Reacția acidului azotic al celulozei. Nitrați de celuloză, prepararea lor, proprietăți și aplicații

Una dintre consecințele negative ale dezvoltării tehnologiei în lumea modernă sunt accidente de mașină. În fiecare an, aceștia câștigă viața a peste 1 milion de oameni și peste cincizeci de milioane suferă răni de diferite severități. Chimistul francez Edouard Benedictus a contribuit la procesul de reducere a numărului de victime și răni pe drumuri.

La începutul secolului al XX-lea, Benedictus, în timpul experimentelor, a prins accidental un balon care, căzut de pe un raft, nu s-a rupt în bucăți, ci doar s-a crăpat, păstrându-și forma inițială. Acest episod l-a pus pe Edward pe gânduri. În acest vas a fost depozitată anterior o soluție eter-alcool de azotat de celuloză, care, după ce s-a evaporat, a lăsat pe pereții balonului un strat subțire de azotat de celuloză, care nu a interferat cu observarea conținutului vasului.

În acele zile, parbrizele mașinilor erau realizate din sticlă complet obișnuită, care în timpul unui accident s-a spart într-un număr mare de fragmente ascuțite, rănind grav șoferul și pasagerii.

Unul dintre aceste cazuri, cu un accident de mașină, despre care Benedictus a aflat din ziare, l-a făcut pe om de știință să-și amintească balonul supraviețuitor. După ce a efectuat mai multe experimente cu acoperirea sticlei cu nitrat de celuloză, a găsit o opțiune care era ideală pentru sticla auto. Esența sa era următoarea: un strat de azotat de celuloză a fost așezat între două pahare obișnuite. După încălzirea unui astfel de „sandviș”, stratul interior s-a topit, iar paharele au fost lipite în mod fiabil.

Astfel de ferestre cu geam dublu au rezistat chiar și la o lovitură cu un ciocan, în timp ce au crăpat, dar nu s-au prăbușit în fragmente și și-au păstrat forma inițială. Așadar, în 1909, sticla numită „Triplex” a fost inventată și patentată de Eduard Benedictus.

Cam în aceeași perioadă, un alt om de știință, englezul John Wood, se lupta cu problema creării ochelarilor de protecție. El a primit brevetul său pentru invenția sticlei speciale în 1905. Cu toate acestea, sticla Wood nu a intrat în producție de masă din cauza costului ridicat al consumabilelor. Esența invenției sale a fost că, în loc de nitrat de celuloză, în stratul interior a fost folosit cauciuc scump. În plus, produsul final și-a pierdut o parte din transparență, ceea ce a cauzat disconfort șoferilor.

La început, nici producătorilor de mașini nu le-a plăcut invenția lui Benedictus, deoarece îi creștea costul. Dar a fost apreciat de militari. Sticla Triplex a fost botezată prin foc în timpul Primului Război Mondial, deoarece acestea au fost folosite în măștile de gaze.

Henry Ford a fost primul care a introdus triplex-urile în industria auto. Acest lucru s-a întâmplat în 1919. A fost nevoie de aproximativ 15 ani pentru ca alți producători de mașini să înceapă să folosească triplexurile. Astfel de ochelari sunt încă folosiți astăzi.

YouTube enciclopedic

1 / 1

Arderea nitrocelulozei

Subtitrări

Informații generale

Nitroceluloză - masă fibroasă în vrac alb, De aspect similar cu celuloza. Una dintre cele mai importante caracteristici este gradul de înlocuire a grupărilor hidroxil cu grupări nitro. În practică, cel mai adesea, nu desemnarea directă a gradului de substituție este utilizată, ci conținutul de azot, exprimat în procente în greutate. În funcție de conținutul de azot există [ ]

• coloxilină (10,7 - 12,2% azot)
• piroxilină nr. 2 (12,05 - 12,4% azot)
• pirocolodiul (12,6% azot) este un tip special de nitroceluloză, obținut mai întâi de D.I. Mendeleev, insolubil în alcool, solubil într-un amestec de alcool și eter.
• piroxilină nr. 1 (13,0 - 13,5% azot)

• 1832 - Chimistul francez Henri Braconnot a descoperit că atunci când amidonul și fibrele de lemn au fost tratate cu acid azotic, s-a format un material inflamabil și exploziv instabil, pe care l-a numit Xiloidină.
• 1838 - un alt chimist francez, Theophile-Jules Pelouze, a prelucrat hârtia și cartonul într-un mod similar și a obținut un material similar, pe care l-a numit Nitramidină. Stabilitatea scăzută a nitrocelulozei rezultate nu a permis utilizarea acesteia în scopuri tehnice.
• 1846 - Chimistul elvețian Christian Friedrich Schönbein a descoperit accidental o metodă mai practică de producere a nitrocelulozei. În timp ce lucra în bucătărie, a vărsat acid azotic concentrat pe masă. Chimistul a folosit o cârpă de bumbac pentru a îndepărta acidul și apoi a atârnat-o pe aragaz să se usuce. După uscare, materialul a ars exploziv. Schönbein a dezvoltat prima metodă acceptabilă pentru producerea nitrocelulozei - prin tratarea unei părți a fibrelor de bumbac în cincisprezece părți dintr-un amestec de acizi sulfuric și azotic într-un raport de 50:50. Acidul azotic a reacționat cu celuloza pentru a forma apă, iar acidul sulfuric a fost necesar pentru a preveni diluarea. După câteva minute de tratament, bumbacul a fost îndepărtat din acid, spălat apă rece până când acizii au fost îndepărtați și uscati.

