Cellulosenitrat

Strukturformel
Allgemeines
Name	Cellulosenitrat
Andere Namen	Nitrozellulose Schießbaumwolle Blitzwatte Sprengwolle NITROCELLULOSE(INCI)
CAS-Nummer	9004-70-0
Monomere/Teilstrukturen	β-D-Glucose(teilweise nitriert)
Art des Polymers	Biopolymer
Eigenschaften
Aggregatzustand	fest
Dichte	1,67 g·cm−3
Schmelzpunkt	160–180 °C
Sicherheitshinweise
GHS-Gefahrstoffkennzeichnung Gefahr H- und P-Sätze H:201 P:250​‐​372
Toxikologische Daten	> 5.000 mg·kg−1(LD50,Ratte,oral)
Soweit möglich und gebräuchlich, werdenSI-Einheitenverwendet. Wenn nicht anders vermerkt, gelten die angegebenen Daten beiStandardbedingungen.

Cellulosenitrat(auchZellulosenitrat) ist eine weiße, faserige, geruch- und geschmackslose Masse. Sie wird umgangssprachlich auch alsSchießbaumwolleoderNitrocellulose(oderNitrozellulose) bezeichnet. Letztere Bezeichnungen sind wie auch „Nitroglyzerin“gemäß derIUPAC-Nomenklatur falsch, denn es handelt sich nicht um eine RC–NO₂-Bindung, wie es dasPräfix„Nitro- “verlangt, sondern um einenSalpetersäureesterderCellulose.

Cellulosenitrat kann in unterschiedlich weit salpetersäureveresterter Form, typisch als Di- oder Trinitrat vorliegen.

Geschichte

Die „Schießbaumwolle “wurde 1846 sowohl vonChristian Friedrich Schönbeinals auch unabhängig davon im selben Jahr von dem ChemikerRudolf Christian Böttgerhergestellt. Die erste Mitteilung von Schönbein erfolgte am 27. Mai 1846 vor der Basler naturforschenden Gesellschaft und findet sich so in den veröffentlichten Sitzungsprotokollen.Von beiden wiederum unabhängig stellte der Braunschweiger ProfessorFriedrich Julius Otto(1809–1870) im selben Jahr ebenfalls Schießbaumwolle her und veröffentlichte das Verfahren im Oktober des gleichen Jahres.1849 gelangWilhelm Lenk von Wolfsbergdurch ein Stabilisierungsverfahren die Verwendung in Geschossen.

Gewinnung und Darstellung

Cellulosenitrat wird in derchemischen Industriedurch Umsetzung von Cellulose mitNitriersäurehergestellt. Formal gesehen handelt es sich um die Reaktion einesAlkoholsmit einerSäurezu einemEster.DerStickstoffgehaltdes herzustellenden Cellulosenitrats wird durch Zusammensetzung der Nitriersäure und die Reaktionsdauer geregelt. Bei einem Stickstoffgehalt > 12,75 % handelt es sich dann überwiegend um Cellulosetrinitrat (Schießbaumwolle), bei einem Gehalt < 12,75 % um Cellulosedinitrat (Kollodiumwolle).

Umsetzung von Cellulose zu Cellulosetrinitrat

Nach der Reaktion wird die restliche Nitriersäure mit Wasser ausgewaschen, bis das Cellulosenitrat denpH-Wert7 annimmt, da sonst Spuren von restlicherSalpetersäureeine Selbstentzündung bewirken können. In früherer Zeit ist es in den Fabriken häufig zu Explosionen gekommen, da Verunreinigungen in den Fasern wie die als Nebenprodukt gebildeten Schwefelsäureester Spontanzersetzungen des Cellulosenitrats bewirkten. Erst 1864 entdeckte der EngländerFrederick Augustus Abel,dass sie durch eine feuchte Zerkleinerung imPapierholländervöllig stabilisiert werden kann.

In den Handel gelangt die Nitrocellulose zumeist in phlegmatisierter, angefeuchteter Form in Pappfässern. Als Anfeuchtungsmittel dienen dabei Wasser,Butanol,EthanoloderIsopropanol.Daneben wird auch mit Weichmachern plastifizierte und pelletierte Ware angeboten.

Eigenschaften

Physikalische Eigenschaften

• Explosionstemperatur:ca. 3100 °C
• Bleiblockausbauchung:37cm³/g
• Schlagempfindlichkeit:3N·m
• Stickstoffgehalt: 14,14 % max. (theoretisch), praktisch 13,5 % max.
• Detonationsgeschwindigkeit:6300 m/s
• Explosionswärme:5475,75 kJ·kg⁻¹
• Explosionsstärke (TNT-Äquivalent):147 % vonTNT
• Sauerstoffbilanz:−28,7 %(13,4 % Stickstoffgehalt)

Chemische Eigenschaften

Cellulosenitrat verbrennt nach seiner Entzündung augenblicklich – auch bei Abwesenheit von Luftsauerstoff – mit gelblicher Flamme zuKohlenstoffdioxid,Kohlenstoffmonoxid,WasserdampfundStickstoff.Bei der Verbrennung entsteht – im Gegensatz zuSchwarzpulver– keinerlei für das menschliche Auge sichtbarerRauch,darum wird Cellulosenitrat auch alsrauchloses Pulverbezeichnet.

