Otto Wichterle - vzpomínka studentů ke 100. výročí narození

Profesor Wichterle byl chemik světového významu a lze ho právem pokládat za nejvýznamnějšího představitele české vědy minulého století.

Všechny dostupné publikace o profesoru Wichterlem obsahují především podrobné informace o vývoji tohoto objevu, popisují problémy při jeho realizaci i nesmírný ekonomický význam tohoto vynálezu. Proto psát znovu podrobnosti o kontaktních čočkách je jako nosit dříví do lesa. V této souvislosti je však třeba povšimnout si především významné povahové vlastnosti vynálezce, a sice cílevědomé zarputilosti dotáhnout práci do úspěšného konce, tedy až k praktickému využití objevu. Jakmile se Otto Wichterle přesvědčil o použitelnosti kontaktních čoček a ve spolupráci s doktorem Dreifusem se podařilo prokázat, že kontaktní čočky dokonale korigují zrak a jsou pro oko pacienta pohodlné, vrhnul se do další etapy, a to průmyslové realizace objevu. Problém byl totiž v tom, že první čočky odlévané z poly-hydroxyetylmetakrylátového gelu do forem nebylo možné použít pro nepravidelnosti okrajů čočky (čočky se též při vyjímání z forem trhaly a okraje se musely pracně zabrušovat). Otto Wichterle byl přesvědčen, že nalezl řešení, a to v odstředivém odlévání čoček. A přestože mu nadřízená místa odmítla uvolnit finanční prostředky na další vývoj, nevzdával se a přenesl svůj výzkum do domácího prostředí. Doma prakticky na koleně postavil z dětské stavebnice Merkur první čočkostroj poháněný dynamem z jízdního kola, později motorkem z gramofonu. A tak se profesor Wichterle zapsal do historie našich nejúspěšnějších vědců. Jeho čočkostroj je dokladem cílevědomé práce vědce a je i příkladem pro mladou generaci. Pokud je člověk přesvědčen o správnosti svých cílů, za žádných okolností a přes všechny překážky a nástrahy to nesmí vzdát. Problém výzkumu, vývoje a následné výroby kontaktních čoček u nás i v zahraničí je podrobně popsán v mnoha publikacích. Veřejnost se s touto problematikou mohla seznámit i na výstavě Otto Wichterle – vědec a vynálezce, kterou uspořádala v prosinci 2011 Česká centra a Ústav makromolekulární chemie AV ČR.

Mezi další významné práce profesora Wichterleho, veřejnosti již méně známé, patří oblast polyamidové chemie. Po uzavření vysokých škol v roce 1939 nastoupil Otto Wichterle do Výzkumných chemických dílen firmy Baťa ve Zlíně, kde se zaměřil na prověření Carothersových patentů, podle kterých se vyráběl polyamid 66 pod obchodním označením Nylon. Brzy zjistil, že z tohoto polyamidu nelze dobře táhnout vlákna. A opět geniální nápad: Wichterle zjistil, že při polymeraci 6-kaprolaktamu lze jednoduše vyrobit polyamid 6, jehož tavenina se dala bez problému táhnout na pevná vlákna, a ta vylo možné následně spřádat. Následovala rychlá realizace v poloprovozu a z vláken PA6 se vyrobily první ponožky a dámské punčochy.

Objev byl tak významný, že čeští představitelé firmy se rozhodli udržet tento výzkum před Němci v tajnosti. Teprve po ukončení války se vlákno z PA6 začalo průmyslově vyrábět pod obchodním názvem Silon. Později se tento materiál začal vyrábět v PCHZ Žilina i jako granulát pro technologii vstřikování pod obchodním označení Silamid.

Nevýhodou této hydrolytické polymerace kaprolaktamu byla pomalost reakce, která trvala mnoho hodin. A zase přišel profesor Wichterle s nápadem, jak proces urychlit. Pro polymeraci 6-kaprolaktamu použil jako katalyzátor polymerace jeho sodnou sůl (natriumkaprolaktam). A na světě byla aniontová polymerace, která byla velmi rychlá a výsledný produkt byl pojmenován alkalický polyamid. To ovšem nebylo vše. Tento materiál nebyl sice vhodný pro výrobu vláken, ale objevila se nová aplikační oblast ve formě odlitků z alkalického polyamidu. Způsob alkalické polymerace se dále zdokonaloval. Podle dalších prací a patentů profesora Wichterleho a jeho asistentů Králíčka a Šebendy bylo vhodnou kombinací aktivních složek polymerace (kromě již zmíněného natriumkaprolaktamu vyráběného reakcí kovového sodíku, případně sodných solí, byly použity pro urychlení reakce i látky s imidovou skupinou, např. N-acetylkaprolaktam) dosaženo zvýšení polymerační rychlosti na téměř stonásobek oproti hydrolytickému procesu polymerace, zvýšení polymeračního stupně (molekulové hmotnosti) na dvoj- až pětinásobek a snížení obsahu monomeru pod 3 %.

