Nitroceluloze: celulozes nitrāts, īpašības, ražošanas un pielietojums

Nitroceluloze — celulozes nitrāts: īpašības, ražošanas process, drošības riski un pielietojumi (propelenti, filmiņu bāzes, foto). Uzzini vēsturi un praktiskus pielietojuma piemērus.

Nitroceluloze (arī: celulozes nitrāts, zibspapīrs) ātri aizdegas. Tā veidojas, nitrējot celulozi slāpekļskābes vai cita spēcīga nitrējoša aģenta iedarbībā. Ja to izmanto kā propelentu vai zemas sprāgstvielas, to sauc arī par šaujampulveri. Nitrocelulozi var plastificēt ar kamparu. Kodak un citi piegādātāji izmantoja plastificētu nitrocelulozi kā filmu bāzi fotogrāfiju, rentgena filmu un kinofilmu ražošanā. To sauc par nitrāta plēvi. Pēc daudzajiem ugunsgrēkiem, ko izraisīja nestabilas nitrāta filmas, no 20. gadsimta 30. gadiem sāka izmantot drošas filmas rentgena filmām, bet no 1948. gada - kinofilmas.

Īpašības

• Ķīmiskais raksturs: nitroceluloze ir celulozes esterifikācijas produkts, kur –OH grupas glikozes vienībās aizvietotas ar –ONO2 (nitrāta) grupām. Atkarībā no nitrēšanas pakāpes mainās fizikāli ķīmiskās īpašības.
• Uzliesmojamība un reaktivitāte: ļoti uzliesmojoša un, pie augstas nitrēšanas pakāpes, eksplozīva. Nitrāta grupas nodrošina ķīmisku skābekļa avotu, tāpēc materiāls deg ātri un intensīvi.
• Solubilitāte: zemas nitrēšanas pakāpes (piem., pyroxylin, collodion) veidi bieži ir šķīstoši ēteri/alkohola maisījumos; augstas nitrēšanas pakāpes (guncotton) ir nešķīstošas ūdenī un dažos organiskos šķīdinātājos.
• Fizikālās īpašības: var būt pulverveidīga, šķidrā kolloidā vai kā plēve. Plastificēta ar kamparu vai citiem plastifikatoriem, veido stingru, filmiņu līdzīgu materiālu (celluloid).
• Degradācija: laika gaitā var deģenerēt — atbrīvojas skābes un NOx gāzes, materiāls kļūst nestabils un vēl vairāk bīstams.

Ražošanas process

• Nitrēšanas reagenti: parasti izmanto koncentrētu slāpekļskābi kombinācijā ar sērskābi (nitrācijas maisījums), kas darbojas kā ūdens noņemšanas katalizators. Iespējami arī citi nitrējoši aģenti.
• Procesa būtība: celuloze tiek pakļauta nitrēšanas šķīdumam noteiktā temperatūrā un laikā. Nirēšanas pakāpe (cik daudz –OH grupu aizvietotas) nosaka gala materiāla īpašības — šķīstošas vai sprāgstošas frakcijas.
• Drošības pasākumi ražošanā: nepieciešama stingra temperatūras kontrole, pareiza reakcijas slāpēšana (atšķaidīšana), izvairīšanās no pārkaršanas un piesārņojuma. Ražošanā izmanto speciālus materiālus un iekārtas, un procesam jānotiek eksplozijas riska zonas prasībām atbilstošā vidē.
• Pēcapstrāde: rūpīga mazgāšana, neitralizācija un žāvēšana, lai noņemtu atlikušās skābes, kas var veicināt degradāciju un paaugstināt aizdegšanās risku.

Pielietojums

• Militārais un pirotehniskais: izmanto kā bāzi bezdūmu šaujampulveriem (single-base propellants) un dažos sprāgstvielu maisījumos (piemēram, guncotton). Zaļākas alternatīvas un stingra regulācija samazinājušas atklātu izmantošanu.
• Fotogrāfija un kinematogrāfija (vēsturiski): nitrāta plēves — agrīna filmu bāze; aizvietota ar drošākiem materiāliem (celulozes acetāts, poliesteris) pēc ugunsgrēku riska atklāšanas.
• Lakas, krāsas un drukas tintes: pyroxylin veidi (šķīstoši nitrocelulozes preparāti) plaši izmantoti ātržūstošos pārklājumos, instrumentu lakās, auto lāpījumos un industriālajos pārklājumos.
• Medicīna un kosmetika: collodion (nitroceluloze ētera-alkohola šķīdumā) lieto kā ādas aizsargājošu plēvi, kā arī dažos medicīniskos līdzekļos un nagu laku formulās.
• Rūpniecība un māksla: plastmasas (celluloid) ražošanā vēsturiskās nozīmes; arī speciālie filtri, līmes un kompozītmateriāli.

Riska pārvaldība, uzglabāšana un utilizācija

• Uzglabāšana: vēsā, labi vēdināmā vietā, prom no siltuma avotiem un atklātas uguns. Jāizvairās no metālu joniem un piesārņojuma, kas var palielināt reaktivitāti.
• Riska pazīmes: vecas nitrāta filmas vai nolietoti priekšmeti var izdalīt skābes un NOx, kļūt lipīgi, dzeltenīgi un bīstami uzliesmošanai. Arī šķīdinātāji, ko izmanto kopā ar nitrocelulozi, ir uzliesmojoši.
• Risinājumi ugunsgrēkā: nitrocelulozes degošus produktus ir grūti nodzēst, jo materiālā ir iebūvēts oksidētājs; nepieciešama speciāla ugunsdzēsība un profesionāla rīcība.
• Utilizācija: jāveic kā bīstamā atkrituma apsaimniekošana, ievērojot vietējās vides un drošības normas. Nepieciešama neitralizācija vai droša degšana kontrolētā ierīcē — jāuzticas specializētām firmām.

Vēsturiskie aspekti un mantojums

• Nitroceluloze spēlēja svarīgu lomu 19. un 20. gadsimta tehnoloģiskajā attīstībā — no fotografijas un kinematogrāfijas līdz militārajām tehnoloģijām. Tomēr bīstamības dēļ vairāki tirdzniecības un ražošanas sektori pārgāja uz drošākām alternatīvām.
• Vēsturiskie ugunsgrēki un ilgtermiņa degradācija radīja muzeju, arhīvu un filmu kolekcionāru problēmas — nitrāta filmas tiek uzskatītas par bīstamiem materiāliem, un to glabāšanai nepieciešama speciāla aprīkojuma un procedūru ievērošana.

Ja strādājat ar nitrocelulozi vai materiāliem, kas to satur, svarīgi ievērot attiecīgās drošības vadlīnijas, izmantot atbilstošu aizsargaprīkojumu un, ja nepieciešams, konsultēties ar speciālistiem bīstamo materiālu apsaimniekošanā.

Meklēt pēc burta