简介
硝化棉管制信息
硝化棉(*)(易制爆)
本品根据《危险化学品安全管理条例》受公安部门管制。
名称
中文名称:硝化棉,低氮硝化纤维
英文别名:Nitrocellulose,Collodionwool,Pyroxylin,Collodioncotton,Colloxylin,Solubleguncotton,Xyloidin,Histocell
化学式
C12H16N4O18
相对分子质量
504.28
性状
白色丝状纤维状似棉花。露光分解变色。溶于醇醚混合液(1∶3)、丙酮、冰乙酸、甲醇、乙酸乙酯和乙酸戊酯。闪点(闭杯)4℃。自燃点约180℃。极易燃烧,且速度极快。
储存
密封阴凉干燥避光保存。必须保持一定量润湿剂(乙醇),以保安全。瓶装露光,会分解出亚硝酸气体和碳质残留物,宜以塑料袋包装后装入铁听或大口塑料瓶密封包装。
用途
显微技术的包埋剂。生物组织切片。电子工业中用作粘结剂。
硝化棉为白色或微黄色非晶形固体,外形为絮绒状,比重1.6,不溶于水,易溶于醇、醚和酯溶液中。硝化棉具有高度可燃烧性和爆炸性,其危险程度根据硝化程度而定。含氮量在12.5%以上的危险性极大,遇火即燃烧。爆发点为180~185℃。含水25%时较安全。在温度超过40℃时能加速其分解而自燃,爆速6300m/s,含氮量不足12.5%的虽然比较稳定,但受热或储存日久,由于逐渐分解而放出酸,降低着火点,易有自行发火或爆炸的可能。为防止分解,常加入稳定剂,以避免爆炸。
硝化棉为一级易燃物品、爆炸品,必须储存在特种标准的储存室内,避光储存,室温不得超过28℃,不得低于1℃。硝化棉的质量对酸度要求较严,酸度(以H2SO4计)应小于0.05%,以防自燃,另外,硝化棉在使用、粉碎、运输过程中都应注意防燃防爆。硝化棉在烟花爆竹中主要用于烟花中的喷射、燃烧剂等。
硝化棉具有高度可燃性和爆炸性,其危险程度根据硝化程度而定,含氮量在12.5%以上的硝化棉危险性极大,遇火即燃烧。在温度超过40℃时能加速其分解而自燃。含氮量不足12.5%的硝化棉虽然比较稳定,但受热或储存日久,逐渐分解而放出酸,降低着火点,亦有自燃自爆的可能。失火时,严禁用砂土等物压盖,以免发生爆炸。
危险性
危险特性:自燃点170℃。闪点12.78℃。爆速:6300m/s(含氮13%)。爆轰气体体积841L/kg(含氮13.3%时)。本品遇到火星、高温、氧化剂以及大多数有机胺(对苯二甲胺等)会发生燃烧和爆炸。如温度超过40℃时它能分解自燃。本品干燥久储变质,极易引起自燃,一般加入水或乙醇作湿润剂。如温润剂挥发后,容易发生火灾。含氮量在12.5%以下的为一级易燃固体。
消防措施:用水或雾状水进行灭火。严禁用砂土压盖,以免发生猛烈爆炸。
急救:患者要立即离开现场,安置在新鲜空气地方,可用清水冲洗受伤者。严重者要立即送医院救治。
储运须知:包装标志:(含氮量12.5%以下)易燃固体。(含氮量12.5%以上)爆炸品。包装方法:玻璃瓶,外用木板箱,用不燃松软材料垫塞。或金属桶或罐,内衬塑料袋。储运条件:储存于阴凉、通风库房内,仓间温度不宜过30℃,远离火种及热源。与有机胺,氧化剂隔离储运。储运期须掌握先进先出,包装损坏要及时修理。应经常检查湿润剂干燥情况,必要时增加湿润剂。为了使湿润分布均匀,可以在储存一定时间后(如5个月)将包装倒放(试剂例外),经过一段时间再调正。搬运时应轻拿轻放,防止包装破损。
发现
1832年,法国人H·布拉孔诺在一次实验中,棉布围裙被硫硝混酸弄湿,于是清洗后用手提着在壁炉边烤干。就在即将干燥的时候,眼前一亮,围裙不见了。原来,棉布中的纤维素已经被硝酸酯化为纤维素硝酸酯。
他将这次事件记载下来,却没有进一步研究。直到1846年,化学家C.F.舍恩拜因使用硝-硫混酸制出了硝酸纤维素,并对其性能进行了研究。它是一种白色的纤维状物质,物理性质与棉花基本相同;它的爆炸威力比黑火药大2~3倍,可以用于军事,所以被称为“火棉”。不过,火棉的燃爆速度实在是太快了,甚至高于苦味酸。如果制成炮弹,那么在发射出炮筒之前就会爆炸,非常不安全。但是,用醇-醚混合溶剂处理并碾压成型后,其燃爆速度就能明显减慢,可以用作枪弹、炮弹的发射药或者固体火箭推进剂的成分。
硝化棉-用途
NC主要用作工业炸药和火药,例如制爆胶、抛射药(柯达、巴里斯泰火药等)、推进剂。高氮量NC用于土枪发射药中,能增加威力,减少枪口烟尘。NC的丙酮溶液叫火棉胶,是良好的烟火剂、粘结剂。市售的NC含氮量仅10%左右,只能用作油漆、粘结剂及试剂的原料。也用于生产各色赛璐珞,电影胶片,硝基漆片,各色喷漆,打字蜡纸,漆布,以及瓶口套等方面。
