Нитроклетчатка

*НИТРОКЛѢТЧАТКА. Подъ этимъ названіемъ извѣстенъ рядъ продуктовъ, получаемыхъ обработкою смѣсью азотной и сѣрной кислотъ веществъ, содержащихъ клѣтчатку (C₆H₁₀O₅)_n, напр., хлопка (чистая вата), хлопчато-бумажн. отбросовъ бумагопрядил. произв-ва, льна, древес. массы, джута и т. п. Въ зав-сти отъ получаемой степени нитраціи, качества Н. сильно измѣняются; практич. значеніе имѣютъ 3 рода ея: пироксилинъ, коллодіонный хлопокъ и пироколлодій. Важнѣйш. примѣненіе Н. находитъ въ области взрывч. вещ-въ, гдѣ наиболѣе высоко нитрованная клѣтчатка (пироксилинъ) употребляется, какъ самост-ное взрывч. вещ-во для снаряженія минъ и фугас. снарядовъ, а также является исходнымъ матеріаломъ для пригот-нія всѣхъ бездым. пороховъ. Другія технич. примѣненія Н.: фабрикація целлюлоида, искусств. шелка, фотографич. пленокъ и т. п. Впервые Н. б. приготовлена Шенебейномъ въ Базелѣ въ 1846 г. обработкою ваты смѣсью крѣпкой азотн. и сѣрн. кислотъ; аналогичные опыты надъ хлопкомъ производилъ въ томъ же году Беттгеръ во Франкфуртѣ на М.; дальнѣйшія работы съ этимъ веществомъ оба они продолжали совмѣстно. Много труда и времени б. затрачено ранѣе, чѣмъ Н. нашла широкое практич. примѣненіе; наибол. препятствіемъ къ этому служило неумѣнье получать стойкій и пригодный для продолжит. храненія продуктъ, что, гл. обр., и служило причиною нѣск-хъ случайн. взрывовъ на пироксилин. заводахъ въ первые гг. ихъ сущ-нія. Ввести въ воен. технику пирокс-нъ взамѣнъ дымн. пороха уже давно пытались въ Германіи и, въ особ-сти, въ Австріи, гдѣ, благодаря работамъ Ленка, б. достигнуты крупные успѣхи въ фабрикаціи пирокс-на (см. Ленкъ). Хотя послѣ 2 сильн. взрывовъ складовъ съ пирокс-номъ (въ 1862 и 1865 гг.) въ Австріи совершенно отказались отъ него, самъ Ленкъ продолжалъ разработку фабрикаціи пирокс-на въ Англіи, гдѣ одна частн. фирма построила пироксилин. заводъ въ Стоумаркетѣ, работавшій по его способу. Здѣсь вскорѣ б. достигнутъ крупн. успѣхъ въ смыслѣ повышенія химич. стойкости пироксилина посредствомъ измельченія его въ мелкую мезгу, по предложенію Абеля, что впослѣдствіи б. принято на всѣхъ пироксил. заводахъ. Идея Шенебейна и Ленка ввести Н. для огнестр. оружія вмѣсто дымн. пороха получила осущ-леніе только въ 1836 г., послѣ того, какъ Вьеллю удалось соотвѣтств. растворителемъ превратить Н. въ компактное, коллоидное вещество, постепенно горящее и приспособленное къ продолжит-му безопасн. храненію. Для подрывн. работъ оказалось возможнымъ примѣнять безопасный въ обращеній влажный пирокс-нъ, т. к. Броунъ доказалъ, что онъ м. детонировать отъ небольш. запала изъ сухого пирокс-на съ капсюлемъ гремуч. ртути. Въ Россіи первый пироксил. заводъ б. построенъ мор. вѣд-вомъ въ 1830 г. Потребность въ большихъ массахъ Н. для фабрикаціи бездым. пороха вынудила воен. вѣд-во построить въ 1890 г. Охтенскій пироксилин. заводъ на 300 пд. въ сутки, а вскорѣ это дѣло б. установлено и на 2 друг. порох. заводахъ въ Казани и Шосткѣ. По химич. составу Н., подобно нитроглицерину, относится къ числу сложн. эфировъ азотн. кислоты. Но составъ Н. выразить опредѣлен. химич. формулой невозможно, п. ч. еще неизвѣстна молекулярная формула самой клѣтчатки, и, кромѣ того, опытъ показываетъ, что продуктъ ея нитраціи представляетъ всегда сложн. смѣсь цѣлаго ряда Н-къ съ разл. содержаніемъ азота. На основаніи 2 признаковъ, а именно, растворимости въ спирто-эфирной смѣси (2 ч. эфира и 1 ч. спирта) и %% содержанія азота, различаютъ 3 практически важныхъ рода Н.: а) нерастворимый пиракс-нъ, содержащій 13,1—13,2% азота и не болѣе 4—5% веществъ, растворимыхъ въ спирто-эфирн. смѣси: главн. масса его состоитъ изъ 11-азотной Н.: C₂₄H₂₉O₉ (ONO₂₎₁₁ (по классификація Вьелля); б) пироколлодій съ 12,5—12,65% азота, почти нацѣло растворимый въ спирто-эфирной смѣси; глав. масса