硝化纖維素（Nitrocellulose，簡(jiǎn)稱 NC）又稱纖維素硝酸酯[zhǐ]，俗稱火棉和硝化棉，是纖維素與硝酸酯化反應(yīng)的產(chǎn)物，外觀上與硝化前的纖維素?zé)o太大差別，白色或微黃，無味的固態(tài)纖維素材料，耐水、耐弱堿。其分子簡(jiǎn)式可以寫為[C6H7O2(OH)3-x(ONO2)x](n)。 硝化纖維素暴露在空氣中能自燃。遇明火、高熱、氧化劑和大多數(shù)有機(jī)胺會(huì)發(fā)生燃燒或爆炸。該物質(zhì)耐稀酸，但不耐濃酸，還對(duì)堿敏感。硝化纖維素主要有兩方面的用途，在軍用方面一般含氮量高（12.5%～13.6%）俗稱火棉用于制造無煙（按照軍用品實(shí)施管理），另一方面用于民用，一般含氮量低（10.0%～12.5%）俗稱膠棉，應(yīng)用在化妝品、醫(yī)療器械、涂料，賽璐珞等領(lǐng)域。硝化纖維素對(duì)人體有刺激性，但其本身對(duì)人體沒有危害，但是其燃燒會(huì)產(chǎn)生有毒氣體，對(duì)人體有害。
相關(guān)歷史
1833年亨利·布拉孔諾（Henri Braconnot）報(bào)道了“木炸藥”的制備方法，這個(gè)木炸藥就是硝化纖維素的前身。
1845年，一次偶然的機(jī)會(huì)，克里斯提安·舍恩拜因（Christian Friedrich Sch?nbein）在廚房做實(shí)驗(yàn)，打翻了硫酸和硝酸溶液，他用妻子的棉布裙擦拭后放火爐邊，圍裙“噗”一聲，無煙燃燒了，隨后開始對(duì)這現(xiàn)象進(jìn)行研究，用硝酸和糖類制得硝化纖維素，自此“火棉”現(xiàn)世。他還指出該物質(zhì)可作為發(fā)射藥原料被廣泛生產(chǎn)。
1846年德國(guó)奧托（Otto）教授首次發(fā)表了“火棉”類似物質(zhì)的整個(gè)制備過程；同年，霍爾父子（John Hall 和 Son）獲得了硝化纖維素的生產(chǎn)專利權(quán)。
1846年，松拜因（C. schonbein）發(fā)明了第一張半合成膜——硝化纖維素膜。
1847年7月英國(guó)肯特郡法弗舍姆的一家火藥廠，發(fā)生嚴(yán)重爆炸導(dǎo)致近 20 名工人死亡，工廠直接關(guān)閉，使得槍棉生產(chǎn)停止超過 15 年。
1862年，亞歷山大·帕克斯（Alexander Parkes） 制成了人類史上的第一種硝化纖維素塑料，并將其品牌命名為帕克辛。
1865年英國(guó)化學(xué)家埃布爾（Abel）用皮羅棉（硝化纖維素）制作了塊狀爆破藥，指出纖維內(nèi)部保留的殘酸導(dǎo)致其不安定，提出用打漿機(jī)將硝化纖維素磨碎，水洗和煮沸等步驟去酸的建議，重啟了停滯了多年的硝化纖維素生產(chǎn)。
1868年約翰·韋斯利·海厄特（John W. Byatt）以硝化纖維素為原料制成賽璐珞。1883年約瑟夫·斯旺爵士（Sir Joseph Swan）為一種將硝化纖維素?cái)D出成長(zhǎng)絲的工藝申請(qǐng)了專利。
1884年法國(guó)化學(xué)家維埃利（Paul Marie Eugène Vieille）發(fā)明第一種由硝化纖維制成的無煙火藥。1887年俄羅斯正式將皮羅棉制成無煙火藥。1891-1895年左右，俄羅斯化學(xué)家用醇醚混合溶劑制備出高氮量硝化纖維素“皮羅棉"。
1982年斯塔爾漢德雷（Stalhandsre）等在硝化纖維素模糊上，從103個(gè)感染細(xì)胞中提取脫氧核糖核酸。
