Tselluloosi lämmastikhappe reaktsioon. Tselluloosnitraadid, nende tootmine, omadused ja rakendused

Aasta tehnoloogia arengu üks negatiivseid tagajärgi kaasaegne maailm on autoõnnetused. Igal aastal nõuavad nad enam kui 1 miljoni inimese elu ja üle viiekümne miljoni saab erineva raskusastmega vigastusi. Prantsuse keemik Edouard Benedictus aitas kaasa ohvrite ja vigastatute arvu vähendamisele teedel.

20. sajandi alguses püüdis Benedictus katsete käigus kogemata kolbi, mis riiulilt kukkudes ei purunenud, vaid ainult purunes, säilitades oma esialgse kuju. See episood pani Edwardi mõtlema. Eelnevalt hoiti selles anumas tselluloosnitraadi eeter-alkoholilahust, mis aurustumisel jättis kolvi seintele väga õhukese tselluloosnitraadi kihi, mis ei seganud üldse anuma sisu jälgimist.

Autode esiklaasid valmistati neil päevil täiesti tavalisest klaasist, mis avariis purunes suurel hulgal teravateks kildudeks, mis vigastasid tõsiselt juhti ja kaasreisijaid.

Just üks selline autoõnnetuse juhtum, millest Benedictus ajalehtedest teada sai, pani teadlase ellujäänud kolbi meelde. Pärast mõningast katsetamist klaasi tselluloosnitraadiga katmisega leidis ta võimaluse, mis sobib ideaalselt autoklaasi jaoks. Selle olemus oli järgmine: kahe tavalise klaasi vahele asetati tselluloosnitraadi kiht. Pärast sellise "võileiva" kuumutamist sulas sisemine kiht ja klaasid liimiti usaldusväärselt kokku.

Sellised topeltklaasid pidasid vastu isegi haamrilöögile, samal ajal pragunesid, kuid ei pudenes kildudeks ja säilitasid oma esialgse kuju. Nii leiutas ja patenteeris Eduard Benedictus 1909. aastal klaasi nimega "Triplex".

Umbes samal ajal maadles kaitseprillide loomise probleemiga ka teine ​​teadlane, inglane John Wood. Ta sai patendi spetsiaalse klaasi leiutamiseks 1905. aastal. Masstootmisse Woodi klaas aga kulumaterjalide kõrge hinna tõttu ei läinud. Tema leiutise olemus seisnes selles, et sisekihis kasutati tselluloosnitraadi asemel kallist kummi. Lisaks kaotas lõpptoode osa oma läbipaistvusest, mis tekitas autojuhtidele ebamugavust.

Alguses ei meeldinud Benedictuse leiutis ka autotootjatele, kuna see tõstis selle maksumust. Kuid sõjaväelased hindasid seda. Prillid "tripleks" ristiti Esimese maailmasõja ajal tulega, sest neid kasutati gaasimaskides.

Autotööstuses oli Henry Ford esimene, kes tutvustas triplekse. See juhtus 1919. aastal. Kulus umbes 15 aastat, enne kui teised autotootjad hakkasid triplekse kasutama. Need prillid on kasutusel tänaseni.

Entsüklopeediline YouTube

1 / 1

Nitrotselluloosi põletamine

Subtiitrid

Üldine informatsioon

Nitrotselluloos – kiuline lahtine mass valge värv, Kõrval välimus sarnane tselluloosiga. Üks olulisemaid omadusi on hüdroksüülrühmade nitrorühmade asendamise määr. Praktikas ei kasutata enamasti otsest asendusastme tähistust, vaid lämmastikusisaldust, väljendatuna massiprotsendina. Lämmastikusisaldusest olenevalt on [ ]

