Изготовление пироксилина. Бездымный порох: история изобретения, состав, применение

1846 год стал поворотной точкой на стыке двух эпох европейской цивилизации: химики и гуманисты предложили поменять старый добрый черных порох на два порождения ада — нитроглицерин и нитроклетчатку. Первый дал миру динамит и нитроглицериновый порох, вторая — бризантный пироксилин и пироксилиновый порох. В итоге война окончательно утратила флер романтики и джентльменства.

Юрий Веремеев

В 1905 году снаряды корабельных орудий калибра 6 дюймов и более были начинены пироксилином. Желтым цветом обозначен заряд из влажного (10%) пироксилина, темно-желтым — промежуточный детонатор из сухого (5%) пироксилина. Гнездо для взрывателя находится в привинтном дне снаряда. Такая конструкция определялась тем, что пироксилиновый заряд изготавливался по форме и размерам внутренней полости, вставлялся в снаряд, а затем ввинчивалось дно

В период Первой мировой войны пироксилин уже использовали только там, где можно было обеспечить полную герметичность — в основном, в торпедах и морских минах

В Первой мировой войне большинство европейских стран отказалось от использования пироксилина в качестве взрывчатой начинки для снарядов, сделав свой выбор в пользу ядовитой, но более безопасной в изготовлении пикриновой кислоты

Пироксилин в снарядах остался только в России и Швейцарии. И лишь потому, что были накоплены большие запасы этого вещества

В 1832 году химик Бракконо решил посмотреть, что получится, если азотной кислотой воздействовать на крахмал и клетчатку, входящие в состав древесины. Кислота хорошо растворяла эти вещества, а при добавлении в раствор воды из него выпадал осадок. Высушенный, он представлял собой порошок, который очень хорошо горел. Опытами Бракконо заинтересовался парижский химик Пелуз (в дальнейшем — учитель Нобеля). Но, как и Бракконо, Пелуз не придал ровным счетом никакого значения открытию нитроклетчатки. Официально об этом веществе сообщил немецкий химик Кристиан Фридрих Шенбейн в марте 1846 года на заседании Базельского общества; полученный вариант нитроклетчатки он назвал пироксилином.

Первые шаги

Говорят, Шенбейн изобрел пироксилин случайно. Пролив в лаборатории азотную кислоту, он якобы вытер лужу хлопчатобумажным фартуком жены, а затем повесил его сушиться у печки. Высохнув, фартук взорвался. Но это легенда.

В действительности Шенбейн занимался исследованиями нитроклетчатки целенаправленно, и этот ее вариант назвал Schiebaumwolle («стрелятельный хлопок», название так и осталось за пироксилином в немецком языке). И хотя именно Шенбейн открыл способность пироксилина взрываться, целью его была замена черного дымного пороха (в настоящее время пироксилин наряду с нитроглицерином остается основным компонентом бездымного пороха).

Когда Шенбейн делал свой знаменитый доклад, на Куммерсдорфском полигоне уже отзвучали первые орудийные выстрелы порохом нового типа. Казалось, мир стоит на пороге промышленного производства пироксилинового пороха. Но с самого начала пироксилин, как и нитроглицерин, проявил свой дьявольский характер и непокорность. Изготовление нового пороха оказалось столь же опасным, что и производство нитроглицерина. Пироксилиновые цеха взрывались один за другим.

Пироксилиновую эстафету от Шенбейна принял австрийский артиллерист Ленк, который определил, что при хранении разлагается и взрывается лишь плохо промытый продукт. Но было уже поздно: австрийский император запретил опыты с этим опасным веществом. Работы продолжил в 1862 году англичанин Фридрих Абель, которому в 1868 году удалось получить прессованный пироксилин. Способ напоминал производство бумаги. Во влажном виде пироксилин совершенно безопасен. Абель размельчал его в воде, после чего формовал листы, бруски и шашки. Затем воду отжимали.

Эти изделия уже можно было применять как бризантную взрывчатку. Но коммерческий успех был подорван конкуренцией со стороны только что появившегося нобелевского динамита, который был значительно мощнее пироксилина и гораздо дешевле.

Безопасная взрывчатка

Пироксилин по достоинству оценили только военные, требования которых к взрывчаткам весьма отличались от требований коммерческого применения. Пироксилин стоек в хранении, не разлагается, и из него не выделяется, как из динамита, столь опасный нитроглицерин. Пироксилин без малейших изменений может храниться десятилетиями, а значит, можно заблаговременно создавать на случай войны необходимый запас снарядов. На свойства пироксилина не влияет мороз, в то время как замерзший динамит становится очень опасным. Во влажном виде пироксилин можно шнековать, резать, пилить, придавать любую форму — свойство особенно ценное для использования в снарядах. Его можно прессовать, выжимая из него воду и доводя до нужной степени чувствительности.