在20世紀(jì)50年代中國(guó)從俄羅斯引進(jìn)硝化纖維素生產(chǎn)工藝和技術(shù)，中國(guó)國(guó)內(nèi)研究者和專家開始了對(duì)硝化纖維素技術(shù)的革新和改進(jìn)。
應(yīng)用領(lǐng)域
軍事應(yīng)用
氮含量在12.95%-13.35%的硝化纖維素，由于極易爆易燃，常被稱為“槍棉”。硝化纖維素在發(fā)射藥配方里面通常作為能量材料，類型有作為單基推進(jìn)劑，可以和硝酸甘油組成雙基推進(jìn)劑，還可以和硝酸甘油或二硝基乙二醇和硝基胍組成組成三基推進(jìn)劑。上述能量材料的用途可用于民用爆炸物；也可作為彈頭的推進(jìn)劑，水雷和魚雷的爆炸成分，以及無煙火藥的成分。隨著技術(shù)的發(fā)展，為了提高火藥的性能，改性的硝化纖維素也被在軍事上。
醫(yī)療應(yīng)用
由于硝化纖維素與蛋白質(zhì)的高吸附性，硝化硝化纖維素可以制成不同功能的膜用于醫(yī)療。可用于制備成固定蛋白和糖蛋白的分子印跡膜材料。還可應(yīng)用于生物傳感器和芯片，測(cè)試過敏物質(zhì)硝化纖維素試紙，用于酶載體。硝化纖維素液體繃帶還可用于傷口的愈合，增加抗菌效果，對(duì)傷口無害，加速了愈合時(shí)間。
工業(yè)應(yīng)用
涂料
一般氮含量10.5-12.2%的硝化棉用于涂料，硝酸纖維素能幫助溶劑在涂膜中擴(kuò)散，加快溶劑揮發(fā)，所以使硝基涂膜干燥很快，并且硝基涂料還具有流平性佳，附著力好，外觀平整光亮，對(duì)顏料分散性良，這是其他揮發(fā)干燥型的涂料所不及的;應(yīng)用領(lǐng)域有：油漆、清漆、木材、紙張和金屬的清漆。
賽璐珞
硝化纖維素加入塑化劑經(jīng)過塑化后制成賽璐珞，象牙代替品，有色/無色、透明/不同透明得片狀物，富有彈性，可被制作為乒乓球、眼鏡架、玩具、鋼筆桿、建筑裝飾，電影膠片等；但是賽璐珞遇明火，高溫極易燃燒。
其他工業(yè)
油墨中硝化纖維素的起到連接劑的作用。硝化纖維素也可用于制作指甲油。
理化性質(zhì)
物質(zhì)結(jié)構(gòu)
硝化纖維素實(shí)際上是個(gè)化學(xué)結(jié)構(gòu)不均勻的，復(fù)雜且分散性強(qiáng)，由含氮量，聚合度，硝酸酯基分布的硝化物混合物。
在實(shí)際硝化纖維素的生產(chǎn)過程中，全部羥基被完全取代時(shí)，得到的纖維素三硝酸酯（三硝酸纖維素）；取代纖維素兩個(gè)羥基時(shí)，得到二硝酸纖維素；而只有一個(gè)羥基被取代時(shí)，得到一硝酸纖維素；原料來源，成熟度等方面不同，導(dǎo)致硝酸基在纖維素單元上分布不均；且原料的羥基并不能取代而只能取代其中的一部分，導(dǎo)致產(chǎn)物的含氮量不同。硝化纖維這種微觀和宏觀的不均勻分布直接影響著硝化纖維素的溶解、加工以及一系列的使用性。
物理性質(zhì)
硝化纖維素是絨絮狀固體物質(zhì)；在普通光線下，呈白色或微黃色；但是在偏振光下，隨酯化度的增高，硝化纖維素由鐵灰色變?yōu)榱咙S色再變?yōu)榧兯{(lán)色。硝化纖維素的密度在1.58-1.65 g/cm3范圍；軟化點(diǎn)為90 ℃；熔點(diǎn)在160-170 ℃范圍； 20℃條件下的折射率為1.51；硬度在90-110（洛氏）；閃點(diǎn)為12.8 ℃（酒精）；自燃點(diǎn)是170 ℃；無臭；耐水、耐稀酸、耐弱堿和各種油類；溶于丙酮、乙酸乙酯，低級(jí)醇和芳香類化合物。稍耐鏈烴，芳香烴，氯化烴類溶劑。不溶于水，四氯化碳，乙醚，油脂對(duì)其無影響。
