Валентин Каргин: учёный, который создал фундамент современной науки о полимерах

Первые научные работы Валентина Каргина, опубликованные в 1926–1927 годах, были посвящены вопросам аналитической химии и электрохимии. Однако уже к концу 1930-х — началу 1940-х годов его научный интерес полностью сместился к полимерной химии.

Это был период, когда наука о полимерах только формировалась. Полимерные материалы уже входили в промышленность, но их природа, поведение в растворах, механические свойства, способность к формованию, пластификации, растяжению, старению и модификации ещё не были описаны как единая система.

Одной из важных ранних работ Каргина в полимерной области стал цикл исследований, выполненный совместно с С.П. Папковым и З.А. Роговиным. В этих работах было показано, что растворы полимеров являются термодинамически обратимыми системами и подчиняются правилу фаз. Для своего времени это было принципиально важным выводом: он разрушал прежние представления о полимерных растворах как о коллоидных системах особого, «исключительного» типа и приближал полимеры к строгому физико-химическому описанию.

Именно с таких исследований начиналась научная логика, которая сегодня лежит в основе переработки полимеров, получения волокон, плёнок, композитов и защитных покрытий.

Главный вклад Каргина — развитие представлений о связи между строением макромолекул, надмолекулярной структурой, физическим состоянием и эксплуатационными свойствами полимеров.

Для современной промышленности это имеет прямое значение. Любое полимерное покрытие — это не просто слой расплавленного материала на поверхности. Его свойства зависят от множества факторов: температуры нанесения, молекулярной массы полимера, вязкости расплава, смачивания поверхности, адгезии к основанию, кристалличности и аморфной фазы, скорости охлаждения, релаксационных процессов, стойкости к воде, солям, химическим реагентам и абразивному износу.
Каргинская школа закрепила принципиальную мысль: свойства полимера нельзя рассматривать отдельно от его структуры и технологии переработки. Один и тот же материал может дать совершенно разные результаты в зависимости от режима нагрева, состояния поверхности, способа нанесения и условий формирования конечного слоя.

Для современных технологий термопластичных покрытий эта логика особенно важна. Газопламенное нанесение требует не механической подачи порошка на поверхность, а управляемого формирования защитного слоя. ВМПЭ, СВМПЭ и другие термопластичные материалы раскрывают свои свойства только тогда, когда технология учитывает их физико-химическую природу: плавление, растекание, формирование сплошной плёнки, сцепление с основанием, охлаждение и дальнейшую работу покрытия в реальной среде эксплуатации.

С именем Каргина связаны разработки, которые вошли в историю науки о полимерах: термомеханический метод, термовесы Каргина, правило Каргина при пластификации полимеров, модель Каргина — Слонимского, описывающая механические релаксационные свойства полимеров.
Эти понятия важны не только для фундаментальной науки. Они помогают объяснить, почему полимер ведёт себя не как металл, не как стекло и не как обычная жидкость. Полимерный материал может одновременно проявлять упругость, вязкость, пластичность, способность к релаксации напряжений и изменению свойств во времени.

Для защитных покрытий это принципиально. Покрытие работает в условиях температурных перепадов, вибрации, механических нагрузок, контакта с водой, солями, химическими веществами, абразивом. Если оно слишком хрупкое — появятся трещины. Если плохо сформировано — начнётся отслоение. Если материал неправильно прогрет — снизятся прочность, химическая стойкость и равномерность слоя.

Поэтому современное нанесение термопластичных покрытий фактически продолжает научную линию Каргина: от понимания структуры макромолекулы — к прогнозированию поведения материала в изделии.

В 1941 году Каргин предсказал возможность появления жидкокристаллического состояния в полимерах. Экспериментально это явление было обнаружено значительно позже — спустя примерно 30 лет.

Жидкокристаллическое, или ЖК-состояние, — это особое состояние вещества, промежуточное между обычной жидкостью и кристаллом. Материал при этом может сохранять текучесть, характерную для жидкости, но его молекулы или макромолекулярные фрагменты частично ориентированы, то есть имеют определённый порядок, свойственный кристаллическим структурам.

Для полимеров это особенно важно. Макромолекулы имеют большую длину, сложную форму и способность к ориентации. Если такие цепи выстраиваются упорядоченно, материал может получить резко улучшенные свойства: повышенную прочность, термостойкость, анизотропию, устойчивость к деформациям, возможность формирования высокопрочных волокон и плёнок.

Идея Каргина была опережающей. Она показывала, что полимер нельзя понимать только как «длинную молекулу». Полимер — это материал, в котором поведение макромолекул, их ориентация, фазовое состояние и надмолекулярная организация определяют конечные эксплуатационные свойства.

