Лабораторки_ХТВ_1-7_04_09_2007

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ
ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
ВОЛГОГРАДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
КАМЫШИНСКИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ (ФИЛИАЛ)
ВОЛГОГРАДСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ТЕХНИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА
Кафедра «Физика»
Химия текстильных волокон
Методические указания к лабораторным работам
РПК «Политехник»
Волгоград
2007
УДК 677. 014 /. 017 (07)
М 54
ХИМИЯ ТЕКСТИЛЬНЫХ ВОЛОКОН: Методические указания к лабораторным работам / Сост. М. С. Гаврилов; Волгоград. гос. тех. ун-т. –
Волгоград, 2007. – 39 с.
Излагаются краткая теория и методика выполнения лабораторных
работ, иллюстрирующих химические свойства природных и химичесих
текстильных волокон.
Предназначены для студентов, обучающихся по направлению
260700 «Технология и проектирование текстильных изделий»
Табл. 11.
Библиогр.: 4 назв.
Рецензент: к. т. н. С. Ю. Бойко
Печатается по решению редакционно-издательского совета
Волгоградского государственного технического университета
©
Волгоградcкий
государственный
технический
университет, 2007
Введение.
Данные методические указания являются пособием для проведения
лабораторных работ по дисциплине «Химия текстильных волокон». Лабораторные работы выполняются каждым студентом индивидуально.
Прежде чем приступить к выполнению работы, студент должен изучить
содержание работы, порядок её выполнения и повторить теоретический
материал, связанный с выполнением данной работы. Лабораторная работа завершается составлением отчёта и собеседованием с преподавателем.
При выполнении работ обязательно соблюдение правил техники безопасности, о которых преподаватель предупреждает студентов при проведении инструктажа.
3
Лабораторная работа №1.
Синтез высокомолекулярных соединений методами полимеризации и поликонденсации.
Цель работы: изучить методы синтеза полимеров.
Задание: синтезировать полимер по указанию преподавателя.
Теоретическая часть:
Реакция полимеризации заключается в том, что молекулы исходных
веществ мономеров, соединяясь друг с другом, образуют высокомолекулярный продукт. Такие реакции сопровождаются разрывом кратных
связей или циклических молекул исходных веществ, которые затем соединяются между собой.
Поликонденсацией называют ступенчатую реакцию получения полимеров, макромолекулы которых строятся из ди -, три - или полифункциональных исходных соединений с отщеплением низкомолекулярных
веществ (воды, спиртов, галогеноводородов и др.). Поликонденсаты по
составу отличаются от исходных веществ – мономеров.
Экспериментальная часть:
Опыт 1. Блочная полимеризация винилацетата.
Реактивы и оборудование:
 винилацетат свежеперегнанный – 50 г.;
 пероксид бензоила – 0,05 г;
 двугорлая круглодонная колба на 150 мл;
 холодильник обратный;
 баня водяная;
 стеклянная палочка;
 рефрактометр;
 термометр.
Проведение опыта:
В реакционную колбу, установленную на водяной бане и снабженную обратным холодильником, вводят винилацетат и пероксид бен4
зоила. Колбу нагревают до 70 – 75 оС в течение 2 часов. Приоткрывая
закрытое пробкой второе горлышко колбы, каждые 15 – 20 мин. берут
пробы реакционной смеси и определяют показатель преломления. Когда
он станет равным или близким к 1,4665 (показатель преломления чистого
полимера) работу заканчивают. Полученный продукт в виде густой прозрачной жидкости выливают из колбы в склянку для хранения и использования.
Формы записи результатов:
Наименование реак№
тивов
1
Винилацетат
2
Пероксид бензола
Загрузка, г
t кип,
o
С
n 20
D
50
0.05
Контроль процесса полимеризации
Время, мин.
n 20
D
Температура, С
Внешний
вид
Примечания
20
40
60
80
100
Опыт 2. Анионная полимеризация с раскрытием цикла ε - капролактама.
Реактивы и оборудование:
 ε - капролактам – 25 г.;
 металлический натрий, диспергированный в п - ксилоле или едкий
5







натр - 0,01 – 0,02 г.;
n - ксилол - 1 мл.;
азот газообразный;
реактивная пробирка с барботером, емкостью 50 см3;
стакан химический емкостью 100 см3;
баня песчаная;
термометр;
газометр.
Проведение опыта:
В реакционную пробирку, предварительно продутую и заполненную азотом, загружают 25 г. (0,22 моля) ε - капролактама и нагревают
до 80 – 100 оС. После расплавления ε - капролактама в пробирку вносят
0,04 – 0,08 % от веса мономера металлического натрия, диспергированногов п -ксилоле (или едкого натра).
В реакционную пробирку опускают капилляр (должен быть погружен в расплав), через который медленно пропускают ток инертного
газа и нагревают на песчаной бане до 225 – 265 оС.
За полимеризацией следят, наблюдая время подъема пузырьков
азота через расплав. Когда время подъема пузырьков азота станет постоянным, расплав полиамида быстро переливают в стакан, где он и затвердевает.
Формы записи результатов:
Наименование реак№
тивов
1
ε-Капролактам
2
Натрий
3
п - Ксилол
Загрузка, г
6
t пл, oС
tкип, ос
Контроль процесса полимеризации
Время, мин.