его состоитъ изъ 10-азотной Н.: C₂₄H₂₀O₁₀ (ONO₂₎₁₀ (изслѣдованъ Д. И. Менделѣевымъ); в) растворимый пирокс-нъ или коллодіонный хлопокъ, нѣск-хъ сортовъ, съ содержаніемъ азота отъ 10 до 12% и почти нацѣло растворяющійся въ спирто-эфирной смѣси. Растворимость коллодіон. хлопка въ нитроглицеринѣ дала возм-сть приготовлять гремуч. студень и нитроглицерин. порохъ балиститъ. Всѣ виды Н. хорошо растворяются въ ацетонѣ, к-рый поэтому нерѣдко служитъ раствор-лемъ при фабрикаціи пороховъ. Въ зав-сти отъ степени нитраціи замѣтно измѣняются всевозможнѣйшія свойства Н. По внѣшн. виду всѣ Н. мало различаются между собою и отъ исходн. матеріала, подвергавшагося нитраціи; только подъ микроскопомъ въ поляризов. свѣтѣ довольно легко отличить по окраскѣ волокна нитрованнаго хлопка отъ ненитров. клѣтчатки. Сухая Н. легко электризуется, во влажн. воздухѣ отсырѣваетъ; по Вьеллю, колич-во насыщающей данную Н. влажности въ суммѣ съ %% содержаніемъ азота даетъ всегда ок. 14,6. Такъ, нераствор. пирокс-нъ съ 13,3% азота поглощаетъ ок. 1,3% влажности, а растворимый съ 12% азота — ок. 2,5%. Удѣл. вѣсъ Н. 1,65—1,66. Большое практич. значеніе имѣетъ химич. стойкость разл. видовъ Н. т.-е. способность ихъ къ продолжит. храненію безъ разложенія. По Вьеллю, химич. стойкость Н. понижается вмѣстѣ съ повышеніемъ степени нитраціи. Изслѣд-нія же И. М. Чельцова и А. В. Сапожникова показали, что среди Н. низшихъ степеней нитраціи, растворимыхъ въ этил. спиртѣ, имѣются весьма нестойкія Н., примѣсь к-рыхъ м. сильно вредить химич. стойкости продуктовъ высш. нитраціи. На химич. стойкость Н. большое вліяніе оказываетъ составъ нитрац. смѣси: наибол. стойкостью обладаютъ Н., приготовленныя на смѣси съ наименьшимъ относител. содержаніемъ азотн. кислоты. Заслуживаетъ серьезн. вниманія то, что химич. стойкость желатинированной и превращенной въ бездым. порохъ Н. нерѣдко оказывается замѣтно ниже стойкости пирокс-на до желатинизаціи; при одинаковыхъ условіяхъ храненія въ бездымн. порохѣ признаки разложенія наблюдаются ранѣе, чѣмъ въ нежелатинированномъ сух. пирокс-нѣ. Причина до сихъ поръ твердо не установлена. Съ 18—25% влажности всѣ виды Н. вполнѣ безопасны въ обращеніи, чѣмъ пользуются для храненія больш. массъ пирокс-на и при снаряженіи ею минъ и фугасн. снарядовъ. Сухая Н. при темп-рахъ не выше 20—25° Ц. м. очень долго сохраняться безъ всякаго измѣненія, но въ этомъ видѣ она очень чувствит-на къ удару. При осторожн. нагрѣваніи Н. ок. 100—110° Ц. подвергается разложенію съ отдѣленіемъ газовъ, знач-но отличающихся отъ продуктовъ сгоранія ея или взрывч. разложенія. А. В. Сапожниковъ доказалъ, что скорость медлен. разложенія находится въ больш. зав-сти отъ темп-ры. Такъ, для Н. съ 13,2% азота отъ 110 до 135° Ц. скорость разложенія невелика и возрастаетъ пропорц-но темп-рѣ; со 135° Ц. скорость разложенія быстро возрастаетъ по мѣрѣ приближенія къ точкѣ восплам-нія Н., и у кажд. рода Н. есть предѣл. темп-ра, при к-рой черезъ нѣск. секундъ получается взрывъ, сопровождаемый совершенно другимъ составомъ продуктовъ его. Темп-ра взрыва пирокс-на съ 13% азота — ок. 183—186° у коллодіоннаго же хлопка съ 12% азота — 186—190°. При зажиганіи на поздухѣ пламенеть или раскаленнымъ тѣломъ Н. сгораетъ очень быстро, не успѣвая даже зажечь дымный порохъ, соприкасающійся съ нею, или обжечь руку, на которой она лежитъ; прессованный пироксилинъ сгораетъ значительно медленѣе. При горѣніи Н. въ больш. массѣ медленное и спокойное горѣніе м. закончиться детонаціей. Въ замкнутой оболочкѣ, при достаточ. плотности заряжанія, разложеніе порошкообразной Н. происходитъ почти мгновенно, давая въ продуктахъ окись углерода и водородъ, въ виду недостатка въ Н. кислорода для полученія полнаго сгоранія. При взрывчатомъ разложеніи 1 клг. важнѣйшихъ видовъ Н. получается;

