Символ прогресса
Великий писатель Станислав Лем известен, как автор потрясающих фантастических произведений. Но начинал он достаточно стандартно, писал о светлом будущем человечества. В 1951 году вышел его первый фантастический роман «Астронавты». Герои романа летят на Венеру в поисках инопланетной цивилизации. Но цивилизация погибла в ходе ядерной войны, и астронавты обнаруживают там только её материальные следы. Первым из таких следов оказывается бакелит, искусственная пластическая масса, из которой на Земле, по словам автора, делают пресс-папье или «вечные ручки».
Характерно, что молодой писатель-фантаст, живописуя будущее, начало 21-го века, когда человечество овладело термоядерной энергией и смело изменяет климат (Грета Тунберг, где ты, ау!), предполагает, что люди по-прежнему будут пользоваться для письма чернилами. Поскольку коммунизм уже построен во всемирном масштабе, у каждого жителя земли в кармане будет не «бѝро», не дешёвый одноразовый «бик», но обязательно солидный «паркер». Так что никак не обойтись без пресс-папье!
Не менее характерно, что бакелит, который герой романа обнаруживает при первой же посадке на поверхность Венеры, является верным показателем цивилизации. Ведь бакелит в природе не встречается, это плод рук человека. Фактически именно с бакелита на планете Земля началась эра пластических масс.
Предыстория
В 1872 году известный химик-органик Адольф фон Байер описал химическую реакцию между фенолом и формальдегидом. Реакция происходила бурно, с выделением тепла, а в результате образовывалось смолоподобное вещество, не растворимое ни в каких известных растворителях. Поэтому определение его химического состава требовало от химиков значительных усилий.
К тому времени у Байера был солидный научный багаж. Например, в 1866 году он синтезировал один из первых искусственных красителей, синюю краску индиго. (Первый искусственный краситель пурпурного цвета за десять лет до этого получил Уильям Перкин). Это привело к появлению целой новой отрасли химической промышленности, производства красителей. Байер был одним из основателей органической химии, и в этом качестве в 1905 году его удостоили Нобелевской премии по химии.
Поэтому Байер не стал подробно заниматься открытой им реакцией и исследовать продукт этой реакции, который он пренебрежительно назвал «слизью».
Однако некоторые учёные, не столь знаменитые, как Байер пытались исследовать это вещество и найти ему применение. Они производили реакцию между фенолом и формальдегидом в присутствии других веществ, а также пытались растворить пресловутую «слизь» в различных растворителях. Имели ли эти усилия научную или практическую ценность. Конечно! Исследуя фенолформальдегидную смолу, химики пытались найти замену шеллаку, который в то время использовали в электротехнике для изоляции проводов. Шеллак был естественным продуктом, экскрементами мелких червячков, живущих на растениях в субтропических и тропических лесах Индии и Юго-Восточной Азии, и, конечно, стоил очень дорого.
Итак, было ясно, что если будет найден способ производства термостойкого изолятора, то первым потребителем на него будет электротехническая отрасль. Но до 1907 года никому не удавалось ни выяснить состав феенол-формальдегидной смолы, ни сделать её способной к какой-либо обработке. Впервые это удалось Лео Бакеланду (Leo Hendric Baekeland; 1863 — 1944).
Путь Бакеланда
Лео Хендрик Бакеланд был уроженцем фламандского города Гента в Бельгии. Он отлично учился в городской школе, а затем также с отличием закончил городскую Техническую школу. За отличные успехи он получил стипендию для обучения в Гентском университете. Это было время, когда молодой человек из семьи со средним достатком не только имел возможность получить высшее образование, но при наличии способностей и прилежания вполне мог рассчитывать на академическую карьеру. Лео Бакеланд воспользовался этим социальным лифтом. В 1884 году, то есть в возрасте 21 года он с отличием закончил университет и стал доктором наук.
В университете Лео Бакеланд специализировался на химии, занимаясь наиболее многообещающими её областями. Но молодой человек не был чужд и обычной жизни. В августе 1889 года, вскоре после того, как он стал профессором Гентского университета, Лео Бакеланд женился на дочери заведующего кафедрой химии Селин Суортс. Брак этот оказался в высшей степени счастливым. Молодые люди поженились 8 августа 1889 года, и их брак оказался чрезвычайно счастливым. До конца жизни Лео Бакеланд считал самым большим подарком судьбы свою супругу, помощницу и вдохновительницу. В конце 1889 года он вместе с молодой женой отправился в США.
Организация науки за океаном была совсем другой, нежели в Европе, и Бакеланд решил уйти от академической карьеры, чтобы внедрять в химическую промышленность свои плодотворные идеи.
Фотобумага
Расчёт оправдался, хотя и не сразу. Бакеланд, увлекавшийся в юности фотографией, организовал небольшую компанию по производству фотографической бумаги и реактивов для фотографов-любителей.
Дело в том, что существовавшая тогда фотобумага имела слабую светочувствительность. Поэтому единственный способ получения отпечатков был контактным. Фотобумагу прикладывали к стеклянной пластинке с негативом и выставляли на яркое солнце. Время экспозиции составляло несколько минут!
