Книга: Удивительные истории о веществах самых разных

Полимолоко и полиостров (полимеры)

Полимолоко и полиостров (полимеры)

Сердце кровью обливается, когда думаешь о том, как бедно и скудно жило человечество всего сто с лишним лет назад (про 300 лет назад и не говорим). В частности, ужасно ограничен был выбор материалов для превращения в изделия. Металл, стекло, керамика, фарфор, камень, дерево, волокна растений, меха и шкуры убитых животных, кость, включая слоновую (бедные слоны!), – вряд ли этот список можно существенно расширить. К тому же многие из природных материалов были весьма дороги. И что бы ни говорить о материалах искусственных, очевидно, что в их отсутствие нынешний человек никоим образом не сумел бы поддерживать свой уровень жизни (по историческим меркам – неслыханно высокий).

История пластмасс начиналась скромно, а именно с химической модификации природных веществ. В 1848 году был изобретен коллодий – спиртовой раствор нитроцеллюлозы, который использовали для ухода за ранами и изготовления эмульсии для фотопластинок – при высыхании он образует довольно прочную пленку. На основе той же нитроцеллюлозы в 1855 году Александр Паркс запатентовал материал, который был усовершенствован добавкой камфоры (в качестве пластификатора) и в 1870 году получил название «целлулоид». Его первым применением стала замена слоновой кости для изготовления бильярдных шаров, а затем он на долгие годы стал сырьем для кино– и фотопленки. Один из авторов когда?то написал ностальгическое стихотворение, где отражена не только ломкость целлулоида, но и его горючесть:

И если уж речь о ностальгии, нельзя, конечно, не упомянуть и прочно забытые съемные целлулоидные воротнички для мужских рубашек, которыми еще в начале XX века щеголяли господа средней руки с набриолиненными и завитыми усами. Куда все это подевалось? Неужели и наше время исчезнет точно так же? Похоже, что да, однако поверить в это невозможно.

В 1900 году на Всемирной выставке в Париже был впервые представлен галалит – пластмасса из молочного белка казеина, обработанного формальдегидом. В 1923 году в одной только Германии на его производство было истрачено 30 миллионов литров молока. Закат галалита (получившего огромную популярность в индустрии моды для изготовления украшений) был связан не только с появлением новых пластиков, поддающихся формовке (галалит отливать было невозможно, только подвергать механической обработке), но и с тем, что во время Второй мировой войны с молоком стали, мягко говоря, наблюдаться перебои. Впрочем, в СССР этот пластик производили аж до 1957 года. А вообще?то самым популярным изделием из молочной пластмассы были пуговицы. И это отражено в прекрасных, хотя и сомнительных с точки зрения идеологии строках поэта Владимира Нарбута (1888 – 1938):

Заслуживает упоминания еще один как бы искусственный материал, изготовляемый из природного сырья, открытый в 1893 году, но, в отличие от целлулоида и галалита, использующийся и по сей день. Цитируем Брокгауза и Ефрона: «Вискоза – Так назвали англ. химики Кросс, Биван и Бидль растворимый в воде продукт, полученный ими в 1893 г. при действии на мерсеризованную клетчатку сернистого углерода. Для этого лучше всего поступать так: клетчатка (напр. чистый хлопок, хлопчатобумажная ткань, клетчатка, осажденная из Швейцерова реактива, сульфитная целлюлоза и т. п.) мерсеризуется в 15 %-м растворе едкого натра, отжимается от избытка последнего, смачивается сернистым углеродом и оставляется на 12 час. в закупоренной склянке. По прошествии этого времени клетчатка превращается в желтоватую массу, которая при прибавлении воды образует чрезвычайно густой и вязкий раствор, почему продукт и получил название вискозы, от латинского слова “вязкий”». Умели же писать люди!

Если вискозу пропустить через фильеры, получается искусственный шелк (собственно, его чаще называют именно вискозой), а если прокатать между валками – знаменитый упаковочный материал целлофан, в наши дни опять входящий в моду благодаря его биоразлагаемости.

