Lompat ke isi

Nitroselulosa

Dari Wikipedia bahasa Indonesia, ensiklopedia bebas

Nitroselulosa, yang juga disebut dengan berbagai nama seperti selulosa nitrat, kertas kilat, kapas kilat, guncotton, piroksilin, dan benang kilat, adalah zat yang sangat mudah terbakar yang dihasilkan dari nitrasi selulosa menggunakan kombinasi asam nitrat dan asam sulfat. Penggunaan awal yang cukup penting yaitu sebagai guncotton, yang berfungsi sebagai pengganti mesiu dalam senjata api sebagai bahan pendorong (propelan). Selain itu, nitroselulosa juga digunakan sebagai bahan peledak tingkat rendah di pertambangan dan industri lainnya, menggantikan mesiu. Pemanfaatan penting lainnya yaitu dalam bentuk kolodion, di mana senyawa memainkan peran penting sebagai komponen dalam emulsi fotografi awal. Inovasi ini sangat merevolusi bidang fotografi selama tahun 1860-an.

Produksi

Proses mengubah selulosa menjadi nitroselulosa melibatkan kombinasi asam nitrat dan asam sulfat.[1] Kualitas selulosa yang digunakan dalam proses ini sangat penting, karena nitroselulosa kualitas lebih rendah diperoleh ketika masih terdapat hemiselulosa, lignin, pentosan, dan garam mineral. Secara kimiawi, nitroselulosa tidak diklasifikasikan sebagai senyawa nitro, melainkan sebagai ester nitrat. Unit pengulangan glukosa dalam rantai selulosa memiliki tiga gugus hidroksil (OH), yang masing-masing dapat membentuk ester nitrat. Ini berarti bahwa nitroselulosa dapat merujuk pada mononitroselulosa, dinitroselulosa, trinitroselulosa, atau campuran dari bentuk-bentuk ini. Berbeda dengan selulosa induk, nitroselulosa memiliki lebih sedikit gugus OH sehingga tidak membentuk ikatan hidrogen, yang mengakibatkan senyawa larut dalam pelarut organik seperti aseton, etil asetat, metil asetat, dan etil karbonat.[2] Nitroselulosa dinitrat biasanya digunakan dalam pembuatan pernis, sedangkan untuk bahan peledak terutama terdiri dari bentuk trinitrat.[3][4]

Persamaan kimia untuk pembentukan trinitrat adalah

3 HNO 3 + C 6 H 7 (OH) 3 O 2 H2 SO 4 → C 6 H 7 (ONO 2 ) 3 O 2 + 3 H2O

Sekitar 85% selulosa yang digunakan dalam proses tersebut diubah menjadi nitroselulosa, sedangkan sisanya hilang karena oksidasi selulosa secara menyeluruh, yang menghasilkan pembentukan asam oksalat.

Penggunaan

Selulosa nitrat terutama digunakan dalam produksi pernis dan pelapis, bahan peledak, dan seluloid.[5]

Pernis dan pelapis

Dalam hal pernis dan pelapis, nitroselulosa bersifat mudah larut dalam pelarut organik. Ketika pelarut ini menguap, mereka meninggalkan film yang fleksibel, tidak berwarna, dan transparan.[3] Pernis nitroselulosa telah banyak digunakan sebagai pelapis akhir untuk furnitur dan alat musik.[6] Pernis ini dapat digunakan sebagai pelapis bening pada gitar bercorak kayu, memberikan penampilan yang mengkilap dan berkilau. Selain itu, ketika dilarutkan dalam aseton sekitar 25%, nitroselulosa (Guncotton) membentuk pernis yang digunakan pada tahap awal finishing kayu. Pernis ini membantu menciptakan hasil akhir yang tahan lama dan sangat mengkilap.[7] Biasanya, pernis ini diaplikasikan sebagai lapisan pertama, diikuti dengan pengamplasan dan aplikasi lapisan berikutnya yang melekat padanya.