От открытого пламени пироксилин лишь загорается и горит без взрыва, что особенно ценно на кораблях. Ведь даже черный порох отправил на дно множество кораблей. Еще во времена парусного флота крюйт-камера (отсек корабля, где хранился порох) была самым охраняемым от огня и малейшей искры местом.

От прострела пулей пироксилин обычно не взрывается, тогда как динамит — более чем охотно. Это свойство, совершенно безразличное для коммерческих взрывчаток, стало крайне важным в военном применении.

Капризный конкурент

В последней четверти XIX века пироксилином стали снаряжать артиллерийские снаряды, морские торпеды и мины. Однако с появлением тротила и мелинита пироксилин довольно быстро сошел с арены. Но почему? Дело в том, что при всех его положительных качествах пироксилин все же значительно уступает мелиниту, а особенно тротилу в удобстве использования, безопасности и сохранности.

Прежде всего, пироксилин весьма капризен в отношении влажности. При влажности около 50% и более он полностью теряет взрывные свойства. С другой стороны, когда содержание влаги падает ниже 3%, пироксилин «пересыхает» и начинает разлагаться. При влажности 5−7% пироксилин охотно взрывается от стандартного капсюля-детонатора №8, при 10−30% для взрыва требуется промежуточный детонатор — шашка из пироксилина, имеющего влажность 5−7%. Столь сильная зависимость взрывчатки от влажности требовала постоянного и тщательного контроля и создания специальных условий. Даже в складских условиях эта задача весьма непроста: нужны теплые помещения с хорошей вентиляцией, с осушителями воздуха, что во фронтовых условиях обеспечить зачастую невозможно.

Частично из положения выходили так: после изготовления шашки доводили до требуемой влажности, а затем тщательно покрывали слоем парафина. Однако и в этом случае требовался тщательный контроль. Зависимость пироксилина от влажности сыграла злую шутку с российской эскадрой, в 1905 году шедшей из Кронштадта на выручку осажденному японцами Порт-Артуру.

Зловещий вклад

Все полагали, что в снарядах пироксилин достаточно защищен от сырости. Однако в целях безопасности снаряды хранили без взрывателей, и влага проникала к пироксилину через гнезда для взрывателей. А в условиях многомесячного плавания через два океана добиться поддержания требуемой влажности было просто невозможно.

Японские же снаряды были снаряжены новомодным тогда мелинитом , называемым шимозой по фамилии изобретателя (Шимозе). Мелинит совершенно нечувствителен к сырости и надежно взрывается в любых условиях. Вдобавок при взрыве шимозы выделяется большое количество ядовитых газов удушающего действия, по сути, настоящего боевого отравляющего вещества.

После Цусимского сражения в России было модно обвинять в этом тяжелейшем поражении на море, беспримерном для русского военного флота, «бездарных адмиралов, так и застрявших в эпохе парусного флота», «злобных офицеров», у которых «единственным средством обучения и воспитания матросов был кулак», некомпетентных царских кораблестроителей. Но тщательное рассмотрение специалистами схем боевого маневра обеих эскадр всякий раз приводило к выводу, что адмирал Рожественский не допустил существенных ошибок, а уровень конструкции русских кораблей был примерно равен японским. Но более 60% снарядов, снаряженных отсыревшим пироксилином, при попадании в японские корабли не взрывались, тогда как японские, с шимозой, разрывались при ударе о воду, осыпая русских матросов осколками и окутывая их ядовитыми газами.

Многие историки, не утруждая себя изучением конструкции снарядов, утверждают, что разрывной заряд русских снарядов был слишком мал. На самом деле японцы, не имея в достатке бронебойных снарядов, просто стреляли тем, что имели, — по большей части осколочно-фугасными, заряд которых был, естественно, значительно больше. Другие авторы грешат на якобы скверные взрыватели русских снарядов, не ведая о том, что взрыватель бронебойного снаряда и должен срабатывать с замедлением, когда снаряд проникнет в заброневое пространство, где взрыв особенно губителен и страшен, поскольку разрушает механизмы и уничтожает экипаж. Стоит заметить, что охаянная после Цусимы «филимоновская трубка» образца 1884 года впоследствии прекрасно проявила себя в Первую мировую войну.

