АВТОКЛАВИРОВАНИЕ НИТРАТОВ ЦЕЛЛЮЛОЗЫ, ПОЛУЧЕННЫХ ИЗ ПЛОДОВЫХ ОБОЛОЧЕК ОВСА

  • Anna A. Korchagina Институт проблем химико-энергетических технологий СО РАН
  • Yulia A. Gismatulina Институт проблем химико-энергетических технологий СО РАН
  • Vera V. Budaeva Институт проблем химико-энергетических технологий СО РАН
  • Aleksey A. Kukhlenko Институт проблем химико-энергетических технологий СО РАН
  • Natalia P. Vdovina Институт проблем химико-энергетических технологий СО РАН
  • Pavel P. Ivanov Кемеровский государственный университет
Ключевые слова: плодовые оболочки овса, техническая целлюлоза, этерификация, нитраты целлюлозы, автоклавирование, математическая модель, химическая стойкость

Аннотация

Высокотемпературная обработка в автоклаве нитратов целлюлозы, кроме целевого снижения вязкости, позволяет сформировать одно из ключевых свойств – химическую стойкость, определяющую безопасность процесса эксплуатации и гарантийные сроки хранения продукции на их основе. В работе приведены результаты исследования автоклавирования нитратов целлюлозы, полученных этерификацией смесью серной и азотной кислот технической целлюлозы из отечественного легковозобновляемого сырья – отходов агропромышленного комплекса – плодовых оболочек овса. Предложены регрессионные зависимости, позволяющие прогнозировать основные свойства нитратов целлюлозы в зависимости от продолжительности обработки в автоклаве. Определена оптимальная продолжительность проведения процесса высокотемпературной обработки в автоклаве, позволяющая получать нитраты целлюлозы из плодовых оболочек овса со следующими физико-химическими характеристиками: массовая доля азота – 12,14 %, вязкость – 12 мПа·с, растворимость в спиртоэфирной смеси – 98 %, соответствующими характеристикам динитроцеллюлозы (коллоксилина «Н»). Ампульно-хроматографическим методом подтверждена высокая химическая стойкость нитратов целлюлозы. Показано, что количество оксида азота при термическом разложении нитратов целлюлозы (условия термостатирования: температура 90 °С, продолжительность 192 ч) составляет 0,35 мл/г и не превышает допустимого для динитроцеллюлозы значения. Методом дифференциальной сканирующей калориметрии установлено, что нитраты целлюлозы из плодовых оболочек овса характеризуются высокой температурой начала интенсивного разложения (200 °С) и высокой удельной теплотой разложения (7,36 кДж/г), что свидетельствует о высокой химической чистоте полученного продукта. Представленные результаты обосновывают использование нитратов целлюлозы из плодовых оболочек овса для получения высокоэнергетических пороховых зарядов, а также взрывчатых составов.

Литература

Mi W., Wei R., Zhou T., He J., Wang J. Experimental study on the thermal decomposition of two nitrocellulose mixtures in different forms. Mater. Sci. 2019. V. 25. N 1. P. 60-65. DOI: 10.5755/j01.ms.25.1.18907.

Wei R., Huang S., Wang Z., Yuen R., Wang J. Evaluation of the critical safety temperature of nitrocellulose in dif-ferent forms. J. Loss Prevent. Proc. Indust. 2018. V. 56. P. 289-299. DOI: 10.1016/j.jlp.2018.09.004.

Courty L., Lagrange J-F., Gillard P., Boulnois C. Laser ignition of a low vulnerability propellant based on nitrocellulose: effects of Ar and N2 surrounding atmospheres. PEP. 2018. V. 43. N 10. P. 986-991. DOI: 10.1002/prep.201800087.

Meng X., Xiao Z. Preparation and sensitivity property of nitrocellulose/silica composite with silica gel as coating layer. PEP. 2018. V. 43. P. 999-1005. DOI: 10.1002/prep.201800072.

Dai J., Xu J., Wang F., Tai Y., Shen Y., Shen R., Ye Y. Facile formation of nitrocellulose-coated Al/Bi2O3 nanothermites with excellent energy output and improved electrostatic discharge safety. Mater. Design. 2018. V. 143. P. 93-103. DOI: 10.1016/j.matdes.2018.01.056.

Stolyarov V.A. A New Reference Guide for Chemist and Technologist. Raw Materials and Products of Organic and Inorganic Industries. P. II. SPb.: 2006. 916 p. (in Russian).

Borbuzanov V.G, Matukhin E.L., Valishina Z.Т., Galiullina G.N., Kostochko А.V. The development of chemical technology of cellulose nitrate compositions at the enterprise FKP "KGPZ". Vestn. Tekhnol. Un-ta. 2015. V. 18. N 18. P. 80-86 (in Russian).

Golubev A.E., Neshitova A.N., Kuvshinova S.A., Burmistrov V.A. Reologicheskiye svoystva rastvorov plastifitsirovannogo diatsetata tsellyulozy. Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol. 2016. V. 59. N 2. P. 46-51. DOI: 10.6060/tcct.20165902.5303. (in Russian).

Prusov A.N., Prusova S.M., Zakharov A.G., Bazanov A.V., Smirnov P.R., Radugin M.V. Chemical transfor-mation of industrial flax, hemp and jute fiber into cellulose and their pyrolysis. Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol. 2016. V. 59. N 6. P. 97-104. DOI: 10.6060/tcct.20165906.5392k. (in Russian).

