Фундаментальные свойства новых нитратов целлюлозы из отечественных альтернативных источников сырья

Настоящий отчет содержит 64 с., 18 рис., 18 табл., 81 источник, 2 приложения. НИТРАТЫ ЦЕЛЛЮЛОЗЫ, ЦЕЛЛЮЛОЗА, МИСКАНТУС, ПЛОДОВЫЕ ОБОЛОЧКИ ОВСА, СОЛОМА ЛЬНА-МЕЖЕУМКА, СИНТЕТИЧЕСКАЯ ЦЕЛЛЮЛОЗА, СТРУКТУРНЫЕ ОСОБЕННОСТИ Настоящий отчет составлен по результатам исследований, выполненных в 2021 г. по научному проекту РФФИ № 20-03-00699 «Фундаментальные свойства новых нитратов целлюлозы из отечественных альтернативных источников сырья». Номер государственной регистрации темы проекта: AAAA-A20-120011090020-0. Целью второго этапа Проекта (2021 г.) являлось сравнительное исследование новых нитратов целлюлозы из трех источников растительного сырья (Miscanthus sacchariflorus (Maxim.) сорт Сорановский, Miscanthus × giganteus сорт «КАМИС», плодовых оболочек овса) и синтетической целлюлозы методами ИК-спектроскопии, РЭМ, ТГА, ДТА; изучение методом рентгеноструктурного анализа структурных особенностей альтернативных видов целлюлозы и нитратов на ее основе. Все запланированные на 2021 год исследования проведены в полном объеме. Проведены исследования трех новых образцов синтетической целлюлозы (СЦ-11, СЦ-4 и СЦ-1 ПФ) – продуктов синтеза методом электрополимеризации при различных параметрах процесса. Впервые получены результаты анализа трех новых образцов синтетической целлюлозы: определены физико-химические свойства и исследованы структурно-морфологические особенности методами РЭМ и ИК-Фурье спектроскопии. Впервые методом рентгеноструктурного анализа установлена надмолекулярная структура I бетта алломорфа целлюлозы, определены степени кристалличности и длина элементарной фибриллы для всех трех образцов синтетической целлюлозы. Полученные исполнителями проекта результаты невозможно сравнить в связи с отсутствием в мировой практике опубликованных данных для синтетических целлюлоз. Впервые выполнено всеобъемлющее сравнение основных функциональных характеристик (массовой доли азота, вязкости, растворимости) четырех экспериментальных образцов нитратов целлюлозы (из трех образцов целлюлозы, выделенных авторским азотнокислым способом из: Miscanthus sacchariflorus (Maxim.) сорт Сорановский, Miscanthus × giganteus сорт «КАМИС» и плодовых оболочек овса, и одного образца синтетической целлюлозы (СЦ-4). Выполнено сравнительное исследование четырех новых образцов нитратов целлюлозы методами ИК-спектроскопии, РЭМ, ТГА и ДТА. Установлено, что абсолютным лидером по своим функциональным свойствам среди четырех образцов нитратов целлюлозы является образец, полученный на основе синтетической целлюлозы. Данный образец характеризуется высокой однородностью волокон, чистотой и самой высокой вязкостью. Рентгеноструктурным методом изучены структурные особенности альтернативных видов целлюлозы: двух образцов целлюлозы, выделенных авторским азотнокислым способом из Miscanthus × giganteus сорт «КАМИС» и плодовых оболочек овса, а также образца синтетической целлюлозы (СЦ-4). Впервые установлены структурные особенности четырех экспериментальных образцов новых нитратов целлюлозы в сравнении с образцом нитратов целлюлозы, синтезированного на основе хлопковой целлюлозы (арбитраж с Бийского химического комбината) и двух промышленных образцов нитратов целлюлозы (нитратов целлюлозы марки «лаковый высоковязкий коллоксилин» и нитратов целлюлозы марки «лаковый полусекундной вязкости коллоксилин»). Определены области когерентного рассеивания (ОКР), степень кристалличности и размеры кристаллов образцов целлюлозы и нитратов целлюлозы. Методом полнопрофильного анализа рентгенограмм поликристаллов установлена моноклинная фаза целлюлозы I бетта у образца хлопковой целлюлозы (арбитраж Бийский химический комбинат), рассчитанная модифицированным методом Руланда степень кристалличности составляет 85,5 %. Установлено, что степень кристалличности образцов нитратов целлюлозы из хлопковой целлюлозы не превышает 15 %. Все вышеизложенное свидетельствует о подтверждении классических представлений об изменениях структуры целлюлозы, но имеются и новые знания о функционализации альтернативных видов целлюлозы, которые будут опубликованы в 2022 году. Исследованы изменения структуры целлюлозы из альтернативных источников сырья при введении нитрогруппы в макромолекулу. Зафиксировано во всех случаях резкое снижение степени кристалличности нитратов целлюлозы до 10-15 % по сравнению со степенью кристалличности образцов целлюлозы. Высказано предположение, что кристаллическая компонента нитратов целлюлозы может быть представлена кристаллитами тринитрата. Установлена ромбическая симметрия кристаллической фазы образцов нитратов целлюлозы в отличие от моноклинной у алломорфа I бетта целлюлозы. Основными за 2021 год результатами проекта являются установление явления трансформации высококристаллических алломорфа целлюлозы I бетта растительного происхождения и алломорфа целлюлозы I бетта синтетического происхождения в аморфные структуры нитратов целлюлозы со степенью кристалличности менее 15 %; доказательство ромбической симметрии кристаллической фазы образцов нитратов целлюлозы в отличии от моноклинной у целлюлозы I бетта для обоих видов целлюлозы. Данные результаты соответствуют мировому уровню. Полученные в 2021 году новые знания значительно расширяют представления о процессе функционализации алломорфа I бетта целлюлозы в зависимости от источника происхождения и гарантируют выполнение плана на 2022 год. Накопленный авторами Проекта в результате проведенных в 2021 году исследований материал не имеет аналогов и предназначен для публикаций в высокорейтенговых журналах, индексируемых WoS и Scopus, в 2022 году.