Что до «настоящих» пластмасс, то иногда старейшим искусственным полимером считают поливинилхлорид, который был случайно обнаружен французским химиком и горным инженером Анри Виктором Реньо еще в 1838 году. Но это был все?таки не синтез, а чистый случай, кстати не закончившийся промышленным производством. А первый промышленный синтетический полимерный материал, названный бакелитом, получил после длительных и трудоемких исследований бельгийский химик Бакеланд в 1909 году.

По целому ряду свойств пластмассы на основе фенолоформальдегидной смолы и сейчас остаются непревзойденным материалом. Любопытно, что в 30?е годы бакелит разных цветов стал популярным материалом для изготовления украшений в стиле арт-деко, которые сегодня высоко ценятся у знатоков.

С тех пор химики синтезировали сотни, скорее даже тысячи видов самых разнообразных полимеров, многие из которых выпускаются миллионами тонн. Они вроде бы имели полное право праздновать победу над Природой, которая сумела создать только полимеры животного и растительного происхождения – животные и растительные белки, древесину, волокна хлопка, льна и шерсти, крахмал и желатин. Однако эта победа оказалась отчасти пирровой. Выяснилось, что одно из важнейших достоинств полимеров – химическая инертность – является и недостатком с точки зрения охраны природы. Это еще мягко сказано, на самом деле многие считают, что мы уже переживаем экологическую катастрофу. Почему? Дело в том, что синтетические полимерные материалы кажутся потребителю недолговечными, и справедливо – срок службы куртки из искусственной кожи куда короче, чем у натуральной. Отслужив, подавляющее большинство полимеров оказывается на свалках или в Мировом океане. Распад их в естественных условиях занимает десятки и сотни лет (поскольку микробы их не едят), причем продукты этого распада нередко пагубны для животного мира (включая и человека). В Тихом океане, как известно, образовался целый «остров» из выброшенных пластиковых бутылок, пленки, разнообразных полимерных упаковок и т. д. диаметром до полутора тысяч километров и весом почти в 100 миллионов тонн.

Лишь недавно научились синтезировать полимеры, которые гниют и разлагаются в природе (а заодно вспомнили об упоминавшемся выше целлофане).

Авторы хотели бы разразиться бурными аплодисментами, переходящими в овацию, по поводу двух сравнительно недавних изобретений в упаковочной промышленности. При пересылке разнообразных мелких товаров (а покупки по почте чрезвычайно популярны в наши дни) их требуется хорошо паковать. Можно, конечно, набить в коробку мятой бумаги, но это как?то не очень привлекательно, да и недостаточно надежно. Весьма популярным материалом долгое время были гранулы из пенопласта – «пенопластовый арахис», заполняющие все пустое пространство коробки. Товар они защищают неплохо, весят мало, но, увы, уж очень этот материал вреден для природы, потому занимает на свалке большой объем и разлагается чрезвычайно долго. (И к тому же при распаковке товара разлетается по всей квартире.) Некоторые компании стали применять вместо него обычные пластиковые пакеты, надутые воздухом и запечатанные. Уже хорошо – место на свалках экономится. Однако авторов в свое время поразила другая идея – засыпать пустоту в коробках воздушной кукурузой, она же попкорн. Понятно, что выбрасывать ее можно без всяких угрызений совести (съедят если не птички, то микробы), а особо экологически сознательный покупатель может ее даже и съесть. Природные полимеры (в данном случае крахмал), разумеется, прекрасно биодеградируют – об этом далее.

Как бы то ни было, без полимеров современная жизнь, понятное дело, немыслима. Расскажем поподробнее о трех пластмассах из числа наиболее знаменитых. В начале Второй мировой войны английские ученые напряженно работали над созданием новых материалов, которые помогли бы обеспечить победу над нацистской Германией. И несмотря на то, что немецкие химики считались лучшими в мире, именно англичане в 1941 году добились поразительных успехов в синтезе самых перспективных полимеров для бытовых и промышленных нужд. Главным их открытием стало соединение со сложным названием «полиэтилентерефталат». Впрочем, его сокращение – ПЭТ (или ПЭТФ), вовсе не такое уж сложное, быстро вошло во все европейские языки, в том числе и в русский. На Западе несминаемые ткани с добавкой волокон ПЭТ назывались дакроном или териленом.

Советские химики повторили успех англичан в 1949 году, а поскольку на патентное законодательство в СССР всем всегда было наплевать, то советскому волокну из ПЭТ присвоили звучное название «лавсан» (это аббревиатура – Лаборатория высокомолекулярных соединений Академии наук).