Японские «шимозы», разрываясь у бортов и на палубах русских кораблей, выводили из строя матросов на палубах, разрушали надстройки и вызывали пожары, но если бы не отсыревший пироксилин, то разрывы русских бронебойных снарядов внутри защищаемых броней жизненно важных отсеков причинили бы куда более страшные разрушения. И хотя пироксилин в русских снарядах не был единственной или даже главной причиной поражения, он внес довольно существенный вклад в трагедию русского флота.

Это и стало одной из причин того, что пироксилин весьма быстро стал сходить со сцены. Как писал патриарх взрывного дела немецкий профессор Каст в своей книге Spreng und Zuendstoffe, вышедшей в 1921 году в Берлине, уже в период Первой мировой войны пироксилин использовали только в торпедах и морских минах (там, где обеспечивается полная герметичность), и лишь в Швейцарии и России его применяли в снарядах крупных калибров (152−210 мм), да и то лишь потому, что в свое время были созданы слишком большие их запасы.

Русский путь

Почему же в России пироксилин оказался более популярной бризантной взрывчаткой, нежели в странах Европы? Почему и Япония, и Европа предпочли использовать ядовитую пикриновую кислоту (мелинит)? Все, кто работал с мелинитом, отмечали, что уже через несколько часов наблюдаются головная боль, одышка, учащенное сердцебиение и даже потеря сознания.

По иронии истории одним из виновников Цусимского поражения оказался великий русский химик Д.И. Менделеев. Он решил основную проблему изготовления пироксилина — как сделать его высушивание безопасным. Великий русский химик предложил обезвоживать пироксилин спиртом, после чего спирт на открытом воздухе испарялся сам по себе. Таким способом удавалось избежать самого опасного этапа, и уже в 1880 году по проекту М. Чельцова и лейтенанта флота Федорова был пущен завод по производству пироксилина методом Менделеева.

В первую очередь эта взрывчатка требовалась флоту, где к этому времени обнаружилось явное несоответствие мощи броненосцев и дальнобойности морских орудий с поражающими способностями снарядов, начиняемых черным порохом. Таким образом, в этот момент Россия опередила Европу в артиллерийском деле.

Вдобавок полковник А.Р. Шуляченко, исследуя свойства динамита в 1876 году, пришел к выводу об опасности его использования в саперном деле из-за склонности к детонации от воздушной ударной волны при близких разрывах других зарядов или артиллерийских снарядов. По его представлению российское военно-инженерное ведомство еще в 1896 году решило исключить динамит из табелей снабжения взрывными материалами саперных батальонов и заменить его на пироксилин.

В Европе, где попытки производства пироксилина начались гораздо раньше, чем в России, и где имели место многочисленные взрывы пироксилиновых производств, к этой взрывчатке отнеслись с недоверием и предпочли начать производство пусть и ядовитой, но безопасной в изготовлении пикриновой кислоты (в Англии в 1888 году под названием «лиддит», во Франции в 1886 году под названием «мелинит»). Впрочем, нельзя сказать, что пироксилин в Европе вовсе не использовался.

В Англии изготавливали так называемый тонит (смесь 51% пироксилина и 49% бариевой селитры). Эту взрывчатку применяли в качестве саперной и в морских подрывных патронах. В составе бельгийского тонита содержалось 50% пироксилина, 38% бариевой и 12% калиевой селитры. А в период Первой мировой войны англичане изготавливали сенгит (50% пироксилина и 50% натриевой селитры).

В России массовое производство пироксилина началось в 1880 году и были накоплены большие его запасы, поэтому во время Первой мировой он использовался в качестве саперной взрывчатки. В войска пироксилин поставлялся в виде прессованных шашек, имевших вид шестигранных призм. Большая шашка (250−280 г) имела высоту 50,8 мм и вписывалась в окружность диаметром 82 мм, малая шашка (120 г) соответственно 47 мм и 53 мм. Изготавливались также так называемые буровые шашки (56 г, 70 мм высотой), диаметр которых совпадал с диаметром отверстия, пробиваемого буром в камне (30 мм). Их использовали для дробления камня и рыхления мерзлого грунта.

Все эти шашки делились на запальные и рабочие. Первые содержали 5% влаги и имели высверленные отверстия для капсюля-детонатора. У вторых влажность достигала 20−30%, и они не имели гнезд для капсюлей детонаторов. Заряд изготавливали из рабочих шашек, а в его центре помещалась одна запальная шашка. В нее-то и вставлялась зажигательная трубка (капсюль-детонатор с отрезком бикфордова шнура) — так обеспечивалась безопасность подрывных работ. И все же время пироксилина уже заканчивалось, его вытесняли мелинит и тротил.

