Научно-популярные статьи о технике: читать книгу онлайн полностью и бесплатно

В. Мейеров. Инженер

ЛИЛОВЫЙ, ЗОЛОТОЙ, БАГРЯНЫЙ

Паруса Клеопатры

До тех пор люди применяли только природные красящие вещества. Добывать их научились еще в Древнем Египте. Кампешевое дерево и корни марены, сок акации и ягоды черники, цветы шафрана и резеды — вот что было источником красителей. Даже из высушенных тел насекомых кошенили получали красивый алый краситель кармин.

Знаменитый красный краситель древности — античный пурпур добывали из специальных желез особых морских моллюсков — багрянок. Доставался он очень дорогой ценой. Чтобы получить всего один грамм красителя, надо было достать из морских глубин несколько десятков тысяч раковин. Зато и ценился пурпур буквально на вес золота. Знаменитый оратор и политический деятель Цицерон, занимавший должность первого консула, носил дважды окрашенные пурпуром одежды в честь признания его выдающихся заслуг. А легендарная египетская царица Клеопатра, огромные богатства которой давали ей право на самые безрассудные поступки, в один прекрасный день приказала выкрасить пурпуром паруса своих кораблей. Один такой парус стоил увесистого золотого слитка.

История красителей хранит много интересных событий, порой курьезных, а порой и драматических. В средние века между Италией и Швейцарией даже разразилась настоящая война из-за нескольких десятков килограммов красителя шафрана.

Богата событиями история индиго — «короля» красителей. С древних пор его добывали из стеблей и листьев растения индигоферы, произрастающего в тропических странах Азии. В Европу индиго в VIII веке завезли арабские купцы, но против него дружно восстали европейские красильщики. Они красили ткани в синий цвет соком растения вайды, часто встречавшегося но берегам рек, и заморский краситель был им не нужен. В германских городах индиго при поддержке церкви объявили «новоизобретенной мошеннической едкой и разрушительной краской, называемой также дьявольской краской». Кое-где красильщики вынуждены были ежегодно давать обет не применять индиго под угрозой смертной казни. Но, несмотря на препятствия, король красителей со временем занял подобающее ему место. А в конце прошлого века вокруг индиго вновь разгорелись страсти. Немецкий химик Адольф Байер после упорных пятнадцатилетних исследований установил строение индиго и в 1882 году получил его искусственным путем. Поначалу синтетический индиго был дорогим, но уже в первые годы нашего столетия искусственный краситель стал почти в три раза дешевле натурального. Потерпевшие крах торговцы природным индиго пытались было опять с помощью церкви обрушиться теперь уже на синтетический краситель. Но проклятьями прогресса науки не остановишь. А индиго производится в больших количествах и по сей день. Особенно высоким спросом он пользуется в последнее десятилетие как лучший краситель для джинсовых тканей.

«Я раскрашу целый свет…»

В относительно короткое время синтетические красители практически полностью вытеснили натуральные. Число их росло очень быстро и сейчас значительно превышает 10 тысяч. По своим свойствам они превосходят природные, стоят значительно дешевле, да и получать их гораздо проще. Основным сырьем для производства красителей служат продукты переработки нефти и коксования каменного угля. Исторически первые синтетические красители были получены из анилина, и со временем за ними так и осталось название анилиновых, а отрасль химической промышленности, выпускающая красители, называется анилинокрасочной.

Все, что надето на вас, вплоть до пуговиц и шнурков ботинок окрашено синтетическими красителями. А что окружает вас в квартире? Мебель, шторы на окнах и обои на стенах, всевозможные изделия из пластмасс, кожаные и резиновые вещи, детские игрушки — цвет всем этим столь разным предметам тоже дают синтетические красители. Благодаря им мы смотрим цветные кинофильмы, читаем книги и журналы с яркими иллюстрациями, пишем шариковыми ручками и фломастерами всех цветов.

Как видите, окрашивать приходится очень разные по своим свойствам материалы. И каждый материал требует особенных, только для него пригодных методов крашения.

А для того чтобы покрасить кожу, нужна сложная предварительная обработка. Сначала кожу несколько дней выдерживают в растворе извести в смеси с сернистым натрием для удаления волосяного покрова. После этого специальным составом производят ее обеззоливанне и смягчение. Потом кожу дубят, чтобы она стала прочной и пластичной, приобрела водоотталкивающие и противогнилостные свойства. Только после этого кожу красят в нужный цвет.