Cat kuku terbuat dari pernis nitroselulosa, karena murah, cepat kering, dan tidak merusak kulit.[8]

Bahan peledak

Penggunaan nitroselulosa dalam aplikasi bahan peledak cukup beragam. Dibandingkan dengan aplikasinya sebagai pelapis, aplikasi propelan biasanya memiliki kandungan nitrat yang lebih tinggi.[5] Nitroselulosa telah digunakan oleh Copenhagen Suborbitals dalam berbagai misi yang berkaitan dengan penerbangan luar angkasa. Bahan ini digunakan untuk membuang komponen roket atau kapsul luar angkasa dan untuk menggunakan sistem pemulihan. Namun, setelah melakukan beberapa misi dan penerbangan, ditemukan bahwa nitroselulosa tidak menunjukkan sifat eksplosif yang diinginkan di lingkungan yang hampir vakum.[9] Contohnya terjadi pada 2014 ketika pendarat komet Philae gagal menggunakan tombak karena tidak berhasil menembakkan 0,3 gram bahan bakar pendorong nitroselulosa selama pendaratan.[10]

Penggunaan laboratorium

Nitroselulosa, dalam bentuk jala yang terdiri dari benang dengan porositas yang berbeda, dapat digunakan dalam prosedur laboratorium untuk menahan partikel dan menangkap sel dalam larutan cair atau gas. Ini juga digunakan untuk mendapatkan filtrat bebas partikel.[11]

Dalam teknik biologi molekuler seperti Southern blots dan Northern blots, membran lengket yang disebut slide nitroselulosa, membran nitroselulosa, atau kertas nitroselulosa digunakan untuk imobilisasi asam nukleat. Demikian pula, dalam Western blots dan mikroskop gaya atom,[12] digunakan untuk imobilisasi protein karena afinitasnya yang tidak spesifik untuk asam amino. Nitroselulosa banyak digunakan sebagai bahan pendukung dalam tes diagnostik yang melibatkan pengikatan antigen-antibodi, seperti tes kehamilan, tes U-albumin, dan tes CRP. Kehadiran glisin dan ion klorida meningkatkan efisiensi transfer protein.

Nitroselulosa juga digunakan dalam tes radon yang mengandalkan etsa jalur alfa. Selain itu, Adolph Noé mengembangkan metode yang menggunakan nitroselulosa untuk mengupas bola batu bara.[13]

Penggunaan lainnya

Pada 1851, Frederick Scott Archer memperkenalkan proses kolodion basah sebagai pengganti putih telur dalam emulsi fotografi awal. Proses ini melibatkan pengikatan halida perak yang peka cahaya ke pelat kaca dengan menggunakan larutan nitroselulosa.[14]

Kertas kilat pesulap adalah lembaran kertas atau kain yang terdiri atas nitroselulosa, yang menyala seketika dengan kilatan cahaya yang terang dan tidak meninggalkan residu.

Nitroselulosa dapat digunakan sebagai media untuk bantalan sekali pakai kriptografi, memastikan pembuangan bantalan yang lengkap, aman, dan efisien.

Untuk membuat piringan hitam unik yang digunakan sebagai master untuk pengepresan atau untuk dimainkan di klub dansa, pernis nitroselulosa dilapiskan pada cakram aluminium atau kaca, diikuti dengan pemotongan alur dengan mesin bubut. Piringan hitam ini biasanya disebut sebagai cakram asetat.

Tingkat esterifikasi nitroselulosa bervariasi, tergantung pada proses pembuatannya. Bola tenis meja, pick gitar, dan film fotografi tertentu memiliki tingkat esterifikasi yang relatif rendah, sehingga menghasilkan pembakaran yang lebih lambat dengan sebagian residu yang hangus.

Pada 1846, ditemukan bahwa selulosa yang diolah dengan nitrat dapat dilarutkan dalam eter dan alkohol. Larutan ini, yang dikenal sebagai collodion, dengan cepat digunakan sebagai pembalut luka.[15][16]

Nitroselulosa digunakan untuk melapisi kartu remi dan untuk mengikat staples di stapler kantor.