Сегодня о пироксилине уже мало кто помнит, за исключением разве что историков, изучающих военные события конца XIX — начала XX веков. Последние упоминания о пироксилине автор встретил в советском руководстве по минно-взрывным средствам противника издания 1943 года, где пишется, что итальянские саперы на советско-германском фронте использовали цилиндрические шашки (массой 30 г, диаметром 3 см и длиной 4 см) из сухого пироксилина, обернутые в парафиновую бумагу. Финская армия в качестве подрывных использовала цилиндрические заряды из влажного пироксилина. Совпадение размеров позволяет предположить, что это были разрывные заряды, изъятые из устаревших крупнокалиберных артиллерийских снарядов царской армии. Красная армия, видимо, в последний раз использовала пироксилин как саперную взрывчатку в начале Второй мировой войны. Об этом упоминается в советской книге о подрывных средствах издания 1941 года и в немецкой памятке по трофейным минно-взрывным средствам издания января 1942 года. Судя по форме и размерам шашек, это тоже были остатки дореволюционных пироксилиновых запасов.

На вопрос Как изготовить пироксилин? заданный автором Misha Ханты-Мансийск лучший ответ это Зайди на сайт
Он посвящен пиротехнике, там все это есть.
Но учти, например, то что у меня две руки, десять пальцев и два глаза, это ЧИСТАЯ СЛУЧАЙНОСТЬ.

Ответ от 22 ответа [гуру]

Привет! Вот подборка тем с ответами на Ваш вопрос: Как изготовить пироксилин?

Ответ от Андрей Борисов [новичек]
Пироксилин или нитроцеллюлоза получается путем нитрирования любой целлюлозы (клетчатки) . В домашних условиях лучше не производить тк. к легко получить не искомый продукт а БУМ. А так технология описана в первом ответе просто на радость. Я шел другим путем через нитрирующую смесь и т. д.

Ответ от Пользователь удален [гуру]
Нишали терротист малолетний =)))

Ответ от Ёергей Бармин [гуру]
любую клетчатку растительного происхождения (например семена хлопка) пропитать дымящейся азотной кислотой и высушить1.Г. Каст. Взрывчатые вещества и средства воспламенения. Государственное химико-техническое издательство. Москва, Ленинград. 1932г.2.А. Г. Горст. Изготовление нитросоединений. Киев. 1940г.3.Е. Ю. Орлова. Химия и технология бризантных взрывчатых веществ. Химия. Ленинград. 1973г.4.М. Сухаревский. Взрывчатые вещества и взрывные работы. Том 1. Государственное техническое издательство. Москва. 1923г.5.Л. Веннен, Э. Бюрло, А. Лекорше. Пороха и взрывчатые вещества. ОНТИ. Главная редакция химической литературы. Москва. 1936г.6.Merkblatt uber russische Spreng- und Zund- mittel, Minen und Zunder. Oberkommando des Heeres. Az.34 d16/4f AHA Pi.Abt. (Zn 5) Ia2 Nr.1/42. Berlin, 1.1.1942.7.П. Г. Радевич, И. В. Волков. Подрывные средства. Воениздат НКО СССР. Москва. 1941г.8.С. Дугарев. Военно-инженерная техника. Государственное военное издательство Наркомата обороны Союза ССР. Москва. 1938г.9.Минно-подрывные средства противника. Военное издательство народного комиссариата обороны. Москва. 1943г.10. Инженерный журнал № 7-1940. Б. Эпов. Подрывные средства итальянской армии.11.Наставленiе для инженерныхъ войскъ по спецiальному образованiю. Подрывныя работы. Новая Россiя. Петроградъ 1917.12.А. Штебахер. Пороха и взрывчатые вещества. ОНТИ. Главная редакция химической литературы. Москва. 1937г.

