wynalazki - Nitroceluloza

Nitroceluloza

Nitroceluloza jest jednym z najprostszych, tanich i bezpiecznych materiałów wybuchowych.
W odróżnieniu od prochu czarnego, skądinąd też prostego w produkcji, praktycznie nie zostawia stałych produktów spalania. Jest dosyć trwała i niehigroskopijna.

Informacje ogólne:

Biała, włóknista substancja, nierozpuszczalna w wodzie, rozp. w rozpuszczalnikach organicznych; w zależności od zawartości azotu może przybierać różne właściwości (n. o zawartości N > 10% posiada właściwości wybuchowe); powstaje poprzez estryfikacje mieszaniną nitrującą (stęż. kwasu azotowego i siarkowego) na bawełnę (linters); w zależności od zawartości N wyróżniamy: bawełnę kolodionową i bawełnę strzelniczą; pierwsza z nich nazywanan inaczej koloksyliną zawiera 10 - 12% N i jest stosowana głównie do produkcji spec. materiałów wybuchowych kruszących - zwłaszcza plastyków; druga z nich - piroksylina zawiera 12 - 14% N; stosowana do produkcji prochu bezdymnego (pb) itp. Nitroceluloza - koloidalny, miotający materiał wybuchowy, który spala się regularnie równoległymi warstwami bez dymu. Podstawowym składnikiem p.b. jest nitroceluloza o różnej zawartości azotu, którą za pomocą plastyfikacji (żelatynizacji) w różnych rozpuszczalnikach przekształca się w stalą masę koloidalną, służącą do formowania ziarna prochowego o różnych kształtach i wymiarach. Pierwszym p.b. był tzw. proch nitrocelulozowy wynaleziony w latach 18821884 przez chemika francuskiego P. Vieille'a. Nazwany "Poudre B" w 1886 r. został wprowadzony do wojsk lądowych i marynarki wojennej zamiast dotychczas stosowanego prochu czarnego. .Wynalazek Vieillc'a stal się możliwy dzięki odkryciu w 1846 r. przez Ch.Schónbeina bawełny strzelniczej. Był to rodzaj nitrocelulozy. Nitroceluloza nadal stanowi podstawowy materiał do produkcji p.b. nitrocelulozowego. Typowy p.b. nitrocelulozowy składa się z ok. 95,5% nitrocelulozy, ok. 1% pozostałości rozpuszczalnika, którym jest zwykle alkohol, lub ok. 1,5% dwufenyloaminy, pełniącej rolę tzw. stabilizatora nitrocelulozy, ok. 1% kamfory jako plastyfikatora oraz ok. 1% wody w postaci wilgoci. P.b. dzielą się na:
-prochy na rozpuszczalniku lotnym, zwane nitrocelulozowe;
-prochy na rozpuszczalniku trudno lotnym, zwane balistytami, do których należąc nitroglicerynowy oraz nitroglikolowy;
-prochy na rozpuszczalniku nielotnym, otrzymywane przez działanie na nitrocelulozę stałymi plastyfikatorami w podwyższonej temperaturze;
-prochy na rozpuszczalniku mieszanym zwane kordytami;
-prochy bez plastyfikatora, otrzymywane przez nitrowanie zagęszczonej nitrocelulozy (wiskozy).

Nitroceluloza dynamitowa jest jednym z podstawowych komponentów produkcji dynamitów.
Zakłady produkujące nitrocelulozę zazwyczaj dają okres gwarancji na produkt 6 miesięcy od daty produkcji.

Warunki bezpieczeństwa:
- podczas produkcji nitrocelulozy bezwzględnie używaj okularów ochronnych, rękawic i odpowiedniej odzieży,
- nie zmieniaj proporcji ani ilości odczynników, nie rób też ?na zapas",
- nie wylewaj do kanalizacji chemikaliów bez ich uprzedniej neutralizacji,
- proces nitrowania przeprowadzaj TYLKO POD DOBRYM WYCIĄGIEM, ewentualnie na otwartej przestrzeni - podczas produkcji wytwarzają się silnie trujące gazy; próba produkcji nitrocelulozy np. w łazience może zakończyć się silnym zatruciem a nawet śmiercią,
- jeśli już musisz, przechowuj nitrocelulozę w temperaturze pokojowej, z dala od źródeł ciepła i ognia; temperatura pobudzenia nitrocelulozy to tylko 195 stopni C.

