Ցելյուլոզային ազոտաթթվի ռեակցիա. Ցելյուլոզայի նիտրատները, դրանց արտադրությունը, հատկությունները և կիրառությունները

Տեխնոլոգիաների զարգացման բացասական հետևանքներից մեկը ժամանակակից աշխարհավտովթարներ են. Ամեն տարի նրանք խլում են ավելի քան 1 միլիոն մարդու կյանք, իսկ ավելի քան հիսուն միլիոնը տարբեր ծանրության վնասվածքներ են ստանում: Ֆրանսիացի քիմիկոս Էդուարդ Բենեդիկտուսը նպաստել է ճանապարհներին զոհերի և վիրավորների թվի կրճատման գործընթացին։

20-րդ դարի սկզբին Բենեդիկտուսը փորձերի ժամանակ պատահաբար բռնել է կոլբը, որը, ընկնելով դարակից, չի փշրվել, այլ միայն ճաքել է՝ պահպանելով իր սկզբնական ձևը։ Այս դրվագը Էդվարդին ստիպեց մտածել. Այս անոթում նախկինում պահվում էր ցելյուլոզայի նիտրատի եթեր-ալկոհոլային լուծույթ, որը գոլորշիանալով, կոլբայի պատերին թողնում էր ցելյուլոզայի նիտրատի ամենաբարակ շերտը, որն ամենևին չէր խանգարում անոթի պարունակությունը դիտարկելուն։

Այդ օրերին մեքենաների դիմապակին բոլորովին սովորական ապակուց էր, որը վթարի արդյունքում փշրվել էր մեծ քանակությամբ սուր բեկորների, որոնք լրջորեն վիրավորել էին վարորդին ու ուղեւորներին։

Դա ավտովթարի նման մի դեպք էր, որի մասին Բենեդիկտուսը իմացավ թերթերից, որը գիտնականին ստիպեց հիշել ողջ մնացած կոլբը: Ապակու ցելյուլոզայի նիտրատի ծածկույթի հետ որոշ փորձարկումներից հետո նա գտավ տարբերակ, որն իդեալական էր ավտոմոբիլային ապակու համար: Դրա էությունը հետեւյալն էր՝ երկու սովորական բաժակների արանքում դրված էր ցելյուլոզայի նիտրատի շերտ։ Նման «սենդվիչը» տաքացնելուց հետո ներքին շերտը հալվեց, և բաժակները հուսալիորեն սոսնձվեցին միմյանց:

Նման երկկողմանի պատուհանները նույնիսկ դիմակայեցին մուրճի հարվածին, մինչդեռ նրանք ճաքեցին, բայց չփշրվեցին բեկորների մեջ և պահպանեցին իրենց սկզբնական ձևը: Այսպիսով, 1909 թվականին Էդուարդ Բենեդիկտուսի կողմից հայտնագործվեց և արտոնագրվեց բաժակը «Triplex» անունով։

Մոտավորապես նույն ժամանակ մեկ այլ գիտնական՝ անգլիացի Ջոն Վուդը, պայքարում էր անվտանգության ակնոցների ստեղծման խնդրի հետ։ Նա հատուկ ապակու գյուտի արտոնագիրը ստացել է 1905 թվականին։ Այնուամենայնիվ, Wood's-ի ապակին զանգվածային արտադրության մեջ չհայտնվեց ծախսվող նյութերի թանկության պատճառով: Նրա գյուտի էությունն այն էր, որ ցելյուլոզայի նիտրատի փոխարեն ներքին շերտում թանկարժեք կաուչուկ է օգտագործվել։ Բացի այդ, վերջնական արտադրանքը կորցրել է իր թափանցիկության մի մասը, ինչը վարորդների համար անհարմարություն է առաջացրել։

Սկզբում Բենեդիկտոսի գյուտը նույնպես դուր չեկավ ավտոարտադրողներին, քանի որ այն բարձրացրեց դրա արժեքը։ Բայց դա գնահատվել է զինվորականների կողմից։ «Triplex» ակնոցները կրակով մկրտվել են Առաջին համաշխարհային պատերազմի ժամանակ, քանի որ դրանք օգտագործվել են հակագազերի մեջ։