Для современных покрытий это имеет прямое методологическое значение. При формировании термопластичного слоя важно не только расплавить материал, но и обеспечить такое состояние, при котором структура покрытия после охлаждения будет работать на прочность, химическую стойкость, износостойкость и долговечность.

Совместно с Г.Л. Слонимским Каргин подготовил одну из важнейших монографий по полимерной тематике — «Краткие очерки по физикохимии полимеров». Эта работа стала не просто учебным или обзорным трудом, а концентрированным изложением новой научной картины: полимеры необходимо изучать через единство химического строения, физического состояния, надмолекулярной структуры и технологии переработки.

Для инженерной практики такой подход особенно ценен. Он позволяет не просто подбирать материал «по таблице свойств», а понимать, почему один полимер лучше подходит для износостойкого покрытия, другой — для плёнки, третий — для волокна, четвёртый — для химически стойкой футеровки или защитного слоя на металле.

В 1958 году В.А. Каргин и А.В. Топчиев одними из первых в мире опубликовали работу по термическим превращениям полиакрилонитрила с образованием полимера с сопряжёнными связями в цепи. Необычный комплекс электрофизических и термических свойств таких материалов сразу привлёк внимание научного сообщества.

Это направление было важным потому, что речь шла уже не просто о получении полимера, а о направленном изменении его структуры для получения новых функциональных свойств. Полимер начинал рассматриваться как материал, который можно проектировать под конкретную задачу: тепловую стойкость, электрофизические характеристики, специальные эксплуатационные условия.
Эта логика чрезвычайно близка современному подходу к защитным покрытиям. В промышленности важен не «полимер вообще», а материал с заданными функциями: химическая стойкость, износостойкость, антифрикционные свойства, ударная вязкость, устойчивость к агрессивным средам, ремонтопригодность. Именно так сегодня рассматриваются ВМПЭ, СВМПЭ и другие термопластичные материалы.

Каргин не был кабинетным теоретиком. Он принадлежал к тому типу учёных, для которых фундаментальная наука должна была работать на промышленность, оборону, транспорт, строительство, медицину и другие стратегические отрасли.

С 1940 года он участвовал как научный консультант в работе лабораторий Всесоюзного научно-исследовательского кинофотоинститута. Под его руководством был осуществлён выпуск качественной отечественной эфирцеллюлозной киноплёнки.

В годы Великой Отечественной войны, когда существовала угроза химических атак, Каргин как член Совета по делам науки при Государственном комитете обороны совместно с М.Н. Штейдинг разработал специальную пропитку для комбинезонов красноармейцев, защищавшую от химических отравляющих веществ.

В середине 1940-х годов возникла потребность в высококачественном органическом стекле. Каргин создал в Дзержинске лабораторию по разработке методов его получения. В дальнейшем эта лаборатория превратилась в НИИ химии и технологии полимеров имени академика В.А. Каргина.

В этом проявляется характерная для него научная линия: от фундаментального понимания вещества — к технологии, от технологии — к промышленному материалу, от материала — к реальной задаче страны.

В 1946 году Каргин был избран членом-корреспондентом АН СССР, а в 1953 году — академиком АН СССР. Он проводил большую организационную работу в Академии наук СССР и принимал активное участие в работе Государственного комитета Совета министров СССР по науке и технике.

По его инициативе и при его поддержке в системе АН СССР были созданы новые научно-исследовательские институты, специализировавшиеся в области полимеров: Институт высокомолекулярных соединений в Ленинграде, Институт химии высокомолекулярных соединений в Киеве, Институт механики полимеров в Риге, Институт механики металлополимерных систем в Гомеле.

В составе академических институтов были организованы крупные профильные подразделения: Отдел полимерных покрытий в Институте физической химии АН СССР, Отдел стабилизации полимеров в Институте химической физики АН СССР, лаборатории по полимерам в Институте нефтехимического синтеза АН СССР, Институте общей и неорганической химии АН СССР, Институте органической химии АН СССР, Институте элементоорганических соединений АН СССР, а также научно-исследовательские лаборатории в Казахстане, Азербайджане и Узбекистане.

Особенно показательно, что в этой системе научных направлений уже тогда значительное внимание уделялось полимерным покрытиям. Это направление требовало не только знания химии полимеров, но и понимания адгезии, структуры защитного слоя, процессов старения, стабилизации, механики и стойкости материалов в условиях эксплуатации.

С 1953 года и до конца жизни научная и педагогическая деятельность Каргина была связана с Московским государственным университетом.

