«Нить истории»

С незапамятных времен текстиль служит двигателем прогресса. Машины, облегчающие ручной труд, появились из-за потребности в пряже. Химия началась с окрашивания и отделки тканей. И даже истоки двоичного кода можно найти в ткачестве. В книге «Нить истории: Как прялка, веретено и ткацкий станок помогли построить цивилизацию» (издательство «Альпина нон-фикшн»), переведенной на русский язык Ильей Кригером, журналистка Вирджиния Пострел рассказывает историю текстильной индустрии, которая в том числе стимулировала важнейшие научные открытия. Предлагаем вам ознакомиться с фрагментом, посвященным синтезу полимеров и первым коммерческим синтетическим тканям.

Изобретатели

Важные усовершенствования и инновации в одежде для завтрашнего мира будут заключаться в самих тканях.
Раймон Лоуи. Vogue, 1 февраля 1939 года

Уоллес Карозерс не ожидал получить ни новое волокно, ни тем более совершенно новый тип материалов. Он пытался разрешить научный спор.

Карозерс — любитель музыки и страстный книголюб — был прежде всего преданным своему делу химиком, стремившимся ответить на фундаментальные вопросы материаловедения. В 1924 году, будучи аспирантом, он опубликовал дерзкую статью, в которой применил к органическим молекулам новаторскую атомную модель Нильса Бора. Работа оказалась настолько противоречивой, что эксперты-рецензенты не могли решить, принимать ли ее к публикации. Впоследствии эту статью стали считать классической.

В 1927 году Карозерс, посвятивший себя фундаментальной науке и не имевший ни способностей к бизнесу, ни интереса к инженерному делу, неожиданно ощутил, что привлекает к себе пристальное внимание промышленников. Химическая компания DuPont организовывала лабораторию фундаментальных исследований, и 31-однолетнему преподавателю из Гарварда предложили возглавить отдел органической химии. Карозерс отнесся к начинанию с энтузиазмом, но, несмотря на обещанные компанией большие деньги, умелых ассистентов и возможность изучать все, что ему по душе, отклонил предложение. Университет, объяснил он, лучше подходит для его характера. «Я страдаю от ухудшающих способности невротических приступов, которые могут создать гораздо более серьезные препятствия, чем здесь», — написал он вербовщикам из DuPont.

Через несколько месяцев они вернулись с предложением увеличить зарплату. В этот раз Карозерс согласился. Но передумать его заставили не деньги (хотя они всегда кстати для человека молодого): он нашел любопытную научную проблему, которая, по его мнению, соответствовала коммерческим интересам нового работодателя: что такое полимеры?

Отвечая на этот вопрос, Карозерс не ограничится удовлетворением собственного любопытства: он спровоцирует крупнейшую после появления керамики и металлургии революцию материалов. Исследования Карозерса — пример того, что историк экономики Джоэль Мокир (писавший о первоначальном этапе технического прогресса) назвал «промышленным Просвещением». Как правило, фундаментальная наука и практика добиваются наибольшего успеха — и чаще всего изменяют структуры повседневности — тогда, когда они дополняют друг друга. Взаимодействие дает тем, кто занимается чистой наукой, новые инструменты и ставит перед ними новые вопросы — и одновременно подсказывает изобретателям, инженерам и предпринимателям, на чем стоит сосредоточиться. «Молодой гарвардский химик мог никогда не обратить внимания на полимеры и не наметил бы новую программу исследований без навязчивости DuPont и без постоянных контактов с ним поздней осенью 1927 года», — указывает историк науки.

На протяжении истории желание человека получить ткань все лучшего качества и во все большем количестве подталкивало прогресс и породило много нового: от искусственно улучшенного тутового шелкопряда до «умных» вязальных машин, от приводного ремня до векселей. Повсеместное распространение текстиля (и доходы от изготовления и продажи тканей) усиливают его влияние. Он стимулирует воображение ученых и изобретателей, инвесторов и предпринимателей, корыстолюбцев и идеалистов. Измените текстиль — и вы измените мир.

***

К концу 1920-х годов специалисты по органической химии поняли, что «кирпичики», из которых сложены общераспространенные натуральные вещества (белки, целлюлоза, каучук, крахмал и так далее, в том числе волокна растительного и животного происхождения), гораздо крупнее других молекул, с которыми ученые прежде имели дело. При этом полимеры представляли собой загадку. Большинство химиков считали эти странные материалы не самостоятельными соединениями, а агломератами меньших по размеру молекул, которые удерживает вместе неизвестная пока еще сила.

Герман Штаудингер считал иначе. Немецкий химик утверждал, что полимеры — это настоящие макромолекулы и они в тысячи раз крупнее тех, с которыми привыкли работать химики. Когда в 1926 году он изложил свою теорию, присутствовавшие на заседании специалисты по органической химии изумились. «Мы были поражены, как были бы поражены зоологи, если бы им сказали, что в Африке найден слон 1500 футов [457 метров] в длину и 300 футов [91 метр] в высоту», — вспоминал один из них. Увы, у Штаудингера почти не нашлось фактических данных в доказательство своих слов.

