พลาสติก: วัสดุมหัศจรรย์เมื่อเริ่มต้น แต่วันนี้กำลังสร้างปัญหา

ในปี 1889 ศาสตราจารย์เคมีวัย 21 ปีชื่อ Leo Bakeland ได้ออกเดินทางจากกรุง Brussels ในเบลเยี่ยมไปแสดงปาฐกถาที่สมาคม New York Camera Club ในอเมริกาด้วยทุนสนับสนุนของมหาวิทยาลัย Ghent ซึ่งต้องการให้ Bakeland กับภรรยาเดินทางมาดูงานพร้อมดื่มน้ำผึ้งพระจันทร์ เมื่อ Bakeland พบกับ Richard Anthony ผู้เป็นเจ้าของบริษัท A. and H.T. Anthony ซึ่งเป็นบริษัทถ่ายภาพที่ใหญ่ที่สุดในอเมริกา เขาได้กระซิบบอก Anthony ว่า ถ้าบริษัทใดในอเมริกามีงานดี และให้เงินเดือนเขามาก เขาก็จะลาออกจากตำแหน่งศาสตราจารย์ที่มหาวิทยาลัย Ghent ทันที Anthony ซึ่งกำลังต้องการนักเคมีที่มีความสามารถ จึงเสนอเงินเดือนในระดับที่สูงจน Bakeland ไม่ลังเลใจในการตัดสินใจลาออกจากตำแหน่งศาสตราจารย์

ประเทศสหรัฐอเมริกาในอดีตเมื่อ 100 ปีก่อน เป็นประเทศที่ผู้คนยังไม่รู้จักวิชาเคมีประยุกต์ เมื่อ Bakeland ได้งานใหม่ เขามีหน้าที่รับผิดชอบด้านการควบคุมและพัฒนาผลิตภัณฑ์เคมี แต่หลังจากที่เวลาผ่านไป 2 ปี เขาได้ลาออกเพราะรู้สึกเบื่องานที่ทำ จึงจัดตั้งบริษัทของตนเองขึ้นมา โดยมีเป้าหมายจะวิจัยปรับปรุงและพัฒนาผลิตภัณฑ์เคมี ทว่าฝันของ Bakeland ไม่สามารถเป็นจริงได้ เพราะไม่มีบริษัทใดต้องการความสามารถด้านวิชาการของ Bakeland เลย

เมื่อฝันสลาย ดังนั้น ในปี 1893 Bakeland กับเพื่อนชื่อ Leonard Jacobi จึงจัดตั้งบริษัทใหม่ชื่อ Napera Chemical Company เพื่อผลิตกระดาษถ่ายภาพยี่ห้อ Velox ซึ่งมีคุณภาพดีมาก เพราะสามารถใช้แสงไฟฟ้าในการพิมพ์ภาพแทนแสงอาทิตย์ บรรดาช่างถ่ายภาพฝีมือดีของบริษัท Eastman จึงพากันชื่นชม ประธานบริษัทชื่อ George Eastman จึงตัดสินใจขอซื้อลิขสิทธิ์ด้านเทคนิคการผลิต Velox จาก Bakeland และได้สอบถาม Bakeland เกี่ยวกับค่าลิขสิทธิ์ เมื่อ Bakeland ตอบอย่างเกรงอกเกรงใจว่า “25,000 เหรียญ” Eastman จึงตอบสวนไปว่า จะขอซื้อในราคา 1 ล้านเหรียญ เมื่อการสนทนานั้นสิ้นสุด Bakeland วัย 37 ปี ก็กลายเป็นเศรษฐีเงินล้านในทันที