В 1955 году он организовал и возглавил первую в СССР университетскую кафедру высокомолекулярных соединений на химическом факультете МГУ. Под его руководством были заложены основные методические принципы подготовки специалистов широкого профиля по высокомолекулярным соединениям.

Это было принципиально новое образовательное решение. Полимерная наука требовала специалистов, которые одновременно понимают химию, физикохимию, физику, механику, технологию переработки и применение материалов. Именно такую интегрированную концепцию Каргин положил в основу кафедры.

Большую роль, далеко выходящую за рамки МГУ, сыграл его цикл лекций «Современные проблемы науки о полимерах», прочитанный на химическом факультете в 1960–1961 годах. Лекции Каргина отличались насыщенностью, глубиной обобщения и пользовались большой популярностью.

Каргин понимал: для развития новой науки нужны не только лаборатории и кафедры, но и профессиональная научная коммуникация.

На протяжении ряда лет он был членом редакционной коллегии «Коллоидного журнала». В 1959 году организовал журнал «Высокомолекулярные соединения» и стал его первым главным редактором. Этот журнал стал одним из ключевых научных изданий по полимерной тематике.

При активной поддержке Каргина было также начато издание журнала «Механика полимеров». Это направление особенно важно для понимания поведения полимерных материалов в реальных условиях: при нагрузках, деформациях, трении, износе, температурных изменениях и длительной эксплуатации.

Со своими коллегами и учениками Валентин Каргин опубликовал свыше 600 оригинальных работ. Такой масштаб показывает не только личную продуктивность учёного, но и интенсивность созданной им научной среды.

Каргин много выступал с лекциями и докладами в зарубежных университетах и на международных конференциях. Среди его друзей и коллег были крупные зарубежные учёные, работавшие в области физикохимии полимеров: Г. Марк, М. Хаггинс, Р. Бойер, В. Кун, И. Сакурада и другие.

Становление полимерной индустрии и науки в Твери во многом связано с Валентином Каргиным. Именно в Твери прошли его детские и юношеские годы, а позднее город стал одним из заметных химических центров страны.

При непосредственном участии Каргина были созданы или получили развитие такие предприятия и научные организации, как «Химволокно», завод «Тверьстеклопластик», завод «Искож», НИИ синтетического волокна, ВНИИСВ.

На кафедрах физической и неорганической химии ТвГУ, кафедре технологии пластмасс ТГТУ, в лабораториях ВНИИСВ развивались идеи Каргина по получению высокопрочных полимерных волокон и плёнок, медицинских волокон и тканей, полимерных композитов, углеродных волокон и других материалов.

Это превратило Тверь в один из крупнейших химических центров страны. Здесь регулярно проходили международные симпозиумы по химическим волокнам, куда приезжали ведущие специалисты мировой науки.

Для современной промышленности это важная историческая линия: полимерная наука в России всегда развивалась не только в академических институтах, но и рядом с производством. Именно такое соединение науки и практики сегодня особенно ценно для технологий защитных покрытий.

Показатель настоящего научного лидера — не только личные открытия, но и созданная им школа. Валентин Каргин оставил после себя блестящую школу полимерщиков.

Среди его учеников — академики Виктор Александрович Кабанов, Николай Альфредович Платэ, Николай Филиппович Бакеев. Каждый из них впоследствии стал руководителем научной школы мирового уровня в своём направлении полимерной науки.

Каргин подготовил 25 докторов и свыше 100 кандидатов наук. Его воспитанники работали и работают не только в разных городах России, но и в странах ближнего и дальнего зарубежья.
Среди учеников и последователей Каргина также называют Ю.С. Липатова, А.А. Тагер, Х.У. Усманова, С.Х. Факирова, М.М. Иовлеву и многих других исследователей, внесших вклад в физикохимию, механику, синтез и технологию полимеров.

Каргинская школа важна тем, что она развивала полимеры как междисциплинарную область. Здесь химия соединялась с физикой, физикохимией, механикой, технологией переработки и промышленным применением. Именно такой подход сегодня необходим для разработки и нанесения термопластичных покрытий, которые должны работать не в идеальных лабораторных условиях, а на реальных промышленных объектах.

Память о Каргине сохраняется не только в названиях институтов, кафедр и публикаций. С 1994 года в Твери ежегодно проводятся Каргинские чтения.

У истоков Каргинских чтений стояли учёные-химики тверских вузов и научно-исследовательских институтов: П.М. Пахомов, В.А. Никифоров, Б.В. Кваша, а также двоюродный брат академика Игорь Михайлович Каргин.

