Нитроцелулоза

Нитроцелулоза

Називи
Други називи Целулоза нитрат; Флаш папир; Флаш памук; Флаш влакно; колодион; пироксилин
Идентификација
CAS број	9004-70-0 Y
ChemSpider	НА Н
Својства
Хемијска формула	C6H9(NO2)O5 C6H8(NO2)2O5 C6H7(NO2)3O5
Моларна маса	promenljiva
Агрегатно стање	Жућкасто бели памуку слични филаменти
Тачка топљења	160 °C (320 °F; 433 K)
Опасности
НФПА 704	3 2 3
Тачка паљења	44 °Ц (111 °Ф; 317 К)
Летална доза или концентрација (ЛД, ЛЦ):
ЛД50 (ЛД50)	10 мг/кг (миш, IV)
Уколико није другачије напоменуто, подаци се односе на стандардно стање материјала (на 25 °C [77 °F], 100 kPa).
Н верификуј (шта је YН ?)
Референце инфокутије

Нитроцелулоза (позната и као Тринитроцелулоза, целулозни нитрат, ТНЦ, малодимни барут, бездимни барут, нитрат целулозе, флеш папир, флеш памук, гумпамук, пироксилин и флеш конопац, у зависности од облика) је веома запаљиво једињење које се формира нитрацијом целулозе кроз излагање мешавине азотне и сумпорне киселине. Један од његових првих великих употреба био је као памук, замена за црни барут као погонско гориво у ватреном оружју. Такође је коришћен да замени барут као експлозив нижег реда у рударству и другим применама. У облику колодијума такође је била критична компонента у раној фотографској емулзији, чија је употреба револуционирала фотографију 1860-их.

Тринитроцелулоза је коришћена као пушчани прах (барут), и 3 до 5 пута је јачи од црнога барута. Бездимни барут потпуно је истиснуо димни барут, јер гори брже и боље од црног барута. Године 1886. године је поступно надоместио у ватреном оружју свих врста. Добија се нитрирањем целулозе (нпр. памука) (стартер метак) или дрвеног угљена који је претеча целулозе (обични бојевни метак). У неким државама се нитрира брашно или скроб. У стартер метку је жуте или беле боје у облику пљоснатијих куглица, памука или праха, док у бојевним мецима црне боје, у облику куглица, листића или ваљкастих ситних облика. При додиру с пламеном не експлодира него гори врло брзо. Брзина горења му је: ВоД (цца)= 7.300 м/с (23.950 фт/с), уз стварање „ефекта ватрене кугле“, велике јаке светлости. При изгарању развија само гасовите продукте. Гасови настали његовом експлозијом не узрокују распрснуће чауре и цеви, него потискују и избацују метак. Бризантност у поређењу с ТНТ-ом је 0,78. Код ТНЦ-а највише се мора пазити да не дође у додир с пламеном или можда искром, осим тог недостатка, врло је стабилан.

Примарни (иницијални) експлозив, а уједно и једини потисни експлозив, неосетљив на ударце, али врло осетљив на пламен.

Нитроцелулоза се користи за пуњење торпеда, граната, ракетних мотора, ракета, као додатак нитроглицерину да се добије бездимни барут или експлозивни гелатин, детонирајуће каписле, итд. Употребљава се још за избацивање танета (зрна) из чауре (целокупног метка) или пак из разног ватреног или артиљеријског оружја, разног калибра и ту служи као потисни експлозив.

Малодимни барути састоје се од желатинизиране нитроцелулозе. У зависности од желатинизатора малодимни барути могу бити: нитроцелулозни, нитроглицерински, дигликолски и ганидински. Малодимни барути се израђују у облику плочица, трака и цеви с једном или више рупа. Врстом барута, величином и обликом барутних зрнаца регулише се прилив гасова при сагоревању барута. Малодимни барути се временом мењају, постају нестабилни и опасни за чување. Због тога се сваке друге године врши испитивање стабилности барута. Век трајања малодимних барута је око 20 година.

Постоји још и динитроцелулоза, али она има чудан пластични (ПВЦ) облик и од ње су направљене пинг-понг лоптице.

Опште информације

Нитроцелулоза је влакнаста растресита маса беле боје, по изгледу слична целулози. Једна од најважнијих карактеристика је степен супституције хидроксилних група за нитро групе. У пракси се најчешће не користи директна ознака степена супституције, већ садржај азота, изражен у тежинским процентима. У зависности од садржаја азота разликују се:

• колоксилин, колоидни памук или колодион (10,7–12,2% азота);
• пироксилин бр. 2 (12,05-12,4% азота);
• пироколодијум (12,6% азота) - први је добио D. I. Мендељејев (1890), нерастворљив у алкохолу, растворљив у смеши алкохо ла и етра [1] ;
• пироксилин бр. 1 (13,0-13,5% азота).

I. M. Челцов, у чланку за енциклопедијски речник Броцкхауса и Ефрона, наводи следеће етре азотне целулозе, од којих су прва два нерастворљива и чине већину пироксилина, а остали, растворљиви, део су колодија:

Тривијално име	Хемијска формула	Садржај азота
		теоријски	остварив
12-азотна влакна	${\ce {C24H28O8(NO3)_{12}}}$	14,14%	13,4%
11-азотна влакна	${\ce {C24H29O9(NO3)_{11}}}$	13,47%	13,3%
10 азотних влакана	${\ce {C24H30O10(NO3)_{10}}}$	12,75%	12,5%—12,7%
9-азотна влакна	${\ce {C24H31O11(NO3)_{9}}}$	11,96%
8-азотна влакна	${\ce {C24H32O12(NO3)_{8}}}$	11,11%
…	и тако даље	…
4-азотна влакна	${\ce {C24H36O16(NO3)_{4}}}$	6,76%

Густина 1,58-1,65 г/цм³. Степен полимеризације колоксилина је 150-600 (молекулска тежина је 37.500-150.000 аму), пироксилина је 1.000-2.000 (молекулска тежина је 250.000-500.000 аму). Универзални растварач за све врсте нитроцелулозе је ацетон. У води и неполарним растварачима (бензен, угљен-тетрахлорид), нитроцелулоза се не раствара. Растворљивост нитроцелулозе у поларним растварачима зависи од садржаја азота. У киселим и алкалним срединама има ниску хемијску отпорност.