Бакеланд придумал фотобумагу высокой чувствительности «Velox», которая сократила время экспозиции до нескольких секунд и позволила обходиться при печати позитивов электрическим источником света. Как следствие, появились фотоувеличители для проекционной фотопечати, а значит стало возможным увеличивать размер фотографий. Новая фотобумага стала популярной, и компания Бакеланда стала приносить прибыль. А спустя десять лет, в 1899 году, Бакеланд продал своё изобретение компании «Eastman Kodak» за высокую цену. Что это, как не стартап 19-го века! Теперь у Лео были деньги для воплощения новых идей, которые в изобилии роились в его голове. Изобретателю было всего 35 лет, самый плодотворный возраст.
Электрохимия
В 1902 году был изобретен способ получения каустической соды (гидроксида натрия NaOH) из соли с помощью электролиза. Этот метод конкурировал с известным химическим методом получения каустической соды из соли, который в 1872 году придумал бельгийский химик и предприниматель Эрнест Гастон Сольве (Ernest Gaston Joseph Solvay; 1838 —1922). Для осуществления этого способа требовалось много электроэнергии, поэтому электрохимическое предприятие по производству каустика решили строить рядом с Ниагарским водопадом, где уже имелась гидроэлектростанция. Работу Бакеланда в новой компании можно было бы сейчас назвать пред промышленными исследованиями, благодаря которым удалось масштабировать лабораторный процесс электролиза до крупного промышленного производства и даже повысить мощность предприятия по сравнению с той, которая была запланирована. Естественно, что за эту работу Бакеланду хорошо заплатили. Финансовое положение учёного улучшилось, что позволило ему обратить внимание на очередную научную и практическую проблему.
Бакелит
В начале 20-го века получила своё развитие новая отрасль химической науки, физическая химия. Идея, лежащая в её основе, была простая: изменение давления позволяет контролировать течение химической реакции так же, как изменение температуры. Простая эта идея оказалась очень продуктивной. Например, она произвела переворот в нефтехимической промышленности. В установках высокого давления стало возможным производить из сырой нефти более лёгкие углеводороды: соляр, керосин и бензин. Двигатели внутреннего сгорания только появлялись, а топливо для них уже было готово!
Бакеланд применил физическую химию к процессу производства фенолформальдегидной смолы. Оказалось, что соединение фенола с формальдегидом под высоким давлением шло менее бурно, чем при обычном давлении. В результате появилась возможность контролировать эту реакцию. Бакеланд разработал герметичный автоклав, который без лишней скромности назвал «бакелизатором». Бакелизатор позволял регулировать давление и температуру реакции. Наблюдая ход реакции при высоком давлении, Бакеланд обнаружил, что реакция образования фенолформальдегидной смолы происходит в три этапа, и изменяя химические условия на каждом из этапов, он смог вместо презренной чёрной «слизи» получить смолу благородного янтарного цвета, которую назвал по своей фамилии «бакелитом». К чему скромность, господа, когда сделано великое открытие?
Эта сказка быстро сказывается, но открытие бакелита потребовало от Лео Бакеланда пяти лет сложного и творческого труда. 14 июля 1907 года Бакеланд запатентовал результаты этого труда в США и в Германии одновременно. 5 февраля 1909 года бакелит был представлен мировому химическому сообществу и журналистам и начал свой триумфальный марш по планете.
Путь бакелита
В 1910 году производство бакелита началось одновременно в Германии и в США. Ценная пластмасса производилась из фенола, вещества, считавшегося отходом производства кокса или светильного газа. В результате, производство бакелита было очень выгодным. Полномасштабное производство фенолформальдегидных смол началось в 1911 году. Главным заказчиком была развивающаяся электротехническая промышленность.
В годы Первой мировой войны применение бакелита расширилось во много раз. Бакелит, как огнеупорный материал, начали применять в системе зажигания автомобилей, из него также изготавливали гильзы снарядов. Из лёгкого, прочного и хорошо обрабатываемого бакелита делали даже винты самолетов. Поскольку фенол применяли для изготовления взрывчатки, научились делать бакелит на основе крезола, во многом аналогичного фенолу.
Бакелит и его создатель получили мировую известность. 22 сентября 1924 года фотография Лео Бакеланда, как человека месяца, была помещена на обложке журнала «Time». В статье, посвящённой Бакеланду его изобретение было названо материалом тысячи применений. Товарный знак фирмы «Bakelite», в котором был размещён символ бесконечности, перевёрнутая на бок восьмёрка, намекал даже на большее.
Бакелит оказался не только функциональным, но и достаточно красивым материалом; его можно было окрашивать в различные цвета. Бакелитовые украшения стоили недорого и стали популярными «фенечками» у бедного и даже у среднего класса.
Дизайнеры успешно вводили бакелитовые детали в архитектуру и конструирование. Компания «Parker» начала выпуск пишущих ручек из бакелита. Герой романа С. Лема, о котором было написано в начале этого рассказа, вспоминает именно о таких ручках. В качестве рекламного трюка с 23 этажа небоскрёба на Пятой авеню в Нью-Йорке выбросили несколько бакелитовых авторучек в бакелитовом же пенале. Люди, нашедшие ручки на мостовой, могли их взять себе бесплатно. В случае, если ручка оказывалась разбитой или неисправной, компания обязывалась безвозмездно заменить их на такие же исправные. Ни одной рекламации не было. Даже пеналы для ручек не потребовалось заменять!
С 1927 года, когда истек срок действия патентов Бакеланда, на рынке появились другие производители, а бакелит начал продаваться под множеством других торговых марок. Но появились и другие пластмассы с самыми разнообразными свойствами. Эра пластмасс наступила!
В 1939 году Лео Бакеланд продал свою компанию «Bakelite» компании «Union Carbide» и ушел из бизнеса.