ПЭТ оказался поразительным полимером. Из него изготовляют не только волокна, ткани и пленки, но прежде всего – обычные бутылки для воды и напитков, растительного масла, уксуса, молочных изделий, пива и даже крепкого алкоголя (такие бутылки чаще всего можно встретить в магазинах duty-free при аэропортах, поскольку они гораздо легче стеклянных.) ПЭТ-бутылки, как мы все знаем, уникально легки по весу, удобны в использовании, прочны, дешевы и, что самое важное, совершенно инертны по отношению к содержимому. (Авторы, обладая длительным жизненным опытом, помнят, как в 60?х годах в СССР появились походные фляги из маслянистого тускло-белого полиэтилена. В моде они продержались недолго, потому как уже через несколько минут пребывания в этой посуде вода приобретала довольно отвратный «химический» привкус, да и эстетические качества фляжек оставляли желать лучшего – как, впрочем, и большинство изделий, производившихся на родине победившего социализма.)

«Особенно хороши ПЭТ-бутылки для пива. За рубежом используются в основном стеклянные бутылки и металлические банки, но это всего лишь дань традиции. ПЭТ был изобретен только в начале 40?х годов прошлого века, а европейцы пьют пиво уже несколько столетий, причем, естественно, из стекла. Бунтующая молодежь 60?х, возможно, перешла на “металл”, потому что кидать в полицейских тяжелые и бьющиеся стеклянные бутылки было слишком опасно, а пустые банки – ничего страшного. А в нашей стране, где пиво до начала 90?х было одним из самых дефицитных продуктов, никакой традиции сложиться не могло, а металлических банок и вовсе не было. Поэтому появление современной пластиковой тары было встречено без предубеждения, и даже наоборот – с восторгом».

Предыдущий абзац закавычен, поскольку с ним согласен только один из авторов (П. О.), а другой (Б. К.) считает его легкомысленным. В конце концов, традиция почему?то не помешала европейцам пересесть с лошадей на автомобили и покрывать шоссе асфальтом вместо брусчатки. Пиво в банках, на которое в США приходится больше половины потребления (60 процентов в 1991 году – и 53 процента в 2011?м), как кажется одному из авторов, больше подходит к образу жизни американца – банки легче, прочнее и вообще «круче». В то же время бутылки из ПЭТ ни в Америке, ни в Европе так и не сумели заменить стекла. В них разливают только самое дешевое пиво, зачастую крепленое, во внушительных количествах (литр и больше). И рассчитано оно, что греха таить, на небогатых любителей напиться. Нормальный же человек склонен уважать потребляемый напиток, смиряясь ради этого с некоторыми неудобствами. Вот почему какое?нибудь бельгийское пиво тройной ферментации по 20 евро за бутылку, должно быть, никогда не станут разливать в легкую, удобную и дешевую пластиковую тару – это было бы таким же кощунством, как те картонные стаканчики, в которых подают эспрессо и капучино в культовом Star Bucks. А что до России, то у нее, как хорошо известно, свой особый путь, в том числе и в отношении пивной тары.

Выяснив отношения, авторы – теперь уже совместно – остановятся на другой аббревиатуре, то есть другом чрезвычайно интересном полимере ПТФЭ – политетрафторэтилене. История открытия, именно открытия, а не синтеза ПТФЭ типична для химических открытий (в химии случайность вообще играет особую роль), и ее стоит пересказать. В 1938 году Рой Планкетт, сотрудник американской фирмы «Дюпон», работал над созданием нового фреона (еще, видимо, не подозревая, что они якобы разрушают озоновый слой атмосферы). Вдруг из баллона перестал поступать тетрафторэтилен, основной компонент запланированного синтеза. При этом вес баллона оказался больше, чем если бы он был пустым. Из любопытства ученый распилил баллон – и обнаружил в нем немного белого матового порошка, который не растворялся ни в одной из известных кислот, щелочей, не горел и вообще ни с чем не реагировал. Что же произошло? Под огромным давлением газ самопроизвольно заполимеризовался в знаменитый сейчас политетрафторэтилен, который получил короткое, благозвучное и запатентованное фирменное наименование «тефлон». Это настолько инертное вещество, что его даже называют органической платиной, и именно этой инертностью и нулевой адгезионной способностью объясняется использование тефлона для изготовления кухонной посуды.

