Кирзачи из композитной кирзы

При въезде в военный поселок Звездный Пермского края стоят бронзовые кирзачи весом 40 кг. «Солдатские сапоги» — памятник не только воинской славе, но и первому отечественному композиционному материалу, изготовленному с использованием синтетических компонентов, кирзе*).

*) Кирза́ (устаревш. — ки́рза; англ. Kirsei от англ. kersey — грубая шерстяная ткань — по названию деревушки Kersey в Англии, где разводили особую породу овец, из шерсти которой вырабатывалась эта ткань) — плотная прочная многослойная хлопчатобумажная ткань. Термин чаще используется в отношении обувной кирзы — композитного материала, состоящего из обработанной плёнкообразующими веществами многослойной хлопчатобумажной ткани (фактической кирзы). Используется как заменитель кожи. Поверхность обувной кирзы подвергают тиснению для имитации фактуры свиной кожи. Применяется в основном в производстве голенищ армейских сапог, а также для изготовления прорезиненных приводных ремней, подсумков, планшетов.

Термин «композиционные материалы» (КМ) относительно молод, ведь наука о КМ как раздел материаловедения зародилась лишь в шестидесятых годах ХХ века. Но природные композиционные материалы появились еще тогда, когда человека не было на Земле. Раковины моллюсков, кораллы, древесина, трубчатые кости птиц и других животных, бамбук... Комбинируя различные компоненты, природа создавала материалы с необычными свойствами — очень прочные, легкие, жесткие или гибкие.

История рукотворных искусственных композиционных материалов восходит к истокам цивилизации. Первые упоминания можно найти в Библии: предполагают, что Ноев ковчег был построен из тонких деревянных пластин, склеенных смолой. Но есть и более надежные материальные свидетельства. В древности люди строили речные суда из камыша, пропитанного смолой, изготавливали слоистые боевые луки, прочные и гибкие, египтяне мумифицировали фараонов, обматывая умерших лентами из ткани, пропитанными смолами. Можно привести множество более прозаических примеров изобретательности человека, который догадался добавлять солому в глину для кирпичей, чтобы повысить их прочность и теплоизоляцию, конский волос — в штукатурку, бумажную массу — в гипс.

Искусственные композиционные материалы придумывали тогда, когда возникала потребность улучшить свойства того или иного традиционного материала либо заменить дорогой и редкий природный материал, запасы которого на Земле ограничены. Возьмем, к примеру, обложки для книг. Бумажные и тканевые быстро выходят из строя, а для кожаных переплетов, почти что вечных, кожи не напасешься. Так в XVIII веке появился коленкор — многослойная хлопчатобумажная ткань полотняного плетения (обычно миткаль), пропитанная крахмально-каолиновым аппретом с добавками разных пигментов, который придавал материалу жесткость. Из коленкора многие десятилетия делали обложки для книг и тетрадей, поскольку он не истирается и хорошо воспринимает тиснение фольгой и печать трафаретными и переплетными красками. В конце XIX века коленкор начали покрывать слоем латекса, поэтому он стал не только более прочным, но и водостойким. А в XX веке на его поверхность наносили прозрачный нитроцеллюлозный лак с тем же результатом.

Еще один пример — балетные туфельки. В прежние времена их носки, пуанты, упрочняли вставками из натурального пробкового дерева: этот материал прекрасно переносил большие нагрузки во время танца. Однако балетные туфельки быстро снашиваются, а пробковых деревьев не так уж и много на планете. Поэтому вкладыши из натурального материала пришлось заменить композиционным — многослойной проклеенной хлопчатобумажной тканью. Балет от этого нисколько не пострадал.

Точно так же, по причине жесткой необходимости, в начале ХХ века появилась и кирза, истинный композиционный материал. Уточнение «истинный» здесь не случайно. С термином «композиционные материалы» мы сегодня обращаемся вольно. Действительно, большинство современных материалов представляют собой композицию. Однако материаловеды второй половины ХХ века сформулировали довольно четкие критерии, по которым мы можем отличить композиционный материал от прочих. Во-первых, он должен быть создан руками человека и состоять из двух и более компонентов, различных по составу, которые разделены выраженной границей. Причем состав, форма и распределение компонентов должны быть спроектированы заранее. Во-вторых, композиционный материал должен быть однородным в макромасштабе и неоднородным — в микромасштабе, а также обладать новыми свойствами, отличными от свойств компонентов, но привносимыми ими.

С точки зрения этих формальных критериев не совсем корректно относить к композиционным материалам дерматин, гранитоль, ледерин и клеенку. Они состоят из одного слоя ткани (льняная мешковина, грубая ткань молескин, миткаль, бязь), покрытого с одной или обеих сторон водоотталкивающей пленкой (нитроцеллюлозой). А вот многослойная кирза отвечает всем требованиям, предъявляемым к КМ.

