النتروسيولوز ^* Nitrocellulose

عرفت الخواص التفجيرية للقطن المنترج في وقت مبكر . وقد ساعد اكتشاف طرق لتحويل المادة الى كتلة غروانية متجانسة كثيفة على انقاص السطح وسرعة الانفجار . ومع اكتشاف الطرق المناسبة للاستقرار لإطالة عمر التخزين ، حل النتروسيلولوز سريعا محل البارود الاسود كوقود دفعي .

________________

* ‏مع ان كلمة " نتروسيلولوز" تطلق عادة على ليف السيلولوز المنترج ، فان المادة ليست مركبا نتريتيا بل هي استر حقيقي لحمض الازوت. ولذلك تصبح التسمية نترات السيلولوز مناسبة اكثر من الناحية الكيميائية، ولكن التسمية " نتروسيلولوز " مستخدمة اكثر في الميدان الصناعي.

‏ويصنع النتروسيلولوز في معظمه حاليا من الياف الخشب اكثر مما يصنع من القطن للسيلولوز شكل جزيئي معقد ، وكثيرا ما يصل وزنه الجزيئي الى 300000 ‏والعينة المفترضة منه ، أيا كانت ، تتضمن توزيعا واسعا للجزيئات ، وتحمل جميعها الصيغة العامة   [C6H7O2(OH3)]_n . وهكذا ، توجد ثلاث مجموعات هيدروكسيلية في الوحدة الاساسية (الغلوكوز ) يمكن استرتها بحمض الازوت لكي تعطي محتوى نظريا من النتروجين مقدار 14 % ، وهو اعلى من اي محتوى تجاري مستخدم . حسب التفاعل التالي :

‏يستخدم السيلولوز الذي لم ينترج كليا الى ثلاثي نترات عل شكل نترات سيلولوزية صناعية مختلفة كما نلاحظ في الصورة 1-1 ‏. تتشكل بعض إسترات السلفات ، ‏اضافة الى إسترات النترات ، بواسطة حمض الكبريت ، الذي يجب ان يستخدم لربط الماء الناتج عن تفاعل النترجة وبسمح للتفاعل بالتقدم نحو اليمين . إسترات السلفات هذه غير مستقرة ، ويسبب تحللها حدوث حالة حمضية خطرة في البارود المختزن اذا لم نتزع منه ، وتتحلل بمعالجة التليين poaching process .

‏لا يجب ان يسمح للسيلولوز النهائي ان يصبح حامضا عند الاستخدام او التخزين ، لان هذا يحفز تحلله الى حد ابعد . ولذلك نضاف مادة مثبطة ( مثبتة يمكنها ان تتفاعل مع اي اثر من حامض النتروز ، او حمض الازوت ، او حمض الكبريت الذي قد يتحرر بسبب تحلل النتروسيلولوز وبذلك يتوقف التحلل الاضافي . يستخدم ثنائي فينيل امين Diphenylamine من اجل البارود اللادخاني ( ثنائي فينيل يوريا في بريطانيا ). يشكل ثنائي فينيل امين سلسلة من مركبات غير ضارة مع الغازات المنطلقة .

الصورة 1-1 ‏. مخطط انتاجي لتصنيع نترات السيلولوز ( نتروسيلولوز ) . ملاحظة : يضبط ما تحتويه نترات السيلولوز من النتروجين بتركيب حمض النترجة الممزوج . تعتمد نوعية الناتج على نوعية السيلولوز المستخدم والعناية المكرسة لإجراءات التصنيع . والمراحل التي نراها هي للإنتاج العسكري . وفي الاستخدام ، يجفف الناتج الرطب عن طريق الازاحة بالكحول . لإنتاج 2.2 ‏كغ من نترات السيلولوز الجافة ( 75‏.1 كغ من القطن الخام بحوالي 0.6 كغ من الالياف المنقاة ) ، نحتاج الى المواد والوسائل التالية : زغب القطن 75‏.0 كغ ،  1 % 100 HNO3  كغ ،    (% 100) H2SO4  0.5 كغ ، Na₂CO₃ 0.002  كغ ، كلور : كمية متغيرة لكنها قليلة ، ماء 227 ل ، عمل مباشر 0.03 ساعة عمل .

‏وفي الصورة 1-1 ‏توضيح للتصنيع التجاري لنترات السيلولوز التي تسير كما يلي :

‏- تجرى تنقية زغب القطن cotton linters او لباب الخشب الغني بسيلولوز الفا بالغلي في مراجل ( رواقيد ) بمحلول الصودا الكاوية المخففة .

‏- تنجز عملية التبييض بـ CaClOCl ، او NaOCl ‏، او  Ca₂(OCl).

‏- يجفف القطن ، ومنفش ، ويوزن .

‏- يحضر ا‏لمزيج الحمضي من الحمض القوي الجديد وحمض مستهلك ، ويسخن الى درجة مناسبة ثم يصب الى المنترج .

‏- يتم عادة اجراء النترجة (الأسترة) في ظروف موجهة بدقة في منترج الي .

‏- تتشكل شحنة المنترج من 14.5 ‏كغ من السيلولوز . يحرك السيلولوز مع 682 ‏كغ تقريبا من الحمض المختلط عند 30 مئوية لمدة تقرب من 25 ‏دقيقة .

