COMPARISON OF FUNCTIONAL CHARACTERISTICS OF CELLULOSE NITRATES FROM ALTERNATIVE SOURCES OF RAW MATERIALS
Authors: Корчагина А.А. 
Published: December 2023

Настоящая работа посвящена сравнению функциональных характеристик нитратов целлюлозы из целлюлозы растительного, бактериального и синтетического происхождения. Путем обработки принципиально отличающихся по своей природе альтернативных источников сырья: целлюлозы из плодовых оболочек овса и Miscanthus sacchariflorus (Maxim.) сорта Сорановский, а также микрокристаллической целлюлозы из хлопка, синтетической и бактериальной целлюлозы промышленно доступной серно-азотной кислотной смесью в одинаковых условиях получены нитраты целлюлозы, характеризующиеся близкими функциональными характеристиками: массовой долей азота – 11,16-11,79 % и растворимостью в спиртоэфирной смеси – 80-99 %. Установлено, что вязкость синтезированных нитратов целлюлозы варьируется в широком диапазоне от 3 мПа·с до 1100 мПа·с, с лидерством нитратов бактериальной целлюлозы. Обнаружено, что нитраты целлюлозы вне зависимости от исходного источника имеют 100 %-ную растворимость в ацетоне, что подтверждает получение именно азотнокислых эфиров целлюлозы. Методом ИК-Фурье спектроскопии установлена принадлежность всех синтезированных продуктов к низкозамещенным нитратам целлюлозы. В результате исследования образцов нитратов целлюлозы методом совмещенного термогравиметрического и дифференциально-термического анализов, выявлено, что вне зависимости от источника все образцы нитратов целлюлозы имеют высокие значения температуры начала интенсивного разложения – 197-201 °С и удельной теплоты разложения – 6,34-8,78 кДж/г, что подтверждает высокую химическую чистоту и энергетическую природу синтезированных эфиров. Представленные результаты обосновывают перспективность альтернативных источников сырья, как растительного, так и бактериального и синтетического происхождения, для получения нитратов целлюлозы с диапазоном функциональных характеристик, высоко востребованных для изготовления широкого спектра изделий в различных отраслях промышленности.

The present work is devoted to comparing the functional characteristics of cellulose nitrates from cellulose of plant, bacterial and synthetic origin. By treating fundamentally different alternative sources of raw materials: cellulose from fruit shells of oats and Miscanthus sacchariflorus (Maxim.) var. Soranovsky, as well as microcrystalline cellulose from cotton, synthetic and bacterial cellulose with an industrially available sulfuric-nitric acid mixture, cellulose nitrates characterized by similar functional characteristics were obtained under the same conditions: mass fraction of nitrogen - 11.16-11.79 % and solubility in alcohol-ether mixture - 80-99 %. It has been found that the viscosity of synthesized cellulose nitrates varies over a wide range from 3 mPa·s to 1100 mPa·s, with the leadership of bacterial cellulose nitrates. It was found that cellulose nitrates, regardless of the source, have 100 % solubility in acetone, which confirms the production of cellulose nitrate esters. By IR-Fourier spectroscopy, it was established that all synthesized products belong to low-substituted cellulose nitrates. As a result of the analysis of cellulose nitrate samples by combined thermogravimetric and differential-thermal analysis, it was found that regardless of the source, all cellulose nitrate samples have high temperatures at the beginning of intensive decomposition - 197-201 °C and specific decomposition heat - 6.34-8.78 kJ/g, which confirms the high chemical purity and energy nature of the synthesized ethers. The presented results justify the prospects of alternative sources of raw materials, both vegetable and bacterial and synthetic origin, for the production of cellulose nitrates with a range of functional characteristics, highly demanded for the manufacture of a wide range of products in various industries.