Хотя при конструкции противогаза обращают внимание главным образом на сопротивление, оказываемое респиратором на вдыхание воздуха, тем не менее сопротивление выдыханию имеет также очень важное значение. Воздух, выдыхаемый легкими, содержит углекислоту, и она должна быть удалена. Акт выдыхания является более пассивным, чем акт вдыхания, и сопротивление выдыханию чувствуется сильнее, чем при вдыхании. Необходимо поэтому чтобы клапан для выдыхания был устроен так, чтобы весь выдыхаемый воздух мог уходить с минимальным сопротивлением в течение времени выдыхания. Лабораторные данные показывают, что редко число выдыханий поднимается выше 150–175 в минуту. Действие сопротивления на жизненные органы тела при выдыхании не имеет существенных отличий от того же действия, наблюдаемого при вдыхании".
ГЛАВА XIII
Поглотители[20]
Поглотители, применявшиеся в английских и американских респираторах и оказавшие гораздо лучшую защиту против ядовитых газов, чем маски прочих союзных или неприятельских держав, кроме Германии, состояли из смеси древесного угля и натронной извести, как было указано в предыдущей главе. Поглотитель противогазовой маски должен отвечать определенным требованиям, каковыми являются: энергия поглощения, поглотительная способность, универсальность защиты, механическая прочность, химическая стойкость, малое сопротивление дыханию, простота изготовления и доступность сырых материалов.
Энергия поглощения, или способность поглощать газы с большой скоростью, является наиболее важным свойством хорошего поглотителя. Обыкновенный человек, при усиленном движении, потребляет около 60 литров воздуха в минуту; в виду того, что вдыхание составляет немного более половины всего дыхательного процесса, общее количество газа, проходящего через респиратор в течение одной минуты, равняется приблизительно 100 литрам. Применяя эти данные к обыкновенному военному респиратору, получим среднюю линейную скорость протекающего через него воздуха, приблизительно, 80 cm в секунду. Поэтому каждая небольшая порция воздуха может пребывать в соприкосновении с поглотителем не более 0,1 секунды. Но ядовитый газ должен быть всегда удален нацело, хотя бы концентрация его не превышала ½%, так как даже мгновенное просачивание 0,001 % (10 частей на миллион) газа может причинить недомогание, а длительное просачивание весьма малых количеств некоторых газов может повлечь за собой очень серьезные последствия. Энергия древесного угля в современной противогазовой маске такова, что он в состоянии понизить концентрацию в 7.000 частей хлор-пикрина (на миллион) до 0,5 части (на миллион) менее, чем в 0,03 секунды.
Такое же значение имеет поглотительная способность, или способность каждой единицы веса поглотителя задержать наибольшее количество ядовитого газа. Продолжительность действия поглотителя должна, при обыкновенных концентрациях газа, измеряться днями. Необходимо, чтобы поглотитель прочно задерживал газ, а не вступал с ним в нестойкое соединение, которое при последующем вдыхании воздуха через респиратор могло бы распадаться; выделяя хотя бы даже следы ядовитого газа.
Поглотители должны быть рассчитаны на то, чтобы давать одинаковую защиту от различных типов ядовитых газов (vеrsаtilitу — гибкость). Необходимость соблюдения этого условия становится очевидной, если принять во внимание невозможность иметь отдельные респираторы для различных газов, а также и трудность быстрого и точного определения газов на поле сражения и вероятность введения новых неизвестных газов. К счастью все ядовитые газы обладают высокой реакционной способностью или имеют сравнительно высокую точку кипения и могут быть поглощены в большом количестве древесным углем.
Поглотители должны обладать механической прочностью, чтобы структура и пористость их не нарушались при перевозке или употреблении на полях сражений. Они не должны легко перетираться, так как получение даже небольшого количества мелких частиц может закупорить респиратор или образовать внутри его массы каналы, через которые газ пройдет, не будучи поглощенным.