Ավտոմոբիլային արդյունաբերությունում Հենրի Ֆորդն առաջինն էր, ով ներկայացրեց տրիպլեքսներ: Դա տեղի է ունեցել 1919 թ. Մոտ 15 տարի պահանջվեց, որպեսզի այլ ավտոարտադրողներ սկսեն օգտագործել տրիպլեքսներ: Այս ակնոցները մինչ օրս օգտագործվում են:

Հանրագիտարան YouTube

1 / 1

Այրվող նիտրոցելյուլոզա

սուբտիտրեր

Ընդհանուր տեղեկություն

Nitrocellulose - թելքավոր չամրացված զանգված սպիտակ գույն, Ըստ տեսքընման է ցելյուլոզային: Ամենակարևոր բնութագրիչներից է հիդրօքսիլ խմբերի նիտրո խմբերի փոխարինման աստիճանը։ Գործնականում ամենից հաճախ օգտագործվում է ոչ թե փոխարինման աստիճանի ուղղակի նշանակում, այլ ազոտի պարունակությունը՝ արտահայտված կշռով: Կախված ազոտի պարունակությունից՝ կան [ ]

• կոլոքսիլին (10.7 - 12.2% ազոտ)
• պիրոքսիլին թիվ 2 (12.05 - 12.4% ազոտ)
• պիրոկոլոդիում (12,6% ազոտ) - նիտրոցելյուլոզայի հատուկ տեսակ, որն առաջին անգամ ստացել է Դ. Ի. Մենդելեևը, ալկոհոլի մեջ չլուծվող, ալկոհոլի և եթերի խառնուրդում լուծվող:
• պիրոքսիլին թիվ 1 (13.0 - 13.5% ազոտ)

• 1832 - Ֆրանսիացի քիմիկոս Անրի Բրակոնոն հայտնաբերեց, որ երբ օսլան և փայտի մանրաթելերը մշակվում են ազոտաթթուով, ձևավորվում է անկայուն այրվող և պայթուցիկ նյութ, որը նա անվանել է Xyloidine (Xyloїdine)
• 1838 - Մեկ այլ ֆրանսիացի քիմիկոս Թեոֆիլ-Ժյուլ Պելուզը նույն կերպ վարվեց թղթի և ստվարաթղթի հետ և ստացավ նմանատիպ նյութ, որը նա անվանեց Նիտրամիդին: Ստացված նիտրոցելյուլոզայի ցածր կայունությունը թույլ չի տվել այն օգտագործել տեխնիկական նպատակներով։
• 1846 - Շվեյցարացի քիմիկոս Քրիստիան Ֆրիդրիխ Շոնբայնը պատահաբար հայտնաբերեց նիտրոցելյուլոզա արտադրելու ավելի գործնական միջոց: Խոհանոցում աշխատելիս սեղանին խտացված ազոտական ​​թթու է թափել։ Թթուն հեռացնելու համար քիմիկոսն օգտագործել է բամբակյա կտոր, ապա այն կախել, որպեսզի չորանա վառարանի վրա։ Չորանալուց հետո գործվածքն այրվել է պայթյունով։ Schonbein-ը մշակել է նիտրոցելյուլոզա ստանալու առաջին ընդունելի մեթոդը՝ բամբակի մանրաթելերի մի մասը մշակել ծծմբային և ազոտական ​​թթուների խառնուրդի տասնհինգ մասերում՝ 50:50 հարաբերակցությամբ: Ազոտական ​​թթուն արձագանքել է ցելյուլոզայի հետ՝ առաջացնելով ջուր, իսկ նոսրացումը կանխելու համար անհրաժեշտ է եղել ծծմբաթթու: Մի քանի րոպե բուժումից հետո բամբակը հանվել է թթվից, լվացվել սառը ջուրնախքան թթուները հեռացնելը և չորացնելը:

Ստացել է նոր նյութանմիջապես օգտագործվել է հրացանի բամբակ (Guncotton) կոչվող վառոդի արտադրության մեջ։ Նիտրոցելյուլոզը 6 անգամ ավելի շատ այրման արտադրանք էր տալիս, քան սև փոշին, շատ ավելի քիչ ծուխ և ավելի քիչ տաքացնում զենքը: Սակայն դրա արտադրությունը չափազանց վտանգավոր էր և ուղեկցվում էր արտադրության մեջ բազմաթիվ պայթյուններով։ Հետագա հետազոտությունները ցույց են տվել, որ հումքի մաքրությունը առանցքային դեր է խաղում արտադրության վտանգի մեջ. եթե բամբակը մանրակրկիտ մաքրված և չորացրած չլիներ, հանկարծակի պայթյուններ տեղի ունեցան:

• 1869 - Անգլիայում, Ֆրեդերիկ Օգոստոս Աբելի ղեկավարությամբ, մշակվեց տեխնոլոգիա հատուկ հոլանդերում նիտրոցելյուլոզայի մանրացման և կրկնվող (մինչև 8 անգամ) երկար լվացման և չորացման հետ, որոնցից յուրաքանչյուրը տևեց մինչև 2 օր: Հոլանդերը խաչաձեւ հատվածով օվալաձեւ լոգանք է դնում՝ մեջը ամրացված լայնակի դանակներով։ Դանակների կողքով անցնում է լիսեռ՝ ալիքաձև սկավառակային դանակներով։ Երբ լիսեռը պտտվում է, լիսեռի դանակները անցնում են ամրացված դանակների միջև և կտրում նիտրոցելյուլոզային մանրաթելը: Խառնուրդում ծծմբական և ազոտական ​​թթուների հարաբերակցությունը փոխվել է 2:1: Օգտագործելով այս տեխնոլոգիան՝ հնարավոր եղավ ձեռք բերել այնպիսի արտադրանք, որը բավականին կայուն է պահպանման և օգտագործման ընթացքում։

Այս տեխնոլոգիայի արտոնագրումից տասը տարի անց պիրոքսիլինը սկսեց կիրառվել ամբողջ աշխարհում՝ նախ որպես խեցիների և ծովային հանքերի լցոն: Մեկ այլ կիրառություն, որը կոլոքսիլինը գրեթե անմիջապես հայտնաբերեց, փոքր վերքերը կնքելու համար սոսինձի արտադրությունն էր: Կարկատանի բացակայության դեպքում (մեր ներկայիս պատկերացումներով) այս սոսինձը արագորեն ժողովրդականություն է ձեռք բերել: Իրականում դա մի տեսակ հաստ նիտրոլակ էր։ Մի քանի տարի անց մի շարք պայթյուններ գործարաններում և պահեստներում, որոնք զբաղված էին պիրոքսիլինի հետ կապված գործընթացներով, ստիպեցին ավելի սերտորեն դիտարկել այս արտադրանքի կայունացման խնդիրը: Չնայած բոլոր դժվարություններին, 1879 թվականից մինչ օրս ցելյուլոզայի նիտրատները լայնորեն օգտագործվում են էներգիայով հագեցած միացությունների տեխնոլոգիայի և արդյունաբերության շատ այլ ոլորտներում:

Անդորրագիր

Նիտրոցելյուլոզայի արտադրության համար լավագույն հումքը ձեռքով քաղված բամբակի երկարատև տեսակներն են: Մեքենայով հավաքված բամբակը և փայտի միջուկը պարունակում են զգալի քանակությամբ կեղտեր, որոնք բարդացնում են պատրաստումը և նվազեցնում արտադրանքի որակը: Նիտրոցելյուլոզը ստացվում է մաքրված, թուլացած և չորացած ցելյուլոզը մշակելով ծծմբային և ազոտական ​​թթուների խառնուրդով, որը կոչվում է նիտրացնող խառնուրդ:

Ցելյուլոզայի նիտրատներ

Ցելյուլոզայի նիտրատներ- ցելյուլոզայի և ազոտական ​​թթվի եթերներ. Ցելյուլոզայի նիտրատները ստացվում են ազոտաթթվի հետ ցելյուլոզայի էսթերֆիկացման ռեակցիայի արդյունքում, որը կոչվում է նիտրացման ռեակցիա.

→ ←

[C 6 H 7 O 2 (OH) 3] n + xn HNO 3 [C 6 H 7 O 2 (OH) 3- X(ONO 2) X]n + xnՀ 2 Օ.