	Нерастворенный пироксилинъ.	Пироколлодій Д. И. Менделѣева.	Коллодіонный хлопокъ.
Теплоты (калор.).	1147	1007	902
Объемъ газовъ (литр).	859	894	925
Максимал. темп-ра.	2629°	2470°	2444°

Сухой, прессованный пироксилинъ отъ капсюля гремучей ртути детонируетъ. Главный ходъ фабрикаціи разл. видовъ Н. состоитъ въ слѣд. Исходнымъ матеріаломъ служитъ чаще всего хлопокъ въ видѣ ваты (лаборатор. приготовленіе) или хлопковыхъ концовъ, представляющихъ отбросы бумагопряд. фабрикъ; съ цѣлью удешевленія въ наст. время на многихъ пироксил. заводахъ утилизируютъ еще 2 сорта менѣе чистаго хлопков. матеріала — линтеръ и делинтъ. Хлопк. матеріалъ д. б. подвергнуть тщат. очищенію химич. способомъ для удаленія жировъ и др. посторон. примѣсей, вредно отражающихся на химич. стойкости Н. Передъ нитраціей очищенный хлопокъ сушится до содержанія влажности не болѣе 1%. Каждая Н. съ опредѣл. содержаніемъ азота м. б. приготовлена на рядѣ кислотн. смѣсей, составъ к-рыхъ устанавливается чисто эмпирически. Для нерастворим. пироксилина съ 13,2—13,3% азота берется обык-но смѣсь изъ 1 ч. крѣпкой 93% азотн. кислоты и 3 ч. крѣпкой 95% сѣрн. кислоты; для коллодіон. хлопка съ 11,5—12% азота — смѣсь изъ 18,8—19,0% азот. кислоты, 65,8—66,0% сѣрн. кислоты и 15—15,4% воды. Для пригот-нія пироколлодія составъ кислотн. смѣси выработанъ Д. И. Менделѣевымъ: число молекулъ воды въ смѣси д. равняться суммѣ молекулъ азотн. и сѣрн. кислотъ. Въ 1909 г. проф. А. В. Сапожниковъ предложилъ на химич. конгрессѣ въ Лондонѣ особую теорію для графическ. составленія нитраціон. смѣсей, необходимыхъ для полученія любого сорта Н. Кислотная смѣсь соотвѣтств. состава наливается въ особые нитраціон. сосуды и въ нее погружается на опредѣл. время хлопков. матеріалъ, въ колич-вѣ не болѣе ¹/₅₀ вѣса кислотн. смѣси. На нашихъ казен. порох. заводахъ примѣняется, гл. обр., франц. способъ послѣдоват. нитраціи въ ваннахъ и горшкахъ. Въ ванны (фиг. 1) или прямоуг. ящики съ двойн. стѣнками, для лучшаго охлажденія ихъ водой, наливается кислота, смѣсь и одна за другой погружаются на 5—6 мин. навѣски хлопка. Полученная Н., послѣ отжимки избытка кислотъ, перекладывается въ глинян. горшки на 6—12 ч. для достиженія достаточ. однородности и желаем. степени нитраціи. На больш-вѣ заводовъ въ наст. время переходятъ къ нитраціи въ центрофугахъ, что представляетъ большія технич. и экономич. выгоды. Нитраціон. центрофуга въ видѣ коробки d (фиг. 2) съ дырчат. стѣнками м. вращаться на вертик. оси е и окружена наружной сплошн. оболочкой, имѣющей внизу кранъ для выпуска кислотъ. Центрофуга пускается въ ходъ со ск-стью 24—30 оборотовъ въ мин., наполненная кислотн. смѣсью; въ нее погружается навѣска хлопк. матеріала. Вращеніемъ центрофуги обезпечивается непрерывное перемѣшиваніе нитруемаго матеріала и циркуляція кислотъ, поддерживающая однородн. составъ смѣси. Послѣ получасовой нитраціи кислотн. смѣсь выпускается изъ центрофуги, послѣдняя приводится въ быстрое вращат. движеніе для отжимки кислотъ изъ нитропродукта; полученная Н. выбрасывается изъ центрофуги въ бакъ для холодн. промывки проточн. водой. При всѣхъ работахъ по нитраціи необходима