Температура, Время подъема
о
С
пузырьков
Внешний вид
20
40
60
80
100
Опыт 3. Поликонденсация гексаметиленадипинамида (соли АГ).
Реактивы и оборудование:
 соль АГ - 40 г.;
 адипиновая кислота - 0,8 г.;
 азот газообразный;
 трехгорлая колба вместимостью 150 – 200 мл;
 холодильник Либиха;
 газометр;
 термометр;
 трубка для ввода газа;
 баня масляная;
 фарфоровая чашка.
Проведение опыта:
В трехгорлую колбу, установленную на масляной бане, снабженную нисходящим холодильником, термометром и трубкой для ввода газа,
по которой в колбу медленно подают очищенный от кислорода сухой
азот, вводят измельченную соль АГ, 6 мл воды, адипиновую кислоту (регулятор длины полимерных цепей) и нагревают до 250 – 270 оС в течение
3,5 часов. Выключив нагревание и разобрав прибор, выливают из колбы
загустевшую массу в фарфоровую чашку, где она и застывает в твердый
полимер.
7
Формы записи результатов:
Наименование реак№
тивов
1
Соль АГ
2
Адипиновая кислота
3
Вода
Загрузка, г
t пл., oС
tкип, ос
Контроль процесса полимеризации
Время, мин.
Температура, Время подъема
о
С
пузырьков
Внешний вид
20
40
60
80
100
Опыт 4. Получение ,,фенилона” методом эмульсионной
поликонденсации.
Реактивы и оборудование:
 м- фенилендиамин - 8,1 г.;
 дихлорангидрид изофталевой кислоты – 12,45 г.;
 сода - 9,5 г.;
 тетрагидрофуран – 225 мл;
 вода – 225 мл;
 трехгорлая круглодонная колба вместимостью 500 мл;
 механическая мешалка;
 капельная воронка;
8




обратный холодильник;
воронка Бюхнера;
колба Бунзена;
вакуумный насос.
Проведение опыта:
В реакционной колбе, включив мешалку, растворяют в 225 мл
воды, м - фенилендиамин и соду. Затем в течение 12 мин вводят из капельной воронки при энергичном перемешивании раствор хлорангидрида
изофталевой кислоты в тетрагидрофуране. Образующийся полимер выпадает в осадок.
Полученный продукт отсасывают на воронке Бюхнера, трижды
промывают водой порциями по 250 мл и сушат сначала на воздухе, а затем в вакуум - сушилке. Определяют выход продукта.
№ п.п.
Форма записи результатов:
Наименование
реактивов
Заt
t ,
груз- опл, окип
С
С
ка, г
Выход продукта
г
Примечания
%
1 м-Фенилендиамин
Дихлорангидрид изоф2
талевой кислоты
3 Сода
4 Тетрагидрофуран
5 Вода
1.
2.
3.
4.
5.
Контрольные вопросы:
Какие преимущества имеет ионно-координационная полимеризация
перед другими методами полимеризации? Каковы особенности
структуры полимеров, полученных этим методом?
Сравните методы полимеризации и поликонденсации. В чем основные преимущества и недостатки метода поликонденсации? Приведите примеры полимеров, получаемых этим методом.
Каким способом можно получить стереорегулярный полимер? Какие
катализаторы используют для этих целей. Приведите схему получения стереорегулярного полипропилена.
Как называются полимеры, получаемые из мономеров СН2 =СНCl,
СН=СНСN, ε-капролактама и волокна, формуемые из них?
Как можно регулировать молекулярную массу и молекулярно9
6.
7.
8.
9.
массовое распределение при радикальной и ионной полимеризации?
В чем отличие равновесной и неравновесной поликонденсации? В
каком случае получается полимер с более высокой молекулярной
массой и почему?
В чем различие в структуре мономеров для полимеризации и поликонденсации?
Какие требования предъявляются к волокнообразующим полимерам?
Какие волокна относятся к карбоцепным и гетероцепным? Приведите
примеры.
Лабораторная работа №2
Химические превращения полимеров.
Цель работы:
Изучить модификацию волокнообразующих полимеров за счет реакционной способности боковых функциональных групп.
Задание:
Синтезировать по заданию преподавателя поливиниловый спирт, диили триацетат целлюлозы и изучить его свойства.
Теоретическая часть:
Полимераналоговые реакции
Высокомолекулярные соединения во многих случаях вступают в те
же реакции, что и низкомолекулярные. Так, например, целлюлозу можно
нитровать, ацилировать, алкилировать, как и глюкозу, лежащую в основе
строения целлюлозы. Поливиниловый спирт, подобно обычным двухатомным спиртам, реагирует с альдегидами, с образованием поливинилацеталей. Реакции с участием звеньев полимерной цепи, приводящие к
изменению химического состава и молекулярной массы полимера, но без
изменения основной цепи и степени полимеризации, называются полимераналоговыми или полимераналогичными превращениями полимеров.
При общем сходстве реакций высокомолекулярных соединений с реакциями низкомолекулярных соединений имеются и характерные отличия и особенности, порой очень существенные. Так, в случае низкомолекулярных соединений обычно нетрудно отделить основной продукт от
побочного. Иначе обстоит дело в случае высокомолекулярных соединений. Рассмотрим это на примере ациталирования поливинилового спирта:
10
В фрагментах А и С макромолекулы произошло ацеталирование,
фрагмент В в реакцию не вступил, во фрагменте Д образовался полуацеталь. Разделить эти продукты невозможно. Различная степень превращения, возможность протекания вторичных реакций и реакций межмолекулярного сшивания приводит к образованию смеси трудноразделимых
различных продуктов реакции.
