니트로셀룰로오스

니트로셀룰로오스(nitrocellulose)

가공되지 않은 셀룰로오스와 같은 섬유구조를 어느 정도 유지하고 있는 솜털같이 하얀 물질이다. 니트로셀룰로오스는 열에 불안정하므로 주의를 기울여 만든 시료라도 약 150℃ 이상으로 잠시만 가열해도 발화한다.

1838년 펄루즈는 목면을 진한 질산에 담그면 폭발성이 생긴다는 사실을 발견했다. 1845년 쇤바인은 목면을 질산과 황산의 혼합액에 담근 후 이를 세척하여 여분의 산을 제거해서 면화약을 만들었다. 1860년경에는 프로이센 군인이었던 슐츠가 니트로셀룰로오스 장약을 사용해 화약을 만들었다.1880년대에 젤라틴화된 니트로셀룰로오스 장약이 이용되었으며, 건조하거나 젖었거나에 관계없이 니트로셀룰로오스가 뇌관에 의해 폭발될 수 있다는 사실이 발견되어 이때부터 이 물질을 고성능 폭약으로 사용하게 되었다.

니트로셀룰로오스는 불안정하며, 분해될 때 생기는 생성물이 다음 단계의 분해에 촉매역할을 한다. 반응을 중지시키지 않으면 폭발이 일어나게 된다. 1868년 프레더릭 아우구스투스 에이블은 당시 유행하던 방법인 니트로화 후 니트로셀룰로오스를 세척하는 방법으로는 산을 충분히 제거하지 못한다는 사실을 밝혔다. 세척공정을 변화시켜 생성물은 개선되었지만 장약의 오발은 없어지지 않았다. 폴 비에유는 니트로셀룰로오스에 특수한 안정화제를 첨가시켜 촉매에 의해 반응성이 커지는 이들 분해생성물을 중화시켰다. 그의 연구결과 안정되고 신뢰할 만한 장약인 무연화약이 처음으로 등장하게 되었다.

면화약은 질소량이 13％ 이상 들어 있는 니트로셀룰로오스로 아세톤에는 녹으나 에테르와 알코올의 혼합액에는 녹지 않는다. 단독으로 혹은 저급 니트로셀룰로오스와 함께 장약으로 사용된다. 한때는 습한 면화약이 고성능 폭약으로 널리 사용되었다. 완전 니트로화가 되지 않은 셀룰로오스는 콜로디온 면, 피록실린, 또는 가용성 니트로셀룰로오스라고 불리는데 그 까닭은 에테르-알코올 용매에 녹기 때문이며, 폭발성은 면화약보다 못하다.

질소량이 12％가 안되는 콜로디온은 래커나 셀룰로이드 플라스틱에 주로 쓰인다. 11.5％정도의 질소를 함유하는 물질은 한때 인조견으로 사용되었으나 비스코스 레이온 같은 다른 물질로 대체되었다. 또한 초산셀룰로오스 플라스틱으로 만들어진 불연성 필름이 유행되기 전까지 사진 필름을 만드는 데 쓰였다.

12％의 질소를 함유한 콜로디온은 장약이나 젤라틴 다이너마이트의 제조에 이용된다. 드미트리 멘델레예프가 발견한 피로셀룰로오스는 에테르-알코올 용매에 녹을 수 있는 한도에서 가장 니토로화율이 높은(12%) 제품의 재료가 된다. 이는 장약의 생산에 널리 사용되고 있다.