Если непонятно – объясним. Адгезионная способность – это свойство прилипать к другим материалам. К тефлону ничего не прилипает, и пища, хоть до угольев сгорая, не пригорит к такой сковородке. Поэтому при жарении на ней нет необходимости в «прокладке» из растопленного масла между продуктом и ее поверхностью, то есть действительно можно жарить без масла. (Правда, пока сковородка новая. В процессе использования на ней неизбежно появляются царапины, иногда невидимые глазу, а под ними обнажается поверхность материала сковороды, обычно алюминия. К ней уже прилипает все, что угодно. Вот почему ухаживать за посудой с тефлоновым покрытием приходится с такой осторожностью.)

Тефлон, который у нас называют фторопластом, получается полимеризацией тетрафторэтилена в присутствии инициатора – перекиси водорода.

ПТФЭ – чрезвычайно экзотический материал, который, однако, почти наверняка можно встретить в любой квартире, особенно на кухне – и не только на сковородках. Тефлоном покрывают еще и кухонные скатерти, и все по тем же причинам они мало грязнятся, грязь просто не прилипает к такой скатерке. Ну и, разумеется, его широко применяют в качестве компонента смазок, в подшипниках, втулках и т. д. Ходят слухи, что перегретая сковорода с тефлоновым покрытием выделяет страшно ядовитые газы, убивающие домашних птиц. Что мы можем на это сказать? Советуем не перегревать тефлоновой посуды (равно как и обычной), не держать попугаев на кухне и вообще поменьше слушать доморощенных экологов. (Кое-кто из них, кстати, уверяет, что посуда из обычного алюминия вредна для здоровья, – что смехотворно, поскольку алюминий на воздухе всегда покрыт прочным слоем совершенно безвредной и пассивной окиси).

Кстати, большинство обычных кухонных скатертей – точнее, клеенок – изготовлены из поливинилхлорида (ПВХ), получаемого, как явствует из его названия, полимеризацией винилхлорида:

ПВХ применяется повсеместно – для электроизоляции проводов и кабелей, производства листов, труб, пленок, для изготовления искусственной кожи, линолеума, обувных пластикатов, мебельной кромки и т. д. Особо стоит отметить, что именно из ПВХ с некоторыми добавками состоит винил (слово неправильное, но прижившееся в языке) для производства грампластинок, которые опять вошли в моду (авторы, между нами говоря, уверены, что фанатики винила просто выпендриваются, никакого такого ощутимого улучшения звука по сравнению с «цифрой» наверняка нет – но кто?то и пишущую машинку предпочитает компьютеру!), профилей для изготовления окон и дверей. А еще из блестящего ПВХ делают одежду для любителей сексуального фетишизма. А еще из ПВХ шьют платья для каракатиц, как нас уверяет замечательная Людмила Петрушевская. Простим ей незнание химии, из?за которого она ПВХ назвала просто хлорвинилом.

В заключение расскажем о неожиданном применении не синтетического, а как раз природного полимера – крахмала. В Японии картошку с особо высоким содержанием крахмала используют для изготовления не столько белорусских драников, сколько того, на что выкладывают всякие там суси да сасими. Бумажные одноразовые тарелки слишком долго гниют на свалках и засорили бы большие площади на маленькой Стране восходящего солнца. А крахмальные тарелки с удовольствие и очень быстро благородный японский микроб-сан уплетает за обе щеки. Но это еще что! В коллекции одного из авторов имеется крахмальный гвоздь со шляпкой, поверхность которой несколько вогнута. Знаете, куда вбивают, а на самом деле втыкают этот гвоздь? В землю на полях для гольфа. И на шляпку ставят мячик, для этого и вогнутость. А потом, когда богатенькие узкоглазые гольфисты отправляются к своим гейшам кушать сакэ, им не нужно нагибаться и вытаскивать одноразовый гвоздь, который за пару дней съедает все тот же микроб-сан. Ну знаете, это уже слишком. Как сказал бы наш украинский брат, услыхав русское слово «пиво» вместо привычного «пыво», – «поубывав бы усих».