Установлено, что, за редким исключением, высокомолекулярные соединения обладают пониженной реакционной способностью по сравнению с аналогичными низкомолекулярными соединениями, что обусловлено рядом факторов. По стерическим и другим причинам часть активных групп оказывается не вошедшей в реакцию, т.е. степень превращения не является полной. Реакции высокомолекулярных соединений часто
гетерогенны. Использование полимераналоговых реакций позволяет создавать новые высокомолекулярные соединения и в широком диапазоне
изменять свойства готовых полимеров. Используя этот метод, можно получить ценные полимеры, которые невозможно получить из соответствующих мономеров ввиду их неустойчивости. Так, например, поливиниловый спирт невозможно синтезировать из мономера — винилового
спирта — из-за его неустойчивости, но его можно легко получить омылением поливинилацетата.
Экспериментальная часть:
Опыт 1. Получение триацетата целлюлозы.
Ацетилирование целлюлозы уксусным ангидридом в присутствии
серной кислоты начинается с образования ацетилсерной кислоты:
(CH3CO)2O + H2SO4  CH3COOSO2OH + CH3COOH
Затем происходит ацетилирование целлюлозы ацетилсерной кислотой:
[C6H7O2(OH)3]n + 3nCH3COOSO2OH  [C6H7O2(OCOCH3)3]n + 3nH2SO4
11
Реактивы и оборудование:
 штатив лабораторный;
 колба вместимостью 100 мл.;
 воронка Бюхнера;
 стакан вместимостью 0,5 л.;
 термометр;
 баня водяная;
 сушильный шкаф;
 вата или фильтровальная бумага- 3,5 г.;
 уксусная кислота ледяная — 15 мл.;
 серная кислота концентрированная - 0,5 мл.;
 уксусный ангидрид -11 мл.
В колбу, установленную на водяной бане при комнатной температуре
вносят вату, термометр и по каплям приливают смесь ледяной уксусной
кислоты, уксусного ангидрида и концентрированной серной кислоты.
Скорость приливания регулируют таким образом, чтобы температура
реакционной массы не превышала 35 оС. Реакционную смесь перемешивают до образования густого сиропа. Этот сироп медленно выливают в
стакан с водой (примерно 0,5 л.) при энергичном перемешивании Водную
фазу сливают, а триацетат целлюлозы, выпавший в осадок, промывают
водой до нейтральной реакции, отсасывают на воронке Бюхнера и сушат
в сушильном шкафу при 55-60 оС.
Рассчитайте выход триацетилцеллюлозы в % от теоретического.
Проверьте растворимость полученного продукта в ацетоне.
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
Контрольные вопросы:
Какие реакции называются полимераналоговыми?
Чем отличаются реакции полимеров от реакций низкомолекулярных
соединении?
Какие факторы влияют на реакционную способность полимеров?
В чем различие и в чем сходство между полимераналогичными превращениями и внутримолекулярными реакциями? Приведите примеры реакций каждого типа.
Назовите волокна, получаемые путем полимераналогичных превращений. В чем они заключаются?
Какая разница между деструкцией и деполимеризацией?
Каков механизм действия света на полимеры? Как защитить волокна
от действия света?
Какие волокна в наименьшей степени подвержены действию ионизирующих излучений и почему?
12
Что такое гидролиз? Какие полимеры в наибольшей степени подвержены гидролизу и почему?
10. Чем отличается диацетатное волокно от триацетатного?
9.
Лабораторная работа №3
Химические свойства целлюлозных волокон.
Цель работы: изучить отношение целлюлозных волокон к действию
кислот, щелочей, окислителей и высоких температур.
Задание: провести предложенные опыты и сделать выводы по каждому опыту.
Теоретическая часть:
Целлюлоза является основной составной частью растительных волокон: хлопкового волокна, льна и других, в связи с этим, химические
свойства этих волокон определяются свойствами целлюлозы. Важнейшие
свойства целлюлозы зависят от ее строения, величины и формы ее макромолекул, характера связей внутри молекул и межмолекулярных взаимодействий. Элементарным звеном макромолекулы целлюлозы является
ангидрид d-глюкозы. Отдельные глюкозидные остатки соединены глюкозидными звеньями (кислородными мостиками) в цепочки, а цепочки целлюлозы связаны между собой межмолекулярными водородными связями:
Степень полимеризации целлюлозы хлопкового волокна более 10000,
а льняного — до 1000000. В каждом звене целлюлозы имеются три спиртовые группы: одна первичная — СH2ОН и две вторичны >СН — ОН,
отличающиеся по химической активности и пространственной доступности. Целлюлоза нерастворима в воде и органических растворителях. Специфическим растворителем для целлюлозы является водный раствор
комплексного соединения гидратаокиси меди и аммиака состава
13
[Сu(NН3)х](ОН)2. Из этого раствора получают медноаммиачное волокно.