Ответ от Екатерина [гуру]
Этим веществом можно пропитать вату или бумагу (например, тетрадь) . Если даже слегка прикоснуться, а уж тем более взять эту тетрадь, произойдёт взрыв!!!Сам по себе взрыв не сильный и вреда причинить не может, но хлопок будет ооочень громким - сам пробовал. Можно использовать как прикол - пугалку. Оборудование: бумага, спиртовой раствор йода, 25%-ный раствор аммиака, стеклянная палочка, лист жести (фанеры) , стакан. Бумагу поместите в стакан со смесью раствора йода и аммиака (1:1). Влажную бумагу поместите на лист жести для высушивания с таким расчетом, что готовые полоски у вас получатся примерно через 24 часа. При касании стеклянной или металлической палочкой к опасным полоскам произойдет хлопок, выстрел. Поскольку йодистый азот в чистом виде не получается, а образуются его молекулярные соединения с аммиаком, например NI3NH3. В школе уравнения реакций образования йодистого азота рассматривать не следует, а вот уравнение реакции разложения йодистого азота - можно. В йодистом азоте азот имеет степень окисления -3, а йод +1. Положительная степень окисления у йода образует очень слабую связь с азотом. Вещество термодинамически неустойчиво, поэтому при взрыве разлагается с образованием паров йода, свободного азота: 2NI 3 = 3I 2 + N 2.

Нитро против полимера

Гитарный лак очень часто недооценивают. Кажется, что это всего лишь последний штрих в гитаре, однако он имеет очень большое значение и в этой статье мы с вами разберемся, почему. Основные типы покрытия - это нитроцеллюлозный лак, полиуретан и полиэстер. Каждый из этих типов имеет своих поклонников. Лак защищает вашу гитару от перепадов влажности и на самом деле при правильном применении оба типа покрытия отлично выполняют свои функции.

Нитроцеллюлоза

Для того чтобы разобраться в гитарных лаках, начнём с нитроцеллюлозы, будем называть её сокращенно - нитро. Впервые этот лак изготовили в 20х годах 20 века. Нитроцеллюлоза отлично смешивалась с краской, поэтому автомобильные компании типа Ford быстро взяли этот лак на вооружение и машины стали разноцветными. Раньше были только чёрные и серые.

Нитроцеллюлоза - это лак, в основе которого растворитель и смола (в основном из хлопка), они смешиваются с серной и азотной кислотой и происходит так называемое нитрование. Тот же самый процесс используется при производстве нитроглицерина или тринитротолуола - взрывоопасные штучки, знаете ли. Поэтому нитроцеллюлоза требует очень аккуратного обращения и легко воспламеняется. После применения лака на поверхности гитары, растворитель испаряется, а смола остаётся на гитаре, её полируют и гитара обретает тот самый шикарный блеск.

Когда только появилась нитроцеллюлоза, это был прорыв - она высыхала очень быстро, но сегодня полиуретан её обогнал. Если вы играете на новой гитаре с нитроцеллюлозным покрытием, вы буквально чувствуете её приятный запах. Это заканчивается испарение растворителей. Это не продлится вечно, так что наслаждайтесь моментом. Кстати, именно эти химические вещества вредны для природы.

Помимо приятного запаха и блеска, нитроцеллюлоза также имеет другие положительные свойства - она отлично сочетается с другими веществами и материалами. Например, ее используют при смешивании автомобильных красок, то же самое и в гитарах. Нитроцеллюлозное покрытие очень легко восстанавливается в отличие от полиуретана. Таким образом, если на гитаре есть сколы и царапины, от всего этого можно довольно просто избавиться. На самом деле, нитроцеллюлоза до конца не высыхает, она менее жёсткая и не стягивает дерево так как другие покрытия, что очень хорошо отражается на резонансе вашей гитары.

Хотя для звука это плюс, для надёжности это минус. Нитроцеллюлоза изнашивается например из-за того, что вы ставите гитару на стойку с резиновым покрытием. Вы наверняка видели гитары со следом от правой руки на корпусе - там обычно лежит рука при игре - это все потому что нитроцеллюлоза реагирует на жиры намного сильнее, чем другие более твёрдые покрытия. Хотя, многие гитаристы считают, что шрамы украшают гитару - это знак того, что вы много играете и занимаетесь. Особенно ценится сейчас винтажное покрытие с кучей царапин и сколов, многие производители даже делают его искусственно. В целом все трещины в лаке - от резких перепадов температуры, которая вызывает расширение и сужение волокон древесины под лаком.

В целом этот лак вреден для здоровья тех, кто его применяет, да и для природы в целом, так что скорее всего рано или поздно от него откажутся. Что интересно, в США гитары производят в штатах, где более-менее мягкое законодательство в плане загрязнения воздуха. Там можно сэкономить на дорогих системах вентиляции и штрафах. В целом заметен переход к полиуретану и полиэстеру просто потому что это дешевле обходится производителям.