Penggunaan dalam sejarah

Karya awal pada nitrasi selulosa

Pada 1832, Henri Braconnot membuat penemuan yang signifikan ketika ia menemukan bahwa asam nitrat, ketika dikombinasikan dengan pati atau serat kayu, dapat menghasilkan bahan peledak yang ringan. Dia menamai bahan ini xyloïdine.[17] Beberapa tahun kemudian, pada 1838, Théophile-Jules Pelouze, seorang ahli kimia Prancis (guru dari Ascanio Sobrero dan Alfred Nobel), memperlakukan kertas dan kardus dengan cara yang sama.[18] Jean-Baptiste Dumas juga mendapatkan bahan serupa, yang ia sebut sebagai nitramidin.[19]

Guncotton

Pada sekitar 1846, Christian Friedrich Schönbein, seorang ahli kimia dari Jerman-Swiss, membuat terobosan signifikan dalam pengembangan nitroselulosa.[20] Ketika bekerja di dapur rumahnya di Basel, dia tidak sengaja menumpahkan campuran asam nitrat (HNO3) dan asam sulfat (H2SO4) di atas meja dapur. Untuk membersihkan tumpahan tersebut, ia menggunakan celemek katun yang ada di dekatnya, yang kemudian ia gantung di pintu kompor untuk dikeringkan. Hal yang mengejutkannya, celemek itu menyala begitu kering. Kejadian ini mendorong Schönbein untuk mengembangkan metode praktis untuk memproduksi nitroselulosa.

Metodenya melibatkan pencelupan satu bagian kapas halus ke dalam campuran asam sulfat dan asam nitrat dengan proporsi yang sama (15 bagian). Setelah dua menit, kapas dikeluarkan dan dibilas dengan air dingin untuk mengatur tingkat esterifikasi dan menghilangkan asam yang tersisa. Kapas kemudian dikeringkan secara perlahan pada suhu di bawah 40°C. Formulasi Schönbein menjadi banyak digunakan dan ia berkolaborasi dengan Rudolf Christian Böttger, seorang profesor dari Frankfurt yang secara terpisah menemukan proses yang sama pada tahun yang sama.

John Hall & Son memperoleh hak paten untuk produksi guncotton pada 1846 dan mendirikan pabrik khusus di Marsh Works di Faversham, Kent, pada 1847. Namun, pada saat itu, proses pembuatannya belum dipahami dengan baik, dan tindakan pencegahan keselamatan yang diterapkan masih sangat minim. Tragisnya, pada Juli 1847, sebuah ledakan besar terjadi di pabrik tersebut, merenggut nyawa sekitar 20 orang pekerja. Sebagai akibat dari insiden ini, pabrik segera ditutup. Produksi guncotton terhenti selama lebih dari 15 tahun sampai dapat dikembangkan prosedur manufaktur yang lebih aman.[21]

Frederick Augustus Abel, seorang ahli kimia Inggris, mengembangkan proses manufaktur pertama yang aman untuk guncotton, yang dipatenkan pada 1865. Dia membuat beberapa modifikasi utama pada proses tersebut. Waktu pencucian dan pengeringan nitroselulosa diperpanjang secara signifikan hingga 48 jam, dan prosesnya diulang delapan kali. Komposisi campuran asam juga diubah dengan rasio antara asam sulfat dengan asam nitrat (2 bagian : 1 bagian). Dengan menyesuaikan konsentrasi asam dan mengontrol suhu reaksi, proses nitrasi dapat dilakukan secara efektif. Nitroselulosa tetap larut dalam campuran etanol dan eter sampai konsentrasi nitrogen melebihi 12%. Ketika nitroselulosa dalam bentuk larutan, kadang-kadang disebut sebagai collodion.