硝化纖維素的吸濕性隨著氮含量的增加而減少；摩擦后帶電，帶負(fù)電，可因放電而著火，在丙酮[tóng]溶液中的導(dǎo)電性與其濃度呈正比。
硝化條件的不同，硝化纖維素產(chǎn)品的含氮量有所不同。硝化劑為硝酸，只用硝酸得到的產(chǎn)物最大含氮量是8%，但是用硝酸蒸汽有濃硫酸催化，產(chǎn)品的最大含氮量可達(dá)13.6-13.8%。
化學(xué)性質(zhì)
在生成纖維素硝酸酯的反應(yīng)中，全部羥基被完全取代時(shí)，得到的纖維素三硝酸酯（三硝酸纖維素）；取代纖維素兩個(gè)羥基時(shí)，得到二硝酸纖維素；而只有一個(gè)羥基被取代時(shí)，得到一硝酸纖維素。
與酸的反應(yīng)
耐稀酸：用1%稀強(qiáng)酸高溫長(zhǎng)時(shí)處理硝化纖維素，其氮含量仍然不變；但是溫度超過100℃，其粘性會(huì)降低；高溫酸會(huì)破壞硝化纖維素中的小分子糖類和亞硝酸酯等物質(zhì)。不耐濃酸：在乙酸酐或食用醋酸介質(zhì)中，有強(qiáng)無機(jī)酸存在的情況在，會(huì)生成纖維素乙酸酯，反應(yīng)式見下圖。
與堿的反應(yīng)
硝化纖維素對(duì)堿(氫氧化物，金屬氧化物，弱酸鹽和胺類物質(zhì)等)很敏感，會(huì)引起硝化纖維素的脫銷和分解（其中皂化分解反應(yīng)見圖見下圖）。金屬氫氧化物是破壞性最強(qiáng)的堿類，在有氧的條件下分解生成產(chǎn)物：醛，酮，硝酸鹽，亞硝酸鹽和其他有機(jī)酸等。
與還原劑的反應(yīng)
硝化纖維素具有高氧化性，與還原劑會(huì)發(fā)生脫硝反應(yīng)，由于還伴隨著氧化還原反應(yīng)，得到的纖維素沒有還原為成原料。
光分解與熱分解
硝化纖維素在紫外光照射下會(huì)分解，發(fā)生自由基反應(yīng)，生成一氧化氮，長(zhǎng)時(shí)間照射生成焦油狀物。硝化纖維素在溫度一定程度時(shí)，會(huì)發(fā)生分解，且分解速度隨溫度升高速度越快。
制備方法
硝酸硫酸水硝化體系制備硝化纖維素是被工業(yè)化生產(chǎn)的主要模式。纖維素與硝酸的酯化反應(yīng)是可逆的，生成的水會(huì)稀釋硝酸，降低反應(yīng)速度，促進(jìn)稀硝酸對(duì)纖維素的溶解作用。加入脫水劑，可以保證硝酸的有效濃度，防止稀硝酸對(duì)維生素的溶解，獲得高氮含量的硝酸纖維素。
國(guó)內(nèi)外廣泛采用硫酸作為硝酸酯化纖維素的脫水劑，這是因?yàn)榱蛩嵋椎茫畠r(jià)，對(duì)纖維素有一定的膨潤(rùn)能力，且廢酸回收也不難。硫酸在硝化反應(yīng)中與水生成H2SO4.nH2O水合物，避免了纖維凝膠化，提高了產(chǎn)物的含氮量。但是這個(gè)方法，硫酸與硫酸反應(yīng)可以生成不穩(wěn)定的纖維素硫化物酯副產(chǎn)物，在高溫下極不穩(wěn)定，因此用這個(gè)方法酯化后的產(chǎn)物，需要經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間安定處理時(shí)間，以提高化學(xué)穩(wěn)定性，硫酸對(duì)纖維素有裂解作用，造成酯化產(chǎn)物的粘度降低，甚至破壞纖維形態(tài).