Если мы захотим узнать, кто придумал кирзу, то поиск в Интернете даст ответ: «И. В. Плотников». Роль Ивана Васильевича в истории кирзы действительно велика, и об этом чуть позже. Однако впервые создал ее Михаил Михайлович Поморцев (1851–1916), выпускник Михайловского артиллерийского училища и Академии Генерального штаба, впоследствии генерал-майор, чьим именем назван один из кратеров на Луне. М. М. Поморцев был первым русским аэрологом, организатором полетов на аэростатах для изучения атмосферных явлений. Он написал первый российский учебник по синоптической метеорологии и стал кавалером ордена Почетного легиона за научные работы и создание приборов. Неудивительно, что его заметил и оценил Д. И. Менделеев и пригласил участвовать в работе Русского физико-химического общества. Под влиянием Д. И. Менделеева М. М. Поморцеву захотелось поработать и в других областях науки. Так судьба свела его с выдающимися российскими химиками Н. С. Курнаковым и В. Н. Ипатьевым, занимавшимися созданием синтетических заменителей каучука. Проблема была более чем актуальной, ведь у России не было своего натурального каучука, а иностранные монополии продавали его очень дорого. Но уже тогда было ясно, что «каучук — это ноги автомобилей и аэропланов».

 
1 - кок-сагыз; 2 - гваюла; 3 - тау-сагыз; 4 - ваточник (справа плод)

В 1903 году Поморцев стал проводить опыты с заменителями каучука, которые извлекали из корней отечественных субтропических каучуконосов — хондриллы, кок-сагыза, тау-сагыза, кендыря. Уже в 1904 году он получил водонепроницаемый брезент, с успехом испытанный в качестве чехлов для артиллерийских орудий и фуражных мешков. Работа над непромокаемыми тканями натолкнула М. М. Поморцева на идею найти состав для пропитки, который придавал бы тканям свойства кожи. И такой состав он сделал. Это была эмульсия из яичного желтка, канифоли и парафина. Он пропитал ею многослойную керзу (от английского kersey — грубое домотканое сукно, или тяжелое сукно, или техническая ткань) и получил ткань, непроницаемую для воды, но способную дышать, пропускать воздух. Так на свет появился первый заменитель кожи, который стали называть «керза».

Со временем буква «е» в этом слове поменялась на «и» — видимо, как слышали, так и писали, обычное дело для послереволюционной России. Кстати, Интернет предлагает нам иную версию происхождения слова «кирза» — от названия «Кировский завод», на котором ее изготавливали. Но это ошибочная трактовка. Речь идет о заводе «Искож» в Кировской области, где действительно в конце 30-х годов начали осваивать производство кирзы по методу М. М. Поморцева, разработанному, как мы сейчас убедились, еще в начале ХХ века. Однако эта легенда, вероятно придуманная на заводе «Искож», оказалась невероятно живучей.

Но вернемся к изобретению Поморцева. По мнению Артиллерийского комитета, «керза могла быть применена взамен кожи». Ее успешно испытали как материал для конской амуниции, сумок и чехлов во время Русско-японской войны. Министерство промышленности экспонировало образцы материалов, созданных по методу Поморцева, на международных выставках в Льеже (1905) и в Милане (1906). Труд Михаила Михайловича был отмечен золотой медалью в Милане и малой серебряной на Всероссийской гигиенической выставке в Санкт-Петербурге в 1913 году.

Когда началась Первая мировая война, М. М. Поморцев предложил безвозмездно использовать его заменители кожи для изготовления солдатских сапог. Сделали и успешно испытали опытные партии. Военно-промышленный комитет рекомендовал изготовить крупную партию таких сапог для армии... Но тут вмешались фабриканты кожаной обуви, которым производство искусственной кожи было невыгодно, и начали всячески препятствовать передаче заказа, а после кончины Михаила Михайловича в 1916 году и вовсе похоронили это дело. Кирзовые сапоги появились уже в Красной армии.

Имя М. М. Поморцева, метеоролога, аэролога, конструктора ракет, занимает в истории отечественной космонавтики достойное место. Однако его имя как изобретателя кирзы со временем практически утеряно, ссылки на его работы в материаловедческой и исторической литературе отсутствуют. Хотя, по свидетельству М. И. Павлушенко, автора монографии «Михаил Михайлович Поморцев. 1851–1916» (Москва: Наука, 2003), научные сотрудники НИИ кожи Министерства легкой промышленности в частных беседах уверяли, что труды Поморцева они считают базовыми в производстве заменителей кожи и что его имя чтят специалисты. Будем считать, что и эта статья — вклад в восстановление исторической справедливости.