Vzhledem k vysokým polymeračním rychlostem bylo umožněno polymerizovat kaprolaktam přímo ve formách. Díky snížení počáteční teploty polymerace pod 140 °C nedochází v průběhu polymeračního procesu ke zvýšení teploty vznikajícího polymeru reakčním a krystalizačním teplem nad jeho bod tání, který je cca 221 °C. Je zde tedy vyloučena velká objemová kontrakce, která by u tlustostěnných odlitků vedla k tvorbě velkých dutin (lunkrů) a byla příčinou nerovnoměrného a vysokého vnitřního pnutí v odlitku. Vyšší polymerační stupeň (molekulová hmotnost), nízký obsah nízkomolekulárních podílů (především monomeru) a zejména dokonalejší krystalické uspořádání (obsah krystalického podílu je 40 až 50 %) pozitivně ovlivnilo i mechanické vlastnosti alkalického polyamidu, které jsou lepší než u dosud používaného hydrolytického polyamidu 6. Tyto vlastnosti lze dále modifikovat práškovými či vláknitými plnivy.

Uvedené výsledky základního výzkumu vedeného profesorem Wichterlem byly v roce 1961 podkladem pracovníkům vývojového střediska Plastimat v Plzni, které vedl autor tohoto článku, pro stavbu zkušební poloprovozní aparatury na výrobu odlitků z alkalického polyamidu metodou přímé polymerace ve formách. Zde byly tedy zhotoveny první polyamidové odlitky o hmotnosti až 80 kg a vytvořeny předpoklady pro využití nové technologie a materiálu v průmyslu. Jednalo se nejen o polotovary ve formě hranolů, desek, válců a tyčí určených k dalšímu obrábění, ale i tvarových tlustostěnných výrobků (ozubená kola, kluzná ložiska a výstelky, segmenty, listy lodní vrtule, články dopravníků, šnekové podavače, razníky na tažení plechu, články dopravníků a zvedacích zařízení, části olejových skříní, kladky, řemenice, izolační spojky, razníky na tažení plechů, vodicí lišty, kopyta pro obuvnický průmysl, díly k textilním strojům a další strojírenské aplikace). Z nařízení tehdejšího ministerstva všeobecného průmyslu byl tento úspěšný vývoj v roce 1963 předán do podniku ZAZ Jaroměř. Dnes převzala výrobu odlitků z alkalického polyamidu firma Polyplasty Jaroměř a našli bychom i další menší firmy a velký počet obchodních firem, které polotovary z alkalického polyamidu úspěšně nabízejí.

Pro úplnost se zmíním i o využití alkalické polymerace 6-kaprolaktamu pro výrobu granulátu pro technologii vstřikování. Polymerační jednotka byla postavena v podniku Spolana Neratovice a granulát byl několik let vyráběn pod obchodním názvem Spolamid. Bohužel se při vstřikování (při teplotě taveniny cca 250 °C) objevily technologické problémy, výstřiky neměly konstantní kvalitu a objevovaly se časté povrchové vady. Proto byla výroba na začátku devadesátých let minulého století zrušena.

Pedagogická činnost Otty Wichterleho začala již před 2. světovou válkou. Jako žák významného chemika profesora Emila Votočka promoval v červnu roku 1936 na doktora technických věd a následně působil na Fakultě chemicko-technologického inženýrství v Praze jako „přednáškový asistent“ u profesora Votočka, za nějž v případě jeho nepřítomnosti mohl i přednášet. Tak získal Otto Wichterle první učitelské zkušenosti. Na škole působil až do jejího uzavření 17. 11. 1939.

Krátce po válce se vrátil ze Zlína do Prahy s cílem obnovit výuku na vysoké škole. Ve spolupráci s tehdejším docentem Lukešem, významným vědcem a pedagogem v oblasti organické chemie, obnovili výuku v improvizovaných prostorách Ústavu organické chemie a začali psát první skripta pro organickou i anorganickou chemii včetně návodů pro laboratorní práce. Tato skripta svým pojetím byla opět zcela originální a posléze byla autorem vydána i německá a ruská verze.

Po zřízení samostatné Vysoké školy chemicko-inženýrské v nových budovách v Dejvicích pokračoval Otto Wichterle v pedagogické činnosti na této škole jako řádný profesor a vedoucí katedry technologie plastických hmot (makromolekulární chemie). Tam setrval až do září roku 1958, kdy byl po politické čistce propuštěn.

Měl jsem to štěstí spolu s mými kolegy poznat profesora Wichterleho osobně, neboť jsem v letech 1952 až 1957 na VŠCHT, na Fakultě organické chemie, studoval. Poslední dva roky jsem si vybral jako specializaci technologii plastických hmot především proto, že mě zaujala metoda výuky profesora Wichterleho a jeho způsob přednášení. Jeho přednášky z předmětů Technologie polymerů a Makromolekulární chemie nás naprosto fascinovaly, stejně jako práce v laboratoři při řešení diplomových prací. Zadání diplomových prací vymýšlel sám pan profesor a témata nebyla nijak jednoduchá. Jako příklad uvedu svoji práci, která zněla Pokus o přípravu polymeru pomocí kombinované přeamidace a přeesterifikace, což mi přišlo na první pohled téměř neřešitelné. A právě v tomto případě jsem ocenil pana profesora nejen jako učitele, ale i člověka vstřícného a laskavého, který ke svým studentům měl téměř kamarádský vztah. Pod jeho vedením moje práce dopadla na výbornou (podle hodnocení docenta Hudlického z katedry organické chemie).

