Поход энтузиастов. Стратегия поисков. В науке не подчиняются неудачам. Есть дивинил в одну стадию! В. П. Краузе. Крохоборы из Резинотреста. Поддержка Кирова. Первые опыты. Памятная ночь. Бесценный груз поехал в Москву. Одно из крупнейших открытий века.
И работа закипела…
«Старт» начался одновременно в двух лабораториях: в Военно-медицинской академии, где С. В. Лебедев заведовал кафедрой общей химии, и в Ленинградском университете, где он возглавлял лабораторию переработки нефти и каменного угля.
Ему взялись помогать: преподаватель кафедры общей химии Военно-медицинской академии Анастасия Иосифовна Якубчик и препаратор той же кафедры Сигизмунд Георгиевич Кибиркштис; преподаватель Ленинградского университета Иван Алексеевич Волжинский и аспиранты университета Валентин Петрович Краузе и Яков Михайлович Слободин. Кроме того, к этой группе присоединились ранее работавшие на опытной станции «Богатырь» Анна Васильевна и Федор Николаевич Вороновы.
Все эти энтузиасты не были освобождены от своих обычных обязанностей и отдавали увлекательным и крайне необходимым для страны работам в области синтеза каучука все свое свободное время, урывая часы у отдыха и сна.
Несмотря на свою занятость педагогической работой, Сергей Васильевич ухитрялся по 8–9 часов ежедневно проводить в лаборатории. Вначале он сам конструировал и рассчитывал необходимую аппаратуру» проводил первые опыты на укрупненной печи, сам очищал дивинил и проводил его полимеризацию. После того как тот или иной участок работы был им освоен, он передавал его дальнейшее совершенствование и разработку кому-либо из своих помощников и всячески поощрял их инициативу в совершенствовании проводимых экспериментов.
В зимние дни 1927/28 года на застывшей и скованной льдом Неве, напротив здания Военно-медицинской академии, можно было увидеть Сергея Васильевича и его сотрудников за заготовками льда, необходимого для охлаждения химических продуктов, получаемых при различных опытах.
Их часто можно было встретить в различных учреждениях за поисками тех или иных материалов, необходимых для работы. Когда это было нужно для дела, каждый участник в зависимости от личных способностей становился то монтером, то стеклодувом, то слесарем.
Поначалу этот коллектив проводил свои исследования не только в свободное время, но и без существенных дополнительных средств, используя реактивы и приборы, имевшиеся в то время в учебных лабораториях переработки нефти Ленинградского университета и кафедры общей химии Военно-медицинской академии.
В качестве исходного продукта для синтеза каучука Сергей Васильевич выбрал дивинил, способность которого превращаться в каучукоподобный продукт им была доказана впервые в истории химии в 1910 году.
Предстояло выбрать и разработать эффективный и доступный метод получения дивинила. Сергей Васильевич решил проверить возможность применения двух видов этого исходного сырья: нефти и спирта.
При разработке способов получения дивинила из нефти Сергей Васильевич со своими сотрудниками обратил особое внимание на выяснение важной зависимости между химической природой нефтепродуктов, применяемых для пиролиза, и выходами дивинила, получаемого при этом процессе.
Оказалось, что выход дивинила при высокотемпературном разложении различных фракций нефти весьма различен. Наименьший выход дают так называемые «высококипящие фракции», то есть составные части нефти, температура кипения которых относительно высока (таков, скажем, мазут). С переходом к тем фракциям нефти, которые кипят при более низкой температуре, — к соляровому маслу, керосину — выход дивинила начинает возрастать и достигает наибольшей величины для бензина, доходя до 11 процентов. Хотя полученные в этом направлении С. В. Лебедевым данные для того времени представляли выдающийся интерес (таких высоких выходов дивинила из нефтепродуктов еще никто не получал), однако работы в этом направлении были быстро прекращены. Это объяснялось тем, что еще более интересные и практически еще более обещающие результаты были достигнуты при получении дивинила из спирта.
Надо было делать быстрый и решительный выбор и сконцентрировать все силы небольшой группы сотрудников на одном участке. Иначе не уложиться в сжатые сроки, отведенные условиями конкурса для завершения работ. Но как не легко было принять решения именно в тот момент, когда по обоим направлениям были получены хорошие, а лучше сказать, исключительные результаты. Только опираясь на свой обширный опыт химика-экспериментатора, умеющего здраво и объективно оценить обстановку, Сергей Васильевич сумел принять не только тактически, но и стратегически правильное решение.
