Розділ 2. Нітроцелюлоза
2.1. Загальні відомості нітроцелюлози
Нітроцелюлоза (нітрат целюлози, нітроклітковини) – групова назва хімічних сполук, азотнокислих складних ефірів целюлози із загальною формулою [C6H7O2(OH)3 (ONO2)х ]n , де х - ступінь заміщення (етерифікації), а n – ступінь полімеризації.
Нітроцелюлоза – волокниста пухка маса білого кольору, по зовнішньому вигляду схожа на целюлозу. Одна з найважливіших характеристик – ступінь заміщення гідроксильних груп на нітрогрупи. У практиці найчастіше застосовується не пряме позначення ступеня заміщення, а вміст азоту, виражене у відсотках за масою. Відноситься до термопластів. Залежно від вмісту азоту розрізняють
колоксилін (10,7 - 12,2% азоту)
піроксилін № 2 (12,05 - 12,4% азоту)
піроколодій (12,6% азоту) - особливий вид нітроцелюлози, вперше
отриманий Д. І. Менделєєвим, розчиняється у спирті, розчиняється в суміші спирту з ефіром.
піроксилін № 1 (13,0 - 13,5% азоту)
Існують такі азотні ефіри целюлози:
|
Тривіальна назва |
Хімічна формула |
Вміст азоту |
|
12-азотна клітковина |
С24Н28О8(NO3)12 |
14,14% |
|
11-азотна клітковина |
С24Н29О9 (NO3)11 |
13,47% |
|
10-азотна клітковина |
С24 Н29О9 (NO3)10 |
12,75% |
|
9-азотна клітковина |
С24 Н29О9 (NO3)9 |
11,96% |
|
8-азотна клітковина |
С24 Н29О9 (NO3)8 |
11,11% |
|
… І так далі… |
|
|
|
4-азотна клітковина |
С24 Н29О9 (NO3)4 |
6,76% |
Щільність 1,58 - 1,65 г / см³. Ступінь полімеризації колоксиліна 150-600 (молекулярна маса 37500 - 150000 а. е. м.), Піроксиліном 1000-2000 (молекулярна маса 250000-500000 а. е. м.). Універсальний розчинник для всіх видів нітроцелюлози - ацетон. У воді і неполярних розчинниках (бензол, чотирихлористий вуглець) нітроцелюлоза розчиняється. Розчинність нітроклітковини в полярних розчинниках залежить від вмісту азоту. У кислих і лужних середовищах вона має низьку хімічну стійкість. Температура початку розкладання сухої нітроцелюлози 40 – 60 ° C, при швидкому нагріванні може відбутися спалах і вибух [5].
2.2. Добування нітроцелюлози
Кращою сировиною для виробництва нітроцелюлози вважаються довговолокнисті сорти бавовни ручної збірки. Бавовна машинної збірки і деревна целюлоза містять значну кількість домішок, які ускладнюють підготовку та знижують якість продукції. Нітроцелюлозу отримують дією на очищену, розпушену і висушену целюлозу сумішшю сірчаної та азотної кислот, так званої нітруюча суміш:
Нижче наведена реакція отримання тринітроцелюлози в лабораторних умовах:
Концентрація застосовуваної азотної кислоти зазвичай вище 77%, а співвідношення кислот і целюлози може бути від 30:1 до 100:1. Отриманий після нітрування продукт піддається багатоступеневій промивці, обробці слабкокислими і слабколужними розчинами, подрібнення для підвищення чистоти і стійкості при зберіганні. Сушка нітроцелюлози – складний процес, іноді спільно з сушкою застосовується зневоднення (етанолом, спирто-ефірними сумішами). Практично вся нітроцелюлоза після отримання використовується у виробництві різних продуктів. У разі необхідності зберігається у вологому стані з вмістом води або спирту не нижче 20% [7,8].