Температура почетка распадања суве нитроцелулозе је 40—60 °Ц (104—140 °Ф; 313—333 К), при брзом загревању може доћи до бљеска и експлозије. Спонтано сагоревање суве нитроцелулозе било је узрок многих катастрофа које је проузроковао човек, од експлозија фабрика барута у 19. веку до експлозија у Тјенђину 2015. године.

Историја открића

Нитроцелулоза је један од првих вештачких полимера.

• 1832 - Француски хемичар Анри Браконо открио је да када се скроб и дрвена влакна третирају азотном киселином, настаје нестабилан запаљив и експлозиван материјал, који је назвао ксилоидин.
• 1838 - Други француски хемичар, Теофил-Жул Пелуз, третирао је папир и картон на сличан начин и добио сличан материјал, који је назвао Нитрамидин. Ниска стабилност настале нитроцелулозе није дозволила да се користи у техничке сврхе.
• 1846 – Швајцарски хемичар Кристијан Фридрих Шенбајн је случајно открио практичнији начин добијања нитроцелулозе. Док је радио у кухињи, просуо је концентровану азотну киселину по столу. Да би уклонио киселину, хемичар је користио памучну крпу, а затим је окачио да се осуши на шпорет. Након сушења, тканина је изгорела експлозијом. Шенбајн је развио прву прихватљиву методу за производњу нитроцелулозе - обраду једног дела памучних влакана у петнаест делова мешавине сумпора и азотне киселине у односу 50:50. Азотна киселина је реаговала са целулозом да би се формирала вода, а сумпорна киселина је била потребна да би се спречило разблаживање. После неколико минута третмана, памук је уклоњен из киселине, испран у хладној води док се киселине не уклоне и осуше. Добијени нови материјал одмах је коришћен у производњи барута названог гунцоттон. Нитроцелулоза је дала 6 пута већу запремину продуката сагоревања од црног барута, много мање дима и мање загрејаног оружја. Међутим, његова производња је била изузетно опасна и праћена је бројним експлозијама у производњи. Даља истраживања су показала да чистоћа сировина игра кључну улогу у опасности од производње – ако памук није темељно очишћен и осушен, долазило је до изненадних експлозија.
• 1869 - у Енглеској под вођством Фредерика Августа Абела развијена је технологија млевења нитроцелулозе у специјалним уређајима - холандерима и вишеструким (до 8 пута) дуготрајним прањем и сушењем, од којих је свако трајало до 2 дана. Холандер је овална купка у попречном пресеку са учвршћеним попречним ножевима. На страну ножева пролази осовина са таласастим кружним ножевима. Када се осовина окреће, ножеви осовине пролазе између фиксних ножева и секу нитроцелулозно влакно. Однос сумпорне и азотне киселине у смеши је промењен на 2:1. Користећи ову технологију, било је могуће добити производ који је прилично стабилан током складиштења и употребе. Десет година након патентирања ове технологије, пироксилин је почео да се усваја широм света, прво као пуњење за чауре и морске мине.

Серија експлозија која је уследила неколико година у предузећима и складиштима окупираним процесима који укључују пироксилин приморала је да се поближе сагледа проблем стабилизације овог производа. Упркос свим потешкоћама, од 1879. године па до данас, целулозни нитрати се широко користе у технологији енергетски засићених једињења и многим другим областима индустрије.

Производња

Процес користи мешавину азотне и сумпорне киселине за претварање целулозе у нитроцелулозу. Квалитет целулозе је важан. Хемицелулоза, лигнин, пентозани и минералне соли дају инфериорне нитроцелулозе. Прецизно речено, нитроцелулоза није нитро једињење, већ нитратни естар. Понављајућа јединица глукозе (анхидроглукоза) унутар целулозног ланца има три ОХ групе, од којих свака може формирати нитратни естар. Дакле, нитроцелулоза може означавати мононитроцелулозу, динитроцелулозу и тринитроцелулозу, или њихова мешавина. Са мање ОХ група од матичне целулозе, нитроцелулозе се не агрегирају водоничним везом. Свеобухватна последица је да је нитроцелулоза растворљива у органским растварачима као што су ацетон и естри; нпр. етил ацетат, метил ацетат, етил карбонат. Већина лакова се припрема од динитрата, док су експлозиви углавном тринитрати.

Хемијска једначина за формирање тринитрата је:

3 ХНО₃ + C₆Х₇(ОХ)₃О₂ Х₂СО₄→ C₆Х₇(ОНО₂)₃О₂ + 3 Х₂О

Приноси су око 85%, а губици се приписују потпуној оксидацији целулозе у оксалну киселину.

Индустријска метода за производњу нитроцелулозе

Кување нитроцелулозе на 90—95 °Ц (194—203 °Ф; 363—368 К) у проточном реактору. У овом случају долази до уништавања ниско стабилних једињења и испирања продуката распадања. Поред тога, топла вода лакше продире у структуру нитроцелулозе. Недостатак овог процеса је деградација нитроцелулозе до производа мале молекулске тежине (5-20 структурних јединица). Стога се овај процес не злоупотребљава, посебно ако је потребан производ са добрим физичким и механичким својствима (на пример, за пироксилинске прахове или даљинске цеви).