Разбавленные растворы неорганических кислот при кратковременном
действии с последующей промывкой водой не изменяют волокон хлопка,
но если после обработки кислотой волокна высушить без промывки, то
они разрушаются вследствие образования гидроцеллюлозы. Гидроцеллюлоза представляет собой смесь целлюлозы и продуктов ее гидролиза
различной степени полимеризации. Она образуется и при продолжительном действии разбавленных растворов минеральных кислот. При полном
гидролизе целлюлозы получается глюкоза:
(C6H10O5)n + H2O  nC6H12O6
Концентрированные растворы минеральных кислот разрушают волокна хлопка. Концентрированные уксусная и муравьиная кислоты не
действуют на хлопковое волокно.
Разбавленные растворы едкого натра не оказывают заметного действия на целлюлозные волокна, но при длительном его кипячении с доступом воздуха происходит окисление целлюлозы и прочность волокна
снижается. Концентрированные растворы едкого натра вызывают набухание волокна, а при низких температурах - растворение. При этом образуется щелочная целлюлоза, содержащая примерно 1 моль NaOH на каждые два элементарных звена макромолекулы целлюлозы.
При действии окислителей спиртовые группы целлюлозы превращаются в альдегидные и карбоксильные. К числу окислителей, действующих на целлюлозу относятся: гипохлорит натрия, хлорная известь, озон,
кислород воздуха в присутствии щелочи, перекись водорода, хлорит
натрия и др. Продукты, образующиеся при действии окислителей на целлюлозу, по своему составу очень неоднородны. Эту смесь называют оксицеллюлозой. При далеко зашедшем процессе окисления целлюлоза
рассыпается в порошок.
При нагревании целлюлозы до температуры выше 275 оС начинается
ее сухая перегонка с образованием газообразных и жидких продуктов,
имеющих кислый характер.
При действии микроорганизмов происходит расщепление целлюлозы
с образованием оксицеллюлозы, а затем и превращение ее в газообразные
и растворимые в воде продукты — метан, водород и др. Целлюлозные
волокна, внесенные в пламя горелки, быстро сгорают с образованием
легкого пепла и запаха жженой бумаги.
Экспериментальная часть:
Реактивы и оборудование:
 штатив с пробирками;
 стеклянные палочки;
14
 пипетки;
 водяная баня;
 сушильный шкаф;
 часы;
 термометр;
 фарфоровые чашки;
 хлопчатобумажная пряжа или ткань;
 льняная пряжа или ткань;
 серная кислота концентрации 10 г/л.;
 едкий натр концентрации 300 г/л.;
 едкий натр концентрации 10 г/л.;
 уксусная кислота концентрации 2 г/л.;
 краситель метиленовый голубой 1 г/л.;
 индикаторная бумага;
 гипохлорит натрия концентрации 5 г/л. актива хлора.
Опыт 1. Действие на хлопковое и льняное волокно разбавленной серной кислоты.
Обработать хлопчатобумажную и льняную пряжу или ткань в пробирках в течение 10 минут раствором серной кислоты концентрации 10 г/л.
при температуре 20 - 25 оС. Половину образца промыть водой и высушить, вторую половину высушить, не промывая в сушильном шкафу при
температуре 105 оС в фарфоровых чашечках. После высушивания проверяют прочность образцов на разрыв, зажимая между пальцами кончики
образцов и растягивая их. Результаты наблюдений запишите в рабочий
журнал.
Опыт 2. Действие концентрированной серной кислоты на хлопковое и
льняное волокно.
В сухие пробирки положить по одному образцу хлопкового и льняного
волокна и осторожно влить 2 мл. концентрированной серной кислоты.
Наблюдать изменения, происходящие с волокнами. Результаты наблюдений запишите в рабочий журнал.
Опыт 3. Действие на волокна разбавленного раствора щелочи.
В пробирки поместить образцы волокон и залить на 1/3 пробирки раствором едкого натра концентрации 10 г/л. Поместить пробирки в водяную баню при температуре 95 - 100 оС и выдержать в ней в течение 30
минут. После обработки волокна промыть водой и высушить. Сравнить
внешний вид образцов и проверить органолептически их прочность на
разрыв. Результаты наблюдений запишите в рабочий журнал.
Опыт 4. Действие на волокна концентрированного раствора щелочи.
Приготовить по 2 одинаковых образца хлопковой и льняной пряжи длиной 10 см. Налить в пробирку холодного раствора щелочи концентрации
15
300 г/л. и поместить в нее по одному образцу хлопковой и льняной пряжи,
выдержать 5 минут, извлечь образцы при помощи стеклянной палочки и
промыть холодной водой, разбавленным раствором уксусной кислоты
(2 г/л) и снова водой. Образцы высушить и сравнить по длине с необработанными образцами пряжи. Определить величину уменьшения размеров
образцов (в %) по сравнению с первоначальными размерами. Результаты
наблюдений записать в рабочий журнал.
Опыт 5. Сжигание волокон.
Пучок волокон, прочно скрученных в жгутик, медленно внести в пламя
горелки так, чтобы оценить проведение образца в близи пламени. При
нахождении образца в пламени отмечают процесс, происходящий при
этом: горение с остатком, плавление, полное сгорание и т.д. После выноса образца из пламени отмечают, продолжает ли гореть образец или затухает, если горит, то каков характер пламени. После затухания отмечают
запах и внешний вид остатка после сгорания. Результаты наблюдений
запишите в рабочий журнал в виде таблицы:
Поведение волокна
Остаток
После удале- Запах после обраВолокно
Вблизи
В
ботки
пламени пламени ния из пламени
Хлопок
Лен
Опыт 6. Действие гипохлорита натрия на волокна хлопка и льна.
