分子生物學 : 石油 > 硝酸纖維素
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簡介
  又稱纖維素硝酸酯 。呈微黃色,外觀像纖維。它的分子式是[C6H7O2(ONO2)a(OH)3-a]n,其中a為酯化度,n為聚合度。習慣上用含氮量百分數代表酯化程度。
  簡稱NC。俗稱硝化纖維素,為纖維素與硝酸酯化反應的産物。以棉纖維為原料的硝酸纖維素稱為硝化棉。硝酸纖維素是一種白色纖維狀聚合物,耐水、耐稀酸、耐弱鹼和各種油類。聚合度不同,其強度亦不同,但都是熱塑性物質。在陽光下易變色,且極易燃燒。在生産加工、包裝、貯運和銷售、使用中都要註意安全。
發展過程
  1832年由法國人H.布拉孔諾用濃硝酸與木材或棉花相作用而製得。1846年C.F.捨恩拜因使用硝-硫混酸製出了硝酸纖維素,並對其性能進行了研究。發現它的威力比黑火藥大2~3倍,可以用於軍事。當時衹用作炸藥,由於它燃燒太快,安定性問題又未解决,爆炸事故頻繁。硝化棉的外觀與棉花相似,保持有明顯的纖維結構。後來采用造紙工業用的細斷機將其切碎,經乾燥後即得白色粉末狀的硝化棉,當時仍衹能作為爆破用藥。1869年,J.W.海厄特用一定聚合度的硝酸纖維素加入樟腦和酒精,製成了賽璐珞。1873年,若貝爾在一次實驗時割破了手,他隨手拿起含氮量比較低的硝酸纖維素敷住了傷口,一個大膽的念頭冒出:用硝化甘油與之混合。他立刻動手,把一份火棉溶於九份硝化甘油中。通過這次實驗,他得到了一種爆炸力很強的膠狀物—炸膠。1884年法國化學家P.維埃耶用醇-醚溶劑處理硝酸纖維素並碾壓成型,製得能緩慢燃燒的單基火藥(見發射藥)。從此,硝酸纖維素即成為生産各種火藥的主要原料,得到大量的生産和應用。未經溶劑塑化成型的硝酸纖維素是屬於猛炸藥的範疇,不能作為火藥應用,因此,它是具有猛炸藥的爆炸變化特徵的。但由於原料來源和經濟上的原因等,現在幾乎不用硝酸纖維素作為爆炸用藥,而主要用於製造火藥。
纖維素分類
  根據纖維素的結構,每個環最多衹能引入三個硝酸酯基團。硝酸酯基團引入的多少决定了硝酸纖維素的性質和用途。其表徵方法通常是用含氮量和代表聚合度的粘度。含氮量13%以上的稱為強棉,可用於製造火藥;含氮量12.6%的稱為膠棉,用於製造爆膠(即硝酸纖維素溶解於硝化甘油中而形成的膠體)和代那邁特(見工業炸藥);含氮量為8%~12%稱為弱棉,可用於製造電影膠片(見支持體)、賽璐珞和硝基清漆等。中國是采用每剋硝酸纖維素完全分解所釋放的氧化氮氣體毫升數進行分類的。
生産過程
  硝酸纖維素的安定性較差,尤其在含殘酸時極易發生分解。經過近20年的研究和發展,纔形成現代的工藝過程,它包括兩個步驟:纖維素與硝酸的酯化反應和硝酸纖維素的安定處理。尤其對於軍用硝酸纖維素的製造,要經過多次洗滌和處理。用於清漆、塑料等低氮量的硝酸纖維素工藝過程簡單一些,無需進行較細緻的安定處理,通常經過煮洗工藝即可。纖維素的硝化采用硝-硫混酸進行,混酸的比例、溫度以及硝化的溫度等,均根據不同含氮量的品號選定。纖維素在硝化前必須經過脫脂等精製過程。
  硝酸纖維素的生産是將疏鬆乾燥後的精製棉通過投棉鬥,由加熱器加熱並在烘幹器烘幹,再用混酸噴灑浸潤,在酯化器(即硝化器)中獲得硝酸纖維素,經驅酸機使其與酸分離,再經水洗後,依次進行預煮、酸煮、鹼煮以除去殘酸及不安定的物質。然後,在細斷機上切斷、打漿並進一步清洗、中和以除去纖維內所含的殘酸。調整産品到略呈鹼性。最後,將各批産品在混合機內混合,再經過除渣除鐵、濃縮、脫水。脫水後的硝酸纖維素含水分不得低於32%,以保證貯存和運輸中的安全。
  實驗室製造步驟:
  1.儀器、藥品:濃硝酸,濃硫酸,大號磨口試劑瓶及磨口塞,玻璃棒,大號鑷子,鋼製鍋,碳酸鈉或碳酸氫鈉,硝酸鉀,二苯胺,酒精,高密度聚乙烯瓶,黑色塑料袋。