• koloksüliin (10,7–12,2% lämmastikku)
• püroksüliin nr 2 (12,05–12,4% lämmastikku)
• pürokolloodium (12,6% lämmastikku) - eritüüpi nitrotselluloos, mille sai esmakordselt D. I. Mendelejev, alkoholis lahustumatu, alkoholi ja eetri segus lahustuv.
• püroksüliin nr 1 (13,0–13,5% lämmastikku)

• 1832 – Prantsuse keemik Henri Braconnot avastas, et tärklise ja puidukiudude töötlemisel lämmastikhappega moodustub ebastabiilne põlev ja plahvatusohtlik materjal, mida ta nimetas ksüloidiiniks (Xyloїdine).
• 1838 – Teine prantsuse keemik Theophile-Jules Pelouze töötles paberit ja pappi sarnasel viisil ning sai sarnase materjali, mida nimetas nitramidiiniks. Saadud nitrotselluloosi madal stabiilsus ei võimaldanud seda kasutada tehnilistel eesmärkidel.
• 1846 – Šveitsi keemik Christian Friedrich Schönbein avastas kogemata praktilisema viisi nitrotselluloosi tootmiseks. Köögis töötades pillas ta lauale kontsentreeritud lämmastikhapet. Happe eemaldamiseks kasutas keemik puuvillast lappi ja riputas selle siis ahju külge kuivama. Pärast kuivamist kangas põles plahvatuslikult. Schonbein töötas välja esimese vastuvõetava meetodi nitrotselluloosi tootmiseks – ühe osa puuvillakiudude töötlemine viieteistkümnes osas väävel- ja lämmastikhappe segus vahekorras 50:50. Lämmastikhape reageeris tselluloosiga, moodustades vee ja lahjendamise vältimiseks oli vaja väävelhapet. Pärast mitmeminutilist töötlemist eemaldati vatt happest ja pesti sisse külm vesi enne hapete eemaldamist ja kuivatatakse.

Vastu võetud uus materjal kasutati kohe püssirohu valmistamisel nimega gun cotton (Guncotton). Nitrotselluloos andis 6 korda rohkem põlemisprodukte kui must pulber, palju vähem suitsu ja soojendas relva vähem. Selle tootmine oli aga äärmiselt ohtlik ja sellega kaasnes tootmises arvukalt plahvatusi. Edasised uuringud näitasid, et tootmise ohus mängib võtmerolli tooraine puhtus – kui puuvilla põhjalikult ei puhastatud ja kuivatatud, toimusid äkilised plahvatused.

• 1869 - Inglismaal töötati Frederick Augustus Abeli ​​juhtimisel välja tehnoloogia nitrotselluloosi jahvatamiseks spetsiaalsetes hollanderites ning korduva (kuni 8 korda) pika pesu ja kuivatamisega, millest igaüks kestis kuni 2 päeva. Hollander paneb ristlõikega ovaalse vanni, millesse on kinnitatud põikisuunalised noad. Nugade küljele läheb võll, laineliste ketasnugadega. Kui võll pöörleb, lähevad võlli noad fikseeritud nugade vahele ja lõikavad nitrotsellulooskiudu. Väävel- ja lämmastikhappe suhe segus muudeti 2:1-le. Seda tehnoloogiat kasutades oli võimalik saada toode, mis on ladustamisel ja kasutamisel üsna stabiilne.

Kümme aastat pärast selle tehnoloogia patenteerimist hakati püroksüliini kasutama üle maailma, esmalt karpide ja meremiinide täidisena. Teine rakendus, mille kolloksüliin leidis peaaegu kohe, oli väikeste haavade tihendamiseks mõeldud liimi tootmine. Plaastri puudumisel (meie praeguse arusaama järgi) saavutas see liim kiiresti populaarsuse. Tegelikult oli see mingi paks nitrolak. Mitu aastat hiljem sundisid püroksüliiniga seotud protsessidega hõivatud tehastes ja ladudes toimunud plahvatused selle toote stabiliseerimise probleemi lähemalt uurima. Kõigist raskustest hoolimata kasutatakse tselluloosnitraate alates 1879. aastast kuni tänapäevani laialdaselt energiaga küllastunud ühendite tehnoloogias ja paljudes teistes tööstusvaldkondades.