Образцы пряжи или волокон обрабатывают раствором гипохлорита
натрия с концентрацией 5 г/л. активного хлора при температуре 18 - 20 оС
в течение 20 минут. Далее образцы промывают водой, раствором гидросульфита натрия для удаления следов хлора и снова водой до нейтральной реакции, высушивают в сушильном шкафу при 100 - 105 оС. После
высушивания органолептически оценивают изменение прочности и оттенка образцов, сравнивая, их друг с другом и необработанными волокнами. Результаты наблюдений запишите в рабочий журнал.
Контрольные вопросы:
Объясните причины изменения свойств волокон в результате обработки их кислотами различной концентрации. Напишите схемы реакций.
2. Объясните все изменения, происходящие при действии едких щелочей на волокна. Приведите возможные схемы реакций.
3. Какие процессы происходят с волокнами при действии гипохлорита
натрия? Напишите схемы реакций.
1.
16
При каких условиях образуется щелочная целлюлоза, оксицеллюлоза
и гидроцеллюлоза?
5. Чем отличаются волокна льна от волокон хлопка?
6. Как действуют органические кислоты на хлопковое и льняное волокна?
7. В чем растворяются целлюлозные волокна?
8. Что такое мерсеризация и с какой целью она проводится?
9. Какие вещества применяются для отбеливания целлюлозных материалов?
10. Что происходит с целлюлозными волокнами при температурах выше
150 оС?
4.
Лабораторная работа № 4.
Химические свойства белковых волокон
Цель работы: Изучить химические свойства шерсти и натурального
шелка.
Задание: Изучить действие на шерсть и шелк кислот, щелочей, окислителей, растворителей и высоких температур.
Теоретическая часть:
Главной составной частью шерстяного волокна является кератин.
Он относится к группе белковых веществ. Кератин – высокомолекулярное соединение. При гидролизе макромолекулы кератина расщепляются с
образованием аминокислот:
O
O


…  NH  CH  C  … + H2O  NH2  CH  C  OH


R
R
Особенно легко гидролиз протекает в присутствии щелочей.
Среди продуктов гидролиза шерсти обнаружено около 18 аминокислот.
Особенностью аминокислотного состава шерсти является то, что они содержат значительное количество серы. Этим она отличается от натурального шелка.
Основное
вещество
шелковой
нити
–
фиброинвысокомолекулярное соединение, относящееся к группе белковых веществ. Аминокислоты, составляющие фиброин, не содержат серы. Фиброин гидролизуется еще легче, чем кератин.
17
Щелочи действуют на белковые волокна разрушающе. Даже слабые 1 – 2 %-ные растворы едкого натра при температуре 80 оС полностью
растворяют волокна. Растворы аммиака, соды, поташа действуют значительно слабее. Разрушение происходит в результате гидролиза с образованием щелочных солей аминокислот:
O
O


…  NH  CH  C  … + H2O + NaOH  NH2  CH  C  ONa


R
R
Крепкие щелочи разрушают белковые волокна очень быстро, даже на холоде. Растворы минеральных кислот небольших концентраций
при кратковременной обработке не влияют на прочность белковых волокон. Концентрированные кислоты разрушают волокна. Степень разрушения увеличивается с повышением длительности и температуры обработки. Органические кислоты в равных условиях действуют слабее. Разрушение волокон связано с кислотным гидролизом белковых макромолекул. При этом образуются аммонийные соли аминокислот:
O
O


…  NH  CH  C  … + H2O + HCl  Cl - N+H3  CH  C  OH


R
R
При действии концентрированной азотной кислоты белковые волокна желтеют, набухают и переходят в желеобразное состояние. Эта реакция является качественной на белковые волокна (ксантопротеиновая реакция). Она связана с образованием окрашенных продуктов при нитровании белковых веществ.
Шерстяные и шелковые волокна реагируют с растворами солей многих металлов, например алюминия, хрома, кобальта, меди, олова и др.,
образуя солеобразные соединения с белковыми макромолекулами.
Окислители и восстановители уменьшают прочность белковых волокон, повышают их растворимость в щелочах.
При обработке белковых волокон хлорсодержащими окислителями:
NaOCl, Ca(OCl)(OH), NaСlO2 и др. происходит их хлорирование с образованием хлораминопроизводных:
O
O


…  NH  CH  C  … + NaOCl  …  NCl  CH  C  … + NaOH


R
R
У хлорированных производных снижается степень полимеризации, в
18
результате чего снижается их способность к валке, но повышается способность к накрашиванию. Растворы восстановителей вызывают набухание, и растворение волокон шерсти и шелка. Таким действием обладают
растворы сульфида натрия, гидросульфита натрия и ронгалита.
Шерстяное волокно, высушенное при 100 - 105 oС, делается жестким,
но при увлажнении снова приобретает мягкость. Длительное нагревание
при температуре выше 100 oС вызывает его пожелтение и разрушение,
сопровождающееся выделением сероводорода и аммиака.
Фиброин шелка более устойчив к нагреванию. Он выдерживает
нагревание до 140 oС без изменения. Разрушение начинается при 180 oС.
При сухой перегонке белковых волокон образуются продукты, имеющие основные (щелочные) свойства.
При горении волокон шерсти и шелка ощущается запах жженого рога
или жженых перьев.
