Ne Hoffmanův příběh: Dlouhá cesta gumy z laboratoře do továrny: edice IPQuorum

Úplně první patent na způsob výroby syntetického kaučuku byl vydán 12. září 1909 Německým císařským patentovým úřadem německému chemikovi Fritzovi Hoffmannovi.

Od té chvíle až dodnes považuje celý svět Hoffmanna za vynálezce syntetického kaučuku. Sám však nikdy netvrdil, že ho objevil. Navíc v popisu své metody zmínil, že ji založil na vývoji ruských chemiků.

Jak se stalo, že přednostní práva na ruský objev připadla Německu?

Slzy stromu

Kryštof Kolumbus přivezl do Evropy přírodní kaučuk. Španělský admirál přivezl z Jižní Ameriky několik divů, které Indiáni vyrobili ze ztuhlé mléčné šťávy kaučukovníku. Indiáni tento materiál nazývali „cau-uchu“. Vzniklo ze slov „cau“ – strom a „uchu“ – plakat.

V Evropě se v té době nikdo o „slzy stromů“ nezajímal. Jejich první praktické uplatnění se našlo až v roce 1770, kdy britský vědec a přírodovědec Joseph Priestley objevil, že kousek gumy maže čáry nakreslené grafitovou tužkou.

Všechno se změnilo, když začala průmyslová revoluce. Ukázalo se, že kaučuk je univerzální materiál, který lze použít téměř ve všech oblastech průmyslu. A to vše díky svým jedinečným vlastnostem.

Molekula kaučuku připomíná pružné spirály. Tyto spirály jsou zase stočeny do kuliček. Po natažení se molekuly narovnají a vzorek nebo výrobek z kaučuku se natáhne. A když se zátěž uvolní, molekuly se vrátí do svého předchozího stavu.

Na konci 19. století, s příchodem automobilů a vznikem pneumatikářského průmyslu, prudce vzrostla poptávka po přírodním kaučuku. Na začátku 20. století, kdy se automobilový a letecký průmysl začal rozvíjet mílovými kroky a kaučuk se stal naprosto nenahraditelným materiálem pro vybavení lodí, výrobu nepromokavého oblečení a obuvi, hraček a mnoho dalšího, kapacita kaučukových plantáží v Brazílii a jihovýchodní Asii přestala uspokojovat potřeby světového průmyslu.

A otázka syntézy kaučuku a vývoje průmyslových metod jeho výroby se doslova dostala do popředí.

Umění syntézy

První pokusy o získání umělého kaučuku začaly v polovině 19. století, dlouho předtím, než pro něj existovala naléhavá potřeba. Pro chemiky té doby byl problém polymerace kaučuku ve skutečnosti záludným úkolem – složitým a proto o to zajímavějším.

Polymerace je opakované spojování homogenních molekul. Výsledkem je, že z jednotlivých monomerních molekul vznikají dlouhé a flexibilní, lineární nebo rozvětvené řetězce – polymery.

Aby bylo možné syntetizovat přírodní materiál, bylo nejprve nutné určit jeho chemické složení. V roce 1860 anglický vědec Williams Suchou destilací přírodního kaučuku z něj izoloval isopren. Byla to lehká, bezbarvá kapalina se specifickým zápachem.

Jakmile bylo prostudováno složení kaučuku, byla definována další sada úkolů. Aby bylo možné vyrábět syntetický kaučuk, bylo nutné naučit se, jak získat isopren z některých jiných chemických látek a vyvinout metodu jeho polymerace.

Nezávislý zdroj isoprenu objevil v roce 1884 anglický chemik Tilden izoloval isopren z terpentýnu. Tato metoda však nebyla vhodná pro průmyslovou výrobu kvůli vysokým nákladům na suroviny a složitosti technologických procesů. Přírodní brazilský kaučuk byl v té době mnohem levnější.

Vědci se pak rozhodli hledat jiné cesty a zjistit, zda je isopren skutečně nezbytný pro výrobu kaučuku. Možná by byly vhodné jiné uhlovodíky, levnější a dostupnější?

V roce 1899 ruský chemik Ivan Lavrentijevič Kondakov zjistil, že divinyl (dimethylbutadien) se také transformuje na látku podobnou kaučuku. Tato transformace navíc nevyžaduje složité technické procesy. Polymerace divinylu probíhala sama o sobě vlivem světla. Pravda, trvala velmi dlouho – asi rok.