Полиуретан

Этот тип покрытия использовался в производстве гитар еще с 60х годов, но особенно популярным стал в последние 20 лет, зарекомендовав себя как в надёжности, так и блестящем внешнем виде. Смола в этом лаке искусственная и ничем не пахнет, когда растворители испаряются. Мало летучих органических соединений, вредных для здоровья. Лак после нанесения на гитару, затвердевает и не реагирует на растворители. При нанесении на гитару этот лак смешивается с горячей водой, благодаря этому происходит химическая реакция, компоненты лака смешиваются и затвердевают, при это не испаряясь. Полиуретановые покрытия стойки к царапинам, износу от трения и в целом такой лак долго сохраняет блеск. Если вам нравится, что гитара сияет как новая, независимо от того сколько ей лет, этот тип покрытия - для вас. В отличие от гитар с нитроцеллюлозным покрытием, по которым сразу виден их возраст, гитары с полиуретановым лаком внешне не стареют.

Хотя полиуретан в целом дороже нитроцеллюлозы, в производстве он обходится дешевле, т.к. получается очень существенно экономить на системах вентиляции. А также полиуретан высыхает быстрее нитроцеллюлозы. Это особенно важно при массовом производстве, где гитары прямо с конвейера пакуются в коробки и отправляются в магазины. Сегодня крупные компании используют ультрафиолетовые лампы, чтобы сушить лак. На это уходит буквально несколько секунд. На отладку процесса такой искусственной сушки ушли годы, но теперь это занимает секунды. В лак примешивается компонент, который реагирует на ультрафиолетовое излучение. Он и вызывает необходимую реакцию. Благодаря этому удалось сделать покрытие тоньше, что отразилось на звук в лучшую сторону.

Толстое покрытие независимо от состава, душит звук. Не важно чем покрыта ваша гитара, лак должен сохранять резонанс древесины. Нитроцеллюлозное покрытие почти всегда тоньше, чем полиуретановое. Требуется меньше слоев, чтобы закончить. Видимо поэтому нитроцеллюлозу до сих пор очень ценят профессионалы. Чем больше слоев лака на гитаре, тем более зажатый и скованный звук, особенно это слышно у акустических гитар, где весь звук как раз в дереве. Многие электрогитары с толстым слоем лака не подключённые не звучат вообще. Это конечно же слышно и когда вы включаете такую гитару в усилитель.

Не позволяйте вводить себя в заблуждение матовым покрытием. В большинстве случаев этот тип покрытия не тоньше, чем блестящий, там просто использована определённая добавка в лак, благодаря которой он меньше блестит. Полиуретановое покрытие при правильном применении не портит звук гитары, точно так же как правильные печатные платы не портят звук усилителей. Любые покрытия сказываются на звучании и хотя это можно считать мелочью, например рокер не заметит ярких отличий, а джазмен, которому важен натуральный чистый звук - да.

В целом благодаря развитию технологий, покрытия становятся всё тоньше и надёжнее. Нитроцеллюлоза осталась только в штучном производстве дорогих гитар, тем не менее ее дни уже сочтены. Слишком уж дорого она обходится производителям.

Какой тип покрытия выберете вы - решайте сами. Самое главное - чтобы вам нравилось как звучит и как выглядит ваша гитара. Помните, что ваш звук - в ваших пальцах.

А.А. Солонина Лабораторное приготовление взрывчатых веществ. Пособие для практических занятий в лаборатории (1925)

Методика:
Пироксилин получается действием азотной кислоты HNO 3 на клетчатку (C 6 H 10 O 5) x . Для лабораторных опытов можно брать вату; для усиления действия азотной кислоты добавляют серную кислоту H 2 SO 4 действие серной кислоты, прежде всего, объясняется тем, что последняя удаляет воду из круга взаимодействия азотной кислоты на клетчатку; в зависимости от крепости кислот, их отношения к количеству клетчатки и т.п., получаются пироксилины, содержащие различное количество азота.

Приняв по Вьелю х=4 т.е., C 24 H 40 O 20 действие азотной кислоты можно выразить следующими уравнениями:

C 24 H 40 O 20 + 12 HNO 3 = C 24 H 28 O 8 (ONO 2) 12 + 12 H 2 O
C 24 H 40 O 20 + 11 HNO 3 = C 24 H 29 O 9 (ONO 2) 11 + 11 H 2 O и т.д.