  2.配置混酸:在大號的磨口試劑瓶中加入濃硝酸:濃硫酸=1:3~4(V/V),註意要把硫酸倒入硝酸,防止濺灑,混合後用玻璃棒輕輕攪拌或微微晃動瓶身,蓋上磨口玻璃塞冷卻至室溫備用。
  3.硝化:將脫脂棉或紙張浸入硝酸,同時用玻璃棒將其間的空氣泡擠出,最後使瓶中留有5mm的酸液層(被硝化物不要露出酸液表面),室溫反應20分鐘即可。
  4.清洗:大號鑷子取出硝化棉,用大水衝洗至聞不出酸味。
  5.安定處理:將洗淨後的硝化棉放入稀碳酸鈉溶液中煮20~30min,保持溶液呈鹼性即可。取出洗淨至中性或微鹼性。晾幹後再浸入2%硝酸鉀水溶液,取出後晾幹再浸入2%二苯胺酒精溶液,取出後晾幹。
  5.保存:裝入高密度聚乙烯瓶(就是平時裝固體化學藥劑的那種500g容量瓶子),外部套上黑色塑料袋(硝酸包裝瓶的),乾燥,陰涼保存,也可放入冰箱冷藏室(不要放在冷凍室,低溫會導致纖維斷裂,點燃時會産生爆燃現象),質量好的硝化棉在冰箱內存放期可達幾年。
  6.燃速:乾燥的硝化棉最高,紙張類其次,硝化衛生紙的燃速微高於黑色火藥,可作導火綫。
  7.質量鑒定:點燃,強棉衹會留有微量殘渣,無酸味。由於硝化棉會自分解,所以長期存放時要定期檢查變質狀況,可以取少量硝化棉點燃,聞聞燃燒後的煙氣酸味重不重,若有強烈的刺激性酸味,則質量不好,變黃也是變質的徵兆,但輕微變黃並不影響使用,保存。
  8.點燃:五號電池加圓珠筆中的彈簧可在5秒種內點燃硝化棉,浸泡硝酸鉀溶液後晾幹的棉麻繩,香,點燃的木棍,用打火機或火柴點燃時註意不要燒到手。
  9.用處:變魔術,推進彈丸,由於推進力遠遠大於黑色火藥,並極易點燃,可以推進10mm以下的金屬彈丸。由於燃速快,壓力大,不適用焰火。質量好的硝化棉燃速極快,所以可以直接在手上點燃而不會燒傷,但註意添加物的量,硝酸鉀過高會産生熔融殘渣導致燙傷。
  註意事項:
  1.有實驗表明受硝酸侵蝕而老化的塑料(硝酸的瓶塞免疫)會極其嚴重的阻礙硝化反應,所以反應過程中避免接觸塑料。
  2.硝酸會腐蝕橡膠,避免接觸橡膠製品。
  3.凡士林及石墨也可起安定作用,但由於均勻添加方法不清,所以暫不考慮。
  4.由於硝化後棉花會保持原有形態(紙張的強度則會有明顯下降),所以在添加硝酸鉀及二苯胺的時候要考慮到溶液受到重力影響而導致的分佈不均。
  5.二苯胺嚴禁見日光,會變藍。其他晾幹步驟盡可能采用風幹,不要曬幹,如要長期儲存則嚴禁曬幹。
  6.硝酸鉀為消焰劑,並使殘渣減少,可以不添加,二苯胺為安定劑,有低毒,不要長期接觸皮膚,若不長期存放可不添加。
  7.保存用的塑料瓶可以在瓶塞上墊保鮮膜增強密封性。
  8.由於用該法製造的硝化棉可能會在存放中釋放出微量酸性物質,建議不要使用金屬容器存放,鐵銹還會加速硝化纖維素的自分解反應。
  9.註意通風,酸液的濺灑問題。
  10.在少數情況下反應中會出現局部溫度過高而導致酸液沸騰,並釋放出二氧化氮,嚴重時會導致反應容器炸裂,註意反應容器不要放在危險物品旁邊,最好放在水槽中或瓷磚地上,一旦過熱,立即通風並遠離,待反應結束後再處理。可嘗試將酸液先冷卻,再加入要硝化物,並延長硝化時間。
  11.反應廢酸可以用擠壓法提取,用來生産低硝化度的硝化棉,可以做導火綫用,洗去的廢酸會對下水道係統産生腐蝕,尤其是水竜頭,池子下的下水管等金屬物品。
  12.碳酸鈉濃度,煮的時間,反應時間,硝酸鉀濃度均為個人實驗結果,二苯胺添加量藉用軍用火藥標準添加量,這些數據可以優化調整。
  13.不要將,乙二醇,甘油,澱粉等物硝化,其反應冷卻條件過於苛刻,極易發生爆炸。
  14.木製品會受到混酸腐蝕,並使混酸染黃,但不會被過快碳化,對硝化棉的保存影響不明顯,從溶液中取硝化棉時也可用木筷。
  15.油脂對反應的影響不清。