Prusov A.N., Prusova S.M., Zakharov A.G., Ioilovich M. nteraction of highly purified cellulose with binary liquids: water / DMSO and water / ethanol. Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol. 2016. V. 59. N 4. P. 41-46. DOI: 10.6060/tcct.20165904.5331 (in Russian).

Yusupov F.Т., Saetshin А.А., Valishina Z.Т., Borbuzanov V.G., Matukhin Е.L. mproving the technology of fi-berizing, aggregation and conditioning of cellulosic materials. Vestn. Tekhnol. Un-ta. 2017. V. 20. N 6. P. 76-78 (in Russian).

Gibadullin М.R., Petrov V.А., Glazyrina Е.S., Averyanova N.V., Kuznetsova N.V., Pankratov А.А., Mishunin P.А. Obtaining and properties of low-substituted aggregates of cellulose nitrates. Vestn. Tekhnol. Un-ta. 2018. V. 21. N 2. P. 74-78 (in Russian).

Valishina Z.Т., Matukhin Е.L., Ibusheva R.А., Kha-kimzyanova R.I., Kostochko А.V. Prediction of the viscosity characteristics of cellulose nitrates depending on the properties of the feedstock. Vestn. Tekhnol. Un-ta. 2018. V. 21. N 2. P. 34-36 (in Russian).

Nizamiev А.Yu., Saetshin А.А., Valishina Z.Т., Matukhin Е.L., Kostochko А.V. Optimization of modern pro-duction based on computer modeling of technological processes. Vestn. Tekhnol. Un-ta. 2017. V. 20. N 6. P. 121-123 (in Russian).

Golubev A.E., Kuvshinova S.A., Burmistrov V.A., Koifman O.I. Modern advances in the preparation and modification of cellulose nitrates. RUGC. 2018. V. 88. N 2. P. 368-381. DOI: 10.1134/S1070363218020305.

Gismatulina Yu.A., Budaeva V.V., Sakovich G.V. Cellulose nitrates from intermediate flax straw. RUCB. 2016. V. 65. N 12. P. 2920-2924. DOI: 10.1007/s11172-016-1678-3.

Gismatulina Yu.A., Budaeva V.V., Sakovich G.V. Nitrocellulose synthesis from Miscanthus cellulose. PEP. 2018. V. 43. P. 96-100. DOI: 10.1002/prep.201700210.

Trache D., Khimeche K., Mezroua А., Benziane M. Physicochemical properties of microcrystalline nitrocellulose from alfa grass fibres and its thermal stability. Therm. Anal. Calo-rim. 2016. V. 124. N 3. P. 1485-1496. DOI: 10.1007/s10973-016-5293-1.

Adekunle I.M. Production of cellulose nitrate polymer from sawdust. J. Chem. 2010. V. 7. N 3. P. 709-716. DOI: 10.1155/2010/807980.

Skiba E.A., Budaeva V.V., Makarova E.I., Baiybakova O.V., Zolotukhin V.N., Sakovich G.V. Bioethanol from oat hulls pretreated by alkaline delignification. I. Chemical and enzymatic material conversion. Biotekhnologiya. 2017. V. 33. N 2. P. 68-75. DOI: 10.1016/0234-2758-2017-33-2-68-75 (in Russian).

Skiba E.A., Baibakova O.V., Budaeva V.V., Pavlov I.N., Vasilishin M.S., Makarova E.I., Sakovich G.V., Ovchin-nikova E.V., Banzaraktsaeva S.P., Vernikovskaya N.V., Chumachenko V.A. Pilot technology of ethanol production from oat hulls for subsequent conversion to ethylene. Chem. Eng. J. 2017. V. 329. P. 178-186. DOI: 10.1016/j.cej.2017.05.182.

Sakovich G.V., Mikhailov Yu.M., Budaeva V.V., Korchagina A.A., Gismatulina Yu.A., Kozyrev N.V. Cellulose nitrates from unconventional feedstocks. DOCH. 2018. V. 483. Pt. 1. P. 287-291.

Kostin V.N., Tishina N.А. Statistical Methods and Models: Textbook. Orenburg: GOU OGU. 2004. 138 p. (in Russian).

Vdovina N.P., Budaeva V.V., Yakusheva А.А. Determi-nation of the chemical resistance of nitrocellulose by the ampoule chromatographic method. Polzunov. Vestn. 2013. N 3. P. 220-224 (in Russian).

Опубликован
2019-12-10
Как цитировать
Korchagina, A. A., Gismatulina, Y. A., Budaeva, V. V., Kukhlenko, A. A., Vdovina, N. P., & Ivanov, P. P. (2019). АВТОКЛАВИРОВАНИЕ НИТРАТОВ ЦЕЛЛЮЛОЗЫ, ПОЛУЧЕННЫХ ИЗ ПЛОДОВЫХ ОБОЛОЧЕК ОВСА. ИЗВЕСТИЯ ВЫСШИХ УЧЕБНЫХ ЗАВЕДЕНИЙ. СЕРИЯ «ХИМИЯ И ХИМИЧЕСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯ», 63(1), 92-98. https://doi.org/10.6060/ivkkt.20206301.6037
Раздел
ХИМИЧЕСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯ неорг. и органических веществ, теоретические основы