Guncotton dengan kandungan nitrogen melebihi 13%, yang juga dikenal sebagai nitroselulosa yang tidak larut, diproduksi dengan cara memaparkannya pada paparan yang terlalu lama pada asam yang panas dan pekat. Jenis guncotton khusus ini terutama digunakan sebagai bahan peledak peledakan atau untuk hulu ledak senjata bawah air seperti ranjau laut dan torpedo. Pabrik mesiu Kerajaan Waltham Abbey berhasil membuat proses produksi yang aman dan berkelanjutan untuk guncotton pada 1860-an, yang mengarah pada pengadopsiannya secara luas sebagai bahan peledak utama untuk hulu ledak militer. Namun, potensinya membuatnya tidak cocok untuk digunakan sebagai propelan. Untuk mengatasi keterbatasan ini, campuran kolodion yang lebih stabil dan lebih lambat terbakar dikembangkan dengan menggunakan asam yang lebih pekat dan suhu yang lebih rendah. Formulasi yang dimodifikasi ini berfungsi sebagai bubuk tanpa asap untuk senjata api. Bubuk tanpa asap praktis pertama yang terbuat dari nitroselulosa, yang dirancang untuk senjata api dan amunisi artileri, ditemukan oleh ahli kimia Prancis Paul Vieille pada 1884.

Jules Verne mengungkapkan pandangan positif tentang kemajuan guncotton dan membuat referensi tentang hal itu dalam novelnya. Dia menggambarkan karakternya menggunakan senjata api yang memanfaatkan bahan peledak ini, menunjukkan kehadirannya dalam petualangan mereka. Dalam karyanya "From the Earth to the Moon", Verne menggambarkan guncotton digunakan untuk mendorong proyektil ke luar angkasa.

Karena penampilannya yang ringan dan pucat, produk yang terbuat dari nitroselulosa umumnya dikenal sebagai kapas, seperti kapas pernis, kapas seluloid, dan kapas pistol.

Pada awalnya, guncotton diproduksi dengan menggunakan kapas sebagai sumber selulosa, tetapi metode modern menggunakan selulosa yang diproses secara ekstensif yang berasal dari bubur kayu. Meskipun guncotton memiliki risiko penyimpanan, bahaya ini dapat dikurangi dengan menjaganya agar tetap lembap dengan berbagai cairan, termasuk alkohol. Oleh karena itu, catatan sejarah dari awal abad ke-20 sering menyebut "guncotton basah" ketika membahas penggunaannya.

Karena daya ledaknya yang tinggi, guncotton sangat cocok untuk tujuan peledakan. Sebagai propelan untuk proyektil, guncotton menghasilkan sekitar enam kali lipat jumlah gas dibandingkan dengan volume bubuk hitam yang setara, sekaligus menghasilkan lebih sedikit asap dan menghasilkan lebih sedikit panas.

Selama Perang Saudara Amerika, peluru artileri yang diisi dengan guncotton digunakan secara luas, menandai konflik tersebut sebagai "perang modern pertama" yang sebagian disebabkan oleh penggunaannya. Ketika dikombinasikan dengan artileri yang diisi dengan peluru sungsang, peluru berdaya ledak tinggi ini berpotensi menimbulkan kerusakan yang lebih parah dibandingkan dengan peluru meriam padat tradisional yang digunakan pada peperangan sebelumnya.

Selama Perang Dunia I, pihak berwenang Inggris pada awalnya lambat dalam menerapkan granat, sehingga para prajurit di garis depan melakukan improvisasi. Mereka akan mengisi kaleng ransum dengan guncotton, potongan-potongan, dan sekering sederhana sebagai solusi alternatif.

Penyelidikan selanjutnya menyoroti pentingnya mencuci kapas yang telah diasamkan. Nitroselulosa yang tidak dicuci, juga dikenal sebagai piroselulosa, memiliki potensi untuk terbakar secara spontan dan meledak pada suhu kamar karena akumulasi asam yang tidak bereaksi yang disebabkan oleh penguapan air.

Film

Pranala luar

Wikimedia Commons memiliki media mengenai Nitrocellulose.
Wikisumber memiliki naskah asli yang berkaitan dengan artikel ini:

Referensi

  1. ^ "How to make flash paper and flash cotton from household products". vadcpa.com/Val/Projects.php (dalam bahasa Inggris). Diakses tanggal 2022-01-11. 
  2. ^ Williams, Marc A. (2015). Wildlife toxicity assessments for chemicals of military concern. Amsterdam: Elsevier. ISBN 978-0-12-800020-5. 
  3. ^ a b Wiley‐VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, ed. (2000-06-15). Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry (dalam bahasa Inggris) (edisi ke-1). Wiley. doi:10.1002/14356007.a05_419.pub2. ISBN 978-3-527-30385-4. 
  4. ^ Urbanski, Tadeusz (1965). Chemistry and Technology of Explosives. 1. Oxford: Pergamon Press. hlm. 20–21. 
  5. ^ a b Saunders, C. W.; Taylor, L. T. (1990-09). "A review of the synthesis, chemistry and analysis of nitrocellulose". Journal of Energetic Materials (dalam bahasa Inggris). 8 (3): 149–203. doi:10.1080/07370659008012572. ISSN 0737-0652. 
  6. ^ "What is "stand damage"?". Diarsipkan dari versi asli tanggal 2008-03-30. Diakses tanggal 2008-01-15. 
  7. ^ "Nitrocellulose". Dow Chemical. Diarsipkan dari versi asli tanggal 2017-07-22. Diakses tanggal 2014-01-19. 
  8. ^ Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, Weinheim: Wiley-VCH, 2005, doi:10.1002/14356007.a24_219 
  9. ^ Bengtson, Kristian von (2013-10-21). "In Space No One Can Hear your Nitrocellulose Explode". Wired. 
  10. ^ Djursing, Thomas (13 November 2014). "ESA skrev til danske raketbyggere om eksplosiv-problem på Philae" [ESA wrote to Danish rocket builders about explosive problem on Philae]. Ingeniøren (dalam bahasa Dansk). Diakses tanggal 13 November 2014. 
  11. ^ "Sartorius Membrane filters". 
  12. ^ Kreplak, L.; et al. (2007). "Atomic Force Microscopy of Mammalian Urothelial Surface". Journal of Molecular Biology. 374 (2): 365–373. doi:10.1016/j.jmb.2007.09.040. PMC 2096708 alt=Dapat diakses gratis. PMID 17936789. 
  13. ^ Kraus, E. J. (September 1939). "Adolf Carl Noe". Botanical Gazette. 101 (1): 231. Bibcode:1939Sci....89..379C. doi:10.1086/334861. JSTOR 2472034. 
  14. ^ Leggat, R. "The Collodion Process". A History of Photography. 
  15. ^ Schönbein, C. F. (1849). "On ether glue or liquor constringens; and its uses in surgery". The Lancet. 1 (1333): 289–290. doi:10.1016/s0140-6736(02)66777-7. 
  16. ^ Maynard, John Parker (1848). "Discovery and application of the new liquid adhesive plaster". The Boston Medical and Surgical Journal. 38 (9): 178–183. doi:10.1056/nejm184803290380903. 
  17. ^ Braconnot, Henri (1833). "De la transformation de plusieurs substances végétales en un principe nouveau" [On the transformation of several vegetable substances into a new substance]. Annales de Chimie et de Physique. 52: 290–294. On page 293, Braconnot names nitrocellulose xyloïdine 
  18. ^ Pelouze, Théophile-Jules (1838). "Sur les produits de l'action de l'acide nitrique concentré sur l'amidon et le ligneux" [On the products of the action of concentrated nitric acid on starch and wood]. Comptes Rendus. 7: 713–715. 
  19. ^ Dumas, Jean-Baptiste (1843). Traité de Chimie Appliquée aux Arts. 6. Paris: Bechet Jeune. hlm. 90. Il y a quelques années, M. Braconnot reconnut que l'acide nitrique concentré, convertit l'amidon, le ligneux, la cellulose, et quelques autres substances en un matière qu'il nomma xyloïdine, et que j'appellerai nitramidine. [Some years ago, Mr. Braconnot recognized that concentrated nitric acid converted starch, wood, cellulose, and some other substances into a material that he called xyloïdine, and that I will call nitramidine.] 
  20. ^ Schönbein first communicated his discovery to the Naturforschende Gesellschaft of Basel, Switzerland on March 11, 1846:
  21. ^ Ponting, Clive (2011). Gunpowder: An Explosive History – from the Alchemists of China to the Battlefields of Europe. Random House. ISBN 9781448128112. 
Diperoleh dari "https://wiki-indonesia.club/w/index.php?title=Nitroselulosa&oldid=23542536"