يتركب الحمض المستخدم مما يلي : : % 21 HNO₃ ، % 15.5 و   % 63 H₂SO₄ ، و % 0.5 N₂O₄ ، و H₂O .

‏- يلقى بشحنة المنترج بكاملها الى نابذة بالطرد المركزي ، حيت يفرز الحمض المستهلك بالنبذ من السيلولوز المنترج .

‏- يقوى الحمض المستهلك جزئيا من اجل اعادة استخدامه ويباع جزئيا او يتم التخلص منه ، كما في نزع النترجة والتركيز لـ H₂SO_4.

‏- يغمر السيلولوز المنترج في الماء ، وينسل بالغلي ، ثم يفسل مرارا . لإنتاج بارود لا دخاني اكثر استقرارا اثناء التخزين ، تستخدم الطريقة ا‏لتالية للتنقية لتخريب إسترات السلفات اللامستقرة وازالة الحمض الطليق تماما . ( هذا اجراء عسكري ، اما تجاريا ، فيحل السيليلوز المنترج في مذيب ويعادل كيميائيا ، هذا ‏الاجراء ناجح ويعطي ناتجا مستقر)‏ .

‏- يغلي الليف لمدة 48 ‏ساعة مع تبديل الماء اربع مرات على الاقل ، ثم يحول الى لباب .

‏- يجري تليين القطن المنترج المغسول بغليه اولا مع محلول Na₂CO₃ ‏المخفف ( 2.5 ‏كغ من رماد الصودا للطن المتري من نترات السيلولوز) ويغسل بعدئذ عدة مرات بالماء المغلي .

‏ه يجري تخليص النتروسيلولوز ، بعد تليينه ، من معظم الماء الموجود فيه عن طريق الطرد المركزي . وبعد هذه العملية يبقى من الماء حوالي 28 % .

‏- وفي هذه المرحلة ، يختزن النتروسيلولوز عادة ويفحص مختبريا .

‏- يخفض محتوى الماء في القطن المنترج الى رقم صغير عن طريق ازاحة الماء بالكحول .

‏- يفتت السيلولوز المنترج ويحول الى مادة غروانية كثيفة بمزجه بالكحول ، والاثير ، وثنائي فينيل امين ، وعوامل اخرى للتهدئة .

‏تتشكل الحبيبات عن طريق البثق عبر قوالب ، وتجفف هذه الحبيبات وتمزج لكي تشكل حبيبات البارود اللادخاني . والشكل الاكثر شيوعا هو الاسطوانة المثقوبة ( المعكرونة) من اجل الاسلحة الصغيرة والاسطوانة ذات الثقوب العديدة او النجمية من اجل المدافع الكبيرة .

‏يحتوي السيلولوز الناتج بهذه الطريقة على حوالي 12.6 ‏% من النتروجين ويعرف بالقطن الحراري pyrocotton . وباستخدام حمض اقوى ، يمكن زيادة محتوى النتروجين الى 13.6 % .

‏يعرف القطن الذي ينترج الى محتوى 13.2 ‏% من النتروجين او اكثر تحت اسم قطن البارود . وتحتوي انواع البارود اللادخاني الحديثة للأغراض العسكرية على حوالي 13.15 % ‏من النتروجين ، وتصنع من مزيج من القطن الحراري وقطن البارود .

‏البارود اللادخاني سليلولوز غرواني كثيف يحتوي على حوالي 1 % من ثنائي فينيل امين وكمية صغيرة من ملان متل فثالات ثنائي البوتيل .

‏في طريقة التصنيع هذه يمكن انتاج الكريات ، وتعرف تحت اسم البارود الكروي . يحل النتروسيلولوز ، مح المواد المضافة ، في مذيب ، ككيتونات مختلطة مثلا ، لتشكيل سائل يستحلب بعدئذ بعناية بالماء .

‏عندئذ يحول المستحلب الى كريات ، ويطرد المذيب بالتسخين . نتخل الكريات للحصول على حجم منتظم ويمكن اضافة النتروغليسرين اليها لإعطاء كريات ملدنة مزدوجة القاعدة .

‏المعالجة بمنظمات سرعة الاحتراق ، كثنائي نترات التولوين dinitritoluene ، ممكن ان تسبب زيادة في سرعة الاحتراق عندما تنقص مساحة السطح بالنسبة للاحتراق .

‏والكرية هي اهم شكل ممكن لتناقض الاحتراق . وتؤدى المعالجة المناسبة الى احتراق الكرة بشكل متدرج .

‏تصبح الكريات غير عملية اذا زاد قطرها على 3 ‏مم ، ولهذا فان الذخيرة الحربية فقط هي التي تصنع حتى عيار 50 ‏( 0.5 ‏انش 12.7 ‏مم قطر الرصاصة) . واكثر ذخائر التدريب هي من البارود الكروي .

مواضيع ذات صلة

صناعة حمض الكبريتيك

تركيب حامض الكبريتوز

كلوريد الثيونيل Thionyl Chloride

حامض الكبريتوز: Sulphureous Acid

مركبات الكبريت مع الأكسجين

مركبات الكبريت مع الهيدروجين

الكبريت الغروي

الحصول على الكبريت من المناجم Sulphur Mining

الأشكال التأصلية للكبريت

الاختبارات الخاصة للورق

تحويل اللب إلى ورق

صناعة الورق