Primit material nou a fost folosit imediat la producerea prafului de pușcă numit bumbac. Nitroceluloza a produs de 6 ori mai mult volum de produse de ardere decât pulberea neagră, mult mai puțin fum și a generat mai puțină căldură în armă. Cu toate acestea, producția sa a fost extrem de periculoasă și a fost însoțită de numeroase explozii în producție. Cercetările ulterioare au arătat că puritatea materiei prime a jucat un rol cheie în pericolul producției - dacă bumbacul nu a fost curățat și uscat complet, au avut loc explozii bruște.

• 1869 - în Anglia, sub conducerea lui Frederick Augustus Abel, a fost dezvoltată o tehnologie cu măcinarea nitrocelulozei în mașini speciale olandeze și spălare și uscare pe termen lung repetate (de până la 8 ori), fiecare dintre ele a durat până la 2 zile. Hollander instalează o cadă de formă ovală cu cuțite transversale fixate în ea. Pe partea laterală a cuțitelor există un ax cu cuțite cu disc ondulat. Când arborele se rotește, cuțitele arborelui trec între cuțitele staționare și taie fibra de nitroceluloză. Raportul acizilor sulfuric și azotic din amestec a fost modificat la 2:1. Folosind această tehnologie, s-a putut obține un produs destul de stabil în timpul depozitării și utilizării.

La zece ani de la brevetarea acestei tehnologii, piroxilina a început să fie adoptată în întreaga lume, mai întâi ca umplutură pentru scoici și minele marine. O altă aplicație pe care coloxilina a găsit-o aproape imediat a fost producerea de adeziv pentru sigilarea rănilor mici. În absența unei tencuieli (așa cum o înțelegem astăzi), acest adeziv a câștigat rapid popularitate. De fapt, era un tip de lac gros nitro. O serie de explozii care au urmat timp de câțiva ani la fabrici și depozite implicate în procese care implică piroxilina au forțat o privire mai atentă asupra problemei stabilizării acestui produs. În ciuda tuturor dificultăților, din 1879 până în prezent, nitrații de celuloză au fost utilizați pe scară largă în tehnologia compușilor bogați în energie și în multe alte domenii ale industriei.

Chitanță

Cele mai bune materii prime pentru producția de nitroceluloză sunt considerate a fi soiurile cu capse lungi de bumbac cules manual. Bumbacul și pulpa de lemn culese la mașină conțin cantități semnificative de impurități care complică pregătirea și reduc calitatea produsului. Nitroceluloza este produsă prin tratarea celulozei purificate, afânate și uscate cu un amestec de acizi sulfuric și acizi azotic, numit amestec de nitrare.

Nitrați de celuloză

Nitrați de celuloză– esteri ai celulozei și acidului azotic. Nitrații de celuloză sunt produși prin esterificarea celulozei cu acid azotic, numită reacție de nitrare:

→ ←

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

nitrat de celuloză

Această reacție este reversibilă, deci se efectuează în prezența agenților de eliminare a apei. În industrie, pentru nitrare se folosește un amestec de HNO 3 – H 2 SO 4 – H 2 O. Acidul sulfuric nu numai că leagă apa, dar provoacă și umflarea celulozei și, prin urmare, accelerează difuzia acidului azotic în partea sa cristalină. În timpul nitrării apar reacții secundare ale celulozei: distrugere hidrolitică sub influența apei (catalizator H2SO4) și distrugere oxidativă sub influența HNO3.

Nitrații de celuloză sunt termoplastici. În funcție de gradul de substituție, evaluat după conținutul de azot, se împart în coloxiline(conținut de azot 10,5–12,2%) și piroxiline(conținut de azot 12,3–13,7%). Fracția de masă teoretică a azotului în trinitrat de celuloză (adică, gradul de substituție este 3) este de 14,14%. Nitrații de celuloză sunt inflamabili, inflamabili și pot exploda dacă au conținut ridicat de azot.

În producție se folosesc piroxiline și coloxiline cu conținut ridicat de azot pulbere fără fum, dinamită, combustibil solid pentru rachete și alți explozivi. Coloxilina este utilizată în producția de ettroli, celuloid, lacuri și adezivi.