Он исходил при этом не только из соображений конкретного успеха его группы на конкурсе, но прежде всего из ближайшей народнохозяйственной перспективы. Ведь в то время осуществление синтеза каучука в крупном промышленном масштабе на основе нефти было очень затруднительным. Сейчас, ориентируясь в производстве высокополимеров на нефть, советская химия исходит из тех достижений, которые были реализованы в результате индустриализации нашей страны. А в 1928 году у нас добывалось всего лишь 11,6 миллиона тонн нефти. Это было ничтожно мало не только для химической промышленности, но и для других отраслей народного хозяйства, где вполне оправдывалось наименование нефти как «крови промышленности». В то время наша страна имела лишь один богатый нефтеносный район — Азербайджан, и еще не были разведаны богатейшие залежи нефти в других районах. Среди ученых в то время было распространено мнение о быстром исчерпании мировых запасов нефти. Так, например, даже великий оптимист академик А. Е. Ферсман в своей книге «Химические проблемы промышленности», вышедшей в 1924 году, считал, что предел запасов углерода (включая сюда и каменный уголь и нефть), реально годных для эксплуатации, хватит не более чем на 75 лет.
Развитие работ по синтезу каучука на основе нефтепродуктов затруднялось необходимостью применения высоких температур при оформлении процесса и сложностью его аппаратурного оформления — этого также не мог не учитывать С. В. Лебедев.
В то время в Советском Союзе химическое машиностроение было развито очень слабо и предложение использовать в первую очередь нефть и нефтепродукты в качестве исходного сырья для получения дивинила предполагало необходимость приобретения химической аппаратуры для строительства заводов за границей.
В этом случае, освободившись от импорта каучука, страна оказывалась бы снова в зависимости от иностранных поставщиков, на этот раз в области обеспечения весьма сложной химической аппаратурой. Хрен, как говорится, редьки не слаще…
Выбранный Сергеем Васильевичем способ получения дивинила из спирта был в то время и более прост и доступен.
Этому решению противоречили далеко не обнадеживающие опыты московской опытной станции при заводе «Богатырь». Ведь сотрудникам этой станции, несмотря на большую поддержку со стороны правительства, в течение нескольких лет не удалось разработать удовлетворительного способа получения дивинила из спирта. Казалось бы, и Сергею Васильевичу трудно было ожидать получить высокий выход этого углеводорода, что необходимо для успешного решения проблемы синтеза каучука в целом. Но в науке нельзя подчиняться неудачам своих предшественников! Настоящий ученый обязан если не повторить, то, во всяком случае, глубоко пересмотреть их в свете новых достижений науки, наконец искать новые пути!
Так и поступил С. В. Лебедев…
Напомним, что метод получения дивинила из спирта по Остромысленскому предусматривал две стадии процесса: получение из спирта путем отнятия водорода (процесс дегидрогенизации) уксусного альдегида и затем получение из смесей уксусного альдегида и спирта при применении катализаторов, отнимающих воду (дегидратирующих катализаторов) дивинила.
Сергей Васильевич решил осуществить получение дивинила в одну стадию. Это было очень смелое решение. Для его осуществления ему необходимо было разработать катализатор, который выполнял бы одновременно несколько заданий: отнимал от двух молекул спирта молекулы водорода, две молекулы воды и одновременно приводил бы к соединению два полученных после этого остатка спирта, содержащего два атома углерода, в молекулу, содержащую четыре атома углерода. Нелегкая задача!
В то время применение катализаторов, способствующих осуществлению превращений органических соединений, ограничивалось сравнительно простыми случаями. К тому же слабая изученность сложно протекающих реакций приводила к тому, что обычно основной продукт получался в сравнительно небольших количествах по отношению к исходному веществу.
Не было создано и теоретических предпосылок для более или менее уверенного подбора катализаторов (к слову сказать, и сейчас эта область считается одной из самых трудных и малоизученных глав химической науки). Только блестящая интуиция Сергея Васильевича и накопленный им большой опыт при проведении различных органических реакций позволили ему найти катализатор с таким сочетанием составных частей, что при его участии могло удаться получение дивинила из спирта в одну стадию с достаточно хорошим выходом.
Удача посетила исследователей в июле 1927 года. Выход дивинила резко вырос. Он почти достиг приемлемой величины. Успех, конечно. Но до срока окончания конкурса оставалось всего полгода. А сколько еще предстояло сделать…
Необходимо было накопить сравнительно большое количество дивинила и превратить его путем полимеризации в каучукоподобный продукт, получив таким образом образчик весом в 2 килограмма, который по условиям конкурса должен быть представлен для рассмотрения жюри конкурса. От долей грамма надо было перейти к счету на килограммы.
