DEPENDENCE OF THE MASS FRACTION OF NITROGEN IN BACTERIAL NANOCELLULOSE NITRATES ON THE WATER CONTENT IN THE NITRATING MIXTURE

Abstract

Бактериальная наноцеллюлоза (БНЦ) представляет собой нанополимер с уникальными физико-механическими свойствами, который имеет перспективы в производстве передовых функциональных материалов для различных применений. Функционализация БНЦ, в том числе ее нитрование, относится к фундаментальным областям исследований. В рамках данной работы исследовалась зависимость массовой доли азота в нитратах БНЦ от содержания воды в серно-азотной нитрующей смеси, при этом БНЦ получена с использованием в качестве продуцента симбиотической культуры Medusomyces gisevii Sa-12 на глюкозной среде. Образцы БНЦ были пронитрованы серно-азотной смесью с различной массовой долей воды – 8 %, 14 %, 16 % и 20 %. Получены следующие данные: массовая доля азота в диапазоне 8,68-12,50 %, растворимость в спиртоэфирном растворителе 0,5-91,0 %, вязкость – 32-785 мПа·с. Установлено, что с увеличением содержания воды в нитрующей серно-азотной смеси происходит уменьшение массовой доли азота и вязкости нитратов БНЦ. Зависимость растворимости носит сложный характер: сначала повышается до 91,0 % в диапазоне содержания воды от 8 % до 16 %, затем уменьшается до 58,3 % при содержании воды – 20 %. Повышение содержания воды в серно-азотной нитрующей смеси приводит к интенсивному протеканию побочных реакций гидролиза и окисления целлюлозы, вследствие чего снижается массовая доля азота и вязкость нитратов БНЦ. Bacterial nanocellulose (BNC) is a nanopolymer with unique physical and mechanical properties, which has prospects in the production of advanced functional materials for various applications. The functionalization of the BNC, including its nitration, belongs to the fundamental areas of research. Within the framework of this work, the dependence of the mass fraction of nitrogen in BNC nitrates on the water content in the sulfur-nitrogen nitrating mixture was studied, while BNC was obtained using a symbiotic culture of Medusomyces gisevii Sa-12 on a glucose medium as a producer. BNC samples were penetrated with a sulfur-nitrogen mixture with a different mass fraction of water – 8 %, 14 %, 16 % and 20 %. The following data were obtained: the mass fraction of nitrogen in the range of 8,68-12,50 %, solubility in an alcohol-ether solvent 0,5-91,0 %, viscosity - 32-785 mPa·s. It was found that with an increase in the water content in the nitrating sulfur-nitrogen mixture, the mass fraction of nitrogen and the viscosity of BNC nitrates decrease. The dependence of solubility is complex: first it increases to 91,0 % in the water content range from 8 % to 16 %, then it decreases to 58,3 % with a water content of 20 %. An increase in the water content in the sulfur-nitrogen nitrating mixture leads to an intensive course of side reactions of hydrolysis and oxidation of cellulose, as a result of which the mass fraction of nitrogen and the viscosity of BNC nitrate decreases.