Etrol este un material termoplastic obținut din azotat de celuloză plastifiat cu umpluturi minerale și organice și este utilizat pentru diferite părți ale produselor tehnice și bunurilor de larg consum. Anterior, filmele fotografice și de film erau produse din nitrați de celuloză, dar datorită inflamabilității lor ușoare, producția de astfel de filme a fost întreruptă. Filmul de nitroceluloză a fost înlocuit cu un film de acetat de celuloză neinflamabil.

Celuloid– plastic pe bază de azotat de celuloză, plastifiat cu camfor. Este în esență o soluție solidă de nitrat de celuloză în camfor. Folosit pe scară largă pentru fabricarea de articole de mercerie, jucării, mingi de tenis de masă. Cu toate acestea, datorită inflamabilității sale ridicate, utilizarea sa este redusă treptat, la fel ca nitroceluloza etol.

Nitrovernisuri– soluții de nitrat de celuloză în solvenți, de obicei amestecuri de solvenți care conțin plastifianți. Baza lacului este coloxilina. Nitro-lacurile sunt folosite pentru a face nitro-vopsele, nitro-emailuri și nitro-mastice.

Proprietățile nitratului de celuloză

Nitrații de celuloză (NC) sunt explozivi cu molecul mare cu formula generală n. Sunt poliesteri nitrat de celuloză polizaharidă. Aceștia sunt compuși care conțin grupări azotate ONO2 legate de un atom de carbon. Nitrații de celuloză tehnici sunt polimeri complecși, eterogeni din punct de vedere chimic, care conțin de la 5 la 15% grupări hidroxil nesubstituite, cu conținut variabil de azot.

Proprietățile specifice ale nitraților de celuloză determină domeniul lor de aplicare. Ușurință de aprindere, posibilitatea transformării prin plastificare într-un material care arde după o anumită lege în straturi paralele, eliberare cantitate mare gaz în timpul arderii lor, o bază mare de materie primă explică aproape monopolul utilizării lor pentru pulberile fără fum.

Datorită rezistenței mecanice ridicate a nitraților de celuloză, compatibilității bune cu plastifianții și trecerii la o stare plastică cu o ușoară creștere a temperaturii, se recomandă utilizarea acestora pentru fabricarea, în special, a celuloidului.

Solubilitatea nitraților de celuloză în solvenți obișnuiți, cum ar fi alcool, eter, acetonă și mare proprietăți mecanice Filmele rezultate fac posibilă utilizarea lor pentru producerea de lacuri nitro și acoperiri cu lacuri. Solubilitatea lor este afectată de conținutul lor de azot, vâscozitate, temperatură, uniformitate în gradul de esterificare, precum și compoziția solventului.

Industria produce următoarele tipuri principale de nitrați de celuloză:

Coloxilină care conține 10,7-12,2% azot;

Piroxilină nr. 2 conţinând 12,2-12,4% azot;

Piroxilină nr. 1 conţinând 13-3,5% azot.

În producția de lacuri și vopsele, nitrații de celuloză sunt necesari pentru a asigura procesabilitatea soluției. vâscozitate scăzută, care corespunde gradului de polimerizare în intervalul 100-300. Mare importanță are vâscozitatea piroxilinei în producerea pulberilor de piroxilină. Viscozitatea condiționată cea mai rațională pentru piroxilina nr. 1 este considerată a fi 6-10? Eh, pentru piroxilina nr. 2 - 4-8? E. În industria vopselelor și lacurilor, unde se folosesc cu precădere coloxilinele, în timpul controlului analitic calitatea acestora este evaluată prin vâscozitatea soluțiilor lor într-un solvent combinat al compoziției,%: tehnic normal acetat de butil-12,5; acetonă tehnică-5; alcool etilic - 17,5; alcool butilic sintetic-15; toluen petrolier-50.

În funcție de marca de coloxilină testată, în acest solvent se prepară soluții cu o fracție de masă de 8,20 și 25%.

Pentru a extinde domeniul de aplicare, este necesar să se obțină coloxiline care sunt foarte solubile în alcooli inferiori, cum ar fi etil și metil. Efectul de dizolvare al alcoolului metilic, ca și al alcoolului etilic, depinde de gradul de esterificare a nitraților de celuloză.

Pentru a obține coloxilina solubilă în alcool de care avem nevoie, trebuie să îi modificăm proprietățile prin saponificare cu diverși reactivi, și anume soluții de săruri acide ale acidului hidrosulfurat, soluții de hidroxid de sodiu, soluții de acid sulfuric și azotic. Dar, în primul rând, este necesar să se studieze proprietățile coloxilinei, domeniile sale de aplicare, metodele de producție și să se determine condițiile optime pentru obținerea coloxilinei solubile în alcool, ale cărei principale caracteristici corespund următoarelor valori:

Vâscozitate condiționată 1,5-1,7;

Grad de polimerizare 300-600.

(710,29 Kb) descărcări de 558 ori