И тут-то, в самый критический момент, пришла помощь. Да какая!..
Об этом рассказывал один из активнейших участников работы, ученик Сергея Васильевича, в то время молодой аспирант Ленинградского университета Валентин Петрович Краузе.
Но сначала несколько слов о нем самом.
Валентин Петрович Краузе родился в 1901 году в семье художника. Очень рано — по годам — окончив реальное училище, он мечтал продолжать свое образование, для чего направился в Киев. Но временная оккупация Киева немцами в 1917 году привела юношу вместо высшего учебного заведения в соляные копи Германии, близ города Дюссельдорфа, где он и работал, фактически находясь на положении военнопленного. Революция 1918 года в Германии освободила его из плена, и он вместе с группой русских военнопленных вернулся на Родину, где поступил на естественный факультет Ростовского университета.
Сразу же по освобождении Ростова советскими войсками Валентин Петрович записался добровольцем в ряды Красной Армии, где в 1920 году вступил в партию и вскоре был назначен комиссаром полка. По окончании гражданской войны Валентин Петрович был направлен на учебу в Военно-политическую академию, но через некоторое время перешел в Петроградский университет, где избрал своей специальностью химию. На последних курсах университета он начал свою работу под руководством Сергея Васильевича, а затем по его приглашению участвовал в разработке промышленного способа производства синтетического каучука.
Еще в студенческие годы Валентин Петрович вел активную партийную работу, являясь лектором горкома и райкома партии, депутатом Ленинградского Совета, секретарем партбюро химического отделения факультета. В самом начале работ по синтезу каучука это был единственный член партии среди сотрудников Сергея Васильевича, разрабатывающих метод синтеза каучука. В. П. Краузе с честью осуществлял среди своих товарищей руководящую роль коммуниста. Он был своеобразным связующим звеном между этой группой и партийными организациями Ленинграда, которые оказывали большую помощь Сергею Васильевичу и его сотрудникам в решении ряда вопросов. Несмотря на свою молодость, Валентин Петрович сумел постепенно завоевать большой авторитет и любовь среди товарищей, а Сергей Васильевич постепенно стал ему поручать все организационные вопросы, связанные с проведением работ по синтезу каучука.
Так вот что рассказывал В. П. Краузе: «Когда группа академика Лебедева стала работать над синтетическим каучуком, для меня, как коммуниста, участника этой группы, было ясно, что дело это большое и серьезное. Работа требовала средств, аппаратов и соответствующих приборов, а никто нас не финансировал. Кроме Лебедева, работали семь человек. Работали по вечерам и по выходным дням. Темпы нас не удовлетворяли. Я обратился за помощью в Василеостровский райком партии, где тогда работал товарищ Струппе. Он направил меня к Кирову. Принял Сергей Миронович очень приветливо:
— Слышал я о вас, — говорит.
Я не стал посвящать его в подробности всех работ, хотя результаты были хорошие. Из осторожности сказал, что не знаю еще, что из этого выйдет. Если не жалко, то мы, мол, просим денег. Но предупреждаю, сумма нужна большая.
Киров улыбнулся.
Очень большая? Я говорю:
Очень большая! Я даже боюсь назвать!
Ну, произнесете, может быть? — снова улыбнулся он.
Нужно тринадцать тысяч рублей, чтобы обеспечить год работы.
Он еще раз улыбнулся.
— Да, сумма громадная.
Я так смутился, что сказал:
Ну, в крайнем случае можно и сократить, если трудно такие деньги получить.
Я шучу, — говорит. — Это же мелочь для такого дела, если даже никакой гарантии в успехе нет. В настоящее время мы уже достаточно богаты для того, чтобы такую сумму дать, тем более что во главе вашего дела стоит профессор, серьезный и теоретически подкованный исследователь, талантливые сотрудники!»
Через некоторое время Лебедев получил извещение из Резинотреста, что ему отпускают тринадцать тысяч рублей.
В сентябре 1927 года Лебедев поехал в Москву к Богдатьеву, управляющему трестом. Тот поставил условие: деньги он даст в том случае, если лебедевская группа откажется от участия в конкурсе на лучший способ получения синтетического каучука… Это значило в значительной степени погасить энтузиазм участников в этой никем не оплачиваемой работе, который в значительной степени поддерживался желанием победить на конкурсе.