  16.一定要充分晾幹,不要用衛生紙把水吸幹,這樣做無法吸出纖維間細微的水,纖維素無法點燃。
  17.硝化棉屬於易燃易爆品,法律上嚴禁個人非法製造或持有。
百科大全
  xiaosuan xianweisu
  硝酸纖維素
  nitrocellulose,cellulose nitrate
  簡稱NC。俗稱硝化纖維素,為纖維素與硝酸酯化反應的産物。以棉纖維為原料的硝酸纖維素稱為硝化棉。硝酸纖維素是一種白色纖維狀聚合物,耐水、耐稀酸、耐弱鹼和各種油類。聚合度不同,其強度亦不同,但都是熱塑性物質。在陽光下易變色,且極易燃燒。在生産加工、包裝、貯運和銷售、使用中都要註意安全。
  沿革 1832年由法國人H.布拉孔諾用濃硝酸與木材或棉花相作用而製得。1846年C.F.捨恩拜因使用硝-硫混酸製出了硝酸纖維素,並對其性能進行了研究。發現它的威力比黑火藥大2~3倍,可以用於軍事。當時衹用作炸藥,由於它燃燒太快,安定性問題又未解决,爆炸事故頻繁。硝化棉的外觀與棉花相似,保持有明顯的纖維結構。後來采用造紙工業用的細斷機將其切碎,經乾燥後即得白色粉末狀的硝化棉,當時仍衹能作為爆破用藥。1869年,J.W.海厄特用一定聚合度的硝酸纖維素加入樟腦和酒精,製成了賽璐珞。1884年法國化學家P.維埃耶用醇-醚溶劑處理硝酸纖維素並碾壓成型,製得能緩慢燃燒的單基火藥(見發射藥)。從此,硝酸纖維素即成為生産各種火藥的主要原料,得到大量的生産和應用。未經溶劑塑化成型的硝酸纖維素是屬於猛炸藥的範疇,不能作為火藥應用,因此,它是具有猛炸藥的爆炸變化特徵的。但由於原料來源和經濟上的原因等,現在幾乎不用硝酸纖維素作為爆炸用藥,而主要用於製造火藥。
  分類 根據纖維素的結構,每個環最多衹能引入三個硝酸酯基團。硝酸酯基團引入的多少决定了硝酸纖維素的性質和用途。其表徵方法通常是用含氮量和代表聚合度的粘度(1硝酸纖維素的規格和用途)。含氮量13%以上的稱為強棉,可用於製造火藥;含氮量12.6%的稱為膠棉,用於製造爆膠(即硝酸纖維素溶解於硝化甘油中而形成的膠體)和代那邁特(見工業炸藥);含氮量為8%~12%稱為弱棉,可用於製造電影膠片(見支持體)、賽璐珞和硝基清漆等。中國是采用每剋硝酸纖維素完全分解所釋放的氧化氮氣體毫升數進行分類的(2硝酸纖維素分類法)。
  生産過程 硝酸纖維素的安定性較差,尤其在含殘酸時極易發生分解。經過近20年的研究和發展,纔形成現代的工藝過程,它包括兩個步驟:纖維素與硝酸的酯化反應和硝酸纖維素的安定處理。尤其對於軍用硝酸纖維素的製造,要經過多次洗滌和處理。用於清漆、塑料等低氮量的硝酸纖維素工藝過程簡單一些,無需進行較細緻的安定處理,通常經過煮洗工藝即可。纖維素的硝化采用硝-硫混酸進行,混酸的比例、溫度以及硝化的溫度等,均根據不同含氮量的品號選定。纖維素在硝化前必須經過脫脂等精製過程。
  硝酸纖維素的生産是將疏鬆乾燥後的精製棉通過投棉鬥,由加熱器加熱並在烘幹器烘幹,再用混酸噴灑浸潤,在酯化器(即硝化器)中獲得硝酸纖維素,經驅酸機使其與酸分離,再經水洗後,依次進行預煮、酸煮、鹼煮以除去殘酸及不安定的物質。然後,在細斷機上切斷、打漿並進一步清洗、中和以除去纖維內所含的殘酸。調整産品到略呈鹼性。最後,將各批産品在混合機內混合,再經過除渣除鐵、濃縮、脫水。脫水後的硝酸纖維素含水分不得低於32%,以保證貯存和運輸中的安全。
   (張開 雲主惠)
英文解釋
  1. :  CN,  celluloid
  2. n.:  pyroxylin,  cellulose nitrate,  nitrocellulose
近義詞
硝化纖維, 硝化纖維素
相關詞
化學溶劑化工乙烯基樹脂
包含詞
硝酸纖維素膜硝酸纖維素紙硝酸纖維素塑料
硝酸纖維素膜膜硝酸纖維素載膜硝酸纖維素膜NC膜