ในปี 1906 ครอบครัว Bakeland ได้เดินทางไปดูงานและพักผ่อนในยุโรป และ Bakeland ได้เริ่มสนใจเรื่องแก้ว ซึ่งเป็นวัสดุที่มนุษย์รู้วิธีทำตั้งแต่สมัยโบราณ ดังที่ผู้เฒ่า Pliny ได้เคยบันทึกว่า เมื่อเรือของพ่อค้าชาว Phoenician ที่บรรทุกสินค้า natron (sodium carbonate) จากอียิปต์อับปางในทะเล ชาวเรือได้นำก้อน natron มาวางเป็นเส้าสำหรับหุงต้มอาหาร และเมื่อถึงเวลาเช้าของวันต่อมา ชาวเรือได้เห็นว่าในกองเถ้ามีลูกปัดแก้ววางอยู่เรียงราย

ปัจจุบันไม่มีใครเชื่อตำนานนี้ ด้วยเหตุผลว่า ถ้าแก้วเกิดจากสารประกอบ alkali ทำปฏิกิริยากับ silicate ในทรายจริง อุณหภูมิของไฟในเตาต้องสูงมาก จนชาว Phoenician ยุคนั้นไม่สามารถทำได้

ในความเป็นจริง เวลาแก้วได้รับความร้อน มันจะเปลี่ยนสมบัติกายภาพ เพราะตามปกติโมเลกุลของแก้วจะอยู่กันอย่างไม่เป็นระเบียบ ดังนั้นแก้วจึงเป็นสสารแบบอสัณฐาน ที่เกิดจากกระบวนการสร้างพอลิเมอร์ (polymerization) และเป็นพอลิเมอร์ชนิดเดียวที่ทุกคนในสมัยนั้นรู้จัก จนกระทั่ง Bakeland ได้พบวิธีทำพอลิเมอร์รูปแบบใหม่

ความจริงเมื่อเริ่มคริสต์ศตวรรษที่ 19 นักเคมีหลายคนได้ประสบความสำเร็จในการแสดงให้เห็นว่า กระบวนการเคมีวิเคราะห์สามารถแยกสารประกอบออกเป็นองค์ประกอบต่างๆ ได้ แต่ P.E.M. Bertholet ต้องการจะทำกระบวนการย้อนกลับ คือ สังเคราะห์สารประกอบชนิดใหม่ขึ้นจากองค์ประกอบต่างๆ ดังที่ Woehler สามารถสร้าง urea ซึ่งเป็นสารอินทรีย์ที่ได้จาก ammonia และ cyanogen หรือที่ Bertholet สามารถสังเคราะห์กรดน้ำส้มและ benzene จากสารอนินทรีย์ได้ และนับตั้งแต่นั้นมา นักเคมีก็เริ่มกระบวนการเคมีสังเคราะห์โดยการสร้างสารเคมีชนิดใหม่ที่ไม่มีในธรรมชาติขึ้นมา

Bakeland เองก็ต้องการสังเคราะห์ resin (ซึ่งเป็นสารอินทรีย์ที่แมลงเต่าทอง Laccifer lacca ขับออกมา) ให้มีคุณสมบัติของอำพัน (amber) คือเป็นฉนวน แต่เขาไม่ตระหนักว่า ความประสงค์นี้จะทำให้เกิดการปฏิวัติทางเคมีครั้งยิ่งใหญ่ เมื่อ Bakeland ได้นำ phenol (carbolic acid ซึ่งตามปกติมีสีน้ำตาล มีจุดหลอมเหลวที่ 41 องศาเซลเซียส และจุดเดือดที่ 182 องศาเซลเซียส) กับ formaldehyde ซึ่งเป็นแก๊สกลิ่นแรงมาทำปฏิกิริยาเคมีกัน ประสบการณ์วิจัยตลอดเวลา 25 ปีที่ผ่านมาได้ช่วยให้ Bakeland พบว่า ผลลัพธ์สามารถเกิดขึ้นได้หลายรูปแบบ ตามสภาพแวดล้อม และรูปแบบหนึ่งที่ได้ คือ สารสีน้ำตาลที่เหนียวหนืด (ปัจจุบันเรียก bakelite ตามชื่อคนพบ)