Kviitung

Parimad toorained nitrotselluloosi tootmiseks on käsitsi korjatud puuvill. Masinaga kokku pandud puuvill ja puidumass sisaldavad märkimisväärsel hulgal lisandeid, mis raskendavad valmistamist ja vähendavad toote kvaliteeti. Nitrotselluloos saadakse puhastatud, kobestatud ja kuivatatud tselluloosi töötlemisel väävel- ja lämmastikhappe seguga, mida nimetatakse nitreerimisseguks.

Tselluloosi nitraadid

Tselluloosi nitraadid- tselluloosi ja lämmastikhappe estrid. Tselluloosi nitraadid saadakse tselluloosi esterdamise reaktsioonil lämmastikhappega, mida nimetatakse nitreerimisreaktsiooniks:

→ ←

[C6H7O2(OH)3] n + xn HNO3 [C6H7O2(OH)3- X(ONO 2) X]n + xn H2O.

tselluloosnitraat

See reaktsioon on pöörduv, seega viiakse see läbi vett eemaldavate ainete juuresolekul. Tööstuses kasutatakse nitreerimiseks segu HNO 3 - H 2 SO 4 - H 2 O. Väävelhape mitte ainult ei seo vett, vaid põhjustab ka tselluloosi paisumist ja kiirendab seeläbi lämmastikhappe difusiooni selle kristallilisse ossa. Nitreerimisel toimuvad tselluloosi kõrvalreaktsioonid: hüdrolüütiline lagunemine vee toimel (katalüsaator H 2 SO 4) ja oksüdatiivne lagunemine HNO 3 toimel.

Tselluloosnitraadid on termoplastid. Sõltuvalt lämmastikusisalduse järgi hinnatud asendusastmest jagatakse need järgmisteks osadeks koloksüliinid(lämmastikusisaldus 10,5–12,2%) ja püroksüliinid(lämmastikusisaldus 12,3–13,7%). Lämmastiku teoreetiline massifraktsioon tselluloostrinitraadis (st asendusaste on 3) on 14,14%. Tselluloosnitraadid on tuleohtlikud, väga tuleohtlikud ja suure lämmastikusisaldusega plahvatusohtlikud.

Tootmises kasutatakse kõrge lämmastikusisaldusega püroksüliine ja koloksüliine suitsuvaba pulber, dünamiit, tahke raketikütus ja muud lõhkeained. Koloksiliini kasutatakse etoolide, tselluloidi, lakkide, liimide tootmisel.

Etrol on mineraalsete ja orgaaniliste täiteainetega plastifitseeritud tselluloosnitraadi baasil saadud termoplastne materjal, mida kasutatakse tehniliste toodete ja tarbekaupade erinevate osade jaoks. Varem saadi foto- ja filmifilme tselluloosnitraatidest, kuid kerge süttivuse tõttu sellise kile tootmine lõpetati. Nitrotsellulooskile on asendatud mittesüttiva tselluloosatsetaatkilega.

Tselluloid- kampriga plastifitseeritud tselluloosnitraadi baasil valmistatud plastik. Põhimõtteliselt on see tahke tselluloosnitraadi lahus kampris. Seda kasutatakse laialdaselt pudukaupade, mänguasjade, lauatennisepallide valmistamiseks. Kuid selle suure süttivuse tõttu lõpetatakse selle kasutamine, nagu ka nitrotselluloosetrooli kasutamine.

Nitro-lakid- plastifikaatoreid sisaldavad tselluloosnitraadi lahused lahustites, tavaliselt lahustite segudes. Laki aluseks on koloksüliin. Nitrolakkide baasil valmistatakse nitrovärve, nitroemaile, nitromastikseid.

