Химия и Химики № 1 2014. Получение и горение нитроцеллюлозы

__________________________________________________
¹ А.А. Солонина Лабораторное приготовление взрывчатых веществ. Пособие для практических занятий в лаборатории (1925) [ссылка]

Методика:
Пироксилин получается действием азотной кислоты HNO₃ на клетчатку (C₆H₁₀O₅)_x. Для лабораторных опытов можно брать вату; для усиления действия азотной кислоты добавляют серную кислоту H₂SO₄ 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., C₂₄H₄₀O₂₀ [K1] действие азотной кислоты можно выразить следующими уравнениями:

C₂₄H₄₀O₂₀ + 12 HNO₃ = C₂₄H₂₈O₈(ONO₂)₁₂ + 12 H₂O
C₂₄H₄₀O₂₀ + 11 HNO₃ = C₂₄H₂₉O₉(ONO₂)₁₁ + 11 H₂O 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 HNO₃ - 21.5% по весу, моногидрата H₂SO₄ - 70.5% по весу и воды 8% по весу; для растворимого пироксилина 18% моногидрата - HNO₃, 68% моногидрата H₂SO₄ 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 H₂SO₄ 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.