Карозерс, считавший, что Штаудингер прав, занялся их поисками. Первым шагом стало получение с помощью кислот и спиртов макромолекул крупнее всех синтезированных — сложноэфирных соединений. Снова и снова повторяя опыты, группа из DuPont строила длинные цепи — первые полиэфиры (polyesters); однако это не то соединение, которое мы теперь знаем под названием «полиэстер». Новые молекулы побили рекорд длины, но ученые по-прежнему не могли добиться молекулярной массы полимера в 6000 (это гораздо меньше, чем у многих биологических веществ). В сущности, Штаудингер мог и ошибиться.

И тогда Карозерс устроил «мозговую атаку». Кроме полиэфиров продуктом реакций оказывалась вода. Что, если их компоненты образуют связи с участками цепочек полиэфира, отрывают их и восстанавливают кислоты и спирты? Требовалось удалить абсолютно всю воду.

Карозерс приобрел капризное новое оборудование — аппарат молекулярной дистилляции. С его помощью помощник Карозерса Джулиан Хилл сумел удалить воду, выпаривая ее в вакууме и собирая охлажденный пар конденсатором. Процесс занял несколько дней, однако Хилл в итоге получил прочный эластичный полимер, сохранявший при плавлении чрезвычайную вязкость: это говорило о большой молекулярной массе. Хилл прикоснулся к полимеру стеклянной палочкой, и случилось странное. «Там была гирлянда волокон», — вспоминал он.

Карозерс не присутствовал в лаборатории в исторический момент, когда Хилл и другие стали вытягивать нить, опутывая ею коридоры и восторгаясь новым материалом. Блестящие, мягкие, пластичные и крепкие нити напоминали шелк. Новое вещество с молекулярной массой более 12 000 представляло собой длинную цепь сложных эфиров, образованную одинарной химической связью. Карозерс и его коллеги подтвердили правоту Штаудингера.

В июне 1931 года Карозерс напечатал эпохальную статью (незатейливо названную «Полимеризация») и показал, что полимеры — это нормальные молекулы исключительной длины, теоретически — бесконечной. Он подробно объяснил методы синтезирования макромолекул и предложил понятийный аппарат. Одной-единственной публикацией 35-летний Карозерс открыл новую область — полимероведение. «После этой статьи, — отметил Карл Марвел, также видный ученый, — тайна химии полимеров вполне разъяснилась и люди с талантами поскромнее получили возможность внести в эту сферу достойную лепту».

В сентябре 1931 года на ежегодной конференции Американского химического общества Карозерс и Хилл объявили о получении первого в мире целиком синтетического волокна. Газета The New York Times объявила «синтетический шелк » «новой вехой в прогрессе химии». Открытие в первую очередь имело научное значение и воодушевляло, а его коммерческие перспективы оставались неясными. Полиэфир плавился при слишком низкой температуре и не годился для текстиля. Начались попытки получить более прочный полимер, пользуясь вместо сложных эфиров амидами. Карозерс занялся другими вопросами.

Увы, на его независимости начал сказываться усиливающийся экономический спад. DuPont требовал возмещения затрат на научные исследования, и глава компании счел, что волокно — именно то, что нужно. «Уоллес! Если бы вы только смогли получить что-нибудь с лучшими свойствами, с более высокой температурой плавления, нерастворимое, с высоким разрывным сопротивлением, то получили бы волокно нового типа, — напомнил он своему ведущему сотруднику. — Посмотрите, нельзя ли что-нибудь найти. Вы ведь имеете дело с полиамидами, а шерсть как раз полиамид».

С начала 1934 года Карозерс оставил свою любимую чистую науку и занялся получением такого полиамида, который выдержал бы воздействие горячей воды и моющего средства на безводной основе. Через несколько месяцев методичных опытов лаборатория добилась первого успеха: удалось получить похожую на шелк нить, соответствующую обоим требованиям. Дальнейшие опыты позволили синтезировать это вещество из бензола, имеющегося в изобилии продукта перегонки угля, и, таким образом, удешевить новое волокно. К концу 1935 года к испытаниям была готова нейлоновая пряжа.

Через три года она появилась на рынке, но не в виде текстиля, а как щетина зубной щетки Dr. West’s Miracle-Tuft. Реклама обещала, что новая щетка с чистой, белой, однородной и плотной искусственной щетиной «навсегда покончит с неудобствами, вызываемыми щетиной из волос животных». Забудьте о размочаленной, набухшей, выпадающей щетине! Представляя публике чудо-волокно, руководители DuPont назвали нейлон сделанным из «угля, воздуха и воды» и объявили, что одной из первых сфер, где инновация найдет применение, станет производство женских чулок.

Презентация состоялась на Всемирной выставке в Нью-Йорке в 1939 году, где в павильоне DuPont состоялся показ, в ходе которого манекенщица продемонстрировала нейлоновые чулки. Когда в октябре в продажу поступили первые пар, их моментально раскупили, и через два года нейлоновые изделия составляли 30 процентов рынка. Правда, вскоре компании, обещавшей в рекламе, что нейлон, в отличие от шелка, неуязвим перед затяжками, пришлось, слегка разочаровав публику, признать, что новые чулки все-таки дают стрелки. Даже у чудо-волокна есть предел прочности.