Лабораторное приготовление рыхлого пироксилина мы будем, по возможности, вести в тех условиях, как это производится на русских заводах; опишем производство 2-х сортов пироксилина: нерастворимого и растворимого, смесь которых в настоящее время употребляется для фабрикации бездымного пороха на наших заводах. За образец мы взяли фабричное приготовление пироксилина на Охтенских пороховых заводах и изменили детали, сообразно лабораторным условиям. Все лабораторное производство пироксилина можно разбить на следующие пять операций:

1) подготовка хлопка (в данном случае ваты);

2) приготовление кислотной смеси (азотной и серной);

З) нитрование хлопка;

4) промывка пироксилина;

5) сушка пироксилина;

1) Подготовка хлопка.
Вата, которая употребляется для приготовления рыхлого пироксилина, тщательно перебирается руками для отделения случайных примесей. Хорошо брать для этой цели белую гигроскопическую вату.

Вата сушится непрерывно в продолжении 2-3-х часов в сушильном шкафу при температура около 100°C; при сушке вата кладется тонким слоем в фарфоровую чашку или другой открытый сосуд. Охлаждают высушенную вату в эксикаторе над серной кислотой в течение часа.

2) Приготовление кислотной смеси.
Во время сушки можно приготовлять кислотную смесь. Расчет будем вести на 5 г. ваты. Чтобы получить нерастворимый пироксилин, на Охтенском пироксилиновом заводе берут смесь, содержащую моногидрата HNO 3 - 21.5% по весу, моногидрата H 2 SO 4 - 70.5% по весу и воды 8% по весу; для растворимого пироксилина 18% моногидрата - HNO 3 , 68% моногидрата H 2 SO 4 и 14% воды. Смеси же берется на заводе 1 килограмм (при работе с небольшим количеством хлопка можно брать меньше). Плотность кислот обычно быстро определяется при помощи 1) весов Mohr-Westphal"я или менее точно 2) при помощи ареометра.

Так для нерастворимого пироксилина: A=70.5%; B=21.5% то если взяли 100 г серной кислоты, содержащей 95.6% моногидрата H 2 SO 4 или плотностью 1.84 г/мл, то по уравнениям (1) и (2) вычисляется, что надо прибавить 35.6 г азотной кислоты, с содержанием моногидрата 81.8%, что соответствует плотности 1.463 г/мл; для приготовления же 1 кг смеси 737 г серной кислоты, плотностью 1.84 г/мл, и 263 г азотной кислоты, плотностью 1.46 г/мл.

3) Нитрование хлопка.
Разрезанная на возможно мелкие кусочки навеска ваты (5 г) опускается постепенно в стакан, куда налита охлажденная до комнатной температуры кислотная смесь, и затем перемешивается стеклянной палочкой. Вата, напитанная вышеуказанным количеством кислот, покрывается затем стеклянной пластинкой остается стоять в стаканчике: 12 часов - при приготовлении нерастворимого и 4 часа при приготовлении растворимого пироксилина.

4)Промывка пироксилина.
После нитрации пироксилин, насколько возможно, отжимается от кислот и уже после этого подвергается промывке. Сначала промывают холодной водой в течении 1/4 часа.

Для этого пироксилин перемещают в большую стеклянную чашку или стакан и пускают в сосуд с пироксилином из-под крана, при помощи каучуковой трубки, небольшую струю холодной воды; вода все время меняется, поэтому к посуде приспосабливается сифон. Во время промывки рекомендуется помешивать пироксилин стеклянной палочкой.

После холодной промывки пироксилин отжимается и промывается горячей водой. Для этого в колбе, или лучше в жестяном цилиндре, нагревают воду до кипения и пар, при помощи трубки, проводится в стакан или коническую колбу с пироксилином, в которую заранее приливают такое количество воды, чтобы весь пироксилин был покрыт водой.

Горячая промывка повторяется 8 раз; 1-я, 7-я и 8-я без всяких примесей, а при 2-ой, 3-й, 4-й, 5-й и 6-й промывках прибавляется в коническую колбу, где производится промывка, по 0,2 г (расчет на 5 г пироксилина) соды. Пропускание пара продолжается за раз не менее полутора часов; затем вода выливается из колбы, насыпается, если нужно 0,2 г соды и опять пропускается пар и т.д.

5) Сушка пироксилина.
Вода отжимается, насколько возможно, ручным прессом пироксилин кладется между листами фильтровальной бумаги и сушится в сушильном шкафу при температуре не выше 50°C. Пироксилин надо сушить не менее 6-8 часов до постоянного веса. Охлаждается в эксикаторе над серной кислотой и взвешивается. Выход пироксилина при этом обычно получается такой, что из 5 г ваты получается около 8 г пироксилина.