ลุถึงเดือนกุมภาพันธ์ปี 1909 Bakeland ได้สาธิตการสังเคราะห์ bakelite ให้บรรดาสมาชิกของสมาคมเคมีแห่งอเมริกาเห็น เพื่อให้ทุกคนยอมรับว่า ผลิตภัณฑ์ที่ทำด้วย bakelite สามารถใช้แทนอำพันได้ คือ เป็นฉนวนไฟฟ้าที่ดีมาก อีกทั้งมีสมบัติไม่เปราะหรือหักง่าย จากนั้น Bakeland ก็นำ bakelite ของเขาที่เกิดจากการผสม phenol กับ formaldehyde ในปริมาณเท่ากัน มาเติมด้วยสารละลาย alkaline เพื่อช่วยเร่งปฏิกิริยา และหลังจากที่นำไปเผา ก็ได้เห็นว่าของผสมได้แยกตัวออกเป็นสองชั้น แต่ชั้นล่างจะมีความหนาหรือบางเพียงใดก็ขึ้นกับเวลาของการเกิดปฏิกิริยา นอกจากนี้ Bakeland ยังพบอีกว่าเมื่อสารชั้นล่างได้รับความร้อน มันจะกลายเป็นสารชั้นบนที่มีสมบัติไม่ละลายน้ำ แต่การทำ bakelite ด้วยวิธีนี้ความดันภายในอุปกรณ์ต้องมีค่าสูงมาก จนในบางครั้งหลอดทดลองระเบิด จะอย่างไรก็ตามผลิตภัณฑ์สุดท้ายที่ได้มีความแข็งกว่ายางมาก แม้จะไม่ยืดหยุ่นเท่า สำหรับสมบัติการเป็นฉนวนนั้นก็ดีมาก เพราะ bakelite สามารถทนความร้อน ความชื้น และสารเคมีต่างๆ ได้ดี ดังนั้น ถ้าพิจารณาต้นทุนในการผลิตแล้ว bakelite สามารถสู้วัสดุอื่นได้อย่างสบายมาก

หลังจากนั้น Bakeland ก็ได้จัดตั้งบริษัทขึ้นมาเพื่อผลิตวัสดุที่เขาพบนี้ให้ผู้คนซื้อไปใช้ เพราะได้พบว่า มันสามารถใช้ทำอุปกรณ์ไฟฟ้า เนื่องจากมีสมบัติเป็นฉนวน และใช้ทำอุปกรณ์ต่างๆ ได้หลากหลายเพราะสามารถบิดดัดหรือตัดเป็นรูปทรงอะไรก็ได้

วัสดุ Bakelite เริ่มเป็นที่นิยม เพราะผู้คนนำมันมาใช้ในการทำอุปกรณ์ต่างๆ ตั้งแต่ทำเป็นลูกปัด กล้องยาสูบ ที่ครอบโทรศัพท์ ฯลฯ จนในปี 1924 นิตยสาร Time ถึงกับนำเสนอบทความว่า bakelite ได้นำโลกเข้าสู่อารยธรรมใหม่แล้ว

ในความเป็นจริง bakelite มีชื่อเคมีว่า polyoxybenzylmethylenglycolanhydride เป็นตัวอย่างหนึ่งของพลาสติก และนับตั้งแต่นั้นเป็นต้นมา นักเคมีได้ผลิตพลาสติกชนิดต่างๆ ออกมามากมาย เช่น polyester, polyethylene, polyvinyl chloride (PVC), polyhexamethylene adipamide, polytetraperfluoroethylene (Teflon) poly นั่น และ poly นี่มากมาย

หลังจากที่ร่ำรวยเป็นอภิมหาเศรษฐี โดยการนำโลกเข้าสู่ยุคพลาสติกแล้ว ในปี 1944 bakeland ก็ลาโลกที่ Beacon รัฐ New York สิริอายุ 80 ปี

ในปี 1945 สหรัฐฯ สามารถผลิตพลาสติกได้ 400,000 ตัน ถึงปี 1979 การผลิตได้เพิ่มมากถึง 47 ล้านตัน เพื่อใช้ในการทำทุกสิ่งทุกอย่างตั้งแต่ฟันเทียม chip ชิ้นส่วนในคอมพิวเตอร์ จอโทรทัศน์ และภาชนะใส่อาหาร ฯลฯ