Mezi charakterové vlastnosti profesora Wichterleho patří vlastenectví, nebojácnost a nekompromisní postoj ke všemu negativnímu ve společnosti. Uvedu několik příkladů, kdy prokázal svoji statečnost vůči bezpráví. 11. listopadu 1939, v den smrti Jana Opletala, když zastupoval jako přednášející profesora Votočka, vyzval studenty, aby místo přednášky šli protestovat do ulic.

Při svém působení u firmy Baťa se zasloužil o utajení svého vynálezu (polymerace 6-kaprolaktamu a výroba vláken z polyamidu 6) před Němci. Pro svůj postoj k německé okupaci a zejména za účast na schůzkách u Ing. Kouteckého, který vedl ve Zlíně odbojovou buňku, byl 21. 12. 1942 zatčen gestapem a 4 měsíce vězněn. Po válce názorové rozpory s vedením VŠCHT vyústily v srpnu 1958 v rámci politické čistky po nástupu rektora Vladimíra Maděry k propuštění profesora Wichterleho z VŠCHT.

S ohledem na vědecké úspěchy, které ho proslavily nejen doma, ale i v zahraničí, byl profesor Wichterle jmenován vedoucím laboratoře makromolekulárních látek ČSAV, z níž později vznikl samostatný Ústav makromolekulární chemie. Jako jeho ředitel se zasloužil o vybudování tohoto ústavu na Petřinách (osobně organizoval jeho výstavbu, včetně zařízení laboratoří). V roce 1968 v období pražského jara byl zvolen předsedou přípravného výboru Svazu vědeckých pracovníků a poslancem České národní rady a posléze v r. 1969 byl na krátký čas jako nestraník poslancem Sněmovny národů Federálního shromáždění. S nastupující husákovskou normalizací se však nikdy nesmířil. Stal se jedním z iniciátorů manifestu 2000 slov a za to byl 21. 12. 1969 zbaven funkce ředitele ÚMCH.

K ocenění práce profesora Wichterleho došlo až po roce 1989. Roku 1990 byl zvolen prezidentem ČSAV, v roce 1993 mu byl Karlovou univerzitou udělen titul doctor honoris causa a téhož roku byl jeho jménem pojmenován asteroid.

Tento článek byl napsán jako vzpomínka jeho posledních studentů z VŠCHT při příležitosti nadcházejícího výročí sta let od jeho narození. Otto Wichterle celý svůj život bránil zdravý lidský rozum, lidskou slušnost a toleranci proti zneužívání moci totalitním režimem. Profesor Wichterle je a bude vzorem pro současnou i budoucí generaci vědců v oblasti polymerní chemie i aplikovaného výzkumu. Dokázal, snad jako nikdo jiný na světě, spojit špičkový základní výzkum s okamžitým praktickým využitím (kontaktní čočky a další aplikace z hydrogelů, polyamidová vlákna, alkalický polyamid a další). Jeho genialita tkví v kombinaci exaktního vědeckého myšlení s citem pro aplikační uplatnění spojeným s vysokou řemeslnou zručností. Profesor Wichterle jako prezident ČSAV charakterizoval současný stav vědeckého výzkumu takto: „Obávám se, že výzkum daleko předběhl možnosti realizace. Ve světě je dnes vymyšleno tolik věcí v základním výzkumu, že by z nich mohl průmysl těžit desítky let, pokud nemá snahu konkurovat. To ovšem neznamená, že by se vědecký výzkum neměl dále rozvíjet a podporovat.“

V letošním roce patrně vznikne řada dalších publikací o tomto význačném vědci. Bude jistě obnovena i doplněna zdařilá výstava, kterou již v prosinci roku 2011 uvedla Česká centra a ÚMCH. K příležitosti 100. výročí narození se připravuje vydání stříbrné mince. Domnívám se, že pokud by profesor Wichterle rozhodoval o materiálu mince, tak by místo stříbra volil přinejmenším polyamidový nanokompozit.

Ing. Emil Neuhäusl

emil.neuhausl@pfservice.cz

Autor Ing. Emil Neuhäusl studoval v letech 1952–1957 na Vysoké škole chemicko-technologické v Praze, poslední dva roky na katedře plastických hmot u profesora Wichterleho. V roce 1961 realizoval patenty profesora Wichterleho a jeho spolupracovníků, které se zabývaly aniontovou polymerací 6-kaprolaktamu. V Plastimatu Plzeň postavil první prototypovou jednotku na výrobu odlitků z alkalického polyamidu.