Жизнь замечательных веществ - Аркадий Курамшин

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.

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.