จนปัจจุบันโลกใช้พลาสติกประมาณปีละ 300 ล้านตัน โดยจีนผลิต 24.8% และยุโรป 20% สถิติการใช้ระบุว่า หนึ่งในสามของพลาสติกที่ใช้แล้วถูกโยนทิ้ง บ้างถูกนำไปฝังดิน และอีกมากถูกโยนลงทะเล สถิติยังระบุอีกว่า แม่น้ำ Danube ในประเทศ Romania ได้รับขยะพลาสติกถึงวันละ 4.2 ตัน และขยะนี้ในเวลาต่อมาถูกระบายออกทะเลดำ

คำถามที่นักสิ่งแวดล้อมปัจจุบันสนใจคือ อะไรเกิดขึ้นกับพลาสติกที่ใช้แล้ว สำหรับพลาสติกที่ถูกฝังดินก็จะอยู่ที่นั่นตลอดไป ให้นักธรณีวิทยาขุดขึ้นมาศึกษาในอนาคต ส่วนพลาสติกที่ถูกทิ้งลงทะเลก็จะลอยตัวให้คลื่นซัดไปติดฝั่ง บ้างก็ถูกปลากัดแทะจนแตกเป็นชิ้นเล็กชิ้นน้อย ถึงวันนี้นักวิทยาศาสตร์แทบไม่มีความรู้ทางชีววิทยาเลยว่า ปลา หอย ปู และสัตว์ทะเลอื่นๆ เวลากลืนกินพลาสติกเข้าไปจะได้รับผลกระทบต่อสุขภาพของมันเช่นไร

ในปี 1997 นักสมุทรศาสตร์ชาวอเมริกันชื่อ Charles Moore ขณะแล่นเรือจากฮาวายไปแคลิฟอร์เนียได้เห็นกองขยะพลาสติกใหม่เท่าภูเขาลอยเท้งเต้งอยู่กลางมหาสมุทร Pacific ภาพที่เห็นทำให้ Moore รู้สึกกังวลมากว่า มนุษย์กำลังสร้างขยะพลาสติกที่จะอยู่คู่โลกนานแสนนานโดยไม่มีทางกำจัดมันได้เลย นอกจากนี้เขาก็คิดว่าขยะพลาสติกเหล่านี้จะลอยอยู่ในมหาสมุทรอื่นๆ ของโลกด้วย ไม่เพียงแต่ในมหาสมุทร Pacific เท่านั้น

การติดตามความเป็นอยู่และเป็นไปของขยะในมหาสมุทรได้พบว่า ในซีกโลกเหนือซึ่งกระแสน้ำในมหาสมุทรไหลเลียบฝั่งในทิศตามเข็มนาฬิกา และในซีกโลกใต้กระแสน้ำจะไหลในทิศทวนเข็มนาฬิกา Moore ได้พบว่ากองขยะจากฝั่งตะวันออกของสหรัฐอเมริกาใช้เวลา 60 วันในการเดินทางถึงบริเวณกลางมหาสมุทร Atlantic

การไหลของกระแสน้ำเช่นนี้ จึงทำให้มหาสมุทรอินเดีย, Pacific, Atlantic เป็นแหล่งสะสมกองปฏิกูลขยะพลาสติกที่มีขนาดใหญ่ ซึ่งอาจมากถึง 3 ล้านล้านชิ้น และหนักถึง 260,000 ตัน และนั่นหมายความว่า ในทุกพื้นที่ 1 ตารางกิโลเมตรในมหาสมุทรจะมีถุงพลาสติก ถังน้ำพลาสติก ขวดพลาสติก ฯลฯ หนัก 10 กิโลกรัม เพราะพลโลกทิ้งพลาสติกลงทะเลปีละ 300,000 ตัน การติดตามขยะพลาสติกยังได้ข้อมูลอีกว่า ขยะพลาสติกที่มีขนาดเล็กกว่า 5 มิลลิเมตร มีตั้งแต่ 7,000-35,000 ตัน

