Сірники. Історія, шляхи модернізації

Сірники протягом багатьох десятиліть були одним з найважливіших елементів людського життя, та і сьогодні відіграють не останню роль у нашому повсякденному житті. Звичайно, чиркаючи сірником об коробку, ми навіть не замислюємося над тим, які хімічні реакції відбуваються в цю мить і скільки винахідливості і сил поклали люди, щоб мати такий зручний засіб добування вогню.

Звичайні сірники, поза сумнівом, належать до найдивовижніших винаходів людського розуму. Щоб переконатися в цьому, достатньо пригадати, скільки зусиль вимагало розведення вогню в колишні часи. Щоправда, від утомливого способу добування вогню тертям наші предки відмовилися ще в давнину. В середні віки з'явилося для цієї мети зручніше пристосування - кресало, але і з ним розпалювання вогню вимагало чималої вправності і зусиль. При ударі сталі об кремінь висікалася іскра, яка потрапляла на трут, просочений селітрою. Трут починав тліти. Приклавши до нього аркуш паперу, стружку або будь-яку іншу розтопку, роздмухували вогонь. Роздмухування іскри було найнеприємнішим моментом у цьому занятті. Але чи можна було обійтися без нього? Хтось придумав умочити суху лучину в розплавлену сірку. В результаті на одному кінчику лучини утворювалася сірчана головка. Коли головку притискували до тліючого труту, вона спалахувала. Від неї спалахувала вся лучина. Так з'явилися перші сірники.

Треба сказати, що протягом усієї своєї попередньої історії люди прагнули одержати вогонь за допомогою механічних дій - тертя або удару. При такому підході сірчаний сірник міг відігравати тільки допоміжну роль, оскільки безпосередньо добути вогонь з його допомогою було не можна, адже він не спалахував ні від удару, ні від тертя. Але наприкінці XVIII століття відомий хімік Бертоле довів, що полум'я може бути результатом хімічної реакції. Зокрема, якщо крапнути сірчаною кислотою на хлорноватистокислий калій (бертолетову сіль), виникне полум'я. Це відкриття дало змогу підійти до проблеми добування вогню зовсім з іншого боку. У різних країнах розпочалися багаторічні дослідження зі створення сірників з кінцем, намазаним тією або іншою хімічною речовиною, здатною займатися за певних умов.

У 1812 році Шапсель винайшов перші сірники, що саморозпалюються, ще вельми недосконалі, проте з їхнью допомогою можна було добути полум'я набагато швидше, ніж за допомогою кресала. Сірники Шапселя були дерев'яними паличками з головкою із суміші сірки, бертолетової солі і кіноварі (остання служила для забарвлення запалювальної маси в красивий червоний колір). У сонячну погоду такий сірник запалювався за допомогою двоопуклої лінзи, а в інших випадках - при зіткненні з крапелькою концентрованої сірчаної кислоти. Ці сірники були дуже дорогі і, крім того, небезпечні, оскільки сірчана кислота розбризкувалася під час займання головки й могла викликати опіки. Зрозуміло, що вони не набули широкого поширення. Практичнішими повинні були стати сірники з головками, що спалахують при легкому терті. Проте сірка не дуже була придатна для цієї мети. Шукали іншу легкозаймисту речовину. І тут звернули увагу на білий фосфор, відкритий 1669 року німецьким алхіміком Брандом.

Фосфор набагато більш горючий, ніж сірка, але і з ним не все відразу вийшло. Спочатку сірники ледве запалювалися, оскільки фосфор вигоряв дуже швидко і не встигав запалити лучину. Тоді його почали наносити поверх головки старого сіркового сірника, припускаючи, що сірка швидше зажевріє від фосфору, ніж деревина. Але ці сірники теж спалахували погано. Справи налагодилися тільки після того, як почали підмішувати до фосфору речовини, здатні при нагріванні виділяти необхідний для займання кисень.

