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PIKE-icon-IKE-20-50 Read document   塑膠物語: 什麼是硝酸纖維素

Materials  │ Introduction  │ Basic  │
 fiber; cellulose; matrix; explosive;
Table.Figure.PlasTerm   ..張開•雲主惠

 
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產物。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。在生產加工、包裝、貯運和銷售、使用中都要注意安全。



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.舍恩拜因使用硝-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。當時只用作炸藥﹐由於它燃燒太快﹐安定性問題又未解決﹐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。後來採用造紙工 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﹐當時仍只能作為爆破用藥。1869年﹐海厄特﹐J.W.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。從此﹐硝酸纖維素即成為生產各種火藥的主要原料﹐得到大量的生產 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﹐每個環最多只能引入三個硝酸酯基團。硝酸酯基團引入的多少決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黏度(下表: 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﹔含氮量為8%∼12%稱為弱棉﹐可用於製造電影膠片、賽璐珞和硝基清漆等。中國是採用每克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(下表: 硝酸纖維素分類法 )。




生產過程
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﹐才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。纖維素的硝化採用硝-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。

硝酸纖維素的生產是將疏鬆乾燥後的精製棉通過投棉斗﹐由加熱器加熱並在烘乾器烘乾﹐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。調整產品到略呈鹼 性。最後﹐將各批產品在混合機內混合﹐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。





























賽璐珞 (celluloid)  
以樟腦作增塑劑的硝酸纖維素塑料﹐可通過熱成型或注射成型加工成塑料製品。賽璐珞是由瑞士巴塞爾大學的 C.F.舍恩拜因於1846年發現的﹐當時只作蟲膠代用品。1869年海厄特﹐J.W.等的研究工作發現樟腦的酒精溶液可使硝酸纖維素容易加工﹐且性能柔韌。1872年在美國紐瓦克建賽璐珞工廠﹐1877年英國根據海厄特技術建的賽璐珞製造公司開始用 賽璐珞 生產假象牙和檯球等塑料製品。後來﹐曾用做片基﹐但由於易燃很快被醋酸纖維素和聚酯取代。現在﹐賽璐珞主要用做乒乓球和眼鏡架。

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      更新期別: 2005IKE20-0. Date: 2005/6/5.
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