После нескольких быстро сделанных стрелковой цепью залпов дым настолько заволакивал поле боя, что о точной стрельбе даже из нарезного оружия не могло идти и речи. С другой стороны – необходимость ждать, пока дым рассеется для очередного прицельного выстрела, понижала скорострельность, что в конечном итоге для любой армии сохраняло актуальность известного суворовского высказывания об интеллектуальной неполноценности пули. В своем письме, адресованном Дюма, Шёнбейн упомянул не только о большей мощности тринитроцеллюлозы по сравнению с дымным порохом, но и о том, что это взрывчатое вещество сгорает без остатка и без дыма.
Уже спустя год после открытия Шёнбейна английская фирма «Джон Холл и сыновья», специализировавшаяся на оружейном порохе, попыталась производить тринитроцеллюлозу на одном из своих заводов в графстве Кента, однако эта попытка закончилась плачевно – в результате взрыва партии полученного материала было разрушено два здания и погиб 21 человек. Многие исследовательские группы во многих странах в течение четырёх десятков лет после этого инцидента предпринимали неудачные попытки «приручить» тринитроцеллюлозу, но все они так или иначе закончились неудачей.
Человеком, которому удалось разработать безопасный метод производства пироксилина, стал британский химик и специалист по взрывчатым веществам Фредерик Август Абель. В 1889 Абель и его шотландский колега запатентовали бездымное метающее взрывчатое вещество, состоявшее из тринитроцеллюлозы, другого взрывчатого вещества – нитроглицерина и небольшого количества нефтяного вазелина. Этот состав получил название «кордит», а британская армия и флот в скором времени приняли его на вооружение.
Для производства кордита в качестве растворителя, необходимого для смешения ингредиентов, первоначально использовался ацетон, однако во время Первой мировой войны британская военная промышленность стала испытывать недостаток этого растворителя, что было некстати из-за низкой растворимости тринитроцеллюлозы в большинстве органических растворителей. Оказалось, что менее нитрованная форма нитроцеллюлозы, в которой на одну структурную единицу полимера приходится меньше, чем три нитрогруппы, может растворяться в смеси этилового спирта и диэтилового эфира. Такой раствор получил название «коллодий», и некоторые заводы по производству боеприпасов начали производить кордит, используя не раствор тринитроцеллюлозы в ацетоне, а коллодий, причем обе технологии существовали одновременно.
Нитроцеллюлоза использовалась и используется не только для военных целей. Было время, когда она применялась как материал для фото– и киноплёнки, однако из-за повышенной пожароопасности и склонности к самовозгоранию впоследствии кинематографисты перешли на пленку из ацетилцеллюлозы и полиэтилентерефталата. Из нитроцеллюлозы до сих пор производятся лучшие шарики для настольного тенниса, правда, чтобы эти шарики не взрывались в процессе игры (что, вероятно, было бы зрелищно, но неспортивно), для их изготовления, естественно, применяют ту разновидность нитроцеллюлозы, которая называется целлулоид и отличается от пироксилина меньшей степенью нитрования. Из того же целлулоида в свое время было организовано производство съемных воротничков и манжет, которые были дешевы, служили в пять раз дольше, чем хлопчатобумажные воротники, и самое главное – их не нужно было стирать и отглаживать после стирки. Всю накопившуюся на них в течение дня грязь можно было удалить обычным канцелярским ластиком, не прибегая к услугам прачечной. В настоящее время нитроцеллюлозные мембраны применяются для анализа белков и нуклеиновых кислот.
Что же касается Кристиана Фридриха Шёнбейна, он умер в 1868 году, за два десятка лет до того, как дымный порох перестал быть главным (если не единственным) взрывчатым военного и гражданского назначения.
3.3. Полиэтилентерефталат (он же ПЭТ)
Возьмите пластиковую бутылку. Наверняка поблизости от вас есть такая. Теперь взгляните на ее дно (если бутылка не пустая, постарайтесь при этом не пролить ее содержимое). Видите маленький треугольник, внутри которого цифра один или две цифры – ноль и один? Если вы это увидели, значит, бутылка изготовлена из полимера под названием «полиэтилентерефталат». Поскольку это название не так уж удобно проговоривать, чаще используется сокращение ПЭТ (в английской версии – PET).
ПЭТ представляет собой полимерный сложный эфир, для получения которого требуются следующие мономеры (исходные вещества для синтеза полимеров) – двухосновная терефталевая кислота (в её структуре присутствуют две группы СООН) и двухатомный спирт этиленгликоль (он содержит две гидрокси-группы ОН). Спирты реагируют с кислотами с образованием сложных эфиров и воды. Образующиеся при реакции одноосновных кислот (с одной группой COOH) и одноатомных спиртов (с одной группой ОН) обладающие сравнительно небольшой молекулярной массой сложные эфиры, как правило, представляют собой летучие вещества с фруктовым или цветочным ароматом.