Још једна технолошка суптилност стабилизације нитроцелулозе је рекристализација нитроцелулозе из органских растварача у присуству раствора соде. За разлику од претходног поступка, овај процес се изводи на ниским температурама (10—25 °Ц (50—77 °Ф; 283—298 К)), али веома дуго и уз снажно мешање. Након стабилизације, раствор соде се центрифугира, добијени раствор пироксилина у органској материји се дехидрира и даље користи.

Да би се продужио рок трајања нитроцелулозе (у готовом производу), уводе се стабилизатори хемијске стабилности, углавном централити, дифениламин, камфор. Раније су коришћени и амил алкохол, колофонијум, амински деривати нафталена итд., али су показали ниску ефикасност. Основна функција стабилизатора је везивање азотне киселине и азотних оксида насталих током распадања. У индустрији се добијена нитроцелулоза транспортује, складишти и користи у облику кооксилин-водене суспензије (ЦИА). Садржај колоксилина у овом материјалу је 10-15%, према особинама КВВ, подсећа на просек између крупице и густог ПВА лепка. Највише подсећа на папирну пулпу, али са финим влакнима.

Колоксилин-водена суспензија након прања од киселина се акумулира у миксерима - контејнерима запремине 100-350 м³, опремљеним миксерима, тако да се колоксилин не таложи и квалитет шарже се усредсређује. После неколико сати мешања, узима се узорак да би се разјаснила својства, углавном молекулска тежина, садржај азота и киселина. Такође урадите тест скроб јодида за стабилност. За употребу у чистом облику, нитроцелулоза се одваја од воде на бубањ филтерима, док је садржај влаге у материјалу око 50%. У овом облику, нитроцелулоза се може транспортовати у различитим контејнерима. За додатну дехидратацију, нитроцелулоза се истискује у центрифуги на 800-1000 о/мин. Ово производи нитроцелулозу са садржајем влаге од око 6-8%. Даља дехидрација се врши прањеметил алкохол у посебној центрифуги. У овом случају, алкохол се уноси у центар бубња и помера се на периферију под дејством центрифугалних сила. Алкохол се регенерише дестилацијом .

За добијање балистичких или сферичних барута, директно се користи колоксилин-водена суспензија. За производњу сферних прахова може се користити и нитроцелулоза истиснута до 10% влаге, док је посебан проблем што се при дисперговању прашкастог лака у воденој фази и накнадним очвршћавањем гранула праха долази до инкапсулације одређеног материјала. количина воде унутар праха. Одређена потешкоћа у добијању нитрата целулозе је висока апсорпција целулозе са хетерогеношћу њене структуре и густине влакана. Ово намеће употребу 50-100-струког вишка нитрирајуће смеше. Ако је ово подношљиво за лабораторије, онда је потпуно неприхватљиво за индустријску производњу.

У индустрији се користе противструјни уређаји који непрекидно раде на бубњу, по принципу „вртешке“. Суштина њиховог рада је снабдевање целулозним влакнима с једне стране, и нитрирајућом мешавином са друге стране, противструја. У овом случају, смеша за нитрирање наводњава раван вертикални бубањ испуњен целулозним влакном одозго. Смеша тече из овог дела у секцију посуде, одакле се пумпа у следећи део. I тако даље до 30-40 секција. Бубањ се полако ротира, у једном тренутку производ се непрекидно истоварује, у другом тренутку се пуни пулпа.

Постоји низ таквих апарата који не раде на принудном пумпању смеше киселина, већ под дејством центрифугалних сила - нитратор-центрифуга. Овај уређај је мање погодан за постављање, али је много компактнији, јефтинији за производњу и омогућава вам да брзо истиснете киселину из готовог производа.

Такав процес омогућава постизање приноса до 30–45% у односу на азотну киселину. Истовремено, мешавина истрошене киселине која садржи до 25% воде и 10% азотне киселине (остатак је сумпорна киселина) шаље се на регенерацију у апарат за дестилацију. На температури испаравања сумпорне киселине под благим вакуумом (око 200 °Ц (392 °Ф; 473 К)), нитротела (нуспроизводи нитрирања било које органске материје, нестабилни деривати нитро-, нитрозо- и нитрата) се уништавају до угљеникових и азотних оксида, као као и воде и катранске угљенисане материје. Оксиди азота и вода се захватају у влажном скруберу и иду у производњу неорганских нитрата, а сумпорна киселина која је скинута до 96-98% се враћа у процес да би се припремила нова серија смеше за нитрирање.

Карактеристике

• Јака експлозивна својства.
• Запаљиво.
• Тачка паљења приближно 200 °Ц (392 °Ф; 473 К).
• Добро се раствара у органским растварачима (нпр. етил алкохол, ацетон, бензол); такви раствори су познати као нитроцелулозни лак.
• Нерастворљиво у води.
• Брзина детонације 6.300 м/с (20.670 фт/с) са максималном густином од 1,3 г/цм³ (при напајању прајмером или у случају ДДТ-а).
• Полако се распада када је изложен топлоти.
• Осетљив на пламен и механичке надражаје. За безбедан транспорт у нитроцелулозу се додаје 25–30% воде или алкохола (етанол, изопропанол, бутанол итд.)
• Пали се под утицајем варнице, топлоте, пламена.
• Изглед целулозе након естерификације - благо жути или непромењен.