усилен. вентиляція воздуха для удаленія кислотн. паровъ. Для холодн. промывки Н., отжатая отъ главн. массы нитраціон. кислотъ, погружается на нѣск. мин. въ дерев. бакъ съ непрерыв. струей проточной холод. воды, послѣ чего подвергается отжимкѣ въ центрофугахъ. Болѣе совершенное удаленіе кислотъ изъ Н. достигается затѣмъ посредствомъ горяч. промывки, для к-рой Н. помѣщается въ большіе дерев. баки съ двойн. дномъ, заливается водой и подвергается продолжит. кипяченію до 50—100 ч., при чемъ вода нѣск. разъ смѣняется и нѣк-рыя изъ промежуточ. промывокъ ведутся съ примѣсью 0,10—0,15% соды. Полное освобожденіе Н. отъ послѣдн. слѣдовъ кислотъ затрудняется самымъ строеніемъ хлопков. волокна, имѣющаго видъ трубочекъ, способныхъ удерживать кислоты внутри, и для удаленія ихъ необходимо полное разрушеніе волокна, что производится въ особ. машинахъ — голландерахъ (фиг. 3), состоящихъ изъ овальнаго резервуара длиною 3—4 мтр. и шириною 1¹/₂—2 мтр. съ боков. стѣнками выс. ок. 60 см.; онъ раздѣленъ продол. перегородкой на 2 ч.; въ одной изъ нихъ имѣется барабанъ съ ножами, вращающійся надъ основаніемъ, снабженнымъ такими же ножами. Голландеръ наполняется водой и затѣмъ въ него загружается Н., к-рая увлекается движеніемъ воды въ простр-во между ножами барабана и основанія и тамъ измельчается постепенно до желаемой степени въ теченіе 20—30 час. Измельченная Н. подвергается снова тщат. промывкѣ въ лаверахъ (фиг. 4). Въ отличіе отъ голландера лаверъ снабженъ колесомъ съ лопатками. Окончат-но отмытая кашицеобразная Н. пропускается вмѣстѣ съ водой черезъ особое сито и затѣмъ сливается въ отстойные резервуары съ холщев. фильтромъ, черезъ к-рый вода постепенно уходитъ, оставляя рыхлую и сильно влажную массу Н. Избытокъ воды изъ Н. отжимается въ центрофугахъ, откуда она получается съ 30—35% влажности. Во время промывки и очищенія Н. подвергается неоднократ. испытанію на химич. стойкость, что имѣетъ чрезв-но важн. значеніе въ отношеніи доброкач-ности и способ-ти къ продолжит. храненію всѣхъ получаемыхъ изъ нея препаратовъ. Главнѣйш. примѣненія Н.: а) для снаряженія минъ и бризант. снарядовъ идетъ Н. съ 13,2—13,3% азота или т. наз. пирокс-нъ въ прессован. состояніи; для снаряженія снарядовъ теперь онъ совершенно вытѣсненъ мелинитомъ и тротиломъ; б) для фабрикаціи бездымнаго пироксилин. пороха примѣняется или смѣсь 2 сортовъ Н. — нераствор. пирокс-на и коллодіал. хлопка (Франція, Россія), или же одна Н. типа пироколлодія съ 12,6—12,7% азота, почти цѣликомъ растворимая въ спирто-эфирной смѣси (Америка); въ нитроглицер. бездым. порохахъ типа кордита примѣняется нераствор. пирокс-нъ, а въ порохахъ типа балистита — коллодіон. хлопокъ; в) для пригот-нія коллодіума, целлюлоида, фотографич. пленокъ, гремуч. студня и др. примѣняются разл. сорта Н., хорошо растворимой въ спирто-эфирной смѣси и содержащей отъ 10 до 12% азота. Независимо отъ рода и состава Н., примѣняемой въ той или иной отрасли техники, къ ней всегда примѣняется одно строжайш. треб-ніе — достаточная чистота и химич. стойкость (методы испытанія см. Взрывч. вещества, стр. 346).

Фиг. 1.

Фиг. 2.

Фиг. 3.

Фиг. 4.