Експрес-метод оцінки хімічної стійкості нітратів целюлози методом термогравіметричного аналізу

Abstract

Нітрати целюлози нині залишаються майже безальтернативною полімерною основою та енергетичним компонентом для великої кількості сучасних піроксилінових та баліститних порохів [1]. Нітрати целюлози, аналогічно до багатьох вибухових речовин нітратів є нестійкими сполуками [1-3], у порівнянні, наприклад, із нітросполуками ароматичного ряду (тринітротолуол, тринітробензол) та схильні до самовільного розкладання під час тривалого зберігання. Це пов’язано із наявністю в них домішок у вигляді залишків нітрувального середовища та продуктів побічних реакцій, що протікають під час нітрування целюлози [2,3] та є каталізаторами їх розкладання. Слід також враховувати низьку термічну стабільність нітроестерних зв’язків C-O-NO2 та їх схильність до самовільного розпаду. До того ж хімічне розкладання нітратів целюлози має подвійну природу – вказану нітроестерну та полімерну, що пов’язана зі старінням їх полімерної основи, яке виражається через зменшення молекулярної маси та зміну молекулярно- масового розподілення полімеру [4,5]. Для визначення хімічної стійкості нітратів целюлози можна використовувати візуальні, візуально-індикаторні, гравіметричні та манометричні методи аналізу. Недоліками візуальних та візуально-індикаторних методів є неможливість відтворення результатів у зв’язку з суб’єктивними факторами та залежністю результату від досвіду виконавця. До них відносяться проба Абеля, В’єля та інші [6]. На адекватність даних одержаних гравіметричними методами значно впливає наявність вологи та летких речовин у зразку. Манометричні методи є найбільш точними, характеризуються відносною простотою, а до того ж є дуже інформативними, дозволяють відслідковувати процес розкладання в реальному часі. Сучасні інструментальні манометричні методи дослідження хімічної стійкості нітратів целюлози базуються на термічному розкладанні в інертному середовищі (вакуум) та в окисному середовищі (повітря). До останніх методів відносяться такі відомі й застосовувані методи як вакуум тест на стабільність [7] та манометричний метод визначення на вимірювально-обчислювальному комплексі «Вулкан» [8]. Недоліком цих методів є потреба у досить рідкісному та дорогому обладнанні, а також довготривалість проведення аналізу. Зважаючи на викладене вище для розробки експрес-методу аналізу було використано метод термогравіметрії. Для цього проводили визначення хімічної стійкості партій нітратів целюлози за втратою маси та порівнювали їх із значеннями хімічної стійкості тих самих зразків за пробою Бергмана-Юнка. Швидкість процесу розкладання залежить від двох факторів: хімічної чистоти нітрату целюлози (вмісту малостійких домішок) та вмісту нітрогену. Отже на втрату маси зразків з приблизно однаковим вмістом нітрогену буде визначати лише кількість малостійких домішок та кислот і таким чином можна порівнювати їх хімічну стійкість.