Белковые волокна не растворяются в органических растворителях. В
отличие от шерсти, шелк растворяется в некоторых специфических растворителях, таких как раствор CaCl2 в муравьиной кислоте, медноаммиачный раствор.
Кератин и фиброин довольно устойчивы к действию микроорганизмов (бактерий, грибков) вызывающих гниение, но служат пищей для личинок моли.
Экспериментальная часть:
Реактивы и оборудование:
 штатив с пробирками;
 фарфоровые чашки;
 стеклянные палочки;
 водяная баня;
 сушильный шкаф;
 часы;
 термометр;
 спиртовка
 образцы шерсти и шёлка;
 серная кислота концентрации 3 %;
 серная кислота концентрированная;
 азотная кислота концентрированная;
 муравьиная (уксусная) кислота;
 едкий натр концентрации 3 %;
 ацетат свинца;
 гипохлорит натрия концентрации 30 г/л. активного хлора.
19
Опыт 1. Действие щелочей на волокна шерсти и шелка.
В пробирки помещают небольшие образцы волокон или полоски ткани и заливают 3 %-ным раствором гидроксида натрия. Пробирки с образцами помещают в кипящую водяную баню и выдерживают в ней до растворения образцов. К полученным растворам добавляют раствор ацетата
свинца и наблюдают выпадение осадка: в пробирке с шерстью бурого
цвета, а в пробирке с шелком – белого.
Результаты наблюдений и уравнения химических реакций, протекающих при этом, запишите в рабочую тетрадь.
Опыт 2. Действие минеральных и органических кислот.
Действие разбавленных минеральных кислот.
В пробирку помещают 2 образца шерсти, в другую пробирку – 2 образца шелка, заливают их 3 %-ным раствором серной кислоты и нагревают
на кипящей водяной бане в течение 15 минут. По истечении указанного
времени образцы вынимают из пробирок, отжимают от избытка раствора,
прижимая к стенке пробирок стеклянной палочкой. Одну половину образцов каждого вида волокон высушивают на воздухе при комнатной температуре, а другую – в сушильном шкафу при 105 0С на чистом стекле или в
фарфоровых чашечках. После высушивания органолептически проверяют
прочность образцов на разрыв, зажимая между пальцами кончики образцов
и растягивая их.
Результаты наблюдений запишите в рабочую тетрадь.
Опыт 3. Действие концентрированных минеральных кислот.
Небольшие образцы волокон помещают в пробирки и заливают концентрированной серной кислотой и оставляют при комнатной температуре на 10 минут. То же самое проделать с концентрированной азотной
кислотой.
Опыт 4. Действие концентрированных органических кислот.
Небольшие образцы волокон помещают в пробирки и заливают концентрированной муравьиной кислотой, оставляют при комнатной температуре на 10 минут. Наблюдают процессы, происходящие в пробирках.
Результаты наблюдений во всех опытах запишите в рабочую тетрадь.
Содержимое пробирок после опытов слейте в стакан для сливов на
половину, заполненный водой (ОСТОРОЖНО!)
Опыт 5. Действие гипохлорита натрия.
Образцы волокон помещают в пробирки и заливают раствором гипохлорита натрия с содержанием активного хлора 30 г/л, оставляют при
комнатной температуре на 30 минут. Наблюдают процессы, происходящие в пробирках.
Результаты наблюдений и уравнения химических реакций, протекающих при этом запишите в рабочую тетрадь.
20
Опыт 6. Сжигание волокон.
Пучок волокон, плотно скрученных в жгутик, медленно вносят в
пламя горелки так, чтобы оценить поведение образца вблизи пламени.
При нахождении образца в пламени отмечают происходящий процесс
(горение с остатком, плавление, полное сгорание), обращая внимание
также на поведение после выноса волокна из пламени (продолжает гореть, затухает).
Результаты наблюдений запишите в виде таблицы:
Поведение волокна
После удаВолокно Вблизи
В пламени ления из
пламени
пламени
Запах
Остаток
после обработки
Шерсть
Шёлк
Контрольные вопросы:
Какое вещество, входящее в состав шерстяного волокна, определяет
его химические свойства?
2. Чем отличаются по химическому составу и свойствам волокна шелка
от волокон шерсти?
3. Как действуют кислоты на кератин и фиброин? Напишите уравнения
реакций.
4. Как действуют щелочи на шерсть и шелк? Напишите уравнения реакций.
5. Какими свойствами волокна шерсти отличаются от волокон хлопка?
6. Чем отличается фиброин от серицина?
7. Какие процессы происходят с белковыми волокнами при действии
гипохлорита натрия? Напишите схемы реакций.
8. Что такое кислотная емкость кератина шерсти?
9. Как изменяются свойства шелка после обработки его уксусной кислотой?
10. Какие вещества можно применять для отбеливания волокон шерсти и
шелка?
1.
21
Лабораторная работа №5
Химические свойства искусственных волокон.
Цель работы: изучить отношение искусственных волокон к действию химических реагентов.
Задание: провести предложенные испытания и сделать вывод по
каждому опыту.
Теоретическая часть:
К искусственным относятся волокна, изготовленные из природных
полимеров путём их модификации. Наибольшее применение нашли искусственные волокна, изготовленные из целлюлозы: вискозное, ацетатное и триацетатное. Сырьём для изготовления этих волокон является
целлюлоза, полученная из древесины или хлопка.
Вискозное волокно получают из древесной целлюлозы обработкой её
щёлочью и сероуглеродом. Образующийся при этом ксантогенат целлюлозы продавливают через фильеры.