ցելյուլոզայի նիտրատ

Այս ռեակցիան շրջելի է, ուստի այն իրականացվում է ջրահեռացնող նյութերի առկայության դեպքում։ Արդյունաբերության մեջ նիտրացման համար օգտագործվում է HNO 3 - H 2 SO 4 - H 2 O խառնուրդ, ծծմբական թթուն ոչ միայն կապում է ջուրը, այլև առաջացնում է ցելյուլոզայի ուռչում և դրանով իսկ արագացնում ազոտաթթվի տարածումը նրա բյուրեղային մասում: Նիտրացիայի ընթացքում ցելյուլոզայի կողմնակի ռեակցիաները շարունակվում են՝ հիդրոլիտիկ քայքայումը ջրի ազդեցության տակ (կատալիզատոր H 2 SO 4) և օքսիդատիվ քայքայում՝ HNO 3 ազդեցությամբ։

Ցելյուլոզայի նիտրատները ջերմապլաստիկ նյութեր են: Կախված ազոտի պարունակությամբ գնահատված փոխարինման աստիճանից, դրանք բաժանվում են կոլոքսիլիններ(ազոտի պարունակությունը 10,5–12,2%) եւ պիրոքսիլիններ(ազոտի պարունակությունը 12,3–13,7%)։ Բջջանյութի տրինիտրատում ազոտի տեսական զանգվածային բաժինը (այսինքն՝ փոխարինման աստիճանը 3 է) 14,14% է։ Ցելյուլոզայի նիտրատները դյուրավառ են, խիստ դյուրավառ և պայթյունավտանգ, եթե ազոտի բարձր պարունակությամբ:

Արտադրության մեջ օգտագործվում են ազոտի բարձր պարունակությամբ պիրոքսիլիններ և կոլոքսիլիններ առանց ծխի փոշի, դինամիտ, պինդ շարժիչ և այլ պայթուցիկ նյութեր։ Կոլոքսիլինը օգտագործվում է էտրոլների, ցելյուլոիդի, լաքերի, սոսինձների արտադրության մեջ։

Էտրոլջերմապլաստիկ նյութ է, որը ստացվում է հանքային և օրգանական լցոնիչներով պլաստիկացված ցելյուլոզայի նիտրատի հիման վրա և օգտագործվում է տեխնիկական ապրանքների և սպառողական ապրանքների տարբեր մասերի համար։ Նախկինում ցելյուլոզայի նիտրատներից ստանում էին լուսանկարչական և կինոթաղանթներ, սակայն հեշտ դյուրավառության պատճառով նման թաղանթի արտադրությունը դադարեցվեց։ Նիտրոցելյուլոզային թաղանթը փոխարինվել է ոչ այրվող ցելյուլոզային ացետատ թաղանթով:

Ցելյուլոիդ- կամֆորով պլաստիկացված ցելյուլոզայի նիտրատի վրա հիմնված պլաստիկ: Ըստ էության, դա կամֆորի մեջ ցելյուլոզայի նիտրատի պինդ լուծույթ է։ Այն լայնորեն օգտագործվում է ալեհավաքի, խաղալիքների, սեղանի թենիսի գնդակների արտադրության համար։ Այնուամենայնիվ, բարձր դյուրավառության պատճառով դրա օգտագործումը աստիճանաբար դադարեցվում է, ինչպես նաև նիտրոցելյուլոզային էտրոլը:

Նիտրո-լաքեր- ցելյուլոզայի նիտրատի լուծույթները լուծիչներում, սովորաբար պլաստիկացնողներ պարունակող լուծիչների խառնուրդներում: Լաքի հիմքը կոլոքսիլինն է։ Նիտրոլաքերի հիման վրա պատրաստվում են նիտրոներկեր, նիտրոէմալներ, նիտրոմաստիկներ։

Ցելյուլոզայի նիտրատի հատկությունները

Ցելյուլոզայի նիտրատները (NC) n ընդհանուր բանաձևի բարձր մոլեկուլային պայթուցիկներ են: Դրանք ցելյուլոզային պոլիսախարիդի նիտրատ պոլիեսթեր են։ Սրանք միացություններ են, որոնք պարունակում են ONO2 նիտրատ խմբեր, կապված ածխածնի ատոմի հետ: Տեխնիկական ցելյուլոզայի նիտրատները բարդ պոլիմերներ են, քիմիապես տարասեռ, որոնք պարունակում են 5-ից մինչև 15% չփոխարինված հիդրօքսիլ խմբեր՝ տարբեր ազոտի պարունակությամբ:

Ցելյուլոզայի նիտրատների հատուկ հատկությունները որոշում են դրանց կիրառման շրջանակը: Բոցավառման հեշտությունը, պլաստիկացման միջոցով փոխակերպվելու հնարավորությունը նյութի, որը այրվում է որոշակի օրենքի համաձայն զուգահեռ շերտերում, ազատում մեծ թվովգազերը դրանց այրման ժամանակ, հումքի մեծ բազան բացատրում են չծխող փոշիների համար դրանց օգտագործման գրեթե մենաշնորհը։

