Лабораторные работы по общей химической технологии (стр. 14 )

Присутствие воздуха.

Щелочные растворы целлюлозы, особенно медноаммиачные растворы, очень чувствительны к действию кислорода воздуха. Под действием следов кислорода происходит значительное снижение вязкости медноаммиачного раствора и соответствующее уменьшение молекулярного веса. Особенно значительное снижение вязкости наблюдается при стоянии медноаммиачных растворов целлюлозы.

Удельная вязкость медноаммиачного раствора особенно сильно понижается в первый день, но продолжает понижаться даже через 35 дней.

Время перемешивания. Раствор для уменьшения вязкости длительное время перемешивается в гомогенизаторе.

Низкая вязкость прядильного раствора необходима в первую очередь при прямом методе прядения, когда раствор фильтруется через хлопчатобумажную ткань и выпрядается через фильеры с мелкими отверстиями в 0,08 мм.

Высокая вязкость прядильного раствора требуется в условиях водного прядения в воронках, так как высоковязкая струя прядильного раствора легче формуется в воде, чем низковязкая струя.

Полученный тем или иным способом прядильный раствор содержит много свободного аммиака, отщепляющегося из медноаммиачного комплексного соединения при образовании медно-целлюлозного соединения. Этот аммиак делает прядильный раствор неустойчивым, так как в присутствии избытка аммиака вязкость раствора непрерывно понижается. Кроме того, избыток аммиака вредно отражается на процессе прядения, потому, что ухудшает условия коагуляции целлюлозы. Поэтому из прядильного раствора должен быть удален свободный аммиак, причем количество его после эвакуации прядильного раствора должно составлять не более 0,60–0,65 кг/кг целлюлозы в прядильном растворе, служащем для приготовления штапельного волокна, и не более 0,75–0,85 кг аммиака на 1 кг целлюлозы в прядильном растворе для искусственного шелка. Из полученного в растворителе прядильного раствора избыток аммиака отсасывается под вакуумом. Кроме того, несколько партий медноаммиачного прядильного раствора смешивают в более крупные и гомогенные партии, что облегчает условия прядения, причем одновременно, путем химического анализа, уточняется состав прядильного раствора (процентное содержание целлюлозы и меди).

Влияние добавок на стойкость и окислительные свойства растворов.

Различные добавки могут резко изменить основные свойства медноаммиачных растворов целлюлозы, ускорить или замедлить понижение их вязкости, повысить вязкость или вызвать коагуляцию медноцеллюлозного соединения из раствора. Добавки могут ускорить или замедлить процесс растворения целлюлозы в медноаммиачном реактиве, увеличить или уменьшить растворимость целлюлозы. Поэтому очень большое число добавок к медноаммиачному прядильному раствору – «стабилизаторов», «ускорителей растворения целлюлозы» применяется на практике для улучшения качества прядильного раствора.

Все рекомендованные добавки можно разделить на три основные группы:

1) вещества, увеличивающие концентрацию меди в медноаммиачном реактиве или стабилизующие соединения меди в растворе;

2) вещества, увеличивающие вязкость медноаммиачного раствора целлюлозы;

3) вещества, предохраняющие раствор целлюлозы от окисления (стабилизаторы целлюлозы в растворе).

Многочисленные добавки кислого характера (кислые соли, слабые кислоты и т. п.), аммиачные соли кислот, диамины, углеводы, оксисоединения и другие вещества, образующие комплексные соединения с медью, в большей или меньшей мере увеличивают растворимость меди. При этом в растворе образуются медноаммиачные комплексные соли типа Cu(NH3)4 • Х, где X – кислотный остаток, или комплексные соединения меди с аминами, углеводами или другими органическими веществами типа CuOR, или CuNHR, где R – органический радикал. Для растворения целлюлозы необходимо присутствие свободного купротетраммингидрата Cu(NH3)4(OH) 2, так как только медноаммначное основание способно давать модно целлюлозное соединение. Большинство же добавок первого типа увеличивая общее – содержание меди в раствор, ухудшает растворимость или не влияет на растворимость целлюлозы, так как связывает свободное основание.

К добавкам второй группы относятся различные электролиты, вызывающие в большей или меньшей мере дегидратацию медноцеллюлозного соединения, агрегирование частиц, нарастание вязкости и при достаточном добавлении электролита – коагуляцию. Все электролиты уменьшают растворимость целлюлозы и вызывают увеличение вязкости и коагуляцию медноцеллюлозного соединения.

