды перфтороктановой кислотой (ПФОК, PFOA) — вспомогательным веществом, используемым в производстве ПТФЭ. ПФОК является стойким органическим загрязнителем, способным накапливаться в живых организмах и вызывать токсические эффекты. В ответ на давление со стороны природоохранных организаций и правительств (в частности, Агентства по охране окружающей среды США), DuPont и другие компании в 2010-2015 годах добровольно отказались от использования ПФОК в производстве ПТФЭ, заменив его на более короткие фторуглеродные кислоты (например, GenX).

В 2019 году Агентство по охране окружающей среды США (EPA) выпустило план действий по изучению и регулированию фторсодержащих веществ (PFAS), включая ПФОК и GenX. Несмотря на это, сам политетрафторэтилен (ПТФЭ) считается безопасным в эксплуатации, если не подвергается термическому разложению (выше 260 °C), при котором могут выделяться токсичные газообразные продукты.

Здоровье и безопасность готовых изделий

В случае с антипригарным покрытием бытовой посуды существует распространённое мнение о том, что перегрев сковороды с тефлоновым покрытием может привести к выделению вредных веществ. Научные исследования подтверждают, что при нагреве тефлона до температур, не превышающих рекомендованные (обычно до 260 °C), материал остаётся стабильным и не выделяет опасных продуктов. Однако при перегреве выше 350 °C начинается разложение, которое может привести к выделению фтористых газов, способных вызвать у человека симптомы, напоминающие «полимерную лихорадку».

Признание

Рой Планкетт был удостоен множества наград за своё изобретение. В 1954 году он был избран членом Американского химического общества. В 1975 году он получил премию Chemical Pioneers Award. В 1985 году имя Планкетта было включено в Национальный зал славы изобретателей США. В 1991 году Университет штата Огайо присвоил ему звание почётного доктора наук.

Источники

• Roy J. Plunkett, «Tetrafluoroethylene polymers», U.S. Patent 2,230,654, filed 4 July 1939, issued 4 February 1941.
• DuPont Company, «The Story of Teflon», public relations booklet, 1946.
• The New York Times, Obituary: Roy J. Plunkett, 13 May 1994.
• U.S. Environmental Protection Agency, «Fact Sheet on PFOA and PFOS», 2016.
• Американское химическое общество (ACS), National Historic Chemical Landmark: Discovery of Teflon, 1990.