В виду того, что респираторная коробка наполняется за несколько месяцев до употребления на позициях и должна служить для защиты солдата в течение долгого времени, пока не придет в негодность, очевидно, что только энергия и способность к поглощению последнего периода (но не начальная его сила) должна служить мерилом ценности поглотителя. Следовательно, поглотитель должен обладать большой химической стойкостью, т.-е. не быть подверженным химическому разложению, не реагировать с углекислым газом, не распадаться на составные части, не расплываться при употреблении и не оказывать вредного действия на металлическую коробку.
В хорошем поглотителе эти основные качества должны быть сбалансированы, вследствие чего наиболее пригодная для употребления химическая смесь должна являться как бы компромиссом для всех указанных требований.
Тот факт, что древесный уголь обладает способностью абсорбировать или конденсировать в своих порах некоторые газы, прочно задерживая их, был известен давно[21]. Вообще знали, что так называемый, животный уголь является наилучшим средством для обесцвечивания растворов сахара, что древесный уголь очень хорошо поглощает газы, а кокс, наоборот, имеет слабую способность к поглощению и к обесцвечиванию. Но причины этого явления оставались неизвестными, и создать спецификацию угля было невозможно. Для научных опытов обыкновенно применялся уголь кокосового ореха, в виду того, что еще 50 лет тому назад Гюнтер нашел, что этот уголь является наилучшим поглотителем для газов.
Первый уголь, примененный для поглощения хлора и фосгена, был получен из древесины красного кедра. В виду того, что он оказался весьма слабо защищающим против хлор-пикрина, было обращено внимание на скорлупу кокосовых орехов, как на исходный сырой материал. Уголь кокосовой скорлупы более всех других испытанных сортов отвечает требованиям хорошего поглотителя. Не следует, однако, думать, что исследование угля остановилось на этих опытах. В поисках за идеальным углем были испробованы почти все твердые растительные вещества. На ряду со скорлупой кокосового ореха, были подвергнуты исследованию косточки плодов и все разновидности орехов, имеющихся в Соединенных Штатах, до тропических сортов включительно, которые дали лучший уголь. Все деревья, в последовательном порядке по своей твердости, начиная с железного дерева и кончая обыкновенной сосной и елью, как оказалось, занимают второстепенное место по силе своего действия. Среди других материалов были испытаны: миндаль, арабские желуди, виноградные косточки, скорлупа бразильских орехов, зернышки апельсинов, китайские бобы, синтетический уголь (из каменного угля, ламповой копоти и т. д.), скорлупа бобов какао, зерна кофе, колосья зерновых хлебов, шелуха хлопковых семян, скорлупа фисташек, жмыхи и т. д. Хотя многие из перечисленных материалов могли быть применены в случае необходимости, но ни один из них не был в состоянии дать уголь столь же активный при равном oб’еме, как скорлупа кокосового или других твердых орехов.
Некоторое понятие о возрастании производства угля может дать повышение спроса на скорлупу кокосовых орехов. Когда началось изготовление масок, наш спрос на сырой материал для получения угля достигал 40–50 тонн в день; перед окончанием войны нам ежедневно было необходимо около 400 тонн скорлупы кокосовых орехов. Эта потребность превосходила в пять раз все количество кокосового ореха, собираемого в тропической Америке. (Сбор кокосовых орехов в Центральной Америке, Вест-Индии и на Карраибском берегу Южной Америки достигал ежегодно 131.000.000 орехов, что может покрыть ежедневный расход в 75 тонн). Наши требования составляли 1/10 всего количества орехов, собираемых на востоке, которое доходит до 7.450.200 орехов в год. Такой большой спрос делал невозможным заготовление материалов для угля в запас. Предпринятая Газовой Обороной кампания "Ешь больше кокосовых орехов" удвоила за короткий промежуток времени потребление их в Америке, а в октябре 1918 г., с помощью ввоза, мы в среднем стали получать ежедневно до 150 тонн скорлупы, благодаря закупкам на востоке.
20
Эта глава написана на основании ряда статей Ламбро и его сотрудников, напечатанных в J. Ind. Eng. Chem. за 1919 г.
21
Банкрофт J. Phys. Chem. 24, 127, 201, 342 (1920) дает исчерпывающее описание в статье "Древесный уголь до войны".
22
Часть этой главы заимствована из книги Крауэля и Вильсона "Армия и Промышленность" издание Иельского Университета.