Вторая мировая война на время лишила потребителей изделий из нейлона. Из него стали изготавливать парашюты, тросы для буксировки (десантных) планеров, шинный корд, москитные сетки и бронекуртки (для летчиков). Союзные десантные войска, выброшенные над Нормандией, пользовались нейлоновыми парашютами. Кто-то — вероятно, сообразительный пиарщик DuPont — назвал новый синтетический материал «волокном, которое выиграло войну».

Нейлон стал лишь отправной точкой. Английский химик Рекс Уинфилд давно мечтал открыть синтетическое волокно и с 1923 года периодически возвращался к этой проблеме. Когда Карозерс опубликовал свои результаты, Уинфилд понял, что получил ключ, и в 1940 году с ассистентом Джеймсом Диксоном приступил к синтезу собственного сложного эфира. В качестве компонента Уинфилд выбрал «менее известную и долгое время игнорируемую» терефталевую кислоту, предполагая, что ее большая молекулярная симметрия даст лучший результат, нежели опыты Карозерса с полиэфиром. В начале следующего года появилось волокно из «совершенно бесцветного полимера», названного Уинфилдом териленом. Его химическое название — полиэтилентерефталат. Теперь мы обычно называем этот материал полиэстером. Это самое популярное в мире текстильное волокно, обошедшее даже хлопок.

Карозерс не успел увидеть ни триумф нейлона, ни изменяющее мир влияние своего труда. 29 апреля 1937 года депрессия, одолевавшая ученого всю жизнь, победила. Рано утром он поселился в гостинице, разломал капсулу с цианидом, которую носил еще со времен учебы в аспирантуре, смешал яд с лимонным соком и выпил. Ему был 41 год.

Всего за тринадцать лет своей научной карьеры Карозерс совершил переворот в органической химии и изменил ткань повседневности. Современники немедленно признали важность его достижения.

В феврале 1939 года журнал Vogue, вдохновленный приближающейся Всемирной выставкой в Нью-Йорке, предложил девятерым промышленным дизайнерам представить, что и почему могут носить люди «далекого завтрашнего дня». Кое-какие из этих моделей вы могли видеть в интернете, например вечернее платье с открытым взорам сетчатым верхом и размещенными в стратегически важных местах спиралями из золотого позумента или мешковатый мужской комбинезон с разгрузочным поясом и рамочной антенной. В соцсетях время от времени всплывает ролик с моделями и отпускающим вымученные шутки манерным комментатором («О, шикарно!»). Глупые костюмы всегда годятся для самодовольных усмешек. Ну что за придурки эти горе-предсказатели!

Глумление несправедливо. Дизайнеры, рассуждавшие об управляемом микроклимате, большем обнажении и стремлении к атлетичности, более частых путешествиях и упрощении гардероба, угадали многие тенденции. Кроме того, наблюдателю неясно, что именно делало эти фасоны фантастическими. Иллюстрации не передают самое примечательное: здесь использованы новые ткани. Все дизайнеры говорили о прогрессе текстиля. Они знали, что начинается новая волна открытий, и предвидели иные. Волокна XX века (как прежде красители) будут добывать не в природе, а в лаборатории. Как и тогда, кое-кому это принесет очень много денег. И снова изменится качество повседневной жизни.

Следующие несколько десятилетий ткани продолжали играть заметную роль в научном прогрессе и промышленном развитии. Они относились к сфере высоких технологий и влияли на моду и дизайн интерьеров космического века. Ткани избавили женщин от домашней каторги. «Занавеси, которые можно сушить прямо на карнизе, униформа, которую не нужно гладить, и свитера, которые можно стирать, не опасаясь, что они сядут, уменьшили тяготы домашней работы», — отмечает историк бизнеса. Когда в 1970-х годах на работу устроились множество американок, они надели не требующие особенного ухода полиэстеровые брючные костюмы. К 1980-м годам, однако, тенденция изменилась. Синтетические волокна перестали быть в новинку и напрочь вышли из моды. «Бедолага полиэстер, — сокрушался колумнист The Wall Street Journal. — Люди устали от него».

Со временем синтетические ткани улучшились: стали мягче и в большей степени воздухопроницаемыми, на них реже появляются затяжки, они меньше скатываются, текстиль теперь разнообразнее на взгляд и на ощупь. Современные дождевик, рубашка или лосины привели бы в восхищение человека из 1939-го или даже из 1979 года, но мы теперь просто ожидаем, что эти вещи выполнят свою функцию. Постепенные улучшения, устраняющие складки, делающие наши худи «дышащими» или продлевающие жизнь мебельной обивке, малозаметны. Впитывающие пот футболки и эластичные брюки для йоги не привлекают столько внимания, сколько привлекали нейлоновые чулки. Успех изобретателей искусственных тканей заслонил сами их достижения.

Подробнее читайте:
Пострел, В. Нить истории: Как прялка, веретено и ткацкий станок помогли построить цивилизацию / Вирджиния Пострел ; Пер. с англ. [Ильи Кригера] — М. : Альпина нон-фикшн, 2023. — 406 с.