Однако при реакции терефталевой кислоты с этиленгликолем мономеры хоть и реагируют с образованием сложного эфира, этот полимерный эфир обладает колоссальной молекулярной массой, не летуч (полимеры в отличие от низкомолекулярных соединений вообще не могут переходить в газообразное состояние), а значит, принципиально не может пахнуть, но замечателен не этим, а другими своими уникальными свойствами.
Для начала немного истории. Патентная заявка на способ получения полиэтилентерефталата был подана 29 июля 1941 года английским химиком Джоном Рексом Уинфилдом, который изучал полимеры, способные образовывать волокна.
В те времена поиск полимерных материалов, из которых можно формовать волокна, был очень популярен: производство товаров из другого волокнообразующего полимера – нейлона началось за три года до этого, в 1938 году. В первую очередь нейлон начали использовать для изготовления щетины зубных щеток, а до этого чистящую часть этого важного инструмента делали из свиной щетины или конского волоса.
Конечно, из ПЭТ можно изготавливать волокна. В нашей стране мы, в особенности старшее поколение, привыкли называть ткани, полученные из волокон ПЭТ, лавсаном. Дело в том, что в СССР волокна полиэтилентерефталата были получены независимо от английских коллег в 1949 году в лаборатории Института высокомолекулярных соединений Академии наук, и материал получил название в честь места, где он был получен. Если на спортивной или какой-либо другой одежде на ярлычке с указанием состава написано «полиэстер» (или «polyester»), скорее всего в ткани присутствует полиэтилентерефталат (или его близкий родственник). Однко из ПЭТ можно изготавливать не только волокна – он применяется и в других областях: кристаллизацией полиэтилентерефталата можно получить легкий и химически устойчивый материал, идеальный для изготовления пластиковых бутылок. Эти бутылки обходятся дешевле стеклянных бутылок, они не бьются и поэтому могут повторно применяться сотни и тысячи раз. Бутылки из ПЭТ еще и легче, а значит, их дешевле перевозить. Неудивительно, что в наше время в бутылки из полиэтилентерефталата разливают практически любые напитки, и эти бутылки можно обнаружить где угодно. Вот тут-то и начинается проблема ПЭТ-тары: очень часто «где угодно» – это не только прилавки магазинов, но и улицы города, пригородные лесопосадки и берега рек – ПЭТ устойчив к биоразложению, и, если его не убрать, пролежит в лесу или на берегу реки пару сотен лет. К счастью, ПЭТ является одним из немногих полимеров, которые достатояно легко подвергать вторичной обработке – измельченные бутылки или другие изделия из полиэтилентерефталата легко переплавить в новые изделия. Чаще всего при таком подходе бутылки перерабатывают в то, что Уинфилд хотел получить изначально, – в волокна полиэтилентерефталата, которые затем применяются для изготовления тканей. Так, в 2010 году компания «Найк» провела следующую акцию: материал, полученный при рециклизации 13 миллионов пластиковых бутылок, был использован для изготовления футболок (в среднем на одну футболку уходило 8–9 бутылок), в которых в том числе играли и представители 10 национальных футбольных команд на Евро-2012.
Помимо физического подхода к повторной переработке полиэтилентерефталата – переплавки отработавших свое изделий, существует и химический способ рециклизации ПЭТ – химики могут разрушить сложноэфирные связи и получить из ПЭТ смесь исходных мономеров. Это происходит постадийно: сначала полимер обрабатывают избытком этиленгликолем, и его цепь разрушается на более короткие цепочки – олигомеры, которые можно расплавить при меньшей температуре, чем температура плавления полимера, и очистить от наполнителей или загрязнений фильрованием. После очистки олигомеры ПЭТ подвергают дальнейшему разрушению до мономеров, которые очищают перегонкой и снова вовлекают в реакцию образования полимера, получая свежие порции ПЭТ.
К сожалению, не все изделия из ПЭТ подвергаются вторичной переработке – огромное их количество просто лежит на свалках по всему миру. И хотя ПЭТ не является биоразлагаемым полимером, среда обитания диктует свои условия, и некоторые из бактерий – обитателей свалок, медленно эволюционируют, приобретая способности перерабатывать полиэтилентерефталат и использовать его в качестве источника углерода для роста. Не исключено, что появление таких бактерий было неизбежно: в условиях пищевой конкуренции видов за привычные подгнившие пищевые отходы умение питаться полиэтилентерефталатом даёт организмам существенное преимущество в выживании.
Однако, возможно, скоро история и дальнейшая эволюция таких бактерий будут прекращены – реализация напитков в таре из ПЭТ запрещается в Австралии, Франции, Канаде, некоторых штатах и округах США. Россия не отстает – с 1 июля 2017 года планируется запретить продажу алкогольной продукции в ПЭТ-таре объемом более 1,5 литра. Хотя эти меры и окажут благоприятное воздействие на состояние окружающей среды в долгосрочной перспективе, это может привести к разрушению локальных экосистем, в которых эволюционируют бактерии, поедающие ПЭТ, однако хочется думать, что утрата этих бактерий не будет ужасным ударом по нашей биосфере.