Очень интересно происходит процесс крашения изделий из анодированного алюминия. Сначала собирают электрическую цепь, в которой окрашиваемая алюминиевая пластинка служит анодом. Анод и катод опускают в разбавленную серную кислоту и начинают пропускать определенной силы электрический ток. При этом на поверхности алюминия образуется окисная пленка, которая легко окрашивается красителями. После крашения проводят процесс электрохимической полировки, в результате которого пленка затягивается и в дальнейшем не подвергается внешним воздействиям.

Большинство производимых красителей идет в текстильную промышленность для крашения тканей. При этом для различных тканей нужны разные красители: одними красят шерсть, другими хлопчатобумажные ткани, третьими — ткани из различных синтетических волокон. Но ко всем этим красителям предъявляется одно и то же требование — давать окраску не только красивую, но и прочную. А это значит, что окраска не должна выгорать на солнце и портиться при глажении ткани утюгом, линять при стирке и оставлять следы при трении на белой ткани. Значит, краситель должен быть прочно связан с тканью. Большинство красителей удерживается на ткани за счет сил притяжения между их молекулами и волокнами ткани. Если эти силы окажутся недостаточно прочными, то окраска будет линять при стирке или во время дождя. Гораздо более прочную окраску дают недавно открытые активные красители. В их молекулах есть активная группа, которая при крашении отщепляется. При этом между красителем и волокном ткани возникает прочная химическая связь.

Для получения тканей с рисунком применяют специальные печатные машины. Способ нанесения рисунка зависит от его особенностей. Допустим, нужна ткань с таким рисунком — по белому полю разбросаны синие цветы. Окраску получают при помощи прямой печати, нанося рисунок на белую ткань. А если необходима обратная картина — белые цветы на синем фоне? В этом случае берут уже окрашенную однотонную синюю ткань и специальным составом вытравляют на ней рисунок. Вытравной состав может содержать краситель какого-нибудь другого цвета, например желтый. Тогда мы получим синюю ткань с желтыми цветами. Для получения более сложных узоров применяют резервную печать. Определенные участки на ткани предварительно покрывают резервирующим веществом, и при нанесении красителя они уже не окрашиваются. Совсем недавно появился еще один интересный способ получения сложного узора на ткани переводная печать. Рисунок получают почти так же, как на детских переводных картинках. Сначала он наносится на бумагу, потом в определенных условиях бумагу совмещают с тканью — и краситель переходит на ткань. Так можно получить многоцветный и очень тонкий рисунок, мало чем уступающий книжным иллюстрациям.

Крашение тканей относится к древнейшим ремеслам человека. Издавна оно считалось «черным» ремеслом. Проводили крашение в открытых чанах, неприятный запах от которых разносился на десятки метров от красилен. Во многих городах красильщиков вообще изгоняли куда-нибудь подальше от жилья. Резко изменилась эта картина в наши дни. Современные текстильные фабрики — это хорошо оснащенные различным технологическим оборудованием предприятия. На многих из них применяются автоматизированные методы непрерывного крашения и печатания тканей. Ничто уже не напоминает о прежнем «черном» ремесле.

До сих пор разговор шел только о цветных красителях. Но ведь наряду с цветными нужны и белые ткани, белая бумага. Для придания белым материалам еще большей белизны в последнее время все тире применяются оптические отбеливатели, или белофоры. С какой целью они понадобились? Чтобы ответить на этот вопрос, давайте вспомним, что такое белый цвет. Любое тело кажется нам белым только тогда, когда оно не поглощает лучей видимой части света, а только отражает их. Если же тело поглощает хотя бы какие-нибудь видимые лучи, то оно кажется нам окрашенным. Цвет его будет зависеть от того, какие именно лучи оно поглощает. Вы, наверное, обращали внимание на то, что белая бумага, долго находившаяся на солнце, приобретает желтоватый оттенок. Это происходит потому, что под действием солнечного света в структуре бумаги происходят изменения, и она частично начинает поглощать видимые синие лучи. То же самое происходит и с белым бельем после стирки. Вот тут-то и придут на помощь белофоры! По своему строению это обычные красители. Но молекулы их обладают очень интересным свойством. Очи поглощают невидимые глазом ультрафиолетовые лучи и преобразуют их в лучи видимые. И как раз в такие, поглощение которых вызывает пожелтение белой ткани или бумаги. Таким образом, обработка белого материала оптическим отбеливателем предотвращает появление у него неприятного желтого оттенка. Да и сам материал после такой обработки будет выглядеть значительно белее, чем он есть на самом деле.