Нитроцелулоза 13,3% Н
Година открића	1845
Открио	Цхристиан Сцхöнбеин
Енергија експлозије	4,0 МЈ/кг
Способност дробљења	380 цм³ Пб на 10 г
Максимални притисак детонације
Брзина детонације	7,3 км/с
Густина која одговара Vдет	1,20 г/цм³
Температура детонације	230 °Ц (446 °Ф; 503 К)
Осетљивост на удар	просечно
Запремина гасовитих производа	765 дм³/кг
Температура током експлозије	3.100 °Ц (5.610 °Ф; 3.370 К)

Користи се као главни састојак бездимног барута. Нитрат целулозе са нижим садржајем азота користи се за добијање целулоида - пластике и колодија - супстанце са својствима полупропусне мембране, која представља 4-10% раствор целулозног нитрата у органском растварачу.

Врсте нитроцелулозе

Врсте нитроцелулозе

Тип	Број група НО2	Формула
Мононитрица	1	C24Х39(НО2) О20
Бинитрица	2	C24Х38(НО2)2О20
Тринитрица	3	C24Х37(НО2)3О20
Тетранитриц	4	C24Х36(НО2)4О20
Пентанитрица	5	C24Х35(НО2)5О20
Есанитрица	6	C24Х34(НО2)6О20
Ептанитрица	7	C24Х33(НО2)7О20
Оттонитрица	8	C24Х32(НО2)8О20
Еннеанитрица	9	C24Х31(НО2)9О20
Децанитрица	10	C24Х30(НО2)10О20
Ендецанитриц	11	C24Х29(НО2)11О20
Додецанитрица	12	C24Х28(НО2)12О20

Употреба

Основна употреба целулозног нитрата је за производњу лакова и премаза, експлозива и целулоида.

У погледу лакова и премаза, нитроцелулоза се лако раствара у органским растварачима, који након испаравања остављају безбојан, провидан, флексибилан филм. Нитроцелулозни лакови су коришћени као завршни слој на намештају и музичким инструментима.

Гунцоттон (нитроцелулоза), растворен на око 25% у ацетону, формира лак који се користи у прелиминарним фазама завршне обраде дрвета да би се добио чврсти завршни слој са дубоким сјајем. Обично је то први премаз који се наноси, бруси и прати други премази који се везују за њега.

Примене експлозива су разноврсне. У односу на примену премаза, садржај нитрата је обично већи за примену погонског горива. За летове у свемир, нитроцелулозу су користили Цопенхаген Суборбиталс у неколико мисија као средство за избацивање компоненти ракетне/свемирске капсуле и постављање система за опоравак. Међутим, након неколико мисија и летова, показало се да нема жељена експлозивна својства у окружењу близу вакуума. Године 2014. слетање комете Пхилае није успело да употреби своје харпуне јер његових 0,3 грама нитроцелулозног погонског пуњења није успело да испали током слетања.

Лак за нокте је направљен од нитроцелулозног лака, јер је јефтин, брзо се суши и не оштећује кожу.

Остале употребе

Колодион, раствор нитроцелулозе, данас се користи у локалним применама на кожи, као што је течна кожа и у примени салицилне киселине, активног састојка једињења V за уклањање брадавица.

Лабораторијске употребе

• Мембрански филтери направљени од мреже нитроцелулозних нити различитих порозности, користе се у лабораторијским поступцима за задржавање честица и хватање ћелија у течним или гасовитим растворима и обрнуто, за добијање филтрата без честица.
• Нитроцелулозна плочица, нитроцелулозна мембрана или нитроцелулозни папир је лепљива мембрана која се користи за имобилизацију нуклеинских киселина у Соутхерн блотовима и Нортхерн блотовима. Такође се користи за имобилизацију протеина у вестерн блотовима и микроскопији атомске силе због свог неспецифичног афинитета за аминокиселине. Нитроцелулоза се широко користи као подршка у дијагностичким тестовима где се јавља везивање антиген-антитело; на пример, тестови на трудноћу, У-албумин тестови и ЦРП тестови. Глицин и хлоридјони чине трансфер протеина ефикаснијим.
• Радон тестови за урезивање алфа стаза користе нитроцелулозу.
• Адолф Ное је развио метод за чишћење угља лоптице користећи боје нитроцелулозе.
• Користи се за облагање играћих карата и за спајање спајалица у канцеларијским хефталицама.

Хобији

• Године 1851. Фредерик Скот Арчер је изумео процес влажног колодија као замену за албумен у раним фотографским емулзијама, везујући среброве халогениде осетљиве на светлост за стаклену плочу.
• Мађионичарски флеш папири су листови папира или тканине направљени од нитроцелулозе, који скоро тренутно сагоревају јарким бљеском, не остављајући пепео.
• Као медиј за криптографске једнократне јастучиће, они чине одлагање блока потпуним, сигурним и ефикасним.
• Нитроцелулозни лак се центрифугира на алуминијумске или стаклене дискове, затим се стругом сече жлеб, да се праве једнократне фонографске плоче, које се користе као мајстори за пресовање или за игру у плесним клубовима. Они се називају ацетатни дискови .
• У зависности од процеса производње, нитроцелулоза је естерификована у различитом степену. Лоптице за стони тенис, трзалице за гитару и неки фотографски филмови имају прилично ниске нивое естерификације и сагоревају релативно споро са неким угљенисаним остатком.

Табле теннис Лопта за стони тенис, припремљена од нитроцелулозе (целулоида)

• Године 1846. откривено је да је нитрована целулоза растворљива у етру и алкохолу. Раствор је назван колодијум и убрзо је коришћен као завој за ране.

Историјска употреба

Рани радови на нитрирању целулозе

Чиста нитроцелулоза

Радник који рукује пресом за памук иза заштитног паравана, 1909

Тест дефлаграције нитроцелулозе у успореном снимку

Године 1832. Анри Браконо је открио да азотна киселина, када се комбинује са скробом или дрвеним влакнима, производи лагани запаљиви експлозивни материјал, који је назвао ксилоидин. Неколико година касније, 1838, други француски хемичар, Теофил-Жул Пелуз (учитељ Асканија Собрера и Алфреда Нобела), третирао је папир и картон на исти начин. Жан Батист Дима је добио сличан материјал, који је назвао нирамидин.