V roce 1909 mladý vědec z Petrohradské univerzity Sergej Lebeděv podařilo se vybrat katalyzátory, které urychlily polymeraci divinylu v difúzním světle.

Lebeděv poslal článek popisující jeho práci do německého chemického časopisu Liebig’s Annallen der Chemie. Rukopis však byl vrácen s odvoláním na špatný překlad. O rok později jiný německý chemický časopis, Chemiker Zeitung, otiskl článek německého vědce. Harris na stejné téma. Rozhořčení Lebeděvových kolegů neznalo mezí: Harris si nejen vypůjčil hlavní ustanovení z Lebeděvova článku, ale také si nárokoval patent.

Naštěstí se ukázalo, že Carl Dietrich Harris neměl v úmyslu ukrást nápady mladého ruského chemika a patentovat je pod svým vlastním jménem. Zvláště když v Německu byl o rok dříve vydán patent č. 250 690 na způsob výroby umělého kaučuku na jméno Fritz Hoffmann.

Fritz Hoffman byl chemickým inženýrem ve společnosti Farbenfabriken. Znal Kondakovovu práci a používal jeho polymerizační metody. Domníval se však, že isoprenový kaučuk se svými vlastnostmi blíží přírodnímu kaučuku. V roce 1912 byl v Leverkusenu postaven pilotní závod, kde začala výroba syntetického kaučuku s využitím technologie vyvinuté Hoffmanem. Závod však nikdy nedosáhl plánované kapacity a když začala první světová válka, byl zcela uzavřen. Navzdory tomu všemu zůstala priorita v rukou Německa.

V roce 1914 angličtí chemici Matthews и Zvláštníkombinací metod Lebeděva a Harrise získali z divinylu za přítomnosti kovového sodíku velmi kvalitní syntetický kaučuk. Jejich práce však zůstala laboratorním experimentem, protože v té době ještě nebyla vyvinuta metoda pro výrobu divinylu v průmyslovém množství.

Ve skutečnosti taková metoda existovala! V roce 1911 vyvinul ruský organický chemik Ivan Ivanovič Ostromyslenskij metodu výroby divinylu z alkoholu. Alkohol byl levnou a snadno dostupnou surovinou, jeho výroba v Rusku byla již dlouho dobře zavedená. Britové o něm ale nic nevěděli.

V roce 1915 ruský chemik Boris Byzov, který vedl laboratoř prvního závodu na výrobu pryžových výrobků v Rusku, „Treugolnik“, vyvinul další metodu průmyslové výroby divinylu – metodou pyrolýzy oleje. A na tuto metodu podal patent.

Po objevech Kondakova, Ostromyslenského, Lebeděva a Byzova se mnozí domnívali, že vývoj průmyslové metody pro výrobu syntetického kaučuku je záležitostí velmi blízké budoucnosti. Věci se však nikdy nedostaly dál než k vědeckému výzkumu a získávání drobných laboratorních vzorků.

Věc celostátního významu

Nejvyšší rada národního hospodářství SSSR vyhlásila 11. dubna 1926 mezinárodní soutěž o nejlepší metodu výroby syntetického kaučuku.

Podmínky soutěže byly poměrně přísné. Syntetický kaučuk musel být vyroben v SSSR a z domácích surovin. Zároveň jeho cena nesmí překročit průměrnou světovou cenu za posledních pět let a jeho kvalita nesmí být horší než u přírodního kaučuku. 2 kg hotového vzorku musely být doručeny do Moskvy nejpozději do půlnoci 00. prosince 31.

Cena byla obrovská – 100 000 rublů. Účastníci si ale museli práci zaplatit na vlastní náklady.

Soutěže se mnoho účastníků nezúčastnilo: jeden italský vynálezce-samouk a čtyři sovětští vědci, včetně Sergeje Vasiljeviče Lebeděva a Borise Vasiljeviče Byzova. Oba již byli profesory a oba měli k dispozici specializované laboratoře. Lebeděv působil na katedře chemie Leningradské univerzity a Byzov na pobočce výzkumného ústavu v závodě Krasnyj Treugolnik.

Byzov se rozhodl použít jako hlavní surovinu pro získání syntetického kaučuku divinyl, získaný pyrolýzou ropy metodou, kterou si sám patentoval již v roce 1915.