Какова дальнейшая судьба кирзы? Джинн был выпущен из бутылки, и о нем вспомнили уже в советской России, когда нужно было обуть босую страну в удобную, практичную и дешевую обувь. Материал быстро приобрел популярность. В одном из своих интервью легендарный М. Т. Калашников на вопрос, чем объяснить такую востребованность его автомата в течение столь длительного времени, ответил: простотой и надежностью. О кирзе можно сказать то же самое.

Однако в 20-е годы стало ясно, что для массового производства кирзы нужна водоотталкивающая пропитка подешевле, состоящая из более распространенных веществ, нежели канифоль, желток и парафин. В идеале подошел бы натуральный каучук, но в России его не было. Можно ли найти ему недорогую замену?

К тому времени первые образцы синтетического каучука уже были получены в лабораториях советских исследователей. В 1901 году русский химик И. В. Кондаков (1857–1931) открыл процесс каталитической полимеризации диметилбутадиена и синтезировал из него первый эластичный полимер. В 1910 году знаменитый С. В. Лебедев впервые получил образец синтетического бутадиенового каучука. Он предложил использовать металлический натрий в качестве катализатора полимеризации, поэтому полимер, полученный по этому методу, называют натрий-бутадиеновым каучуком. А в 1915–1916 годах русский химик Б. В. Бызов получил патент на способ получения бутадиена из нефти и его полимеризацию. Однако это были лабораторные изыскания, да и нефти в России в то время добывали мало. Нужна была технология получения дешевого синтетического каучука из доступного в России сырья.

В 1926 году Высший совет народного хозяйства СССР объявил конкурс на разработку лучшего метода промышленного получения синтетического каучука. Условия — представить два килограмма продукта и полное описание промышленной технологии. Сырье должно быть дешевым и доступным, а себестоимость не выше, чем у натурального каучука.

Тогда в России нефти особенно-то не было, зато было много картошки, из которой гнали этиловый спирт. Вот из этого спирта С. В. Лебедев с коллегами и сумел сделать первый синтетический бутадиеновый каучук. Ключевой, как ни странно, оказалась первая стадия процесса — получение бутадиена. Это была настоящая находка — одностадийный процесс на смешанном цинкоалюминиевом катализаторе:

2CH₃CH₂OH → 2H₂O + CH₂=CH—CH=CH₂ + H₂.

А процесс полимеризации бутадиена под действием натрия С. В. Лебедев, как мы помним, разработал 15 годами ранее. Полимер получился действительно дешевым. Жена Лебедева вспоминала, что образец синтетического каучука, который Лебедев отправил на конкурс в деревянном ящике, был похож на коврижку медового цвета, но с отвратительным запахом.

С. В. Лебедев выиграл конкурс и получил премию — 100 тысяч рублей. Однако главной наградой стало строительство в 1932–1933 годах трех заводов по производству синтетического каучука по его методу. Кстати, с 1932 по 1990 год СССР занимал первое место в мире по объемам производства этого продукта.

С появлением отечественного синтетического каучука у кирзы начинается вторая жизнь. К тому времени в СССР уже была создана инфраструктура новой отрасли — промышленности искусственных кож и пленочных материалов. Первые заводы по изготовлению кожзаменителей вступили в строй в 1930-е годы. Тогда же, в 1931 году, решением правительства были созданы государственный трест «Кожсуррогат» и Центральная научно-исследовательская лаборатория, которую в 1939 году преобразовали в Центральный научно-исследовательский институт заменителей кожи (ЦНИИКЗ), а в 1957 году — во Всесоюзный научно-исследовательский институт пленочных материалов и искусственной кожи (ВНИИПИК), который существует по сей день. В лабораториях и на заводах стали разрабатывать технологию новой водонепроницаемой пропитки для кирзы на основе синтетического каучука, которая шла на голенища сапог. Их испытания проходили в боевых условиях во время финской войны.

Первые опыты были неудачными: кирза растрескивалась, плохо держала тепло и не «дышала». Свойство воздухопроницаемости, которое получил М. М. Поморцев, используя свой рецепт эмульсии, казалось, было утрачено навсегда. Интерес к кирзе стал потихоньку остывать.

Но дальше случилось то, что описано в документах, хранящихся в Политехническом музее, — в подлинниках автобиографии и коротких воспоминаний одного из разработчиков кирзы на основе синтетического каучука, химика А. М. Хомутова.

