VIII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2016

Пироксилин — нитроцеллюлоза с третьей степенью замещения, продукт полной этерификации целлюлозы азотной кислотой – [C₆H₇O₂(ONO₂₎₃]n.

(1)

Взрывчатое вещество, применяемое для производства бездымного пороха. Которое в свою очередь используется в военном деле для работы стрелковых орудий и как метательное средство.

Как, и любое другое взрывчатое вещество, пироксилин требует особой осторожности при работе с ним. Срок годности вещества около пяти лет. Следствием чего является затруднение его утилизации. В настоящее время главным способом уничтожения является подрыв боеприпасов его содержащих. Химический способ дезактивации является малоизученным. Нами было предложено действие на него свободного водорода, после чего пироксилин терял свойства взрывчатого вещества.

Предметом наших исследований стал бездымный порох «Сунар 35», который получил широкую популярность среди охотников.

Для установления его структурной формулы нами был проведен ряд исследований: определение количества азота в бездымном порохе методом Кьельдаля и изучение ИК-спектров пороха (рис.1).

Рисунок 1. ИК-спектр пороха «Сунар-35»

В ходе исследований было установлено количественное содержание азота в порохе – 29 %. Для дальнейшего установления структурного строения вещества на ИК-спектрометре были регистрированы спектры в области 4500–500 см^-1

ИК-спектр соединения содержит: валентные колебания ОН-группы 3417 см^-1, С-Н связей в полосе поглощения 2970 и 2914 см^-1, валентные колебания ONO₂ – 1645 см^-1(ассиметричные), деформационные колебания ковалентно связанной нитрогруппы в области 750–650, 550–500 см^-1.

Что подтверждает предположения о строение вещества, а, значит, бездымный порох «Сунар-35» в своем составе в большом количестве имеет тринитроцеллюлозу.

В лабораторной практике широко используют различные способы некаталитического гидрирования. Один из них – действие водорода в момент выделения. Такой «активный водород» можно получить в реакции металлического натрия со спиртом или амальгамированного цинка с соляной кислотой. Гидрирование широко применяется для получения органических веществ, как в лаборатории, так и в промышленном масштабе. В момент высвобождения водород достигает высокой точки активности и является сильным восстановителем.

В целях изучения взаимодействия пироксилина и свободного водорода, первоначально необходимо избавиться от внешней твердой не растворимой в воде оболочки гранулы пороха. Нами было исследовано действие на него нескольких органических растворителей. Для наших условий наиболее сообразным стал ацетон.

Далее, в интересах работы, при разных температурах были найдены точные соотношения растворимости бездымного пороха «Сунар 35» в ацетоне и получены следующие значения:

Температура, °С	Количество растворителя (мл), необходимое для растворения 100 мг вещества	Термин растворимости
15	3	Умеренно растворим
40	2	Растворима

Из данных таблицы можно сделать вывод об увеличении растворимости вещества с повышением температуры, что в дальнейшем ускорило нашу работу.

После изучения растворимости в лаборатории была проведена реакция гидрирования при взаимодействии соляной кислоты и порошкового цинка с пироксилином. В процессе проведения реакции и высушивании вещества при комнатной температуре мы получили новое соединение неизвестного для нас строения. Однако в процессе этого взаимодействия пироксилин потерял свои взрывчатые свойства, при сжигании полученное вещество обугливалось. Следовательно, цель нашего опыта была достигнута, химический способ дезактивации пироксилинового пороха найден.

Для установления строения и структуры полученного соединения, были сняты его спектральные показание на ИК-спектрометре.

Рисунок 2. ИК-спектр дезактивированного образца

ИК-спектр соединения содержит: валентные колебания первичных аминов CH₂- NH₂ – 3574 см^-1 (полоса средней группы), 1620 см^-1 (плоские деформационные колебания сильная полоса), 1207,1168 и 1060 см^-1 (средняя полоса колебаний).

Таким образом, можно сделать вывод, что, вещество, полученное нами в процессе взаимодействия, является триаминоцеллюлозой ­­– [C₆H₇O₂(NH₂₎₃]n.

В связи с дороговизной ацетона, его пожаро- и экологической опасностью, примененный метод дезактивации может практически быть использован только в лабораторных условиях. На настоящее время (в Казанском химико-технологическом институте) изучается процесс взаимодействия азотосодержащих лигандов с хлорным железом в водной среде и установлено, что в присутствии ионов трехвалентного железа (Fe⁺³) растворимость стабилизаторов и различных добавок в воде значительно повышается. Эти выводы в будущем можно применить на выше предложенном методе дезактивации пироксилиновых порохов.

Литература:

1. Коваленко, В.И. Молекулярно-структурная неоднородность нитратов целлюлозы / В.И. Коваленко // Успехи химии. – 1995. – Т. 64. – № 8. – С. 803–816.

2. Жбанков, Р.Г. Инфракрасные спектры и структура углеводов. – Минск: Наука и техника, 1972. – 456 с.

3. Жбанков, Р.Г. Инфракрасные спектры целлюлозы и ее производных. – Минск: Наука и техника, 1964. – 338 с.

4. Целлюлоза и ее производные / под ред. Н. Байклза и Л. Сегала; пер. с англ. – М.: Мир, 1974. – 500 с.

5. Рабек, Я. Экспериментальные методы в химии полимеров / пер. с англ. – М.: Мир, 1983. – Ч. 1. – 383 с.

6. Шур, А.М. Высокомолекулярные соединения. – М.: Высшая школа, 1981. – 656 с.

7. Нугманов, О.К. Молекулярно-кристаллическая структура целлюлозы / О.К. Нугманов, А.И. Перцин, Л.В. Забелин, Н.Г. Марченко // Успехи химии. – 1987. – Т. 56. – С. 1339.

8. Панов, В.П. Внутри- и межмолекулярные взаимодействия в углеводах / В.П. Панов, Р.Г. Жбанков. – Минск: Наука и техника, 1988. – 359 с.

Код для цитирования: Скопировать