nitrocellulose

Nitrocellulose i form av skytebomull er basismaterialet for røyksvake krutt i ammunisjon til håndskytevåpen og artilleri. Gjennom denne bruken er nitrocellulose en av de aller viktigste energetiske råmaterialer (eksplosivstoffer) nødvendig i en krigssituasjon. Tilgang på store mengder nitrocellulose er derfor helt avgjørende for all moderne krigføring.

Innen ammunisjonskrutt skiller man gjerne mellom krutt der nitrocellulose alene utgjør det aktive (energetiske) innholdsstoffet, såkalt nitrocellulosekrutt (single-base powder), og krutt der nitrocellulose inngår i denne rollen i kombinasjon med nitroglyserin (double-base powder). Blant sistnevnte skiller man historisk gjerne mellom ballistitt og korditt.

Det er noe forskjell i nitrogeninnholdet i nitrocellulosen som inngår i de ulike typene ammunisjonskrutt. Nitrocellulosekrutt inneholder vanligvis materiale med høyt nitrogeninnhold, rundt 13,2 prosent, altså skytebomull. Ballistitt inneholder på sin side gjerne bedre løselig nitrocellulose, materiale som ligner mer på kollodiumull og som vanligvis inneholder rundt 12,2 prosent nitrogen.

Også for drivmidler brukt i rakettvåpen og missiler med fast drivstoff (se faststoffmotor), kan nitrocellulose være en sentral komponent. Dette kan være spesielt viktig for de systemene hvor lite røykdannelse (eksos med lite røyk) er viktig, slik som for laserstyrte missiler. For denne type krutt brukes gjerne nitrocellulose i kombinasjon med nitroglyserin til å gi et plastisk krutt (ballistittkrutt) som kan presses til ønsket form.

I tillegg til ballistittkrutt kan nitrocellulose også inngå i faste rakettdrivstoffer som inneholder krystallinske faststoffer som ammoniumperklorat, RDX (heksogen) eller HMX (oktogen). Slike krutt er kjent som komposittkrutt. Her er partiklene av de krystallinske faststoffene fordelt i et elastisk bindemiddelsystem der nitrocellulosen inngår sammen med syntetiske polymerer som polyestere eller polyetere.

Kollodiumull brukes som bindemiddel for nitroglyserin og/eller nitroglykol i såkalt sprenggelatin. Dette er basismaterialet for fremstilling av de fleste typer dynamitt brukt til sivile sprengningsarbeider.

I kombinasjon med kamfer (som fungerer som mykningsmiddel), brukes nitrocellulose med 10,5–11,5 prosent nitrogen til fremstilling av celluloid. Dette var en av de første (delvis syntetiske) plastmaterialene som ble utviklet. Spesielt kjent er bruken av celluloid i biljardkuler og bordtennisballer, men det ble også brukt til mye annet. Celluloid ble med tiden erstattet av mer stabile og mindre brannfarlige materialer.

Nitrocellulose med 10,5–12,2 prosent nitrogen brukes i celluloselakker. Det er nitrogeninnholdet i slik «lakk-NC» som avgjør hvilke løsemidler som kan brukes i lakken. Celluloselakker har blant annet blitt brukt i møbellakk, instrumentlakk, billakk og neglelakk.

Nitrocellulose med moderat nitrogeninnhold var også en gang i tiden utgangsstoffet for fremstilling av chardonnetsilke (kollodiumsilke). Dette var den aller første type rayon, altså kunstfiber fremstilt av cellulose, og ble utviklet i 1880-årene. Sammen med tilsetninger av planteoljer og pigmenter har kollodiumull blitt brukt til fremstilling av kunstlær, blant annet til trekk for bilseter. Kollodiumull har også vært brukt i fotografisk film og lim.

En oppløsning av kollodiumull i en blanding av alkohol og eter kalles kollodium og benyttes medisinsk til beskyttelse av sår. Den viskøse oppløsningen kan pensles på sår, og etter fordampning av løsemidlene etterlates en tynn, elastisk hinne av nitrocellulose. Kollodium brukes også som bærer for salisylsyre til bruk på huden for å fjerne vorter (vortemiddel).

Den franske kjemikeren og farmasøyten Henri Braconnot (1780–1855) oppdaget i 1833 at stivelse fra poteter dannet et brannfarlig materiale når det ble løst opp i konsentrert salpetersyre og felt ut igjen gjennom tilsetning av vann. Braconnot kalte stoffet for xyloïdine, fordi han syntes det minnet om lignin, et stoff i trevirke (xylon er det greske ordet for tre).