В 1937 году Александр Михайлович Хомутов стал главным инженером завода «Кожимит» в Москве. С его приходом начали осваивать синтетический каучук для изготовления искусственной кожи. Но события стали развиваться стремительно. «В 1938 году меня пригласили в нарвоенком обороны на совещание, — пишет А. М. Хомутов. — На совещании нам сообщили, что возможна война с фашистской Германией. Очень тяжелое положение со снабжением армии обувью. Кожи нет. Необходим заменитель кожи для голенищ сапог». Задача была поставлена жестко: срочно ускорить работы в этой области. Основные требования: сырье должно быть отечественным и доступным, заменитель кожи — гигиеничным, а кроме того, надо создать производственную базу.

Отечественная ткань «керза» и синтетический каучук имелись в наличии, но не было технологии, которая позволила бы соединить эти компоненты и получить дышащую кирзу. А. М. Хомутов нашел химика И. В. Плотникова. В то время Иван Васильевич работал старшим научным сотрудником в ЦНИИ заменителей кожи и занимался пропиткой ткани бензиновыми растворами натурального каучука (по методу Поморцева). Хомутов пригласил Плотникова для совместной работы. Начали отрабатывать технологию с бензиновыми растворами синтетического каучука. Получилось! Сконструировали технологическое оборудование, выпустили первую опытную партию «Кирзы СК» и передали обувщикам. В 1939 году была изготовлена опытная партия солдатских сапог с голенищами из «Кирзы СК», которую отправили в армию.

Не обошлось без ЧП. Однажды ночью к Хомутову на квартиру приехали сотрудники ГПУ и забрали его на Лубянку, где главного инженера уже ждали полковники П. И. Белкин и В. В. Щеголев. Хомутову рассказали, что у солдат, носивших сапоги с кирзовыми голенищами, на ногах экзема. «В чем дело?» — «Надо ехать смотреть». Утром всех троих отвезли в воинскую часть. Повальная экзема действительно была, только вот сапоги оказались не кирзовыми, а из свиной кожи отвратительной выделки. Полковники не могли различить на глаз натуральный и искусственный материал, но для Хомутова, в прошлом кожевенника, это было очевидно. Для наглядности он даже разрубил одно голенище ножом и показал срез.

Инцидент был исчерпан, и Советская армия начала обувать своих солдат в кирзовые сапоги. В 1940 году А. М. Хомутов перешел на другую работу, а место главного инженера занял его соавтор по «Кирзе СК» И. В. Плотников. На его плечи легло снабжение армии кирзовыми сапогами во время Великой Отечественной войны. И с этой задачей он справился с честью.

Трудно переоценить значение кирзовых сапог для армии, особенно в сороковые годы. Поэтому неудивительно, что в апреле 1942 года постановлением Совета народных комиссаров А. М. Хомутову, И. В. Плотникову и еще семерым специалистам, а также двум военным инженерам (полковникам), упомянутым выше, П. И. Белкину и В. В. Щеголеву, была вручена Сталинская премия второй степени за комплекс работ по изобретению и внедрению в промышленность заменителей кожи для армейских сапог. Этим же постановлением были отмечены изобретатель «катюши» А. Г. Костиков и прославленные авиаконструкторы С. В. Илюшин и А. С. Яковлев. Так кирзовые сапоги, реактивные установки и истребители были поставлены на одну ступень, и с этой оценкой трудно не согласиться.

За годы войны армия получила десять миллионов пар кирзовых сапог, легких, непромокаемых, надежных. А всего к настоящему времени произведено около 150 миллионов пар кирзовой обуви.

Какой будет дальнейшая судьба кирзы? Сегодня армейское начальство решило отменить кирзовые сапоги и портянки в нашей армии. Но можно не сомневаться, что строители, фермеры, садоводы и огородники ни за что не откажутся от этой дешевой, удобной, прочной, дышащей обуви — как раз для российского климата и бездорожья. Не говоря уже о том, что в этих сапогах можно работать в зонах радиоактивного заражения и даже напалмовых пожаров. Да и сама кирза сильно изменилась. Грубая хлопчатобумажная ткань, основа кирзы, теперь заменена легкими неткаными материалами с хаотично расположенными волокнами, которые хорошо сопротивляются расслаиванию при многократных изгибах.

Но как бы ни складывалась дальнейшая жизнь кирзы, свою миссию она уже выполнила. Это не только победа в Великой Отечественной войне. Кирза заложила основу для развития огромной отрасли композиционных материалов. Многие из них, составленные по принципу кирзы, сегодня применяют для изготовления канатов, ремней, спортивных товаров, касок и бронежилетов. Широкое вхождение композиционных материалов в нашу жизнь по своему значению равнозначно промышленной революции XIX века. И у истоков этой революции стояла русская кирза — первый искусственный композиционный материал.

Кирза. Г. М. Глезер, кандидат технических наук, Политехнический музей

«Химия и жизнь» №2, 2013

elementy.ru