<PТепер уже важко сказати, хто перший придумав вдалий рецепт запалювальної маси для фосфорних сірників. Мабуть, це був австрієць Іріні. У 1833 році він запропонував підприємцю Ремеру такий спосіб виготовлення сірників: "Потрібно узяти який-небудь гарячий клей, найкраще гуміарабіку, кинути в нього шматок фосфору і сильно збовтати склянку з клеєм. У гарячому клеї при сильному збовтуванні фосфор розіб'ється на дрібні частинки. Вони так тісно злипаються з клеєм, що утворюється густа рідина білуватого кольору. Далі до цієї суміші потрібно додати дрібно розтертий порошок перекису свинцю. Все це розмішується доти, поки не вийде одноманітна бура маса. Заздалегідь треба приготувати сірники, тобто лучини, кінці яких вкриті сіркою. Зверху сірку потрібно покрити шаром фосфорної маси. Для цього сірники умочують в приготовану суміш. Тепер залишається їх висушити. Таким чином виходять сірники. Вони запалюються дуже легко. Їх варто тільки чиркнути об стінку". Цей опис дав можливість Ремеру відкрити сірникову фабрику. Він, утім, розумів, що носити сірники в кишені і чиркати ними об стінку незручно і придумав упаковувати їх у коробки, на один з боків яких клеїли шорсткий папірець (готували його просто - умочували в клей і сипали на нього пісок або товчене скло). Під час чиркання об такий папірець (або об будь-яку шорстку поверхню) сірник спалахував. Налагодивши спершу пробний випуск сірників, Ремер потім розширив виробництво в сорок разів - такий великий був попит на його товар, і заробив на випуску сірників величезні гроші. Його приклад наслідували інші фабриканти, і незабаром у всіх країнах фосфорні сірники зробилися ходовим і дешевим товаром.

Поступово було розроблено декілька різних складів запалювальної маси. Вже з опису Іріні видно, що до складу головки фосфорного сірника входило декілька компонентів, кожний з яких виконував свої функції. Перш за все, тут був фосфор, що відігравав роль запальника. До нього підмішували речовини, що виділяли кисень. Крім достатньо небезпечної бертолетової солі в цій ролі могли використовувати перекис марганцю або сурик, а в дорожчих сірниках - перекис свинцю, який узагалі був найкращим матеріалом. Під шаром фосфору знаходилися менш горючі речовини, що передають полум'я від запальника дерев'яній лучині. Це могли бути сірка, стеарин або парафін. Для того, щоб реакція не відбувалася дуже швидко і дерево встигало нагрітися до температури горіння, додавали нейтральні речовини, наприклад, пемзу або порошкоподібне скло. Нарешті, до маси підмішували клей, щоб з'єднати між собою решту компонентів. При терті головки об шорстку поверхню в місці зіткнення виникала теплота, достатня для запалювання найближчих частинок фосфору, від яких спалахували й інші. При цьому маса настільки нагрівалася, що тіло, яке містить кисень, розкладалося. Кисень, що виділявся, сприяв займанню легкозаймистої речовини, котра знаходилася під головкою (сірки, парафіну тощо). Від неї вогонь передавався дереву.

Сірникове виробництво із самого початку набуло великих масштабів, адже річне споживання сірників обчислювалося десятками і сотнями мільярдів штук. Без всебічної механізації тут було не обійтися. Виробництво сірників поділялася на дві головні операції: 1) виготовлення паличок (сірникової соломки), 2) приготування запалювальної маси і вмочування в неї соломки. Найбільш споживаною породою дерева для сірників була осика, а також тополя, верба, сосна, ялина, деревина яких мала міцні прямі волокна. Висушені колоди різали на шматки завдовжки близько 1 м. Кожен шматок розколювали навхрест на чотири частини і знімали з нього кору. Одержану колоду закріплювали на столярному верстаті і стругали за допомогою спеціального рубанка, робоча частина якого складалася з декількох трубочок, загострених спереду. При проходженні таким рубанком уздовж деревини виходили довгі круглі або прямокутні палички (залежно від форми трубочок соломці можна було надати будь-якого поперечного перетину). Потім звичайним рубанком згладжували нерівності, що утворилися у вигляді жолобків від вийнятої лучини; знімали другий шар, знов вирівнювали дерево і так далі. Отримані лучинки різали на частини, що мали довжину сірника. Цю операцію проводили на дуже простому верстаті. Лучина вкладалася в корито і посувалася впритул до регулюючої пластини, а потім за допомогою важеля і ножа відрізували визначену довжину.

Замість ручного стругання дуже скоро почали застосовувати спеціальну машину. Дерево тут упиралося в кінець станини і оброблялося за допомогою ріжучого пристрою, в якому було декілька загострених трубочок, що вирізують лучину під час руху ріжучого пристрою. Для того, щоб піддати обробці на цій машині, колоду спочатку розрізали на дошки. Машина ця, втім, мала багато недоліків і давала великі відходи. Тому надалі її замінили на інші, а сам процес різання лучини розбили на декілька операцій.