Tato metoda nebyla nejúspěšnější kvůli vysokým nákladům na suroviny a složitosti chemických procesů. Navíc v té době ještě nebyla vyvinuta průmyslová technologie pro extrakci divinylu z ropy. Přesto fungovala. A Byzovova skupina, pomalu, ale jistě syntetizující několik gramů kaučuku týdně, se blížila k finále soutěže.

Na podzim roku 1927 Byzovova laboratoř nashromáždila téměř 1,5 kg divinylového kaučuku. K vítězství zbýval už jen jeden krok.

Lebeděvova skupina nešla vyšlapanou cestou.

Lebeděv se domníval, že získávání kaučuku z divinylu je příliš zdlouhavé, problematické a složité. Zejména proto, že výtěžek samotného divinylu z ropy nepřesahoval 5 % hmotnosti suroviny. To znamenalo, že k získání syntetického kaučuku v množství potřebném sovětským průmyslem bylo nutné zpracovat obrovské objemy ropy.

Získávání kaučuku z terpentýnu bylo také nerentabilní. Veškerý terpentýn vyrobený v zemi by nestačil na to, aby zásobil surovinami ani jeden kaučukový závod.

Vítěz nebere vše

V té době se z brambor vyráběl alkohol. Lebeděv vypočítal, že jeden hektar bramborového pole by mohl vyprodukovat tolik kaučuku jako jeden hektar tropické hevey.

Aby se ušetřil čas, Lebeděvova skupina se rozhodla nedestilovat líh z brambor, ale použít hotový líh ze skladu Vojenské lékařské akademie, kde profesor Lebeděv donedávna vedl katedru a kde na něj stále vzpomínali a byli milováni.

V září 1927 se Lebeděvově skupině podařilo získat prvních 200 g tekutého divinylu. Radost však netrvala dlouho. Divinyl se ukázal jako velmi těkavá látka a přes noc z baňky „unikl“. Museli začít znovu. Jenže divinyl se nyní nelil do baněk, ale do lahví od limonády se šroubovacími uzávěry. Mohli zahájit druhou fázi – polymeraci.

„Nalili divinyl do lahve a zarazili do ní sodíkový drátek. Hrdlo bylo utěsněno korkem namočeným v parafínu, navrch byla umístěna tříkopejecká mince a zvenku to bylo přišroubováno tlustým drátem, jako v lahvích šampaňského. Uvnitř se postupně objevilo něco jako načervenalá svatozář. Před našima očima vyrůstal úžasný fialový tvor, připomínající měkkýše nebo nějakou fantastickou mořskou zeleninu. Museli jsme tento proces nějak nazvat a pojmenovali jsme ho „kapuszizace“.“ (Z pamětí Jakova Slobodina, člena Lebeděvovy skupiny)

O týden později byl proces „zelí“ u konce, Lebeděv pomocí vývrtky vytáhl z lahve kus elastické, průsvitné látky, podobné vařené chrupavce. Od té chvíle začala práce a do prosince bylo získáno potřebné množství syntetického kaučuku.

Výsledky soutěže byly shrnuty v únoru. Porotě, které předsedal profesor Čičibabin, bylo předloženo celkem pět vzorků. Ital poslal malý kousek materiálu podobného kaučuku, získaného z izoprenu. Dva další domácí vzorky byly vyrobeny z rostlinných materiálů. Do cíle se tak dostaly pouze laboratoře Lebeděva a Byzova. Nesplnily však všechny podmínky soutěže, protože poskytly vzorky kaučuku bez technologického vývoje.

Komise se nicméně rozhodla udělit vítězství Lebeděvově laboratoři. Cena však nebyla vyplacena v plné výši, dali 25 000. Navrhli však pokračovat ve výzkumu. Pravda, nyní ne na vlastní náklady, ale na náklady státu.

Hevea už možná neplače

V únoru 1930 začala v Leningradu výstavba pilotního závodu na výrobu syntetického kaučuku Lebeděvovou metodou. A přesně o rok později, v únoru 1931, bylo v tomto závodě vyrobeno 250 kg divinylového kaučuku.

Byl to první levný, továrně vyráběný syntetický kaučuk na světě.

V Německu se kaučuk začal vyrábět v průmyslovém měřítku až v roce 1938. O sedm let později než v SSSR.

Nebýt patentu na proces výroby syntetického kaučuku, který tak prozíravě vydal Hoffman v roce 1909, priorita by patřila naší zemi.

Autor: Marina SOBE-PANEK