硝酸セルロースの新しい安定剤としてのオルガノソルブリグニンの開発。硝酸セルロースの熱挙動と安定性評価

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Int. J. Biol. Macromol..2020 Jul;S0141-8130(20)33771-5. doi: 10.1016/j.ijbiomac.2020.07.024.Epub 2020-07-10.

硝酸セルロースの新しい安定剤としてのオルガノソルブリグニンの開発。硝酸セルロースの熱挙動と安定性評価

Organosolv lignins as new stabilizers for cellulose nitrate: Thermal behavior and stability assessment.

Mohamed Fodil Cherif
Djalal Trache
Fouad Benaliouche
Ahmed Fouzi Tarchoun
Salim Chelouche
Abderrahmane Mezroua

PMID: 32659402 DOI: 10.1016/j.ijbiomac.2020.07.024.

抄録

硝酸セルロース(一般にニトロセルロース(NC)として知られている)とそれに対応する推進剤は、通常の条件下で自然に分解する。早期分解、予期せぬ爆発、エネルギー損失を回避し、安全な貯蔵を確保するために、組成物中に安定化剤が導入されることが多い。ジフェニルアミン（DPA）や尿素のような芳香族アミンのような従来の安定化剤は、推進剤の保存期間中に発がん性や毒性のある物質を生成する可能性があります。そのため、同等以上の効果が得られ、かつ毒性が低い代替安定化剤の開発が課題となっている。本論文では、アレッポ松(AP)とユーカリ・グロビュラス(EG)から得られた2種類の有機リグニン(OL)のNCに対する安定化効果を調査した。この目的のために、3%の安定化剤を用いた異なるサンプル(S1-S4)について、従来の安定性試験と速度論的モデル化を適用した。これらの潜在的な安定剤とNCの相溶性を確認するために、事前にFTIR分光法とDSC分析を行った。Bergmann-Jung及び真空安定性試験により得られた結果から、調製された混合物は安定であることが示唆された。アイソコンバージョン法を用いたDSCデータに基づく速度論的研究は、両方の安定剤が良好な安定化効果を示すことを示している。また、FTIR及びTGA分析を用いて、異なるオルガノソルブリグニンとNCの分解中に放出されるNOとの反応性を明らかにした。したがって、これらの効率的で環境に優しく、容易に入手可能な物質は、NCベースの製剤の安定化剤として効果的に使用することができる。

Cellulose nitrate, commonly known as nitrocellulose (NC), and its corresponding propellants naturally decompose at normal conditions. To avoid early degradation, unexpected explosion, energy loss, and ensure a safe storage, stabilizing agents are often introduced within its compositions. Conventional stabilizers, such as aromatic amines like diphenylamine (DPA) and urea, can produce carcinogenic/toxic substances during propellants shelf life. Thus, a need for alternative stabilizing agents, which offer similar/better effectiveness and display a non/low toxicity, remains a challenge. This paper investigates the stabilizing effect of two organosolv lignins (OL), obtained from Aleppo pine (AP) and Eucalyptus globulus (EG), on NC. For this purpose, conventional stability tests and kinetic modeling are applied for different samples (S1-S4) using 3% of stabilizer, which are S1, pure NC; S2, NC + DPA; S3, NC + OL(AP); and S4, NC + OL(EG). Beforehand, FTIR spectroscopy and DSC analysis have been used to check the compatibility of these potential stabilizers and NC. The obtained results via Bergmann-Jung and vacuum stability tests suggested that the prepared mixtures are stable. The kinetic study based on DSC data using isoconversional methods shows that both stabilizers display a good stabilizing effect. The reactivity between the different organosolv lignins and NO released during the degradation of NC has been well highlighted using FTIR and TGA analyses. Hence, these efficient, environmentally friendly and readily available substances can be effectively used as stabilizers for NC-based formulations.