Ցելյուլոզայի նիտրատների բարձր մեխանիկական ուժի, պլաստիկացնողների հետ լավ համատեղելիության և ջերմաստիճանի մի փոքր բարձրացմամբ պլաստիկ վիճակի անցնելու պատճառով նպատակահարմար է դրանք օգտագործել, մասնավորապես, ցելյուլոիդի արտադրության համար:

Ցելյուլոզայի նիտրատների լուծելիությունը սովորական լուծիչներում, ինչպիսիք են ալկոհոլը, եթերը, ացետոնը և բարձր մեխանիկական հատկություններՍտացված թաղանթները հնարավորություն են տալիս դրանք օգտագործել նիտրոլաքերի և լաքի ծածկույթների արտադրության համար։ Դրանց լուծելիության վրա ազդում են ազոտի պարունակությունը, մածուցիկությունը, ջերմաստիճանը, էսթերֆիկացման աստիճանի միատեսակությունը և լուծիչի բաղադրությունը։

Արդյունաբերությունն արտադրում է ցելյուլոզային նիտրատների հետևյալ հիմնական տեսակները.

Colloxilin 10,7-12,2% ազոտի պարունակությամբ;

Պիրոքսիլին թիվ 2 12,2-12,4% ազոտի պարունակությամբ;

Պիրոքսիլին թիվ 1 13-3,5% ազոտի պարունակությամբ։

Լաքերի և ներկերի արտադրության մեջ ցելյուլոզայի նիտրատներ են պահանջվում՝ լուծույթի արտադրունակությունն ապահովելու համար: ցածր մածուցիկություն, որը համապատասխանում է պոլիմերացման աստիճանին 100-300 միջակայքում։ Մեծ նշանակությունունի պիրոքսիլինի մածուցիկություն պիրոքսիլինի փոշիների արտադրության մեջ: Պիրոքսիլինի թիվ 1-ի ամենառացիոնալ պայմանական մածուցիկությունը 6-10 է: Պիրոքսիլինի համար թիվ 2-4-8: Ե. Ներկերի և լաքերի արդյունաբերության մեջ, որտեղ հիմնականում օգտագործվում են կոլոքսիլիններ, անալիտիկ հսկողության ժամանակ դրանց որակը գնահատվում է բաղադրության համակցված լուծիչում դրանց լուծույթների մածուցիկությամբ,%՝ տեխնիկական նորմալ բուտիլացետատ-12.5; տեխնիկական ացետոն-5; էթիլային սպիրտ-17,5; բուտիլ սինթետիկ սպիրտ-15; նավթային տոլուոլ-50.

Կախված կոլոքսիլինի փորձարկված ապրանքանիշից, այս լուծիչում պատրաստվում են լուծույթներ 8,20 և 25% զանգվածային բաժնով:

Կիրառման ոլորտը ընդլայնելու համար անհրաժեշտ է ձեռք բերել կոլոքսիլիններ, որոնք հեշտությամբ լուծվում են ցածր սպիրտներում, ինչպիսիք են էթիլը, մեթիլը: Մեթիլ սպիրտի լուծարման ազդեցությունը, ինչպես էթիլային սպիրտը, կախված է ցելյուլոզայի նիտրատների էսթերֆիկացման աստիճանից։

Ալկոհոլում լուծվող կոլոքսիլինը ստանալու համար մեզ անհրաժեշտ է, անհրաժեշտ է փոփոխել նրա հատկությունները տարբեր ռեագենտներով սապոնացման միջոցով, մասնավորապես՝ հիդրոսուլֆիդային թթվի թթվային աղերի լուծույթներ, կաուստիկ սոդայի լուծույթներ, ծծմբային և ազոտական ​​թթուների լուծույթներ։ Բայց, առաջին հերթին, անհրաժեշտ է ուսումնասիրել կոլոքսիլինի հատկությունները, դրա շրջանակը, ստացման մեթոդները և որոշել սպիրտում լուծվող կոլոքսիլինի ստացման օպտիմալ պայմանները, որոնց հիմնական բնութագրերը համապատասխանում են հետևյալ արժեքներին.

Պայմանական մածուցիկություն 1,5-1,7;

Պոլիմերացման աստիճանը 300-600։

(710.29 Կբ) ներբեռնումներ 558 անգամ