ニトロセルロース

ニトロセルロースの部分構造

綿状のニトロセルロース
識別情報
CAS登録番号9004-70-0
特性
化学式(C6H9(NO2)O5)n
(C6H8(NO2)2O5)n
(C6H7(NO2)3O5)n
外観白色または淡黄色の綿状物質
融点

160 to 170 °C
危険性
NFPA 704323
引火点4.4 °C
半数致死量 LD5010 mg/kg
特記なき場合、データは常温 (25 °C)・常圧 (100 kPa) におけるものである。

ニトロセルロース（nitrocellulose）は、硝酸繊維素、硝化綿ともいい、セルロースを硝酸と硫酸との混酸で処理して得られるセルロースの硝酸エステルである。白色または淡黄色の綿状物質で、着火すると激しく燃焼する。
概要

セルロースを構成するグルコース1単位分子あたり3か所で硝酸エステル化することが可能だが、さまざまな程度に硝化されたものが得られ、窒素の含有量で区別する。綿状であるため、日本では窒素量が13%以上のものを強綿薬、10%未満のものを脆綿薬、その中間を弱綿薬と称する。

ニトロセルロースはフィルム強度が高く溶媒の速乾性に優れており、また、可塑剤、樹脂、顔料などの添加で改質することができる。樟脳と混合してつくられたセルロイドは世界最初の熱可塑性合成樹脂である。フィルムやセルロイドは広範に使用されたが、可燃性と経時劣化が指摘されたため、現在ではこれらの用途にはより難燃性の合成樹脂が使用されるようになった。
用途

主な用途はラッカー塗料や火薬、接着剤（ニトロセルロース系接着剤）[1]である。かつてはロケットエンジンの推進剤などにも使用された。手品で紙を一瞬で燃やす場合、紙状や綿状のニトロセルロースを使用する。紙状の物はフラッシュペーパー、綿状の物はフラッシュコットンと呼ばれる。燃やしても灰が出ない特性を活かしている。
火薬

ニトロセルロースを主成分として各種の添加剤を加えて造粒した火薬は黒色火薬に替わる小火器、火砲の発射薬として使用されている。発射にあたって大量の白煙を上げる黒色火薬に比して無煙火薬と呼ばれる。また開発者の一人であるフレデリック・エイベルによる「コルダイト」の名称でも知られる。このうち主にニトロセルロースのみを使用した火薬をシングルベース火薬と呼ぶ。現在のほとんどの拳銃やアサルトライフルが弾薬としてシングルベース火薬を使用している。燃焼の調整を目的としてニトロセルロースにニトログリセリンを加えたものをダブルベース火薬、さらにニトログアニジンを加えた物をトリプルベース火薬と呼ぶ。こちらは主に大口径火砲の装薬として使用されている。
ナイトレートフィルム

1887年5月2日にハンニバル・グッドウィンが、ニトロセルロースを使用した映像用フィルムの製造方法の特許を申請後[2]、ナイトレートフィルムと呼ばれる映像用フィルムに使用されていた。しかし、このフィルムは自然発火し、度重なる火災、多くの犠牲者、歴史的な映画フィルムの焼失が幾度も発生した（例：1937年フォックス保管庫火災など）。そのためX線写真用フィルムは1930年代から、映画用フィルムは1948年から安全フィルムに置き換わった。ナイトレートフィルムを上映するには防火設備などが求められるため、上映できる劇場はジョージ・イーストマン博物館（英語版）など数少ない[3]。
歴史

1832年 - フランスのアンリ・ブラコノーが澱粉や綿などを濃硝酸に入れて暖めて溶解させ、水洗いすると強燃性の白い粉末が出来ることを発見し、これをキシロイジンと命名した。

1838年 - フランスのテオフィル＝ジュール・ペルーズが木綿、亜麻、紙などを濃硝酸で処理して可燃物質を作り、これをパイロキシリンと呼んだ。

1845年 - スイスでクリスチアン・シェーンバインが硝酸と硫酸の混酸で木綿を処理して高硝化度のニトロセルロースを作り、火薬としての応用法を発見した。

1886年 - 最初の実用火薬としてポール・ヴィエイユがB火薬として実用化する。

1889年 - より安定したコルダイトがフレデリック・エイベルとジェイムズ・デュワーによって発明される

製造法

工業的にはセルロースを硝酸と硫酸の混酸で硝化する方法で製造される。 3 HNO 3 + C 6 H 10 O 5 → H 2 S O 4 C 6 H 7 ( NO 2 ) 3 O 5 + 3 H 2 O {\displaystyle {\ce {{3HNO3}+ C6H10O5 ->[H_2SO_4] {C6H7(NO2)3O5}+ 3 H2O}}}