Воск из мезозоя

При слове «воск» мы в первую очередь представляем пчелиные соты. Специалист кроме воска пчелиного назовет еще воск шерстяной (или ланолин), который получают, промывая овечью шерсть, и спермацет — его добывают из спермацетового масла кашалотов. Это воски животные. Есть и воски растительные — карнаубский, канделильский, пальмовый и льняной.

Вещество, о котором мы хотим рассказать, тоже относится к воскам. Называют его по-разному. Производственники говорят «горный воск». Синонимы: монтанвоск, монтвиный воск, буроугольный воск, торфяной воск. Ни одно из этих словосочетаний не является основным, и более, того, дотошный читатель легко обнаружит, что ни в Большой Советской, ни в Краткой химической энциклопедиях таких статей нет. Правда, заглянув в пятый том КХЭ, в статье «Бурые угли» можно прочитать, что «выделенные из буроугольных битумов воски... называются горным воском (монтанвоск)». Однако в первом же томе той же КХЭ в статье «Воски» читаем, что «к ископаемым воскам относятся горный воск, или озонерит» и что «экстракцией органическими растворителями бурого угля [получают] монтвнный воск».

Озокерит же — вещество, достаточно широко известное, та же КХЭ (том 3) определяет его как минерал из группы нефтяных битумов, генетически связанный с месторождениями парафинистой нефти. Типичный случай терминологической путаницы. Как тут не позавидовать биологам, которые для каждой травинки, букашки или твари придумали по единственному, лишь ей принадлежащему, одинаково понятному биологам-японцам, биологам-голландцам и даже биологам из племени маори латинскому имени. Скажем, волк может зваться еще и бирюк, и ein Wolf, и un lobo, но он всегда — Canis lupus. А белка, векша или a squirrel — всегда Sciurus vulgaris. Мы остановимся, — надеясь, что терминологические комитеты и комиссии рано или поздно внесут окончательную ясность, — на словосочетании буроугольный воск, то есть воск из бурого угля. Правда, и это не совсем точно, потому что почти такое же вещество получают и из торфа.

То, что ископаемый продукт назван привычным словом «воск», не случайность и не результат чисто внешнего сходства. Дело в том, что в эволюции полезных ископаемых место бурых углей — между торфом и углями каменными. Правда, в отличие от торфа в буром угле мы уже не найдем неразложившихся остатков растений. Но именно органические вещества растений, только растений мезозойской и кайнозойской эпох, стали за миллионы лет бурым углем. А воскоподобные вещества этих растений — кутин, споронин, суберин — за это время превратились в воск.

Восками человек научился пользоваться давно. В древности покрытая воском дощечка заменяла бумагу. Известно, что еще в XII веке мозаичные полы и потолки Равенны полировались пчелиным воском. С XVI века во Франции (а позже и в других странах) стало обязательным натирать воском паркет и деревянные инкрустированные полы. В русском языке даже термин возник: вощеные полы. Мы не знаем, догадывался ли безвестный ремесленник, который первым решил навощить хозяйский пол, что он таким образом не только наводит красоту, но и сохраняет ее для потомков. Ведь воски — прекрасные консерванты. Пчелы, спасая свое жилище от продуктов разложения, мумифицируют трупики всевозможных пчелиных грабителей. Растения, защищаясь от излишней влаги (а возможно, и от грибковых заболеваний), выделяют воск, который тонким налетом покрывает стебли, листья и плоды. Итак, натирая полы, мы обрабатываем их веществами, самой природой предназначенными для защиты органических материалов от внешних воздействий.

Конечно, воски шли не только на паркет. Делали из них всевозможные свечи, разные кремы, политуры. С веками спрос рос, и восков, растительных и животных, перестало хватать. Вот тогда и обратили внимание на то, что воски, выделенные из полезных ископаемых, не только похожи на привычные растительные и животные воски, но и в чем-то их превосходят. Например, буроугольный воск оказался тверже самого твердого из растительных восков — карнаубского.

Итак, буроугольный воск. Вязкая масса, цветом от светло-желтого до темно-коричневого. Плотность его примерно единица, чуть больше, чем у других восков. В Краткой химической энциклопедии так и дается — 1,0. Хотя, по нашим данным, воск несколько плотней: 1,03—1,05. Нет единства мнений и относительно температуры его плавления: по КХЭ — от 72 до 77 °С, нам же представляются более точными цифры 82—87 °С.

По составу буроугольный воск можно условно разделить на три части: собственно воск — примерно 70%, смолы — около 20% и примерно 10% асфальтенов.

Собственно воск состоит на девять десятых из высших жирных кислот (в основном монтановой), сложных эфиров, спиртов; а также кетонов и углеводородов. Наибольшее число комбинаций приходится на соединения с 24, 26, 28 и 30 атомами углерода. В смолы в разных пропорциях входят терпены, производные пинена и — опять-таки — кетоны. Основные компоненты асфальтенов — сложные эфиры восковых спиртов и оксисмоляных кислот, по-видимому, заполимеризовавшихся в соединения с более высоким молекулярным весом.

Надо сказать, состав буроугольного воска очень сложен, меняется от месторождения к месторождению и, как пишут в монографиях, «лишь в конце двадцатых годов был несколько расшифрован». Но и до сих пор о его индивидуальных компонентах известно немного.