Инициативу поддержала Российская академия наук, в частности академик В.А. Кабанов, согласившийся войти в оргкомитет чтений. Идею поддержало Российское химическое общество имени Д.И. Менделеева, бывший президент РХО академик П.Д. Саркисов, учёный секретарь РХО Н.Р. Косинова.

В Твери Каргинские чтения получили поддержку со стороны ректоров ТвГУ и ТГТУ, руководителей химических предприятий и научных организаций. В оргкомитет входили А.Н. Кудинов, А.Л. Крылов — тогдашний директор ВНИИСВ, Т.Л. Кравец — директор «Искож», В.Б. Рыбачук — директор развивающегося предприятия «ДКС», и многие другие представители научного и промышленного сообщества.

Кроме того, раз в три года проводится Всероссийская Каргинская конференция, которая, по сути, стала крупным международным форумом учёных-полимерщиков.

О личной жизни Валентина Каргина стоит говорить кратко — не потому, что она не важна, а потому, что главный масштаб его личности раскрывается в науке.

Со своей будущей женой Калерией Петровной Величко он познакомился в 1933 году в Крыму. В том же году они поженились. В семье родилась дочь Ольга. В годы войны семья была разлучена: жена и дочь находились в эвакуации в Ташкенте, а Каргин практически всю войну провёл в Москве.

Современники вспоминали его как доброжелательного, отзывчивого, работоспособного человека. Он мог работать по 12–14 часов в сутки, но при этом не был «сухим» кабинетным учёным: любил шахматы, экспедиции, волейбол, рыбалку, грибную охоту, филателию. Но главным делом его жизни оставалась наука.

Каргин рассматривал полимеры как сложные материалы, свойства которых зависят не только от химического состава, но и от структуры, физического состояния, условий переработки и дальнейшей эксплуатации. Именно такой подход стал основой современной полимерной технологии.

Для защитных покрытий это имеет принципиальное значение. Полимерный слой должен не просто закрывать поверхность, а работать как полноценная инженерная система: обеспечивать сцепление с основанием, выдерживать механические нагрузки, сопротивляться истиранию, воздействию влаги, солей, химических реагентов и температурных перепадов.

Поэтому качество термопластичного покрытия определяется сразу несколькими факторами: свойствами порошкового материала, подготовкой поверхности, температурным режимом нанесения, равномерностью прогрева, формированием сплошного слоя и условиями охлаждения. В каждом из этих этапов проявляется та самая связь «структура — свойства — технология», которую развивала отечественная школа полимеров.

Особенно наглядно это видно на примере высокомолекулярного и сверхвысокомолекулярного полиэтилена. ВМПЭ и СВМПЭ ценятся за химическую инертность, стойкость к истиранию, низкий коэффициент трения, ударную вязкость и способность работать в агрессивных средах. Но эти свойства раскрываются в полной мере только при корректном подборе материала и грамотном формировании покрытия на поверхности. Чрезвычайно важны все параметры технологического процесса: подготовка основания, стабильность подачи порошка, регулировка пламени, равномерность прогрева, формирование сплошного слоя и последующее поведение покрытия под нагрузкой.

Именно в этой логике можно рассматривать современные технологии газопламенного нанесения термопластичных покрытий, в том числе работу мобильного комплекса ANTICOR POLY. Установка предназначена для газопламенного нанесения термопластичных материалов, включая ВМПЭ, СВМПЭ и термопластичные краски. Её задача — формировать защитные покрытия непосредственно на поверхности изделия или конструкции, в том числе на металле, бетоне, элементах сложной формы, внутренних полостях и изношенных деталях.

Валентин Алексеевич Каргин был учёным своего времени, но значение его работ выходит далеко за рамки эпохи. Он сформировал подход, который остаётся актуальным и сегодня: чтобы создать надёжный материал, нужно понимать его структуру, свойства, поведение в процессе переработки и условия эксплуатации.

Именно этот подход лежит в основе современной защиты поверхностей термопластичными покрытиями. Каргин создавал науку о полимерах тогда, когда её ещё нужно было отстаивать как самостоятельную область. Сегодня эта наука работает в промышленности, строительстве, транспорте, энергетике, водоснабжении, химическом производстве и антикоррозионной защите.

Современные решения в области термопластичных покрытий, включая оборудование ANTICOR POLY, показывают, насколько актуальными остаются принципы, которые развивал Каргин: глубокое понимание полимера, управление его свойствами и применение этих знаний для решения практических инженерных задач.

И в этом — главное значение его наследия: он помог превратить полимер из материала будущего в материал настоящего.