Właściwości nitrocelulozy

Nitroceluloza powstaje w wyniku reakcji kwasu azotowego z celulozą. Nitroceluloza jest nietoksyczna, ale wysoce łatwopalna. Jest klasyfikowany jako materiał wybuchowy, gdy zawartość azotu przekracza 12,6%. Stosowana od XIX wieku nitroceluloza jest wielozadaniową substancją chemiczną stosowaną w wielu gałęziach przemysłu. Zróżnicowana zawartość azotu w różnych formulacjach pozwala na zastosowanie nitrocelulozy w farmaceutykach, farbach, lakierach, tworzywach sztucznych, materiałach wybuchowych i propelentach

Nitroceluloza to wybuchowy związek powstający w wyniku reakcji celulozy i kwasu azotowego lub innego silnego środka nitrującego. Po wyschnięciu nitroceluloza może wyglądać jak papkowate, przypominające bawełnę ciało stałe. Jest klarowną cieczą do półstałej po rozpuszczeniu w alkoholu, acetonie lub mieszaninie eteru z alkoholem. Niskoazotowa forma nitrocelulozy jest rozpuszczalna w acetonie i mieszaninie eter-alkohol. Wybuchowa, wysokoazotowa forma jest rozpuszczalna w acetonie, ale nie w mieszaninach eter-alkohol. Nitroceluloza ma temperaturę zapłonu 12,7 st. C (55 st. F) i temperaturę samozapłonu 170 st. C (338 st. F).

Właściwości nitrocelulozy różnią się w zależności od źródła celulozy, mocy przereagowanego kwasu, temperatury reakcji, czasu reakcji i stosunku kwasu do celulozy. Zawartość azotu, wahającą się od 10 do 14 procent, można uzyskać kontrolując składniki i warunki reakcji. Różnice w zawartości azotu dają różne właściwości każdej formulacji. Nitroceluloza z azotem poniżej 12,3 procent jest używana do lakierów, powłok i tuszy. Zawartość azotu powyżej 12,6% uważana jest za materiał wybuchowy.

Nitroceluloza jest palnym ciałem stałym i stwarza umiarkowane zagrożenie wybuchem. W stanie suchym narażenie na ciepło lub silne utleniacze stwarza ogromne zagrożenie pożarowe. Mokra nitroceluloza wykazuje właściwości palności rozpuszczalnika, w którym się znajduje, podobnie jak benzyna. Nitroceluloza wykazuje niską toksyczność.

Nitroceluloza jest stosowana w materiałach wybuchowych, paliwie rakietowym, lakierze, papierze błyskowym, prochu bezdymnym, wykańczaniu skóry, jako baza farby drukarskiej, w powłoce płótna introligatorskie, w laboratoryjnych filmach testowych, w piłeczkach pingpongowych, w środkach farmaceutycznych i celuloidzie stosowanym we wczesnych filmach rentgenowskich, fotograficznych i filmowych. Zmieszana z nitrogliceryną, nitroceluloza jest stosowana jako środek wybuchowy i paliwo rakietowe. Wykończenia samochodowe o wysokim połysku są często wykonywane przy użyciu lakieru nitrocelulozowego. Związek W® zawiera nitrocelulozę do przenoszenia kwasu salicylowego stosowanego w leczeniu brodawek.

Nitroceluloza została odkryta przez francuskiego chemika Henri Braconnota w 1832 roku. Sformułował związek, łącząc kwas azotowy z włóknami drzewnymi lub skrobią. Nitroceluloza była niestabilnym, lekkim, palnym materiałem wybuchowym. W 1846 r. niemiecko-szwajcarski chemik Christian Shönbein odkrył łatwiejszą metodę syntezy nitrocelulozy. Przypadkowo wylał na stół stężony kwas azotowy. Użył bawełnianego fartucha, aby posprzątać wyciek. Fartuch zawiesił na kuchence, żeby wyschł. Po wyschnięciu fartuch błysnął i eksplodował. Shönbein udoskonalił proces do namaczania bawełny w mieszaninie kwasu azotowego i siarkowego. Kwas azotowy (2HNO3) przekształca celulozę (C6H10O5) w azotan celulozy (C6H8(NO2)2O5) i wodę. Dodano kwas siarkowy, aby zapobiec rozcieńczeniu kwasu azotowego przez powstałą wodę. Bawełnę przepłukano w wodzie w celu zatrzymania reakcji i osuszono powoli w 100oC (212oF), aby zapobiec zapłonowi. Była to dominująca metoda syntezy nitrocelulozy. Wytworzona w ten sposób nitroceluloza mogłaby być użyta jako środek do piaskowania. Był potężniejszy niż proch strzelniczy jako paliwo. Jednak był bardzo wrażliwy i trudny w obsłudze. Brytyjscy chemicy udoskonalili syntezę nitrocelulozy, aby zmniejszyć jej wrażliwość podczas obsługi. W 1889 roku firma Eastman Kodak użyła nitrocelulozy do stworzenia elastycznej bazy filmowej. Film ten był używany głównie do zdjęć rentgenowskich. Nieustanne zagrożenie pożarem doprowadziło do wymiany tej folii w 1933 roku. Nitroceluloza była używana jako powłoka do kul bilardowych, gdy w latach dwudziestych brakowało kości słoniowej. Używanie tych kul bilardowych zostało przerwane po tym, jak odkryto, że są wysoce łatwopalne, aw niektórych okolicznościach wybuchowe.