硝化棉的含氮量为10.7%~11.2%,主要用于塑料工业制造赛璐珞;
含氮量11.2~11.7%,主要用于制造摄影底片,X射线摄影软片、眼镜架和玩具等;
含氮量11.8~12.3%的主要用于制造喷漆、人造革、胶合板、防锈漆、防水漆、处理纸张防水和防潮等;
含氮量12.4~13.0%的主要用于无烟烟火药及其他烈性爆炸药物。
分类
工业上把NC分为1号强棉(含氮≥13.13%),2号强棉(含氮11.9%~12.4%),3号弱棉(含氮11.8%~12.1%),爆胶棉(含氮11.94%~12.3%),火胶棉(含氮12.5%~12.7%),清漆用棉(含氮11.6%~12.2%),赛璐珞棉(含氮10.8%~11.2%)等。为了便于理解,又有文献把含氮≤12.4%的NC称胶棉,把含氮>12.4%的称火棉。
注意事项
1.有实验表明受硝酸侵蚀而老化的塑料(硝酸的瓶塞免疫)会极其严重的阻碍硝化反应,所以反应过程中避免接触塑料。
2.硝酸会腐蚀橡胶,避免接触橡胶制品。
3.凡士林及石墨也可起安定作用,但由于均匀添加方法不清,所以暂不考虑。
4.由于硝化后棉花会保持原有形态(纸张的强度则会有明显下降),所以在添加硝酸钾及二苯胺的时候要考虑到溶液受到重力影响而导致的分布不均。
5.二苯胺严禁见日光,会变蓝。其他晾干步骤尽可能采用风干,不要晒干,如要长期储存则严禁晒干。
6.硝酸钾为消焰剂,并使残渣减少,可以不添加,二苯胺为安定剂,有低毒,不要长期接触皮肤,若不长期存放可不添加。
7.保存用的塑料瓶可以在瓶塞上垫保鲜膜增强密封性。
8.由于用该法制造的硝化棉可能会在存放中释放出微量酸性物质,建议不要使用金属容器存放,铁锈还会加速硝化纤维素的自分解反应。
9.注意通风,酸液的溅洒问题。
10.在少数情况下反应中会出现局部温度过高而导致酸液沸腾,并释放出二氧化氮,严重时会导致反应容器炸裂,注意反应容器不要放在危险物品旁边,最好放在水槽中或瓷砖地上,一旦过热,立即通风并远离,待反应结束后再处理。可尝试将酸液先冷却,再加入要硝化物,并延长硝化时间。
11.反应废酸可以用挤压法提取,用来生产低硝化度的硝化棉,可以做导火线用,洗去的废酸会对下水道系统产生腐蚀,尤其是水龙头,池子下的下水管等金属物品。
12.碳酸钠浓度,煮的时间,反应时间,硝酸钾浓度均为个人实验结果,二苯胺添加量借用军用火药标准添加量,这些数据可以优化调整。
13.不要将,乙二醇,甘油,淀粉等物硝化,其反应冷却条件过于苛刻,极易发生爆炸。
14.木制品会受到混酸腐蚀,并使混酸染黄,但不会被过快碳化,对硝化棉的保存影响不明显,从溶液中取硝化棉时也可用木筷。
15.油脂对反应的影响不清。
16.一定要充分晾干,不要用卫生纸把水吸干,这样做无法吸出纤维间细微的水,纤维素无法点燃。
17.硝化棉属于易燃易爆品,法律上严禁个人非法制造或持有。
反应方程式
硝化棉的爆炸反应方程式为:
2(C6H7O11N3)n→3nN2↑+7nH2O↑+3nCO2↑+9nCO↑
由于其爆炸不产生任何烟尘,所以也被称作“无烟火药”。
工业上常用醇醚合剂作溶剂,不同含氮量NC在1:2的醇醚合剂中的溶解度见表一。
含氮量(%)13.1~13.412.75~13.112.5~12.7512.0~12.511.0~12.0
10.0~11.09~107.0~9.0<7.0
溶解度(%)不≤3050~10095~10090~10080~10030~90≤30不
表一,不同含氮量的NC在1:2醇醚合剂中的溶解度
NC在着火时以极快的速度燃烧。燃烧时发出黄色火焰而不产生烟尘。低氮量的NC在密闭条件下难以燃烧,尤其是在直径细时。高氮量的能引起爆炸。当用溶剂处理NC后,蒸干溶剂形成白色塑料样物质,燃速降低。NC不但易着火,感度也较高,撞击感度50%(2㎏落锤,8cm落高,火胶棉)。一号强棉的爆速为6300
m/s(经过溶剂处理,密度ρ=1.3g/cm3),作功能力126%。
品号硝化用酸
硝化剂成份的稍微变化,都会影响到NC的含氮量。一般的,在一定范围内增加硝硫混酸中硫酸的含量,减少水的含量,能提高产物含氮量。部份品号的NC所用的硝化剂成份为:
品号硝化用酸成份(%)
NHO3(100%)H2OH2SO4(100%)
一号强棉18~237~1463~75
二、三号及爆胶棉18~2216~1860~66
清漆用棉19~2416.5~1957~64.5
赛璐珞棉18~2418~2155~64
注:原料酸中所含的水应算到上表中的H2O中。H2SO4用量为100减去HNO3和H2O的量之后的余量。
含氮量越高,爆炸性越强。直接酯化能得到含氮14%以上的NC。实际也经常使用N≥13%的强棉。