Михаил Васин - Два шага до чуда [Очерки]

Как химики сооружают полиэтиленовые молекулы? Ведь действовать так, как мы до сих пор говорили («возьмем еще несколько атомов углерода и нарастим ожерелье…»), можно лишь находясь в микромире. Но химики-то живут в нашем обычном, большом мире, откуда атом углерода не рассмотришь ни в какой самый мощный микроскоп. А уж «взять атом углерода», чтобы нарастить ожерелье, и думать нечего. Как же химики выходят из положения?

Очень остроумно. При переработке нефти выделяется газ этилен (в его молекуле два атома углерода и четыре водорода). Его накачивают в большие прочные аппараты и нагревают до 200 градусов. От такой жары и высокого давления молекулы газа сталкиваются и прочно сцепляются друг с другом. Вместо двух атомов углерода в молекуле получается четыре, потом шесть, восемь, десять, двенадцать — и так далее, пока цепь не вырастет до 4–5 тысяч атомов углерода. Лишь тогда можно считать, что полимер родился. Получается, что из двух тысяч молекул этилена вышла одна большая молекула полиэтилена.

Часть макромолекулы полиэтилена .

Кстати, теперь мы можем немного разобраться и в названиях. Вещества, подобные этилену, называют мономерами. «Моно» по-гречески означает «один», «мерос» — «часть». Значит, «мономер» — это «одночастный», то есть вещество, молекула которого представляет собой одну довольно простую частичку. Теперь ясно, что скрывается за словом полимер. Ведь «поли» — это «много». Конечно, полимер — вещество, молекула которого сложена из множества простых частичек. Если эти частички являются молекулами этилена, полимер называют полиэтиленом («многоэтилен»). Когда молекула полимера или — что одно и то же — высокомолекулярного соединения складывается из стирола, получается полистирол, из хлорвинила — полихлорвинил…

Но появление полимера на свет — это лишь полдела. Зачастую главные трудности только и начинаются после рождения дитятки-гиганта. Чтобы полимер «вышел в люди», его приходится воспитывать. А надо сказать, большинство полимеров упрямы, капризны, своенравны. И с ними сладить нелегко.

Воспитанием полимеров (между прочим, это выражение я употребляю не для занимательности — таков научный термин) занимаются особые специалисты — физико-химики. Новый полимер снова нагревают, охлаждают, растворяют, воздействуют на него кислотами, щелочами и другими химическими веществами, продавливают через тончайшие отверстия в стальных дисках — фильеры. В результате таких «педагогических мер» у воспитуемого вырабатываются важные качества: гибкость, прочность, сопротивление действию воды и воздуха.

Но посмотрим, как это делается в жизни. Для примера проследим путь красивого, нежного, мягкого волокна — нитрона.

Сначала берут газ метан. Нагревают его в пламени электрической дуги до 1400 градусов. Молекулы метана спаиваются, углерод прикрепляется к углероду, получается новый газ — ацетилен. Его надо быстро охладить, иначе он превратится в сажу. Теперь ацетилен соединяют с синильной кислотой и получают молекулу бесцветной жидкости — акрилонитрил. А из этих молекул (их нужны тысячи) уже можно сложить целое ожерелье: молекулу удивительного полимера — полиакрилонитрила.

Что же дальше? Полимер лежит в колыбели-пробирке — мелкий рыхлый порошок. Он ни на что не способен, ничего не умеет и никому не нужен. Чтобы его оценили люди, он должен многому научиться.

Вот какую школу прошел после своего рождения полиакрилонитрил. Сначала его пытались расплавить, но он оказался к этому неспособным: молекулы его при сильном нагревании распадались на части. В обычных растворителях он не растворялся. После долгих поисков нашли наконец такой растворитель, который был ему по вкусу; попав в него, порошок исчезал без следа. Образовавшуюся густую тягучую массу продавливали через фильеру. Тончайшая струйка раствора полимера попадала в ванну, где из нее вымывался растворитель и она немного затвердевала. Потом загустевшая струйка-паутинка попадала в другую ванну, с кипятком, затем — в третью, тоже с горячей водой. Здесь струйка промывалась снова и снова и вытягивалась в бесконечную, едва заметную нить — волокно нитрон.

Однако дело на этом не кончилось. Волокно надо завить и постричь. Работу парикмахера выполняют машины: одна гофрирует волокно, другая стрижет, режет на кусочки длиной 6-10 сантиметров. Если теперь волокно осторожно высушить, оно получится тонким, нежным, прочным и гибким. Из него можно делать теплые носки и чулки, ткани для костюмов, вязать кофты и джемперы. Мало этого. Инженеры создали машины, которые дают нитроновый мех. Этот мех «растет» в тысячи раз быстрее, чем на овцах, а шубы из него получаются воздушные, теплые и гораздо более красивые.

В этой шубе трудно узнать порошок полимера, родившийся на донышке пробирки…

Полиэтилен более покладист. Но он требует для своего воспитания особых мер: на него надо воздействовать радиоактивными лучами. Воспитанный таким способом, он становится более прочным, лучше изолирует электрические провода, выдерживает жару на 100–150 градусов большую, чем раньше.

Каждый знает, как упаковывают товары: коробки укладывают рядышком, поплотнее друг к другу, заворачивают в бумагу и увязывают шпагатом. Химики тоже, отправляя новый полимер из лаборатории, стараются получше, как они выражаются, упаковать молекулы. Правда, они не пользуются ни оберточной бумагой, ни шпагатом: если удалось уложить молекулы более или менее плотно, они будут держаться друг за друга сами.

Воспитание полимера часто преследует именно эту цель — получше упаковать, уложить молекулярные ожерелья. Зачем это нужно? Оказывается, упаковка молекул полимеров, особенно тех, которые идут на волокно, — вещь чрезвычайно необходимая. У молекул часто бывает много отростков, торчащих во все стороны. Как уложить такие ожерелья аккуратно, друг возле друга, чтобы из молекул получился тугой жгут и, следовательно, прочное волокно? Это очень нелегко. И поэтому волокна, в основном, состоят из беспорядочно собранных вместе молекул.

Но… Ленинградские ученые превратили обыкновенный спирт в волокно винол. Пучок такого волокна толщиной в 1 миллиметр выдерживал груз около сорока килограммов — примерно столько, сколько обычный капрон, лавсан или медная проволока. А потом винол стали воспитывать, молекулярные отростки пригнули, примяли, чтоб они не так топорщились. И уж затем сделали волокно. Оно оказалось в три раза более прочным, чем раньше, и теперь могло сравниться с проволокой из легированной стали.