赛璐珞

商业上最早生产的合成塑料

赛璐珞(Celluloid Nitrate),又称 硝酸 纤维塑料、 化学 板、 硝化纤维素 ,是由胶棉(低氮含量的硝酸纤维素)和增塑剂(主要是 樟脑 )、润滑剂、 染料 等经捏合、压滤、压延、压榨、刨片、干燥、上光压片、检验等步骤捏和而成的塑料。

赛璐珞的生产历史可追溯至19世纪50年代。 1869年,J.W.海厄特(J.W. Hyatt)研制出新型材料赛璐珞用于取代天然象牙。 1870年,海厄特兄弟建立 奥尔巴尼 (Albany)牙托公司生产赛璐珞假牙托,并于次年将赛璐珞注册为商标,建立赛璐珞制造公司。 18世纪末和19世纪初,赛璐珞可用于制造梳子、薄膜玩具、汽车挡风、钢琴键及照相胶卷等消费品。 19世纪40年代, 上海市 赛璐珞厂开始投产。 之后,由于易燃、成本高,赛璐珞已为其他塑料逐渐取代。

赛璐珞为有色及无色透明或不透明的片状物,分子结构式为[C 6 H 7 O 2 (ONO 2 ) X (OH) 3-X ] n ,一般n=3500~10000,相对分子质量约为60万~150万。 赛璐珞质坚而韧,色鲜艳,易加工,着色性好,尺寸稳定性好,有较高的机械强度,吸水性低,对水和一般稀酸溶液稳定。缺点是易燃,在光热作用下会褪色,甚至发脆。 赛璐珞可运用于动画、运动、军事、生活和文创等领域。

简史

背景

18世纪,象牙的需求量不断增加,当时为了获取象牙,每年要杀死2万头以上的 大象 ,价值高达200万 英镑 。当时, 英国 的D.史毕尔(Daniel Spill)和A.帕克斯(Alexander Parkes)及 美国 的J.W.海厄特(J.W. Hyatt)与I.S.海厄特(I.S. Hyatt)兄弟试图通过研究发明代用物质以解决象牙稀缺的问题,因而导致假象牙——赛璐珞的出现。

发展

19世纪前期, 硝酸 、 浓硫酸 与天然的有机材料发生酯化反应生成的 硝化纤维素 由于其快速燃烧的特点而被应用于军事领域。 赛璐珞的生产历史可追溯至19世纪50年代。作为一种理想的象牙替代材料,赛璐珞常用于制作刀把、玩具娃娃等,也可以用它仿贝壳和螺钿。

1869年,J.W.海厄特(J.W. Hyatt,1837-1920)将硝化纤维素溶解于 乙醇 中,并加入 樟脑 作为塑化剂,施加压力在模具中成形,可以制作成台球。这种材料被命名为“赛璐珞”,可以用来取代象牙等天然材料。 他研制的第一个合成塑料是一种坚韧材料,具有很大的抗张强度,耐水、耐油、耐酸,能够低成本地生产各种颜色的产品,为现代塑料工业的发展开拓了道路。海厄特兄弟通过橡胶托拉斯的牙科专业取得赛璐珞产品的成效,于1870年建立 奥尔巴尼 (Albany)牙托公司生产赛璐珞 义齿 托。成功以后在1871年注册商标,命名为赛璐珞,并在美国奥尔巴尼建立了赛璐珞制造公司。1872年,他们把公司设备迁移到 新泽西州 的 纽瓦克 (Newark)。

18世纪末和19世纪初,赛璐珞有很多方面的应用,如制造梳子、牙刷、衣领、薄膜玩具、汽车挡风、钢琴键及照相胶卷等消费品。 19世纪40年代, 上海市 赛璐珞厂开始投产。 尽管赛璐珞因其易燃烧的缺陷在许多方面已被新的 合成高分子 材料所取代,但截至1995年,在欧洲、 苏联 、 美国 、 日本 等国家中,赛璐珞仍继续生产和广泛应用。

性能

性状

赛璐珞为有色及无色透明或不透明的片状物,相对密度为1.35~1.60;质软,富有弹性;加热至80~90℃软化;能溶于 乙醇 、 丙酮 和各种 脂类 ,易燃,自燃点为180℃,在受潮、闷热情况下容易变质发霉而降低自燃点,一经着火其燃烧速度极快,不易扑灭;耐稀酸、 弱碱 ;高光泽,易着色,易加工成型。 燃烧时,发出明亮火焰和 红棕色 气体,伴有 樟脑 味,其燃烧产物包括炭、 一氧化碳 、 二氧化碳 、 一氧化氮 、水以及若干较长链中间产物。

赛璐珞质坚而韧,色鲜艳,易加工,着色性好,尺寸稳定性好,有较高的机械强度,吸水性低,对水和一般稀酸溶液稳定。缺点是易燃,在光热作用下会褪色,甚至发脆。

物质结构

赛璐珞的分子结构式为[C 6 H 7 O 2 (ONO 2 ) X (OH) 3-X ] n ,一般n=3500~10000,相对分子质量约为60万~150万。

性能参数

赛璐珞的规格主要有外形、厚薄度、挥发失重、刀路、弯曲抗力、 沙眼 、气泡、杂质、污点等项目。赛璐珞品种较多,下列标准供参考:

参考资料:

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生产工艺

原材料

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工艺流程

将含水 硝化纤维素 用 乙醇 脱水后,与增塑剂( 樟脑 )、 溶剂 (酒精或 丙醇 )、 染料 (或颜料)和 增白剂 等在捏合机中搅拌制成均匀混合胶体;然后在压滤机中过滤,除去杂质;再经压延成粗片,最后压块、刨片、干燥等工序直接压成块件。块件可切剥成薄片,或把块件、挤出棒材和管件切成小的片段,最后模压成最终制品。 赛璐珞以硝化棉为主体原料,投入溶剂、增塑剂、颜料以及填料等捏和而得,其工艺流程如下图所示:

将 纤维素 用 硝酸 及 硫酸 组成的混合酸硝化后,再经除酸、预洗、煮沸、洗净、脱水、用醇除水,就得到含醇的赛璐珞,其反应式如下:C 6 H 7 O 2 (OH) 3 + xHONO 2 →C 6 H 7 O 2 (OH) 3-x (ONO 2 ) x + xH 2 O

应用领域

赛璐珞可用作制乒乓球、眼镜架、玩具、钢笔杆、装潢品、日常生活用品、伞柄、胶片等。 由于其易燃、成本高,赛璐珞已为其他塑料逐渐取代。

动画领域

1914年,美国人埃尔·赫德将赛璐珞运用至动画制作。用赛璐珞制作的胶片受到广泛使用后,动画的工艺得以简化。赛璐珞的用法从 美国 传入 日本 后,被发扬光大,在很长一个时期里几乎成为手绘动画的代名词,大量的日本经典动画如《 灌篮高手 》《 天空之城 》《 半妖的夜叉姬 》《 樱桃小丸子 》《哆啦A梦》等都采用了这种方式,以至于赛璐珞和“日系”“二次元画风”紧密联合在一起,甚至这种“分层”的绘画方式、鲜明的绘画特色也被许多漫画家继承下来,衍生为“赛璐珞风格”。

1926年, 万氏兄弟 拍摄并制作出了一部由真人和动画结合的无声黑白 短片 ——《 大闹画室 》。制作过程中,万氏兄弟参考美国动画制作中所使用到的赛璐珞胶片,将固定静止的背景画在纸上,把运动的物体画在赛璐珞胶片上,拖动胶片,做出角色在背景上运动的效果。《大闹画室》的摄制成功,揭开了中国动画的帷幕,也开启了以赛璐珞动画技术的中国之旅。

运动领域

20世纪初, 美国 开始成套地生产乒乓球的比赛器材。当时,赛璐珞作为乒乓球用材登上历史舞台。此后一百多年内,赛璐珞在乒乓球生产中一直是不可替代的原材料,但在生产过程中,这一材料极具危险性。因此,生产乒乓器材的企业试图通过研发新材料替换赛璐珞。2016年6月30日以前,赛璐珞和“新材料”两种乒乓球可以在市场上同时合法销售。2016年7月1日开始,赛璐珞球全面退出历史舞台。

军事领域

19世纪前期, 硝酸 、 浓硫酸 与天然的有机材料发生酯化反应生成的 硝化纤维素 (即赛璐珞)由于其快速燃烧的特点而被应用于军事领域。 赛璐珞可用于制造 发射药 、可燃药筒原料、药柱包裹层原料。

安全事宜

赛璐珞属二级易燃固体,危规编号72031。应储于干燥、阴凉的库房中,宜间接通风,库温不宜超过30℃。隔绝热源,禁止与明火接触。不可与 氧化剂 、酸、碱等共贮混运。并注意防止发霉变质。储存一年以上,要在每年春秋季节阴凉时开箱检查,进行散热通风,擦去霉点,剪去严重霉变部位,防止蔓延。如有发泡的、疮斑的变质赛璐珞必须剪去,防止自燃。失火时可用水、二氧化碳灭火器或石棉毯扑灭。

相关标准

参考资料

  1. “赛璐珞”是什么?这场动漫原画特展为你揭晓答案 成都商报红星新闻 2024-09-23
  2. 工业用硝化纤维素测试方法 全国标准信息公共服务平台 2024-09-25
  3. 硝化纤维素混合物的稳定性测试方法 全国标准信息公共服务平台 2024-09-25
  4. 硝化纤维素类物质危险特性分类方法 全国标准信息公共服务平台 2024-09-25
  5. Storing and Handling Cellulose Nitrate Film With NFPA 40, 2019 Edition ANSI 2024-09-25
  6. NFPA 40-2019 国家标准馆 2024-09-25
  7. ARMY A-A-857 B VALID NOTICE 2-2009 国家标准馆 2024-09-25
  8. ARMY MIL-B-10854-1951 国家标准馆 2024-09-25
  9. ARMY MIL-C-48061 VALID NOTICE 1-1991 国家标准馆 2024-09-25
  10. NF T30-415-2011 国家标准馆 2024-09-25
  11. UNE 31605-1955 国家标准馆 2024-09-25
  12. NS-EN ISO 14446-2011 国家标准馆 2024-09-25
  13. KS M ISO 14446-2022 国家标准馆 2024-09-25