С заданными свойствами

В народной медицине с давних пор многие природные красители применяли как лекарства. Красной червленью лечили коклюш у детей и заболевания почек у взрослых. Другие красители помогали при головной боли, болезнях сердца, бессоннице. Вскоре после того, как были открыты синтетические красители, оказалось, что многие из них тоже обладают лекарственным действием. Сейчас красители применяются в таких различных областях медицины, как лечение малярии и кожных заболеваний, для остановки кровотечений и дезинфекции. Кому из нас в детстве не мазали зеленкой разбитые коленки!

В последние годы химики, заняты поиском таких красителей, которые одновременно сочетали бы в себе лекарственные или другие полезные свойства с красящей способностью. Несколько таких красителей с заданными свойствами уже получено.

Шерстяные и хлопчатобумажные ткани, оказывается, имеют злейших врагов. Это различные микроорганизмы, плесневые грибки и бактерии. При попадании на ткань они могут быстро размножаться, отчего ткань приходит в негодность — гниет, теряет прочность. Этот приносящий огромный вред процесс по аналогии с коррозией металлов называется биологической коррозией. Особенно страдают от нее ткани, находящиеся в тропических условиях при высокой температуре и влажности воздуха, то есть в самых благоприятных условиях для размножения микроорганизмов. Для защиты от биологической коррозии ткани пропитывают специальными антимикробными препаратами. Однако такая пропитка часто связана с рядом неудобств. Гораздо выгоднее и удобнее применять красители, обладающие биозащитными свойствами. Два процесса — крашение и антимикробная пропитка — совмещаются в один. Биозащитные красители для шерстяных тканей промышленностью уже производятся. Не за горами и выпуск таких красителей для хлопчатобумажных тканей, которые подвержены биологической коррозии в гораздо большей степени.

Представьте себе, что ступавшей на пол спички начался пожар. Огонь мгновенно поднялся по шторам — и вот уже вся комната объята пламенем. Быстро погасить такой пожар очень трудно. По скоро на помощь пожарным придут такие красители, которые замедлят время горения ткани с нескольких секунд до нескольких минут. При пожаре, где все решают мгновения, это очень важно.

Получены красители и с другими интересными свойствами. Например, в некоторых оптических приборах применяются красители, изменяющие свой цвет в зависимости от освещенности. Другие красители-хамелеоны очень чувствительны к изменению температуры. Их используют в технике там, где нужно постоянно контролировать температуру, а термометр установить невозможно. Красители находят применение в лазерной и копировально-множительной технике и даже при океанологических исследованиях. Так, загадка теплого атлантического течения Гольфстрим была решена во многом благодаря очень яркому красителю флуоресцину.

А что же стало с природными красителями? Сейчас о них мало кто вспоминает. Правда, природные красители применяются в пищевой промышленности. Так как они абсолютно безвредны для человека, ими подкрашивают оболочки для сыров, кондитерские изделия, ликеры и фруктовые воды.

В. Липилин

ВОДА — БЕДА, ВОДА — СПАСЕНИЕ

С осени 1891 года Крылов, штабс-капитан по Адмиралтейству, стал полноправным преподавателем в двух ипостасях. В первой он учил кадет и гардемаринов, давая им познания по плоской и сферической тригонометрии, начертательной и аналитической геометрии, дифференциальному и интегральному исчислению. Слушателям академии он читал курс теории корабля и вел практические занятия по математике.

Не за горами было и утверждение в профессорском звании, оно подтверждалось и практическими работами, и ценными теоретическими трудами. Но и самому претенденту, и специалистам-ученым было очевидно, что занятие кафедры — далеко не предел.

Научно-технические интересы Крылова конкретизировались; ученый, в частности, приступил к исследованиям, чтобы ответить на вопросы: чем вызывается опасный размах качки корабля, какие параметры тех или иных частей корабля наиболее подходящи для его жизнеобеспечения, как действует качка, боковая и килевая, на его части и, наконец, что есть качка во всех ее технических аспектах?

Из этих и многих других ответов на жизненно важные вопросы рождалась неумирающая крыловская «Теория корабля». Рождалась стремительно, поражая единством теории и практики, прямой зависимостью создания корабля от математики, то есть утверждая кораблестроение как точную науку. Свойства и качества корабля, все без исключения, должны рассматриваться и определяться при его проектировании. Какие же прежде всего?

Плавучесть, то есть способность корабля находиться на воде; остойчивость — способность вернуться из критического положения, вызываемого какими-либо силами, в состояние равновесия на волне; маневренность или поворотливость, то есть способность изменять курс по повороту руля; ходкость — способность идти с заданной скоростью; килевая качка — раскачивание с носа на корму; бортовая качка, то есть переваливание корабля с борта на борт.

Какие явления происходят при волнении на воде в корпусе корабля?