Braconnot hadde laget nitrostivelse, estere av stivelse og salpetersyre. Han studerte også salpetersyrens virkning på plantestoffer som sagflis, bomull og lin. Dette gav nitrocellulose, men Braconnot greide ikke å skille disse materialene fra hverandre, eller fra nitrostivelse. Han kalte dem alle for xyloïdine.

I 1838 studerte den franske kjemikeren Théophile-Jules Pelouze (1807–1867) virkningen av salpetersyre på papir, lin og bomull, i tillegg til stivelse. De brannfarlige produktene som oppstod, antok Pelouze var det samme som det xyloïdine Braconnot hadde beskrevet. Senere, i 1846, forstod Pelouze at materialet fremstilt fra papir og bomull (nitrocellulose) var forskjellig fra det fra stivelse (nitrostivelse), og han kalte det første da for pyroxyle.

I mai 1846 annonserte den tysk-sveitsiske kjemikeren Christian Friedrich Schönbein (1799–1868) oppdagelsen av det han kalte for skytebomull (Schießbaumwolle). Eksperimentene hans hadde vært utført i løpet av desember 1845 og de første månedene av 1846. I mai–juli 1846 eksperimenterte han med bruk av skytebomull i håndskytevåpen og kanoner.

Sommeren 1846 hadde også den tyske kjemiprofessoren Rudolf Christian Böttger (1806–1881) lyktes i å fremstille skytebomull ved hjelp av samme metode. Begge hadde behandlet bomull med en blanding av salpetersyre og svovelsyre. Det er kombinasjonen av disse to syrene som på en økonomisk måte gir nitrocellulose med særlig høyt nitrogeninnhold.

Schönbein og Böttger hemmeligholdt metoden og inngikk et samarbeid. En tredje kjemiker, Friedrich Julius Otto (1809–1870), lyktes imidlertid også med fremstilling av skytebomull høsten 1846. Han publiserte sin fremstillingsmetode, som riktignok kun brukte seg av salpetersyre, i en avisartikkel tidlig i oktober 1846.

Fremstillingsmetoden for skytebomull ble patentert av Schönbein i oktober 1846. Den ble da også mer allment kjent. Skytebomull var flere ganger sterkere enn krutt, og interessen for materialet var stor. En rekke uhell førte imidlertid til at interessen snart skulle avta.

Høsten 1846 etablerte Schönbein en fabrikk for skytebomull ved Faversham, England, i samarbeid med firmaet Messrs. John Hall & Son. Etter mindre enn et år i drift ble fabrikken ødelagt av en voldsom eksplosjon, en ulykke 14. juli 1847 som tok livet av 21 mennesker.

Lignede ulykker som den i Faversham rammet også snart Frankrike, først i en fabrikk i Le Bouchet (17. juli 1848) og deretter i et lagerlokale i Vincennes (2. august 1848). Alle disse ulykkene hadde sin årsak i selvantennelse av dårlig stabilisert og syreholdig skytebomull under lagring. Både i England og Frankrike ble all produksjon av skytebomull stanset.

I Østerrike ble eksperimenteringen med skytebomull videreført av offiseren Wilhelm Lenk von Wolfsberg (1809–1894). Han lyktes delvis i å stabilisere skytebomull gjennom grundig vask, og produksjon av materialet ble etablert fra 1853 ved byen Hirtenberg. En kraftig eksplosjon rammet imidlertid anlegget 30. juli 1862. Myndighetene la ned forbud mot slik produksjon etter en ny ulykke i 1865.

Samtidig med at Alfred Nobel revolusjonerte bruken av nitroglyserin i dynamitt midt på 1860-tallet, lyktes det den engelske kjemikeren Frederick Augustus Abel (1827–1902) å fremstille stabilisert nitrocellulose gjennom langvarig koking av materialet, etterfulgt av nedmaling av nitrocellulosen (for å bryte ned den fibrøse strukturen og frigjøre urenheter).

Ved å bruke samme type sprenghette på skytebomull som Nobel hadde utviklet for dynamitten, fant Abel i 1868 at skytebomull kunne detoneres på samme måte. I 1873 fant han deretter at skytebomull med 25 prosent vann, som er relativt trygt under lagring og bruk, også kunne detoneres ved å bruke en forsterkerladning av tørr skytebomull (i tillegg til sprenghetten). Med dette ble fuktig skytebomull det første militære høyeksplosiv.

Fuktet skytebomull ble fra rundt midten av 1880-tallet for det meste erstattet av pikrinsyre som militært sprengstoff, senere også av TNT. I løpet av samme tiår ble imidlertid nitrocellulose introdusert som grunnsubstansen i tre nye typer med røyksvakt krutt: nitrocellulosekrutt, ballistitt og korditt.