Вискозное волокно состоит из гидроцеллюлозы, степень полимеризации целлюлозы находится в пределах 280 – 320 элементарных звеньев.
Структура волокна более рыхлая, чем у хлопкового волокна. Это приводит к значительным особенностям в свойствах вискозных волокон: высокая гигроскопичность, сильное набухание в воде, потеря прочности в
мокром состоянии, низкая устойчивость к действию химических реагентов.
Ацетатные волокна являются сложными эфирами целлюлозы и уксусной кислоты. Действуя на природную целлюлозу уксусным ангидридом в присутствии уксусной и серной кислот, получают триацетилцелюлозу. Добавляя к кислому раствору расчётное количество воды, проводят
частичное омыление триацетилцеллюлозы до ацетилцеллюлозы. Из ацетилцеллюлозы формуют ацетатное, а из триацетилцелюлозы триацетатное волокно.
В ацетатном волокне подавляющее большинство гидроксильных
групп целлюлозы замещено на ацетильные (γ = 240 ÷ 260). Следствием
этого является низкая гигроскопичность, меньшая набухаемость в воде,
меньшая потеря прочности в мокром состоянии по сравнению с вискозным волокном. В тоже время наличие ацетильных групп приводит к
набуханию и растворению ацетатного волокна в органических растворителях: ацетоне, метилэтилкетоне, метилацетате, диоксане и др. Степень
полимеризации обычно находится в пределах 250 ÷ 500. В волокне имеются аморфные и кристаллические участки, но степень кристалличности
22
ацетатного волокна не велика.
При действии кислот ацетатное волокно подвергается гидролитической деструкции. Очень низка устойчивость к действию щелочных агентов: гидролизуясь волокно переходит в гидратцеллюлозное. Волокно относительно устойчиво к действию восстановителей и окислителей,
устойчиво к действию микроорганизмов.
Триацетатное волокно имеет степень замещения γ = 280 - 300, что
придаёт ему свойства, отличные от обычного ацетатного волокна: очень
низкая гигроскопичность, набухаемость в воде, лучшая растворимость в
органических растворителях, повышенная устойчивость к действию кислот, щелочей и окислителей, низкие сорбционные свойства. Волокно отличается высокой устойчивостью к действию микроорганизмов.
Экспериментальная часть:
Реактивы и оборудование:
 штатив с пробирками;
 фарфоровые чашки;
 стеклянные палочки;
 водяная баня;
 сушильный шкаф;
 часы;
 термометр;
 спиртовка;
 образцы вискозного и ацетатного волокон;
 серная кислота концентрации 10 г/л;
 серная кислота концентрированная;
 едкий натр концентрации 10 г/л;
 едкий натр концентрации 400 г/л;
 гипохлорит натрия концентрации 5 г/л активного хлора;
 муравьиная (уксусная) кислота;
 ацетон.
Опыт 1. Действие на искусственные волокна разбавленной серной
кислоты.
Обработать образцы волокон в пробирках в течение 10 минут раствором серной кислоты концентрации 10г/л при температуре 20 – 25 С. Половину образца промыть водой и высушить, вторую половину высушить,
не промывая в сушильном шкафу при температуре 105 С в фарфоровых
чашечках. После высушивания органолептически проверяют прочность
образцов на разрыв, зажимая между пальцами кончики образцов и растягивая их. Результаты наблюдений запишите в рабочий журнал.
23
Опыт 2. Действие концентрированных кислот на волокна.
В сухие пробирки положить по образцу волокон и осторожно влить по 2мл
концентрированной серной кислоты. То же самое проделать с муравьиной кислотой. Выдержать при комнатной температуре 15 минут и наблюдать изменения, происходящие с волокнами. Результаты наблюдений запишите в рабочий
журнал.
Содержимое пробирок осторожно слейте в стакан для сливов, наполовину заполненный холодной водой.
Опыт 3. Действие на волокна разбавленного раствора щелочи.
В пробирки поместить образцы волокон и залить на 1/3 пробирки
раствором едкого натра концентрации 10 г/л. Поместить пробирки в водяную баню при температуре 95 - 100 С и выдержать в ней в течении 30
мин. После обработки волокна промыть водой и высушить. Сравнить
внешний вид образцов и проверить органолептически их на прочность на
разрыв. Результаты наблюдений запишите в рабочий журнал.
Опыт 4. Действие на волокна концентрированного раствора щелочей.
В пробирки поместить образцы волокон и залить на 1/3 пробирки
раствором едкого натра концентрации 400 г/л и обработать в кипящей
водяной ванне в течение 30 - 40 мин. Наблюдайте изменения, происходящие в пробирках. Результаты наблюдений запишите в журнал.
Опыт 5. Действие гипохлорита натрия на синтетические волокна.
Образцы волокон поместить в пробирки и обработать их раствором
гипохлорита натрия концентрации 5 г/л активного хлора при температуре
18 – 20 С в течение 20 мин. Далее образцы промывают водой и высушивают в сушильном шкафу при 105 С.
После высушивания органолептически оценивают изменение прочности и
оттенка образцов, сравнивая, их друг с другом и необработанными волокнами.
Результаты наблюдений запишите в рабочий журнал
Опыт 6. Действие органических растворителей.