Зато хорошо известны физико-химические свойства буроугольного воска: высокая влагостойкость, механическая прочность, способность образовывать твердые блестящие покрытия, стойкость к кислотам, окислителям и другим активным реагентам, способность давать стойкие композиции с парафином, стеарином, пчелиным воском, озокеритом, повышая температуру каплепадения (или плавления) композиций. Кроме. того, у буроугольного воска низкая электропроводность и высокие ретенционные качества, то есть способность удерживать растворитель.

Как же получают буроугольный воск? Бурый уголь крошат в специальных мельницах на куски размером не больше 6 мм и сушат, доводя его влажность примерно до 10%. Высушенная крупка — ее называют сушенкой — по непрерывно движущейся сетке-конвейеру поступает под горячий душ из бензина или смеси бензина с бензолом. Образовавшийся раствор воска концентрируют, а остаток растворителя удаляют острым паром. После этого горячий воск разливают по формам и оставляют застывать.

Полученный экстракт — это еще не чистый воск, а так называемый сырой. Его используют в полиграфической и бумажной промышленности, в производстве лент для пишущих машинок, для литья по выплавляемым моделям, в пиротехнике, в гальванопластике, в стекловаренном производстве, в качестве консистентных смазок для прокатных станов. Новое и перспективное применение сырого буроугольного воска — добавка его в пресс-порошки вместо стеарина и стеарата кальция, получаемых из пищевых продуктов.

Но смолы, входящие в сырой воск, могут и мешать. Например, если в воске, идущем на приготовление картона или грампластинок, смол больше 12—15%, то залипают формы. Из-за избытка смол хуже сплавляются красители с восковыми компонентами. В кабельных изолировочных массах, в различных заливочных пастах смолы не дают воску полностью сочетаться с другими компонентами смесей.

Поэтому часть сырого воска обессмоливают. Есть несколько схем обессмоливания: можно дистиллировать воск водяным паром под вакуумом или же рафинировать азотной или хромовой кислотой. Правда, и в том и в другом случае смолы полностью разрушаются. А это невыгодно: смола, лишняя в воске, может быть использована как ингибитор коррозии, мягчитель резиновых смесей; некоторые смоляные фракции применяют для исследования тканей. Если же измельченный в порошок воск промыть холодным бензолом или смесью бензола с другими растворителями, смола сохраняется и может быть пущена в дело.

Небольшие количества обессмоленного воска применяются самостоятельно (например, для смазки электродвигателей, безостановочная работа которых увеличивается в 3—4 раза), но большая часть его идет на дальнейшую обработку — отбеливание.

Отбеливают буроугольный воск окислами шестивалентного хрома в присутствии серной кислоты. (Кстати, при отбеливании тоже разрушаются смолы, поэтому отбеливают воск после обессмоливания, а не наоборот. Есть и еще одна причина: хром­сульфатные квасцы, продукт отбеливания, ценное сырье для кожевенной промышленности. Если же в воске много смол, квасцы оказываются засоренными органическими примесями.)

Но и это еще не все. Правда, отбеленный воск тоже используют самостоятельно, например, в политурах для пола, но и он считается в основном полупродуктом.

Последний и главный этап обработки буроугольного воска — этерификация двухатомными спиртами. Спирты сшивают молекулы кислот, входящих в воск, попарно, а сам воск становится твердым, хорошо эмульгирует. Называют такой воск модифицированным. Он используется в производстве технических восковых карандашей и пастелей, идет в косметическую промышленность, для изготовления зубных протезов. Но главное его применение — в различных полировочных кремах, пастах и политурах. Воск растворяют в скипидаре или уайт-спирите либо в смеси этих веществ с водой и наносят на полируемую поверхность. Растворитель, высыхая, улетучивается, а буроугольный воск покрывает изделие тонкой, прочной пленкой. Такая пленка, если ее потереть, не только придает изделию блеск, но и, плотно покрывая его, проникая во все поры и неровности, становится надежной защитой от влаги, грязи, коррозии. Таким образом, воски доисторических деревьев, пролежав в земле миллионы лет, возвращаются к своей изначальной работе.

Хотя буроугольный воск и не такой дефицитный продукт, как нефть, на Земле его не так уж много. Не из всякого бурого угля его легко получить. Рентабельными считаются месторождения, в которых содержание воска не ниже 20%. Производят его лишь в четырех странах — ГДР, ФРГ, США и у нас.

В ГДР и в США сейчас выпускают около двадцати марок воска с разным — от 3,5 до 21% — содержанием смолы. В номенклатуре единственного нашего Семеновского завода, к сожалению, лишь одна марка. Если в ГДР каждую партию угля обязательно направляют на анализ и сортируют: что пойдет на экстракцию, а что на топливо,— то у нас пока уголь из одного и того же карьера идет и в экстракторы, и в цех топливных брикетов. А жаль: при хозяйственном подходе буроугольный воск можно превратить в четыре с лишним сотни полезных продуктов, нужных по меньшей мере двадцати отраслям народного хозяйства.

Ю. ПИРУМЯН, С. СЕВЕРИНОВСКИЙ, Московский филиал ВНИИХимпроекта