Целлюлоза с азотной кислотой образует азотнокислые эфиры. Целлюлоза в нашем опыте - обычная хлопковая вата. Приготовим смесь азотной и серной кислот. Опустите в смесь вату, через некоторое время процесс нитрования целлюлозы заканчивается. Промоем полученную нитроцеллюлозу водой. Высушим. Нитроцеллюлоза при поджигании быстро сгорает. Нитроцеллюлоза используется для приготовления бездымного пороха.

Нитроцеллюлоза - волокнистая рыхлая масса белого цвета, по внешнему виду похожа на целлюлозу. Одна из важнейших характеристик - степень замещения гидроксильных групп на нитрогруппы. Лучшим сырьём для производства нитроцеллюлозы считаются длинноволокнистые сорта хлопка ручной сборки. Хлопок машинной сборки и древесная целлюлоза содержат значительно количество примесей, усложняющих подготовку и снижающих качество продукции. Нитроцеллюлозу получают действием на очищенную, разрыхленную и высушенную целлюлозу смесью серной и азотной кислот, называемой нитрующей смесью. Концентрация применяемой азотной кислоты обычно выше 77 %, а соотношение кислот и целлюлозы может быть от 30:1 до 100:1. Полученный после нитрования продукт подвергается многоступенчатой промывке, обработке слабокислыми и слабощелочными растворами, измельчению для повышения чистоты и стойкости при хранении. Сушка нитроцеллюлозы - сложный процесс, иногда совместно с сушкой применяется обезвоживание. Практически вся нитроцеллюлоза после получения используется в производстве различных продуктов. В случае необходимости хранится во влажном состоянии с содержанием воды или спирта не ниже 20 %.

Для опыта Вам понадобится следующие реактивы:
- Серная Кислота (H2SO4) 98% концетрации
- Азотная Кислота(HNO3) 68% концетрации
- Вата

Смешиваем кислоты в пропорции 7:3 (70% Серной кислоты и 30% Азотной кислоты). Я рассчитывал на 300 мл, поэтому взял 90 мл 68% Азотной кислоты и добавил туда 210 мл 98% Серной кислоты. Все это дело немного разогрелось и я, закрыв крышкой, поставил это в морозилку. На следующий день я приготовил на столе обычную вату (целлюлозу) и стакан на 500 мл + две чашки Петри, одна как подставка для стакана, а вторая в дальнейшем сыграет роль крышки. После того как содержимое бутылки я перелил в стакан, я начал туда кидать маленькими кусочками вату. Кидал до того момента, пока вся вата не заполнила стакан. Смысл в том, чтоб вся вата была пропитана нитровальной смесью (Азотка и серка).
Ну а дальше поставил в шкаф (темное и прохладное место). Все это дело должно храниться минимум 5-6 часов, но можно и день, и два (испытано, хуже не становится). Один раз у меня это все неделю лежало в шкафу, так как не было времени достать и промыть, и ни чего не испортилось. Ну а дальше все промываем. Разумеется, надеваем перчатки на руку и какую-нибудь тряпку на лицо + Защитные очки! Достаем из стакана вату (по кусочкам) и быстро промываем под холодной водой! Очень важно сделать все быстро, так как при попадании на ватку воды кислота в ней нагревается и может привести к потере продукта и его качеству. Вата начинает желтеть или ещё хуже, просто "сгорает" в горячей кислоте! Поэтому важно промывать именно маленькие порции, чтоб избежать большого количества кислоты, так как маленькое количество смыть намного проще, чем большое.
После промывки рекомендуется промыть вату раствором пищевой соды, но и, разумеется, промыть опять (от соды). После всех этих промывок от кислоты, вату хорошенько выжимаем и вываливаем на листок бумаги. Потом самая важная деталь - чтоб вата получилась как надо, её надо хорошенько разжать, чтоб она была такая воздушная, как и с самого начала. На этой фотке вата ещё мокрая, но уже приняла свой объем, после того как она высохнет её уже будет очень сложно отличить от обычной ваты, но она горит намного лучше, чем обычная вата.

Из-за очень высокой скорости горения она не успевает обжечь руку (тоже самое, что провести над зажигалкой палец). Разумеется, сначала она испытывается на железной пластине(а то мало ли что) и только когда вы видите, что кусочек этой ваты сгорает моментально с легким хлопком, можете смело сжигать её на ладони!