니트로셀룰로오스
1. 소개
니트로셀룰로오스(nitrocellulose), 면약(면화약)으로 불린다. 플래시 페이퍼[1], 건코튼 등 여러가지 별명이 있다. 영어 약자는 NC. 질소의 함유량에 따라 강면약(GC), 약면약(CC)으로 분리되기도 한다.[2] 백색 또는 담황색의 면상 물질로 점화하면 격렬하게 연소한다. 특징으로는 암실에서 인광을 발한다.
사용 용도는 주로 다이너마이트 제조[3], 무연화약 제조, 로켓 고체연료 등등에 쓰인다. 특히 총포의 싱글 베이스 화약은 연소 특성과 안정성을 부여하는 첨가물을 넣었을 뿐 거의 니트로셀룰로오스 덩어리. 약 질화면을 에테르와 알콜 혼합액에 녹인 것을 콜로디온이라고 하는데 습윤 드레싱용으로 사용했다.
위험물안전관리법상 '제5류 위험물'[4]로 분류된다.
2. 상세
1845년 독일의 화학자 크리스티안 쇤바인이 부엌에서 화학 실험을 하다 질산과 황산 혼합물을 엎질렀는데, 황급히 닦는다면서 집은 게 마침 옆에 있는 부엌의 앞치마였다. 일단 앞치마로 그 물질을 닦은 뒤에 말리기 위해서 난로 옆에 두었는데 앞치마가 폭발해 버렸다. 이를 발견한 쇤바인은 본격적으로 실험을 거듭했고 나중에 공장까지 지었으나 당시만 해도 니트로화 제어 기술이 발달하지 못해서 폭발사고를 겪었다고 한다.[5]
식물 섬유, 주로 목면(셀룰로오스)을 질산과 황산을 같은 비율로 섞은 혼합산에다 2분 가량 담궈 질화시킨 후, 찬물로 산기를 전부 씻어낸 후 섭씨 38도 이하에서 서서히 승화시켜 말려 얻는다. 이건 실험실에서 만들어보는 간단한 조성이고... 공업적으로 생산 시 질화에도 치환식, 교반식 등 여러 방법이 있으며 물로 씻는 것도 몇십 시간을 들여 정성스럽게 씻고 이물질이 없는지 걸러내고(특히 금속 분말이 들어가면 위험해서 자석으로 쇳가루를 걸러내기까지 한다) 섬유질을 고르고(섬유가 뭉치면 곤란) 탈수하고 자연 분해되지 않도록 교화제나 안정제 등을 섞어주는 등 굉장한 작업이 들어간다.
그러고도 제조기술이 딸리면 질화가 고르지 않게 돼서 연소 속도가 일정치 않아서 지발/불발이 빈번하게 발생한다든지 마찰에 의해 정전기 점화해서 화재가 난다든지 사고가 다발하는 위험물질이다. 순수한 니트로셀룰로오스는 매우 불안정하다. 건조한 상태에서 발화하기 쉽고, 마찰에 의해 발화하기도 한다. 온도가 180도가 넘으면 발화하며, 상온에서도 조금씩 자연적으로 분해된다. 니트로글리세린 못지 않게 위험하기 때문에, 건조한 상태로는 운송하면 안된다. 때문에 알콜에 담가 습윤한 상태로 보관한다.
바탕이 섬유상의 순면이라 인견에 못지않은 광택을 가진 순백색 천으로 만들 수 있어서 이걸로 와이셔츠나 내의도 만들 수 있다. 물론 마찰 정전기만으로도 발화, 운이 없으면 폭발까지하니 입고 다닐 순 없겠지만.
3. 셀룰로이드
셀룰로이드는 세계 최초의 열가소성 합성수지다. 니트로셀룰로오스와 장뇌를 혼합해서 만든 것으로서 1869년 하야트 형제가 개발했다. 90도 정도에서 연화해서 성형이 손쉽고 대량생산이 용이해, 상아 대신 당구공으로 만든다든가[6], 건판 대신 사진 필름으로 쓰는 등 많이 사용됐던 소재지만 잦은 발화 사고 때문에 규제되어 세계적으로 외면당하게 되었다.[7][8] 필름은 1948년에 아세테이트 재질로 대체되었다. 때문에 질산염 필름은 관리가 까다롭고, 조금만 변화가 일어나면 틀지 못한다고 한다. 미국에서도 질산염 필름을 틀 수 있는 영화관은 딱 네 곳에 불과하다. 평범한 21세기 사람은 그냥 못 본다고 보면 좋다. 출처 대신 흑백 질감 묘사가 좋다는 평이 많아서, 제대로 보관된 질산염 필름 네거티브를 가지고 만든 디지털 복원판은 높은 평가를 받는다.
[1] 종이나 천 형태로 가공. 밝은 빛을 내며 순식간에 타올라 재를 남기지 않는다. 마술에 사용하는 플래시 페이퍼가 바로 이것[2] 강면약은 질소 함량이 중량 백분율 12.76%이상 13.48이하이고, 약면약은 중량 백분율 10.18이상 12.76미만 이다.[3] 블라스팅 젤라틴을 제조하는 데 쓰인다.[4] 폭발성 물질 혹은 자기반응성 물질이 그 대상이며 이 물질로 화재가 나면 초기에는 대량의 물을 부어 주수소화로 냉각소화를 하지만, 진행이 심해지면 자연진화하도록 기다려야 한다. 연쇄 폭발 중에는 물을 부어도 소용없기 때문에 5류 위험물 전부가 소진되는 걸 기다릴 수 밖에 없다.[5] 역사를 바꾼 17가지 화학 이야기 1권, 122페이지, 페니 르 쿠너/제이 버레슨 지음.[6] 사실 이게 셀룰로이드를 개발한 계기. 당구공 제조사가 상아를 대체할 물질을 공모했고, 이걸 본 하야트 형제가 개발했다.[7] 영화 시네마 천국에서 영화관이 불타고 영사기사가 실명한 화재사고가 바로 이 필름에 불이 붙어서 생긴 사고.[8] 셀룰로이드가 어떻게 타는지 궁금하다면 탁구공에 불을 붙여보자. 최근의 탁구공은 ABS수지로 만들지만 아직도 셀룰로이드 재질의 탁구공이 더 구하기 쉽다.