Богдатьев настаивал…
Лебедев категорически запротестовал, хлопнул дверью и ушел.
«Поехал я опять к Кирову посоветоваться, как поступать, — продолжает вспоминать В. П. Краузе. — Сказал, что, со своей стороны, считаю требование Богдатьева неправильным. А он мне на это говорит:
— Не то что неправильным, а это образец самого худшего бюрократизма. Не беспокойтесь, все устроится.
Через недельку после этого приехал представитель Резинотреста и в весьма вежливом тоне предложил деньги».
Полученная денежная субсидия позволила привлечь к изготовлению необходимой аппаратуры рабочих соответствующей квалификации, закупить недостающие материалы и накопить необходимое количество дивинила.
К концу октября 1927 года были собраны печи, позволяющие получать дивинил в сравнительно больших количествах. В ноябре началась подготовка для получения необходимого для представления на конкурс количества каучука. На электропечи, смонтированной специально для накопления дивинила, было проведено пять укрупненных опытов, которые обеспечили получение необходимого количества исходного продукта. Одновременно был уточнен материальный баланс процесса разложения спирта и уточнены данные выхода дивинила.
До конкурса оставалось немногим больше двух месяцев, а главные работы по полимеризации дивинила и по получению каучука даже еще не были начаты…
Надо было еще выбрать метод полимеризации, который обеспечил бы получение каучука удовлетворительного качества.
Личный опыт, приобретенный при изучении процесса полимеризации дивинила, позволил Сергею Васильевичу сразу же отвергнуть идею полимеризации дивинила длительным интенсивным нагреванием. В этом случае нагревание хотя и ускоряет процесс, но вместе с тем приводит к значительному увеличению образования жидкого димера дивинила, то есть к непродуктивной затрате исходного вещества (вместо каучука получается жидкий углеводород, похожий на скипидар).
Хорошо зная работы Б. В. Бызова по полимеризации с применением различных возбудителей, Сергей Васильевич учитывал, что и этот метод не позволял проводить процесс полимеризации при умеренных температурах; а поскольку он требовал применения нагревания выше 100 градусов, он также сопровождался образованием значительных количеств димера.
Метод полимеризации дивинила в эмульсиях, который в настоящее время широко применяется при производстве синтетического каучука и других высокополимеров, к тому времени еще не был разработан, и о возможности его применения в патентной литературе имелись только бумажные намеки. К ним приходилось относиться с большой осторожностью. Дело в том, что патентная литература капиталистических стран по каучуку, так же как и по другим вопросам, в большинстве случаев преследует целью установить «заявочный столб» для оформления приоритета на тот или иной процесс, иногда совершенно не воспроизводимый, а порой лишенный всякой научной основы. В архиве сохранилась запись Сергея Васильевича, относящаяся к 1927 году, в которой он наметил план исследования различных веществ для применения их в качестве возбудителей полимеризации дивинила для ускорения получения каучука. Этот план предусматривал широчайшие испытания, а именно: сухих и влажных перекисей натрия, калия и бария; натрия и калия в виде тончайших дисперсий; различных модификаций натрия, в том числе с добавкой примесей органических соединений; получения эмульсий дивинила в воде с применением перекиси водорода и органических и неорганических оснований; металлоорганических соединений; коллоидной серы; окисленных амиленов и скипидара. Исчерпывающая программа!
С момента составления этого обширного плана работ прошло немногим более тридцати лет. Полимеризация дивинила и других непредельных соединений стала предметом многочисленных исследований различных ученых. Все перечисленные Сергеем Васильевичем направления в результате кропотливого упорного труда реализованы в различных процессах полимеризации. Мало того, в плане работ Сергея Васильевича, как мы видели, большое место отведено 'полимеризации с применением в качестве возбудителей процесса щелочных металлов и металлоорганических соединений. Эти возбудители долгое время не были предметом широких исследований, особенно за рубежом. Однако за последние годы именно с их применением осуществлено получение многих высокополимеров, отличающихся особенно ценными техническими свойствами. Но в 1927 году из-за сжатых сроков работы С. В. Лебедев не мог осуществить исследование по своему всеобъемлющему плану. Он остановился на применении в качестве возбудителя полимеризации металлического натрия.