硝化纖維素的生產(chǎn)工藝主要包括纖維素的預(yù)處理及計(jì)量、硝硫混酸配酸生產(chǎn)、纖維素的硝化、后處理等工序。
乙酸酐作為脫水劑常用于實(shí)驗(yàn)室制備硝化纖維素，用以特殊目的的研究用，但是這種方法成本高，在工業(yè)上無法實(shí)現(xiàn)價(jià)值。
安全事宜
毒性閾值
對(duì)哺乳動(dòng)物的毒性
急性毒性：LD50>5000mg/kg（口服-大鼠），LD50>5000mg/kg（口服-小鼠）。
對(duì)水生生物的毒性
當(dāng)硝化纖維素濃度達(dá)到114mg/L時(shí)，新月藻生長(zhǎng)減緩；硝化纖維素可吸附在生物大分子和預(yù)防用的菌苗類病毒上，導(dǎo)致水生的病毒。
相關(guān)法規(guī)
中國(guó)應(yīng)急管理部網(wǎng)站公布了《特別管控危險(xiǎn)化學(xué)品目錄(第一版)》列舉了20類特別管控危險(xiǎn)化學(xué)品中有硝化纖維素(包括屬于易燃固體的硝化纖維素)；按照公告中的管理措施管理。此外，硝化纖維素還被列入《易制爆危險(xiǎn)化學(xué)品名錄》，其生產(chǎn)、儲(chǔ)存、使用和處置需嚴(yán)格遵守《易制爆危險(xiǎn)化學(xué)品治安管理辦法》相關(guān)規(guī)定。
貯存與運(yùn)輸
貯存
濕法貯存：用內(nèi)襯含有塑料袋包裝的容器，裝入適量的濕潤(rùn)劑（水，乙醇或水）；貼上標(biāo)示：易燃固體（含氮量小于12.5%），爆炸品（含氮量大于12.5%）；密封容器；定期攪拌，避免沉淀。使用時(shí)進(jìn)行脫水包裝。
干法貯存：硝化纖維素脫水密封包裝后，送入庫(kù)房貯存，使用時(shí)再?gòu)膸?kù)房運(yùn)出。
庫(kù)房要求：儲(chǔ)存在陰涼通風(fēng)處，倉(cāng)間溫度不宜超過30℃，冬季不低于4℃，濕度不低于80%，采用防爆型照明；防止紫外線照射，遠(yuǎn)離火源，熱源，氧化劑以及有機(jī)胺；忌混存；配置相應(yīng)的防爆型通風(fēng)系統(tǒng)和配置，相應(yīng)的消防器材（其中滅火器用水，霧狀水，泡沫，干粉，二氧化碳滅火器滅火）以及防泄漏應(yīng)急設(shè)備。
運(yùn)輸
按照相關(guān)規(guī)定執(zhí)行。廠內(nèi)運(yùn)輸時(shí)，濕度不低于32%，含氮量小于12.5%，鐵路運(yùn)輸，濕度在28-32%；運(yùn)輸過程中防照射，淋雨，混裝，撞擊和摩擦，冬季時(shí)防凍結(jié)；搬運(yùn)時(shí)輕拿輕放，防止包裝破損；運(yùn)輸工具入庫(kù)，車輛需配置頂棚布。
硝化纖維素的危險(xiǎn)性
干燥的硝化棉久存易變質(zhì)引起自燃；暴露在空氣中可自燃；儲(chǔ)存在濕潤(rùn)劑干燥后也易引起火災(zāi)；硝化棉分解燃燒會(huì)產(chǎn)生一氧化碳，二氧化氮等有毒氣體，吸入易引起中毒。此外，硝化纖維素與氧化劑及大多數(shù)有機(jī)胺接觸會(huì)發(fā)生劇烈反應(yīng)，可能導(dǎo)致燃燒或爆炸。
事例
2022年惠州科技有限公司“7·24”爆炸事故致兩人死亡；
2020年四川廣漢花炮廠燃爆原因：庫(kù)存硝化棉因高溫自燃；
2015年 天津港“8·12”瑞海公司危險(xiǎn)品倉(cāng)庫(kù)特別重大火災(zāi)爆炸事故。
泄露應(yīng)急處理
操作人（經(jīng)過專業(yè)培訓(xùn)，掌握了標(biāo)準(zhǔn)操作規(guī)范）隔離泄漏污染區(qū)，切斷火源，限制出入。佩戴口罩和防護(hù)鏡，不直接接觸泄漏物。小量泄漏時(shí)，視情況用潮濕沙或沙土覆蓋，收集到干凈的密閉容器中，或在安全情況下就地焚燒，大量泄露時(shí)，需要收集回收至廢物處理所處理。
參考資料 >
應(yīng)急管理部工業(yè)和信息化部公安部交通運(yùn)輸部公告(2020年第3號(hào)):特別管控危險(xiǎn)化學(xué)品目錄(第一版).中華人民共和國(guó)應(yīng)急管理部.2023-08-13
突發(fā)!硝化棉自燃爆炸致2人死亡!?.微信公眾平臺(tái).2023-08-13
四川廣漢花炮廠燃爆原因：庫(kù)存硝化棉因高溫自燃.百家號(hào).2023-08-13
天津港“8·12”瑞海公司危險(xiǎn)品倉(cāng)庫(kù)特別重大火災(zāi)爆炸事故調(diào)查報(bào)告公布.中國(guó)政府網(wǎng).2023-08-13