Гунцоттон

Око 1846. године Кристијан Фридрих Шенбајн, немачко-швајцарски хемичар, открио је практичнију формулацију. Док је радио у кухињи свог дома у Базелу, просуо је мешавину азотне киселине (ХНО₃) и сумпорне киселине (Х₂СО₄) на кухињски сто. Посегнуо је за најближом крпом, памучном кецељом, и обрисао је. Окачио је кецељу на врата пећи да се осуши, а чим се осушила, догодио се бљесак како се кецеља упалила. Његов метод припреме био је први који је широко коришћен. Метода је била да се један део финог памука урони у 15 делова једнаке мешавине сумпорне и азотне киселине. После два минута, памук је уклоњен и испран у хладној води да се постави ниво естерификације и да се уклоне сви остаци киселине. Памук је затим полако сушен на температури испод 40 °Ц (104 °Ф; 313 К). Шенбајн је сарађивао са франкфуртским професором Рудолфом Кристијаном Ботгером, који је исте године самостално открио процес.

Игром случаја, трећи хемичар, професор из Брунсвика ФЈ Отто, такође је произвео памук 1846. и био је први који је објавио процес, на велико разочарање Шенбајна и Бетгера.

Права на патент за производњу памука добили су Јохн Халл & Сон 1846. године, а индустријска производња експлозива почела је у наменски изграђеној фабрици у Марсх Воркс у Фаверсхаму, Кент, годину дана касније. Производни процес није био правилно схваћен и уведено је неколико сигурносних мера. У озбиљној експлозији у јулу погинуло је скоро двадесетак радника, што је резултирало моменталним затварањем фабрике. Производња гуменог памука је престала више од 15 година док се није могла развити сигурнија процедура.

Британски хемичар Фредерик Август Абел развио је први безбедан процес за производњу памука, који је патентирао 1865. Време прања и сушења нитроцелулозе је продужено на 48 сати и поновљено осам пута. Смеша киселина је промењена у два дела сумпорне киселине у један део азотне. Нитрација се може контролисати подешавањем концентрације киселине и температуре реакције. Нитроцелулоза је растворљива у смеши етанола и етра све док концентрација азота не пређе 12%. Растворљива нитроцелулоза, или њен раствор, понекад се назива колодијум.

Памук који садржи више од 13% азота (понекад се назива нерастворљива нитроцелулоза) припреман је продуженим излагањем врућим, концентрованим киселинама за ограничену употребу као експлозив или за бојеве главе подводног оружја као што су поморске мине и торпеда. Сигурна и трајна производња памука почела је у Краљевској фабрици барута Валтхам Аббеи 1860-их, а материјал је брзо постао доминантан експлозив, постајући стандард за војне бојеве главе, иако је остао превише моћан да би се користио као погонско гориво. Стабилније и спорије сагорејуће мешавине колодиона су на крају припремљене коришћењем мање концентрованих киселина на нижим температурама за бездимни барут у ватреном оружју. Први практични бездимни барут направљен од нитроцелулозе, за ватрено оружје и артиљеријску муницију, изумео је француски хемичар Пол Виеј 1884.

Жил Верн је са оптимизмом гледао на развој памука. Он се у својим романима више пута осврнуо на супстанцу. Његови авантуристи су носили ватрено оружје користећи ову супстанцу. У његовом делу Од Земље до Месеца, памук је коришћен за лансирање пројектила у свемир.

Због свог пахуљастог и скоро белог изгледа, нитроцелулозни производи се често називају памук, нпр. лакирани памук, целулоидни памук и пиштољски памук.

Гунцоттон (нитроцелулоза) је првобитно направљен од памука (као извора целулозе), али савремене методе користе високо обрађену целулозу од дрвене пулпе. Иако је памук опасан за складиштење, опасности које представља могу се минимизирати складиштењем навлаженог разним течностима, као што је алкохол. Из тог разлога, извештаји о употреби памука који датирају из раног 20. века односе се на „мокри памук“.

Лимене гранате направљене су у Првом светском рату од памука

Снага памука учинила га је погодним за минирање. Као покретач пројектила, имао је око шест пута већу производњу гаса од једнаке запремине црног барута и производио је мање дима и мање грејања.

Артиљеријске гранате пуњене памуком биле су нашироко коришћене током Америчког грађанског рата, а њихова употреба је била један од разлога зашто је сукоб виђен као „први модерни рат“. У комбинацији са артиљеријом која пуни затварач, такве високоексплозивне гранате могу да изазову већу штету од претходних чврстих топовских ђула.

Током Првог светског рата, британске власти су споро уводиле гранате, док су војници на фронту импровизовали пунећи лимене конзерве памуком, отпадом и основним фитиљем.

Даља истраживања су указала на важност прања закисељеног памука. Неопрана нитроцелулоза (понекад названа пироцелулоза) може се спонтано запалити и експлодирати на собној температури, јер испаравање воде доводи до концентрације неизреаговане киселине.

Филм

Нитроцеллулосе филм он а лигхт боx, схоwинг детериоратион, фром Либрарy анд Арцхивес Цанада цоллецтион

Александар Паркес је 1855. године створио прву вештачку пластику, нитроцелулозу (брендирани Паркесине, патентиран 1862.), од целулозе третиране азотном киселином и растварачем. Године 1868, амерички проналазач Џон Весли Хајат развио је пластични материјал који је назвао Целулоид, побољшавши Парксов проналазак пластификацијом нитроцелулозе камфором како би се могао прерадити у фотографски филм. Ово је комерцијално коришћено као "целулоид", веома запаљива пластика која је до средине 20. века била основа за лакове и фотографске филмове.