Этот метод обладал в то время многими преимуществами по сравнению с другими описанными в литературе способами полимеризации. Так он открывал возможность практически полного превращения полимеризуемого углеводорода в каучук. Он позволял также проводить процесс без применения высоких температур, что исключало образование значительных количеств димера, то есть расходование исходного углеводорода на побочные процессы. Полимеризация протекала при участии металлического натрия, в приемлемые для производства сроки.
Первый опыт получения каучука, необходимого для представления в жюри конкурса, был поставлен 24 ноября 1927 года.
Ввиду того, что дивинил не был достаточно тщательно очищен от альдегида, этот исторический опыт закончился только в декабре.
Начиная с 1 декабря дивинил, применяемый для полимеризации, подвергался уже необходимой дополнительной очистке.
С этого времени процесс полимеризации дивинила уже не останавливался. С каждым днем накапливалось все больше и больше каучука и все ближе было к заветным двум килограммам, которые предстояло к 1 января 1928 года доставить в Москву.
Отдельные порции каучука приходилось урывать для первых испытаний по его обработке. С. В. Лебедев и А. А. Иванов получили резиновые смеси и испытали свойства вулканизатов.
В эти же дни С. В. Лебедев сделал наблюдение, оказавшееся впоследствии очень важным для применения различных синтетических каучуков. Было установлено, что при изготовлении резин из натрийдивинилового каучука (то есть каучука, полученного полимеризацией дивинила натрием) по рецепту, который применяется для натурального каучука и не содержащего специальных, так называемых активных наполнителей (сажи), получаются непрочные вулканизаты. Прочность подобных, так называемых «ненаполненных» резин из натурального каучука в общепринятых единицах составляет 250–300 килограммов на квадратный сантиметр, а для натрийдивинилового каучука она не превышает 20 килограммов на квадратный сантиметр. И вот Сергей Васильевич заметил, что если при изготовлении резин из натурального каучука применить сажу, то прочность полученной резины увеличивается в десять раз, а иногда даже больше. Этот прием и до настоящего времени применяется при изготовлении резиновых изделий из натрийдивинилового каучука. Мало того, без него не обходятся при производстве резин из большинства синтетических каучуков, выпускаемых в настоящее время не только в СССР, но и в других странах.
Полуторагодовая работа приближалась к завершению.
Холоден и сумрачен Ленинград в декабрьские дни. Нева скована льдом, улицы заснежены. Рано наступают сумерки, и долго тянутся вечера.
В день 29 декабря, 1927 года никто из проходивших днем и вечером мимо старинного здания естественнонаучного корпуса Военно-медицинской академии не подозревал, что за этими старыми стенами в одной из комнат химической лаборатории готовится один из величайших технических переворотов эпохи. Там заканчивались приготовления к отправке на конкурс результатов работы С. В. Лебедева и его сотрудников — работы, которая стала гордостью советского народа.
Вечером в лаборатории царило необыкновенное оживление. Несмотря на позднее время, на приближающийся Новый год, никто и не помышлял о том, чтобы идти домой. Среди соратников Сергея Васильевича царило приподнятое настроение. Да и сам Сергей Васильевич при всей своей сдержанности не мог скрыть радостного удовлетворения.
Но ликовать еще было рано, хотя для этого имелись все основания. Ведь это был последний вечер… Самый последний. Сегодня же надо было везти все материалы на конкурс в Москву. А работа еще шла полным ходом…
Сергей Васильевич торопился окончить описание процесса получения каучука.
Анастасия Иосифовна Якубчик своим четким строгим и разборчивым почерком переписывала черновики, получаемые от Сергея Васильевича.
Иван Алексеевич Волжинский и Яков Михайлович Слободин со свойственной им и характерной для большинства всех учеников Сергея Васильевича педантичностью и аккуратностью упаковывали образец каучука.
Но вот уже оформление всей документации закончено. На конверте поставлены сургучные печати. И Валентин Петрович Краузе, получив последние напутствия Сергея Васильевича и товарищей, торопится на поезд в Москву. Только бы не опоздать! Времени до отхода остается мало…
А 30 декабря 1927 года В. П. Краузе сдал свой бесценный груз в технический совет химической промышленности ВСНХ. Какой сухой показалась ему в тот момент официальная расписка за входящим № 2719 от 30.12.1927 года, в которой указывалось, что «от гражданина Краузе получено под девизом «Диолефин» 2 пакета, запечатанных: 1 пакет за 5 печатями «СЛ» и 1 без печати и ящик с 5 печатями «СЛ».
Так, к первому января 1928 года, точно в назначенный срок, поступило в жюри конкурса одно из крупнейших открытий XX века в области органической химии.