Materiały i przyrządy:
- okulary ochronne i rękawice kwasoodporne, fartuch,
- naczynie z zimną wodą lub lodem (łaźnia lodowa),
- szklana zlewka,
- bagietka szklana,
- termometr laboratoryjny,
- wskaźnik (np. papierki lakmusowe)
- wata bawełniana (nie wiskozowa!)
- stężony kwas azotowy (HNO3), 63-65%
- stężony kwas siarkowy (H2SO4), 98%
- węglan sodu (Na2CO3), lub
- wodorotlenek sodu (NaOH) -soda żrąca,
- amoniak (25% woda amoniakalna),

Sposób wykonania:

W zależności od własności i sposobu produkcji znane są p.b. specjalne (bezbłyskowe, mało higroskopijne, porowate, flegmatyzowane) emulsyjne (kulkowe). W skład p.b. wchodzą dodatkowo: stabilizatory, podwyższające trwałość chemiczną (dwufenyloamina, centralit), plastyfikatory (ftalan dwubutylu, dwunitrotoluen), przyćmiewacz do tłumienia ognia przy wystrzale (siarczan potasowy), flegmatyzatory (kamfora, wazelina, wosk), katalizatory reakcji palenia (np. sole ołowiu i innych metali). W celu uzyskania wyższej gęstości usypowej i zabezpieczenia przed elektryzacją niektóre p.b. pokrywa się warstwą grafitu. W zależności od charakteru zmiany powierzchni ziaren prochowych w czasie palenia rozróżnia się proch progresywny, degresywny i o stałej powierzchni palenia. Pod wpływem bardzo silnego bodźca (spłonka detonująca wzmocniona detonatorem) p.b. detonuje z prędkością od 3500 do 8000 m/s. Ze względu na to, że podstawowe składniki mają charakter estrów kwasu azotowego, wymaga on systematycznego kontrolowania trwałości w czasie produkcji i składowania.

W zasadzie, jeśli na opakowaniu jest napisane, że to 100% wata bawełniana, to tak powinno być (najlepiej kupić w aptece). Jeśli jednak masz wątpliwości, to zapal kawałek waty i jeśli poczujesz zapach palonego papieru, to dobrze. Zrób jeszcze jedną próbę - wrzuć kłębek waty do amoniaku, jeśli nie zacznie zachodzić żadna reakcja, to wata jest dobra, w przeciwnym wypadku musisz poszukać innego surowca.
Teraz przygotowujesz stężony kwas siarkowy oraz azotowy, porcje waty.
Zlewkę w której będziesz nitrował bawełnę stawiasz na łaźni lodowej. Następnie wlewasz 25 ml kwasu azotowego i 40 ml kwasu siarkowego i schładzasz mieszankę do temperatury poniżej 20 stopni Celsjusza Całość powinna stać od wyciągiem lub na otwartym powietrzu, staraj się też unikać wdychania oparów.
Teraz do mieszanki dodajesz 2 gramy waty bawełnianej i 2-3 minuty mieszasz szklaną bagietką. Kontroluj cały czas temperaturę, jak będzie za wysoka, bawełna zhydrolizuje i cała praca pójdzie na marne.
Po 15 minutach wyjmij watę i wypłucz KILKAKROTNIE w dużej ilości bieżącej wody. Resztki kwasu usuń przez KRÓTKĄ kąpiel w 3% roztworze sody (Na2CO3) I WYPŁUCZ PONOWNIE W WODZIE. Potem wysusz to co otrzymałeś na bibule. Powinno wyglądać dalej jak ZWYKŁA wata.
I teraz następuje chwila prawdy. Weź kawałek znitrowanej waty i dodaj do niej acetonu. Jeśli powstanie galaretka, WOLNA OD CZĘŚCI NIEROZPUSZCZALNYCH, to dobrze, jeśli nie, to coś zrobiłeś nie tak i wata nie została CAŁKOWICIE znitrowana.
Nie zapomnij teraz o zneutralizowaniu mieszanki nitrującej przy pomocy NaOH lub sody (NaOH będzie taniej), przed wylaniem.
I to w zasadzie wszystko.
UWAGI:
- temperatura pobudzenia nitrocelulozy to 195 stopni Celsjusza,
- jest to materiał dosyć trwały i mało higroskopijny,
- daje śladowe ilości dymu i minimalną ilośc resztek po spaleniu,
- podobnie jak proch czarny, wybucha wtedy gdy nie jest zbyt mocno ubita i jest zamknięta w szczelnym pojemniku. Na wolnym powietrzu spala się bez wybuchu,
- wybucha silniej niż proch czarny, spala się szybciej od niego. Np. bawełna strzelnicza położona na prochu i zapalona spłonie tak szybko, że proch nie zdąży się zapalić.
Biała, porowata, łatwopalna masa stosowana do produkcji prochu bezdymnego (odmiana o zawartości ponad 12,2% azotu, zwana bawełną strzelniczą) oraz do wyrobu lakierów nitrocelulozowych (bawełna kolodionowa, o mniejszej zawartości azotu)