Ханибал Гудвин је 2. маја 1887. године поднео патент за „фотографску фоликулу и процес производње истих, посебно у вези са роло камерама“, али је патент одобрен тек 13. септембра 1898. У међувремену, Џрџ Истман је већ започео производњу рол-филма користећи сопствени процес.

Нитроцелулоза је коришћена као прва флексибилна фолија, почевши од производа Еастман Кодак у августу 1889. Камфор се користи као пластификатор за нитроцелулозни филм, који се често назива нитратни филм. Гудвинов патент је продат компанији Ансцо, која је успешно тужила Еастман Кодак због кршења патента и пресуђено му је са 5.000.000 долара 1914. године Гоодвин Филму.

Запаљивост нитратног филма

Катастрофални пожари везани за целулоид или "нитратни филм" постали су редовна појава у филмској индустрији током неме ере филма и много година након доласка звучног филма. Пожари пројектора и спонтано сагоревање нитратних снимака похрањених у студијским трезорима и у другим структурама често су окривљени током раног до средине 20. века за уништавање или тешко оштећење биоскопа, наношење многих озбиљних повреда и смрти, и за претварање у пепео негатива и оригиналних отисака и тако је страдало на десетине хиљада наслова, претварајући многе од њих у изгубљене филмове. Чак и у случајевима када залихе нитрата нису изазвале разорни пожар, када се пламен из других извора проширио на велике оближње филмске збирке, настало сагоревање је у великој мери појачавало пожаре и значајно повећавало обим њихове штете.

Током 1914. године — исте године када је Гоодвин Филм добио 5.000.000 долара од Кодака за кршење патента — пожари на нитратним филмовима спалили су значајан део ране кинематографске историје Сједињених Држава. Само у тој години догодило се пет веома разорних пожара у четири велика студија и фабрици за обраду филмова. Милиони филмова изгорели су 19. марта у компанији Ецлаир Мовинг Пицтуре Цомпани у Форт Лију, Њу Џерси. Касније истог месеца, много више колутова и филмских конзерви негатива и отисака такође је спаљено у студију Едисон у Њујорку, у Бронксу; затим поново, 13. маја, пожар у "фабрици филмова" Универсал Пицтурес Цолониал Халл на Менхетну потрошио још једну обимну колекцију. Још једном, 13. јуна у Филаделфији, пожар и серија експлозија запалили су се у трезору филма од 186 квадратних метара (2.000 квадратних стопа) компаније Лубин Мануфацтуринг Цомпани и брзо су збрисали практично све каталога тог студија пре 1914. године. Затим је други пожар погодио компанију Едисон на другој локацији 9. децембра, у њеном комплексу за обраду филмова у Вест Оранџу, Њу Џерси. Тај пожар, катастрофалан, избио је у згради за филмску инспекцију и проузроковао преко 7.000.000 долара имовинске штете (($175,000,000 данас)). Чак и након промене филмске технологије, архиве старијих филмова остале су рањиве; пожар у трезору МГМ-а из 1965. спалио је многе филмове који су били стари деценијама.

Чувар филмског трезора у Лубину Стенли Лоури (у првом плану) посматра рушевине након пожара и експлозија, јун 1914.

Употреба испарљивог нитроцелулозног филма за филмове довела је до тога да многи биоскопи заштите своје пројекцијске собе од пожара зидним облогама од азбеста. Ови додаци имају за циљ да спрече или барем одложе миграцију пламена изван подручја пројекције. Филм за обуку за пројекције укључивао је снимак контролисаног паљења колута нитратног филма, који је наставио да гори чак и када је потпуно потопљен у воду. Када се једном запали, изузетно га је тешко угасити. За разлику од већине других запаљивих материјала, нитроцелулози није потребан извор ваздуха да би наставила са горењем, пошто садржи довољно кисеоника у својој молекуларној структури да одржи пламен. Из тог разлога, урањање запаљеног филма у воду га можда неће угасити, већ би могло повећати количину произведеног дима. Због мера предострожности за јавну безбедност, лондонска подземна железница је забранила транспорт филмова на свом систему све док није уведена заштитна фолија.

Често су се дешавали и пожари у биоскопима узроковани паљењем нитроцелулозног филма. У Ирској је 1926. окривљена за трагедију у биоскопу Дромцоллихер у округу Лимерик у којој је погинуло 48 људи. Затим 1929. године, у биоскопу Глен у Пејслију у Шкотској у пожару везаном за филм погинуло је 69 деце. Данас је пројекција нитратног филма ретка и обично је високо регулисана и захтева опсежне мере предострожности, укључујући додатну обуку о здрављу и безбедности за пројекције. Специјални пројектор сертификован за покретање нитратних филмова има много модификација, међу којима су коморе за пуњење и намотавање у дебелим металним поклопцима са малим прорезима како би филм могао да пролази кроз њих. Пројектор је додатно модификован тако да може да прими неколико апарата за гашење пожара са млазницама усмереним ка филмовима. Апарати за гашење се аутоматски активирају ако комад филма у близини капије почне да гори. Иако би ово окидање вероватно оштетило или уништило значајан део компоненти пројектора, оно би задржало пожар и спречило далеко већу штету. Данас је Драјден театар у Музеју Џорџа Истмана једно од неколико позоришта у свету које је способно да безбедно пројектује нитратне филмове и редовно их приказује јавности.