Для подальшої обробки соломку необхідно було укласти рівними і паралельними рядами. Для цієї мети теж використовували спеціальну машину. На платформу, якій надавали швидких струшувальних рухів, встановлювали перегороджений ящик, причому відстань між перегородками відповідала довжині сірника. Під час швидкого руху ящика соломки укладалися між перегородками у відділяння ящика, а сміття провалювалося через його нижні отвори. Потім ящик знімали і перевертали. Соломка залишалася на дошці паралельними рядами і у такому вигляді прямувала в макальну. Перед умочуванням соломку укладали в спеціальну рамку, що складається з основи і двох залізних стрижнів, котрі кріпилися до неї, на які надягали дерев'яні дощечки. Упоперек дощечок проходили жолобки, розташовані паралельно один одному. Довжина цих жолобків робилася такою, щоб покладена в них соломка виступала приблизно на чверть своєї довжини. Заповнені дощечки надягали на стрижні одна над іншою. Зверху всі вони прикривалися дошкою і затискалися клинами. Таким чином виходила рамка, яка містила близько 2500 сірників. Надалі ця операція була механізована і виконувалася спеціальною набірною машиною.

Кожен сірник необхідно було умочувати двічі - спочатку в сірку або парафін, а потім в запалювальну масу. Виготовлення запалювальної маси було складною справою, що вимагала великої обережності. Особливе значення мало її ретельне перемішування. Для цього кожна складова частина ретельно подрібнювалася до порошкоподібного стану. Спочатку умочування сірників відбувалося вручну за допомогою макальної сковороди. Макальна сковорода складалася з двох частин: плоскої і поглибленої. Перша робилася дещо більшою, ніж набірна рама, і слугувала, власне, для умочування в розплавлену масу. Шар її тут був незначний і відповідав висоті парафінованої (або сіркованої) частини сірника. Друга частина правила за резервуар для маси і сприяла збереженню постійного рівня.

Пізніше була винайдена макальна машина. Вона складалася з чавунного резервуару, оточеного іншим чавунним резервуаром. У зовнішньому резервуарі знаходилася запалювальна маса. Між обома резервуарами заливалася тепла вода для нагрівання маси. Внутрішній резервуар був закритий з усіх боків і лише у верхній дошці мав поперечну щілину, в якій знаходився вал. Обертаючись, вал захоплював своєю нижньою половиною частину маси з резервуару і наносив її на кінці сірників. Для більшої зручності роботи над верхньою дошкою резервуару була особлива макальна плита, на яку встановлювалася набірна рама і котра легко рухалася над макальним валом за допомогою зубчастих рейок і шестерень, укріплених на осі валу. Над макальним валом розміщувався інший, який служив для рівномірного тиску набірних рам, що проходили під ним, до нижнього валу. З макальної машини набірні рами переносилися до сушильної камери. Після просушування сірники виймали з набірних рам і укладали в коробки. Довгий час цю роботу виконували вручну, але потім з'явилися машини і для цієї операції.

Великим недоліком фосфорних сірників була отруйність фосфору. На сірникових фабриках робітники швидко (іноді за декілька місяців) отруювалися парами фосфору і були нездатні працювати. Шкідливість цього виробництва перевершувала навіть дзеркальне і капелюшне. Крім того, розчин запалювальної маси у воді давав сильну отруту, якою користувалися самогубці (а нерідко і вбивці). У 1847 році Шретер винайшов неотруйний аморфний червоний фосфор. З того часу з'явилося бажання замінити ним небезпечний білий фосфор.

Раніше за інших це завдання вдалося вирішити знаменитому німецькому хіміку Бетхеру. Він приготував суміш сірки і бертолетової солі, змішавши їх з клеєм, і наніс її на лучину, вкриту парафіном. Але, на жаль, ці сірники неможливо було запалити об шорстку поверхню. Тоді Бетхер вирішив змастити папірець особливим складом, що містив деяку кількість червоного фосфору. При терті сірника об таку поверхню частинки червоного фосфору спалахували за рахунок частинок бертолетової солі головки, що стикалися з ними, і запалювали останню. Нові сірники горіли рівним жовтим полум'ям. Вони не давали ані диму, ані того неприємного запаху, який був властивий фосфорним сірникам.

Винахід Бетхера спочатку не зацікавив фабрикантів. Уперше "безпечні сірники" почали випускати 1851 року шведи брати Лундстреми. Тому бесфосфорні сірники довго називали "шведськими". Як тільки безпечні сірники набули поширення, в багатьох країнах було заборонено виробництво і продаж фосфорних сірників. Через декілька десятиліть їх випуск взагалі припинився.