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Abbrennen von Nitrocellulose

Verwendung

Schild im Vorführraum eines Kinos

Tischtennisbälle aus Zelluloid, 40 mm Durchmesser (2012)

Kleber auf Cellulosenitratbasis (CN, Weichmacher, Lösemittel)

• Aus Cellulosenitrat wurde früher eineKunstseide,die sogenannteChardonnet-Seidehergestellt. Wegen ihrer Feuergefährlichkeit wurde die Produktion jedoch schnell wieder eingestellt.
• Durch Hinzufügen vonCampherals Weichmacher entsteht aus CellulosedinitratZelluloid(KurzzeichenCN). Dieses Material war der erstethermoplastischeKunststoff und diente trotz seiner großen Feuergefährlichkeit als Werkstoff für eine Vielzahl von Produkten. Bis Anfang der 1950er Jahre wurde Zelluloid auch als Träger für fotografische Filme verwendet, bevor man ihn nach seinem Verbot 1951konsequent durchSicherheitsfilmersetzte. Diese Verwendung ist heute noch ein großes Problem:Filmarchiveaus dieser Zeit sind durch die Neigung des Materials zurSelbstentzündungundExplosionextrem gefährdet und müssen entsprechend gesichert werden. Noch heute werden einige Produkte aus Zelluloid hergestellt.Tischtennisbällewurden aus Zelluloid gefertigt, bis ab 1. Juli 2014 etwa derDTTBBälle aus weniger brennbarem Plastik verlangte.
• InAceton,Essigsäureethylesterund anderenLösungsmittelngelöst kommtCellulosedinitratals das namensgebendeBindemittelinNitrolackzum Einsatz. Da für die vielfältigen Anwendungsgebiete (z. B.Flexo-oderTiefdruckverfahren,Leder- oder Holzlack) unterschiedlicheViskositätender Nitrolacke erforderlich sind, wird bei Cellulosedinitrat durch Überdruckkochung inAutoklavendie Viskosität abgebaut.
• Cellulosenitrat ist auch Bestandteil vonZaponlackundNagellack.
• Bei einigenKlebstoffenundKittenwirdCollodiumwolleals Bindemittel verwendet.
• Cellulosetrinitrat wird wegen seiner Raucharmut als Hauptbestandteil vonrauchschwachem Schießpulver,TreibladungspulvernundBergbausprengstoffensowie als Komponente inRaketentreibstoffenverwendet. In derPyrotechnikschätzt man die Raucharmut fürFeuerwerkseffektein geschlossenen Räumen. Es wird in vielen Formen in den Handel gebracht, wie zum Beispiel als Pyrowatte, -papier, -schnur, -flocken oder -chips, die sich durch ihr Abbrennverhalten unterscheiden.Pyropapierfindet oftmals für Spezialeffekte im Bereich derZauberkunstVerwendung.
• In derMolekularbiologieundBiochemiewerdenMembranenaus Cellulosenitrat bei verschiedenenBlotverfahrenverwendet. Siehe:Southern Blot,Northern Blot,Western Blot.
• Bestandteil vonSprühpflastern

Brände verursacht durch Zelluloidfilm

Bei folgenden Bränden spielte Film aus Zelluloid eine auslösende oder fördernde Rolle:

• Bazar de la Charité,Paris, 4. Mai 1897: Der Brand ging vom Filmprojektor (Drummondsches LichtmitEtherflamme) aus, 129 Tote.
• Filmlager-Brand in den 20th Century Fox Studios,9. Juli 1937
• Cinémathèque Française,Abbrennen des Filmlagers, in derrue de Courcelles,im Juni 1959, Selbstentzündung an einem heißen Nachmittag.
• Cinémathèque Française, Brand in einem provisorischen Filmlager in Le Pontel, am Stadtrand von Paris, in der Nacht auf den 3. August 1980 – Tausende Filme wurden vernichtet.
• Festung Ehrenbreitstein,Brand in einem Filmmagazin desdeutschen Bundesarchivsam 26. Januar 1988,Selbstentzündung von Nitrofilm durch Ausfall bzw. Fehlfunktion der Klimaanlage

Sicherheitshinweise

Hochnitrierte Schießbaumwolle kann bei Schlag,statischer Entladungund schnellem Erhitzenexplodieren.Sie verbrennt infolge des hohen Sauerstoffgehalts unabhängig von der Luftsauerstoffzufuhr und kann daher nur mit geeigneten Mitteln, vor allem großen Mengen Wasser, gelöscht werden.

Dementsprechend wird auchCollodiumwolleund Produkte, welche zum Großteil aus dieser bestehen, überwiegend in Papier- oder Pappgebinden befördert und gelagert.

Bei der Einstufung zur Gefahrstoffkennzeichnung gemäß RL 67/548/EWG wurde in Anhang 1 bis zum Erscheinen der 31. Anpassung (16. Januar 2009) stofflich unterschieden zwischen den beiden Nitrierungsstufen „enthält bis 12,6 % Stickstoff “(leichtentzündlich) und „enthält mehr als 12,6 % Stickstoff “(explosionsgefährlich). Diese Unterscheidung ist seitdem entfallen; beide Einträge im Stoffkataster wurden zusammengefasst. In Fachkreisen wurde diese Neufassung erheblich kritisiert, zumal dazu keine zwingende Notwendigkeit zu erkennen ist.

Trivia

• ImScience-Fiction-RomanVon der Erde zum Mondvon 1865 vonJules Vernewird das zum Mond fliegende Geschoss (keine Rakete) durch 400.000 Pfund Schießbaumwolle beschleunigt.
• Johann Straußwidmete dem Stoff dieExplosions-Polka(1847).

Literatur

• Jochen Gartz:Vom Griechischen Feuer zum Dynamit – Eine Kulturgeschichte der Explosivstoffe.E.S. Mittler & Sohn, Hamburg-Berlin-Bonn 2007,ISBN 978-3-8132-0867-2.

Weblinks

Wiktionary: Schießbaumwolle– Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen

• Sicherheitsdatenblatt für die Lagerung und Handhabung vonNitrocellulose(PDF; 1600 kB)