Употреба нитратног филма и претња његовог ватреног потенцијала свакако нису били проблеми ограничени на област филмова или комерцијалне фотографије. Филм се дуги низ година користио и у области медицине, где је његова опасна природа била најакутнија, посебно у примени на рендгенску фотографију. Године 1929. неколико тона ускладиштеног рендгенског филма запаљено је паром из поломљене цеви за грејање на клиници Кливленд у Охају. Та трагедија је однела 123 живота током пожара и додатне смртне случајеве неколико дана касније, када су хоспитализоване жртве умрле услед удисања превелике количине дима од запаљених филмова, који је био прожет отровним гасовима као што су сумпор-диоксид и цијановодоник. Повезани пожари у другим медицинским установама довели су до све веће неупотребе нитроцелулозне залихе за рендгенске зраке до 1933. године, скоро две деценије пре него што је њена употреба укинута за филмове у корист филма од целулозног ацетата, познатијег као „безбедносни филм“.

Филм од распаднутог нитрата, ЕИЕ Филм Институте, Холандија

Разградња нитроцелулозе и нове "сигурносне" залихе

Утврђено је да се нитроцелулоза постепено разлаже, ослобађајући азотну киселину и даље катализујући разлагање (на крају у запаљиви прах). Деценијама касније откривено је складиштење на ниским температурама као средство за одлагање ових реакција на неодређено време. Сматра се да је велика већина филмова произведених током раног 20. века изгубљена или због овог убрзаног, самокатализованог распада или због пожара у складишту у студију. Спашавање старих филмова је велики проблем за филмске архивисте.

База нитроцелулозног филма коју производи Кодак може се идентификовати по присуству речи „нитрат“ тамним словима дуж једне ивице; реч само јасним словима на тамној позадини указује на порекло од оригиналног негатива или пројекцијског отиска на бази нитрата, али сам филм у руци може бити каснији негатив за штампање или копију, направљен на сигурносној фолији. Ацетатни филм произведен током ере када су нитратни филмови још увек били у употреби, на једној ивици је тамним словима означено „Безбедност“ или „Безбедносни филм“. Фолије од 8, 9,5 и 16 мм, намењене за аматерску и другу нетеатралну употребу, никада се на западу нису производиле на бази нитрата.

Нитрат је доминирао тржиштем за професионалне филмове од 35 мм од настанка индустрије до раних 1950-их. Док је сигурносни филм на бази целулозног ацетата, посебно целулоза диацетат и целулоза ацетат пропионат, произведен у мерачу за употребу у малим размерама у нишним апликацијама (као што су штампање реклама и других кратких филмова како би се омогућило њихово слање путем поште без потребе за мере предострожности од пожара), прве генерације заштитних фолија имале су два велика недостатка у односу на нитрате: била је много скупља за производњу и знатно мање издржљива у поновљеној пројекцији. Цена безбедносних мера у вези са употребом нитрата била је знатно нижа од цене коришћења било које од безбедносних основа доступних пре 1948. Ови недостаци су на крају превазиђени лансирањем целулозни триацетат темељни филм од Еастман Кодак-а 1948. Целулоза триацетат је врло брзо заменио нитрат као главну базу филмске индустрије. Док је Кодак раније укинуо неке залихе нитратних филмова, 1950. је престао да производи разне нитратне филмове у ролни и 1951. је прекинуо производњу нитратних 35 мм филмова.

Кључна предност целулозног триацетата у односу на нитрат била је у томе што не представља више опасност од пожара од папира (залихе се често називају „незапаљивим“: то је тачно – али је запаљиво, само не толико испарљиво или као опасан начин као нитрат), док је скоро одговарао цени и трајности нитрата. Остао је у скоро искључивој употреби у свим фолијама све до 1980-их, када је полиестер / ПЕТ филм почео да га замењује за средње штампање и штампу.

Полиестер је много отпорнији на деградацију полимера од нитрата или триацетата. Иако се триацетат не разлаже на тако опасан начин као нитрат, он је и даље подложан процесу познатом као деацетилација, који архивисти често називају „синдром сирћета“ (због мириса сирћетне киселине у распадајућем филму), што узрокује да филм скупљају се, деформишу, постају крхки и на крају неупотребљиви. ПЕТ, као и целулозни мононитрат, мање је склон растезању од друге доступне пластике. До касних 1990-их, полиестер је скоро у потпуности заменио триацетат за производњу међуелемената и ослобађање отисака.

Триацетат остаје у употреби за већину негатива фотоапарата јер се може "невидљиво" спојити помоћу растварача током монтаже негатива, док се полиестерски филм обично спаја помоћу закрпа љепљиве траке, које остављају видљиве трагове у подручју оквира. Међутим, ултразвучно спајање у линији оквира подручје може бити невидљиво. Такође, полиестерски филм је толико јак да се неће сломити под напоном и може изазвати озбиљна оштећења скупих механизама камере или пројектора у случају заглављивања филма, док се триацетатни филм лако ломи, смањујући ризик од оштећења. Многи су се противили коришћењу полиестера за штампање из овог разлога, и зато што су ултразвучни уређаји за спајање веома скупи, изван буџета многих мањих позоришта. У пракси се, међутим, показало да то није толики проблем као што се очекивало. Уместо тога, са повећаном употребом аутоматизованих система за дуготрајну репродукцију у биоскопима, већа чврстоћа полиестера је била значајна предност у смањењу ризика да филмска изведба буде прекинута паузом филма.

Упркос опасности од самооксидације, нитрат се и даље високо цени јер је залиха транспарентнија од заменских материјала, а старији филмови су користили гушће сребро у емулзији. Комбинација доводи до знатно светлије слике са високим односом контраста.

Тканина

Растворљивост нитроцелулозе била је основа за прву "вештачку свилу" Жоржа Одемарса 1855. године, коју је назвао "Рајон". Међутим, Хилер де Шардоне је био први који је патентирао нитроцелулозно влакно које је на изложби у Паризу 1889. године продато као „вештачка свила“. Комерцијална производња је почела 1891. године, али је резултат био запаљив и скупљи од целулозног ацетата или купрамонијум рајона. Због ове невоље, производња је престала почетком 1900-их. Нитроцелулоза је накратко била позната као "свила за свекрве".