ถ้าเราย้อนกลับไปดูสถิติในอดีต ก็จะพบว่า ในปี 1950 โลกผลิตพลาสติก 1.5 ล้านตัน ถึงปี 2013 ปริมาณการผลิตได้เพิ่มเป็น 219 ล้านตัน ทั้งนี้เพราะผู้ผลิตได้พบว่า การผลิตพลาสติกใหม่เป็นการลงทุนน้อยกว่าการซื้อพลาสติกเก่ามาใช้ใหม่

นักนิเวศวิทยายังได้พบอีกว่า ขยะบางส่วนแฝงอยู่ในก้อนน้ำแข็งแถบขั้วโลก ซึ่งมีพื้นที่ประมาณ 6 ล้านตารางกิโลกเมตร ดังนั้น ภูเขาน้ำแข็งจึงเป็นอีกแหล่งขยะพลาสติกอีกแหล่งหนึ่ง ซึ่งจะละลายเวลาโลกถูกคุกคามด้วยแก๊สเรือนกระจก ทำให้ขยะพลาสติกที่มีในน้ำแข็งถูกปล่อยกลับสู่ทะเลไปทำปฏิกิริยากับ polymer กลายเป็นตะกอนตกนอนก้นมหาสมุทรแทนที่จะลอยอยู่ที่ผิวน้ำ

ตามปกติพลาสติกมีความหนาแน่นมากกว่าน้ำ ดังนั้นมันจึงจมน้ำ และอาจถูกสัตว์พวก phytoplankton จับไว้ ในเวลาต่อมาถ้าสัตว์ใหญ่ เช่น นก เต่า ปลา ฯลฯ กิน phytoplankton เป็นอาหาร มันก็จะกินพลาสติกเข้าไปโดยไม่รู้ตัว และอาจตายได้ ถ้าเศษพลาสติกนั้นมีขนาดใหญ่ ซึ่งจะไปติดที่คอ จนสัตว์กลืนอาหารไม่ได้ และตายไปในที่สุด ด้านพลาสติกที่ดูดซับสารเคมีที่ลอยอยู่ในทะเล และถูกปลากลืนเข้าไป สารพิษก็สามารถฆ่าปลาได้ และถ้าปลาหรือสัตว์น้ำตัวนั้นยังไม่ตาย คนที่กินปลาก็อาจเป็นอันตรายจากการกินพลาสติกก็ได้เช่นกัน

ในอดีต โลกเคยห้ามการใช้ DDT ซึ่งเป็นพิษต่อสิ่งมีชีวิต ควบคุมการสร้างฝนกรด ซึ่งทำลายระบบนิเวศ มาบัดนี้ วงการวิทยาศาสตร์และนิเวศวิทยากำลังกังวล เรื่องมลภาวะที่เกิดจากพลาสติกขนาดไมโคร (microplastic pollution) และคงจะออกมาตรการควบคุมในเร็ววัน

อ่านเพิ่มเติมจาก American Plastic: A Cultural History โดย Jeffrey L. Meikie จัดพิมพ์โดย Rutgers University Press ปี 1996






เกี่ยวกับผู้เขียน

สุทัศน์ ยกส้าน
ประวัติการทำงาน-ราชบัณฑิต สำนักวิทยาศาสตร์ สาขาฟิสิกส์และดาราศาสตร์ และ ศาสตราจารย์ ระดับ 11 ภาควิชาฟิสิกส์ มหาวิทยาลัยศรีนครินทรวิโรฒ, นักวิทยาศาสตร์ดีเด่นและนักวิจัยดีเด่นแห่งชาติ สาขากายภาพและคณิตศาสตร์ ประวัติการศึกษา-ปริญญาตรีและโทจากมหาวิทยาลัยลอนดอน, ปริญญาเอกจากมหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย

อ่านบทความ สุทัศน์ ยกส้าน ได้ทุกวันศุกร์