Наибольшей коагулирующей силой обладают аммониевые соли. Существенное значение имеют также анионы солей, которые могут быть расположены в лиотропный ряд:

C2О4-2>SО4-2>Cl->NO3->CNS->HCO4-

Для катионов установлен аналогичный ряд:

NH+4>Li+>Na+ >К+

3. Экспериментальная часть

Химические реактивы, посуда, приборы

Сульфат меди кристаллический Гидроксид натрия (порошкообразный, гранулированный) Раствор аммиака, 25% Раствор серной кислоты, 2% Красный лакмус Вата Фарфоровая ступка Бюретка Выпарительная чашка (кристаллизатор) Химические стаканы, 100 мл, 3 шт. Мерный цилиндр на 100 мл Стеклянная палочка Шприц медицинский на 5 мл Ножницы

Порядок проведения работы

В лабораторных условиях получение медно-аммиачного шелка возможно при точном соблюдении ниже приведенного описания.

В химический стакан наливают 20 мл воды и добавляют измельченный в тонкий порошок сульфат меди до тех пор, пока он, несмотря на интенсивное перемешивание, не перестанет растворяться. 10 мл полученного насыщенного раствора разбавляют 100 миллилитрами воды, и из бюретки добавляют по каплям, при перемешивании, 30% раствор едкого натра до щелочной реакции среды. Щелочность проверяют, отбирая капли раствора стеклянной палочкой и касаясь её красной лакмусовой бумаги. По показания бюретки записывают количество добавленной щелочи. Остальное количество раствора сульфата меди (около 10 мл), без предварительного растворения смешивают с 10 мл 25% водного раствора аммиака и добавляют столько же 30% раствора NaOH, сколько использовали в первом случае (≈ 0,2-0,3 мл или меньше).

Полученный раствор имеет интенсивно синюю окраску. Растворить в нем 1г мелко нарезанной ваты, оставить на 10-20 минут, постоянно помешивая стеклянной палочкой, до получения однородного вязкого раствора. Вязкую жидкость набрать в шприц. Шприц погружают в выпарительную чашку (осадительная ванна) с 30% раствором NaOH, вытягивают нить и выдерживают ее 2 минуты в осадительной ванне. Затем нить промывают чистой дистиллированной водой, для удаления меди обрабатывают 2% раствором серной кислоты, до обесцвечивания и снова промывают водой. Готовый продукт сдать преподавателю.

Блиц-тест

1. Укажите правильную последовательность стадий процесса производства волокон:

1.отделка нитей; 2. преобразование полимера в прядильный раствор; 3. получение исходного полимера; 4. формование нитей.

A. 1,2,3,4                B. 4,3,2,1                C. 3,2,4,1

D. 1,2,4,3                E. 2,4,1,3

2. Как зависит выход медно-аммиачного волокна от вязкости раствора?

A. обратно пропорционально        B. прямо пропорционально

C. не зависит                                D. четкой зависимости не наблюдается

3. Что является сырьем при получении медно-аммиачного шелка?

A. крахмал                B. гликоген        C. глюкуроновая кислота

D. целлюлоза        E. Сорбит

4. Основное достоинство медно-аммиачного волокна:

A. прочность                B. износостойкость        C. жаропрочность

D. термостойкость        E. Упругость

5. Укажите последнюю стадию получения медно-аммиачного волокна:

A. формование нитей                B. отделка нитей         

C. получение исходного полимера                D. высушивание                

E. преобразование полимера в прядильный раствор

Контрольные вопросы

Что является сырьем для получения медно-аммиачного шелка? Напишите основные стадии получения медно-аммиачного шелка. Каковы свойства медно-аммиачного шелка? Каковы преимущества медно-аммиачного шелка перед вискозным? Как влияют внешние факторы – плотность исходной целлюлозы, вязкость раствора, температура, присутствие воздуха и на выход продукта и его качество? Какими качествами обладает медно-аммиачное волокно. Какие соединения добавляют для изменения свойств медноамииачного раствора? Как они класиифицируются? 

Литература

Технология медноаммиачного волокна. / Под ред. доктора техн. Наук, проф. . Москва, 1941. 345 с. Химия древесины и ее основных компонентов. Методическое пособие./ составитель: проф. . Бараул, 2002. «Руководство к малому практикуму по органической химии», М.: «Химия», 1975г

Работа 11. СИНТЕЗ ФЕНОЛФОРМАЛЬДЕГИДНЫХ СМОЛ

1. Цель работы

1. Синтез новолачной смолы поликонденсацией фенола с формальдегидом и определение ее выхода

2. Определение скорости отверждения новолачной смолы

3. Синтез резольной смолы поликонденсацией фенола с формальдегидом и определение ее выхода

2. Теоретическая часть

       Высокомолекулярными соединениями (ВМС) или полимерами называются соединения, имеющие большие молекулярные массы, доходящие до сотен тысяч углеродных единиц, и содержащие в составе их макромолекул большое количество элементарных звеньев, состоящих большей частью из одних и тех же групп атомов.

       Получение ВМС, т. е. соединение друг с другом большого количества звеньев в макромолекулы, осуществляются реакциями двух типов:

I. Реакции поликонденсации, заключающиеся в конденсации большого количества молекул с выделением в качестве побочного продукта какого-либо вещества с небольшой молекулярной массы, например воды.