Френк Хејстингс Грифин је изумео дупли годет, посебан процес растезљивог предења који је променио вештачку свилу у рајон, чинећи је употребљивом у многим индустријским производима као што су ужад за гуме и одећа. Нејтан Розенштајн је измислио „спунизе процес“ којим је претворио рајон из тврдог влакна у тканину. Ово је омогућило да рајон постане популарна сировина у текстилу.

Премази

Нитроцелулозни лак произвођача (између осталог) ДуПонт, је дуги низ година био примарни материјал за фарбање аутомобила. Трајност завршне обраде, сложеност модерних завршних обрада у више фаза и други фактори укључујући еколошку регулативу навели су произвођаче да изаберу новије технологије. Остао је омиљен међу хобистима из историјских разлога и због лакоће са којом се може постићи професионални завршетак. Већина аутомобилских фарби се и даље прави од лака због његовог брзог сушења, лаког наношења и супериорних својстава приањања – без обзира на материјал коришћен за оригиналну завршну обраду. Гитаре су понекад делиле кодове боја са тренутним аутомобилима. Пао је у немилост за употребу у масовној производњи из више разлога, укључујући еколошку регулативу и цену примене у односу на "поли" завршне обраде. Међутим, Гибсон и даље користи нитроцелулозне лакове на свим својим гитарама, као и Фендер када репродукује историјски тачне гитаре. Нитроцелулозни лак временом жути и пуца, а продавнице по мери ће репродуковати ово старење како би инструменти изгледали старински. Гитаре које праве мање радње (лутјери) такође често користе "нитро" јер има готово митски статус међу гитаристима.

Апликација

Нитроцелулоза се производи у великим количинама у многим земљама широм света и има много различитих употреба:

• Бездимни барут, обично пироксилин. Постоји много врста бездимног барута који су раније били широко коришћени у војним применама (балистит, кордит).
• Експлозиви. Због ниске термичке стабилности, нитроцелулоза се у чистом облику не користи, већ се користи као саставни део експлозива. Године 1885. први пут је добијена мешавина нитроцелулозе са нитроглицерином, названа "експлозивни желе".
• Раније се користио као подлога за фотографије и филм. Због запаљивости је замењен целулозним ацетатом и полиетилен терефталатом.
• Целулоид. До 2010-их лоптице за стони тенис су се правиле од нитроцелулозе.
• Нитроцелулозне мембране за имобилизацију протеина.
• У индустрији забаве за производњу брзогорећих предмета у реквизити уметника жанра илузија.
• Нитроцелулозне мембране се користе за хибридизацију нуклеинских киселина, као што је Соутхерн блоттинг.
• Филмоформирајућа основа нитроцелулозних лакова, боја, емајла.

Опасности

Међуагенцијски комитет Сједињених Држава за испитивање складишта нитратног филма' – филмски пренос из 1948. о тестирању метода складиштења и сузбијања пламена залиха нитратног филма; време извршења 00:08:41

Због своје експлозивне природе, нису све примене нитроцелулозе биле успешне. Године 1869, када су слонови били уловљени до скоро изумирања, индустрија билијара понудила је тада награду од 10.000 долара (($188.225 данас)) ономе ко је смислио најбољу замену за лоптице за билијар од слоноваче. Џон Весли Хајат креирао је победничку замену, коју је створио новим материјалом који је измислио, названим камфорна нитроцелулоза - први термопласт, познатији као целулоид. Проналазак је уживао накратко популарност, али Хајат лопте су биле изузетно запаљиве, а понекад би делови спољашње шкољке експлодирали при удару. Власник билијар салона у Колораду писао је Хајату о експлозивним склоностима, рекавши да му лично не смета много, већ што је сваки човек у његовом салону на тај звук одмах повукао пиштољ. Процес који је користио Хајат за производњу лопти за билијар, патентиран 1881, подразумевала је стављање масе нитроцелулозе у гумену врећу, која је потом стављена у цилиндар са течношћу и загревана. Притисак је примењен на течност у цилиндру, што је резултирало уједначеном компресијом на нитроцелулозној маси, сабијајући је у униформну сферу док је топлота испаравала раствараче. Лопта је затим охлађена и окренута да би се направила једнолична сфера. У светлу експлозивних резултата, овај процес је назван "Хиатт гун метод".

Верује се да је прегрејана посуда са сувом нитроцелулозом почетни узрок експлозија у Тјенђину 2015.

Види још

• Пентаеритритол тетранитрат (ПЕТН), сродни експлозив.
• Кордит
• Нитроглицерин
• Тринитроцеллюлоза
• Нитроскроб
• РЕ фактор

Literatura

• Richard Escales: Die Schiessbaumwolle (Nitrocellulosen). BoD GmbH Norderstedt. 2003. ISBN 978-3-8311-4954-4.
• Јоцхен Гартз: Вом Гриецхисцхен Феуер зум Дyнамит- еине Култургесцхицхте дер Еxплосивстоффе. Е.С. Миттлер & Сохн, Хамбург-Берлин-Бонн. 2007. ISBN 978-3-8132-0867-2.

Спољашње везе

• Gun Cotton at The Periodic Table of Videos (University of Nottingham)
• Nitrocellulose Paper Video (aka:Flash paper) Архивирано на сајту Wayback Machine (14. октобар 2009)
• Cellulose, nitrate (Nitrocellulose) — ChemSub Online
• Sicherheitsdatenblatt für die Lagerung und Handhabung von Nitrocellulose (PDF; 1600 kB)
• How To Make Nitro-Cellulose That Works