Nitroceluloza: lastnosti, proizvodnja, uporaba, strelni bombaž in nitratni filmi

Nitroceluloza (tudi: celulozni nitrat, bliskovni papir) je organska spojina, pridobljena z nitriranjem naravne celuloze. Postopek uvaja nitratne skupine (-NO2) na molekule celuloze, kar močno spremeni njene fizikalne in kemične lastnosti. Nitroceluloza se hitro vname in pri višjih stopnjah nitracije kaže lastnosti eksploziva; pri nižjih stopnjah pa se uporablja kot vezivo, lak ali plastičen osnovni material.

Lastnosti

Vnetljivost: nitroceluloza je zelo vnetljiva in lahko gori z veliko hitrostjo. Pri visoki stopnji nitracije (več nitratek na glukozni enoti) lahko ob gorenju eksplozivno razpade.
Topnost: ni topna v vodi; raztaplja se v nekaterih organskih topilih, pogosto v mešanicah etra in alkohola ali v organskih topilih, ki se uporabljajo pri lakih in barvah.
Mehanske lastnosti: plastificirana nitroceluloza je prožna in se uporablja za izdelavo filmov, lakov in umetnih mas. Kafrom (kamforjem) se pogosto plastificira za boljšo prožnost in obdelovalnost.
Stabilnost: z leti se nitroceluloza razgrajuje in postaja bolj občutljiva; proces razgradnje sprošča kisline in pline, kar povečuje nevarnost samovžiga ali požara pri nepravilnem skladiščenju.
Različne oblike: od zelo nitriranega 'strelnega bombaža' (guncotton) do delno nitriranih oblik, kot je pyroxylin, ki se uporablja za lakiranje in izdelavo plastike (npr. zgodnji celluloid).

Proizvodnja

Nitroceluloza nastane z reakcijo celuloze z nitrirnim sredstvom. V industrijskem merilu se običajno uporablja močna dušikova kislina v kombinaciji s sulfatno kislino, ki služi kot aktivator (dehidrator). Postopek vključuje:

nitriranje v kislem okolju (nadzor temperature in razmerja kislin),
temeljito izpiranje in nevtralizacijo ostankov kislin,
stabilizacijo z dodatki, ki upočasnijo nadaljnjo razgradnjo,
sušenje in oblikovanje v želeno obliko (vlaken, listov, raztopin za premaze).

Natančna stopnja nitracije določa končno uporabo: visoka stopnja za propulzivno in eksplozivno rabo, nižja za filme, lake in plastične mase.

Uporaba

Pogon in vojaška uporaba: kot pogonsko gorivo in nizkoeksplozivno sredstvo se nitroceluloza imenuje strelni bombaž (guncotton). Uporablja se v nekaterih raketnih gorivih, nabojih in za proizvodnjo črne ali brezdimne smodnikov.
Filmi in fotografija: plastificirana nitroceluloza je bila dolgo uporabljena kot filmska osnova; Kodak in drugi so proizvajali nitratne filme za fotografije, rentgen in kinematografijo. Takšni filmi so znani tudi kot nitratni film.
Laki, barve in tiskarske barve: delno nitrirana celuloza (pyroxylin) se uporablja v hitrosušečih lakih in nitroceluloznih premazih zaradi dobrih optičnih in sušečih lastnosti.
Plastika in sestavine: zgodnji plastični materiali, kot je celluloid, so temeljili na nitrocelulozi plastificirani s kafrom.
Medicinske in kozmetične uporabe: manj pogoste, vendar se raztopine nitroceluloze uporabljajo v nekaterih specialnih premazih (npr. za instrumente, delne premaze); danes so te uporabe omejene zaradi varnostnih razlogov.

Strelni bombaž (guncotton)

Strelni bombaž je močno nitrirana nitroceluloza, ki eksplozivno razpade ob vžigu. Zaradi visoke gostote energije je bil zgodovinsko uporabljen kot nadomestek za črni smodnik in kot pogonsko sredstvo v vojaških in industrijskih aplikacijah. Njegova proizvodnja zahteva strogo kontrolo nitracijskih pogojev, temeljito pranje in stabilizacijo, saj so nevarnosti eksplozije in samovžiga velike pri nepravilno obdelanem materialu.

Nitratni filmi in njihova zgodovina

Nitratni filmi so v začetku filmske industrije omogočili visoko kakovost slike, a so pomenili velike požarne nevarnosti. Z leti so številni požari, pogosto z uničujočimi posledicami, pokazali nezanesljivost in nevarnost nitratnih filmov. Zato je v 20. stoletju potekal prehod na varnejše osnovne materiale (npr. celulozni acetat in kasneje sintetične osnove). Danes so nitratni filmi v arhivih predmet posebne skrbi in zahtevajo strogo varnostno hrambo ali digitalno konservacijo.

Varnost in skladiščenje

Nitroceluloza je nevarna: ob izgorevanju daje intenzivno toploto in plamene, gašenje je oteženo, saj lahko goreči ostanki še naprej tvorijo kisline in toploto.
Skladiščenje mora biti hladno, suho in dobro prezračeno; izogibati se je treba izpostavljenosti svetlobi, virom toplote in isker.
Stare nitratne filme in predmete je treba redno pregledovati in po potrebi premestiti v varnejše materiale ali jih varno uničiti po predpisanih postopkih. Organizacije za ohranjanje kulturne dediščine pogosto uporabljajo specializirane postopke za varno shranjevanje ali digitalno arhiviranje.

Alternativa in sodobne prakse

Zaradi tveganj so številne tradicionalne uporabe nitroceluloze nadomestili bolj varni materiali, kot je celulozni acetat in različne sintetične polimere. Kljub temu nitroceluloza ostaja pomembna v specializiranih industrijskih postopkih in za nekatera zgodovinska ali tehnična področja, kjer njene posebne lastnosti (hitro sušenje, visoka sijajnost, določena mehanska trdnost) nimajo enostavne zamenjave.

Če se ukvarjate z nitrocelulozo ali naletite na stare nitratne filme, upoštevajte lokalne predpise glede skladiščenja in odvoza nevarnih snovi ter po potrebi poiščite strokovno pomoč za varno ravnanje.