Tselluloosnitraadi omadused

Tselluloosnitraadid (NC) on kõrgmolekulaarsed lõhkeained üldvalemiga n. Need on tselluloosi polüsahhariidi nitraatpolüestrid. Need on ühendid, mis sisaldavad süsinikuaatomiga seotud ONO2 nitraatrühmi. Tehnilised tselluloosnitraadid on keerulised, keemiliselt heterogeensed polümeerid, mis sisaldavad 5–15% asendamata hüdroksüülrühmi, erineva lämmastikusisaldusega.

Tselluloosnitraatide spetsiifilised omadused määravad nende kasutusala. Süütamise lihtsus, võimalus plastifitseerimise teel muutuda materjaliks, mis põleb teatud seaduse järgi paralleelsetes kihtides, vabanemine suur hulk gaaside põlemisel, suur toorainebaas seletab nende kasutamise peaaegu monopoli suitsuvabade pulbrite puhul.

Tselluloosnitraatide kõrge mehaanilise tugevuse, plastifikaatoritega hea ühilduvuse ja kerge temperatuuri tõusuga plastilise oleku ülemineku tõttu on soovitatav neid kasutada eelkõige tselluloidi valmistamiseks.

Tselluloosnitraatide lahustuvus tavalistes lahustites, nagu alkohol, eeter, atsetoon ja kõrge mehaanilised omadused Saadud kiled võimaldavad neid kasutada nitrolakkide ja lakkkatete tootmiseks. Nende lahustuvust mõjutavad nende lämmastikusisaldus, viskoossus, temperatuur, esterdusastme ühtlus ja lahusti koostis.

Tööstus toodab järgmisi põhitüüpe tselluloosnitraate:

Koloksiliin lämmastikusisaldusega 10,7-12,2%;

püroksüliin nr 2 lämmastikusisaldusega 12,2-12,4%;

Püroksüliin nr 1 lämmastikusisaldusega 13-3,5%.

Lakkide ja värvide tootmisel on lahuse valmistatavuse tagamiseks vaja tselluloosnitraate. madal viskoossus, mis vastab polümerisatsiooniastmele vahemikus 100-300. Suur tähtsus on püroksüliini pulbrite tootmisel püroksüliinide viskoossusega. Püroksüliini nr 1 kõige ratsionaalsem tingimuslik viskoossus on 6-10? Püroksüliini nr 2-4-8 jaoks? E. Värvi- ja lakitööstuses, kus kasutatakse peamiselt koloksüliine, hinnatakse analüütilise kontrolli käigus nende kvaliteeti nende lahuste viskoossuse järgi kompositsiooni kombineeritud lahustis,%: tehniline norm butüülatsetaat-12,5; tehniline atsetoon-5; etüülalkohol-17,5; sünteetiline butüülalkohol-15; nafta tolueen-50.

Sõltuvalt kolloksüliini testitud kaubamärgist valmistatakse selles lahustis lahused massifraktsiooniga 8,20 ja 25%.

Kasutusala laiendamiseks on vaja saada madalamates alkoholides, nagu etüül, metüül, kergesti lahustuvaid koloksüliine. Metüülalkoholi, nagu etüülalkoholi, lahustav toime sõltub tselluloosnitraatide esterdamise astmest.

Vajaliku alkoholis lahustuva koloksüliini saamiseks on vaja muuta selle omadusi seebistamise teel erinevate reagentidega, nimelt vesiniksulfiidhappe happesoolade lahustega, naatriumhüdroksiidi lahustega, väävel- ja lämmastikhappe lahustega. Kuid kõigepealt on vaja uurida kolloksüliini omadusi, selle ulatust, saamise meetodeid ja määrata optimaalsed tingimused alkoholis lahustuva koloksüliini saamiseks, mille peamised omadused vastavad järgmistele väärtustele:

Tingimuslik viskoossus 1,5-1,7;

Polümerisatsiooniaste 300-600.

(710,29 Kb) allalaadimisi 558 korda