Небольшие количества волокон обрабатывают ацетоном в пробирке
при модуле 10 в течение 10 минут при комнатной температуре. Результаты наблюдений занесите в рабочий журнал.
Опыт 7. Сжигание волокон.
Пучок волокон, прочно скрученных в жгутик, медленно ввести в
пламя горелки так, чтобы оценить проведение образца вблизи пламени.
При нахождении образца в пламени отмечают процесс, происходящий
при этом: горение с остатком, плавление, полное сгорание и т.д. после
выноса образца из пламени отмечают, продолжает ли гореть образец или
затухает, если горит, то каков характер пламени. После затухания отмечают запах и внешний вид остатка после сгорания. Результаты наблюде24
ния запишите в рабочий журнал в виде таблицы:
Волокно
Поведение волокна
После
Вблизи
В пламеудаления
пламени
ни
из пламени
Запах
Остаток
после обработки
Вискозное
Ацетатное
Контрольные вопросы:
Какой химический состав имеют вискозное и ацетатное волокна?
Какими свойствами эти волокна отличаются друг от друга?
Объясните причины изменения свойств волокон в результате обработки кислотами. Напишите схемы реакций.
4. Объясните изменения, происходящие при действии едких щелочей
различной концентрации на волокна. Напишите схемы реакций.
5. Какие процессы происходят при действии раствора гипохлорита
натрия на искусственные волокна?
6. Что такое S-обработка текстильных материалов из ацетатных волокон?
7. Почему при сжигании ацетатных волокон ощущается запах уксусной
кислоты?
8. В чём растворяются вискозные и ацетатные волокна ?
9. Что происходит с вискозными и ацетатными волокнами при нагревании?
10. Что происходит с вискозными и ацетатными волокнами при действии микроорганизмов?
1.
2.
3.
25
Лабораторная работа № 6.
Химические свойства синтетических волокон.
Цель работы: Изучить отношение синтетических волокон к действию кислот, щелочей, окислителей и высоких температур.
Задание: провести предложенные испытания и сделать вывод по
каждому опыту.
Теоретическая часть:
Синтетические волокна получают из синтетических высокомолекулярных волокнообразующих полимеров, которые получают из простых органических соединений реакциями полимеризации или поликонденсации.
Основной особенностью строения синтетических волокон является фибриллярная (нитевидная, линейная) форма макромолекул, состоящих из повторяющихся элементарных звеньев. Макромолекулы расположены вдоль оси волокна. Макромолекулы связаны между собой силами Ван-дер-Ваальса или водородными
связями. Число их возрастает со степенью ориентации макромолекул по длине
волокна. Ясно выраженная ориентация макромолекул вдоль оси и относительно
большое количество водородных связей являются причиной незначительной восприимчивости синтетических волокон к действию различных химических реагентов и воды.
При нагревании волокон увеличиваются тепловые колебания макромолекул и разрываются отдельные межмолекулярные связи. При этом выравниваются внутренние напряжения цепей, происходит их укорачивание, и волокно
усаживается. Величина усадки волокон увеличивается с повышением температуры.
В зависимости от химического строения синтетические волокна делятся на две группы:
1. Гетероцепные, состоящие из молекул, в цепь главных валентностей которых, кроме атомов углерода, входят атомы кислорода, азота и
других элементов.
2. Карбоцепные – состоящие из молекул, содержащих в главной
цепи только атомы углерода.
К группе гетероцепных волокон относятся полиамидные волокна –
например, капрон, перлон, анид, фенилон, кевлар; полиэфирные волокна –
лавсан, терилен и др., полиуретановые волокна – спандекс.
К группе карбоцепных волокон относятся поливинилхлоридные
(хлорин), полиакрилонитрильные (нитрон, орлон), поливинилспиртовые
(винол, винилон), полиолефиновые (геркулон).
Из синтетических волокон наибольшее применение имеют капрон,
26
лавсан и нитрон.
Полиамидное волокно капрон состоит из линейных макромолекул,
включающих метиленовые звенья (-СН2-) и амидные группировки:
Химический состав капрона можно изобразить формулой:
  NH  CH 2 5  CO  NH  CH 2 5  CO  NH  CH 2 5  CO  
или NH  CH 2 5  CO n
Капрон получают полимеризацией капролактама. Волокна формуют
из расплава. Они отличаются высокой упругостью, прочностью и высоким сопротивлением к истиранию. Волокна капрона мало гигроскопичны, влагопоглащение их при 20 С составляет 4,5 %.
Капроновые волокна устойчивы к действию многих химических реагентов. Они не растворяются в щелочи, ацетоне, бензине, эфире, спирте.
Концентрированные минеральные и органические кислоты и фенолы
растворяют капрон.
Окислители и восстановители действуют на капрон слабо. Свет, особенно ультрафиолетовый, деполимеризует капрон. Волокна капрона вне
пламени не горят. При 160 – 170 С они размягчаются, а при 215 - 220 С
плавятся.
Микроорганизмы не разрушают капроновое волокно.
Синтетические волокна анид, перлон, нейлон обладают схожими с капроном свойствами.
Полиэфирное волокно лавсан является продуктом поликонденсации
терефталевой кислоты (диметилтерефталата) и этиленгликоля:
Отдельные звенья макромолекулы волокон лавсана связаны между
собой сложноэфирными группами:
Волокна лавсана обладают высокой упругостью, но недостаточным
сопротивлением к истиранию. Волокна лавсана мало гигроскопичны, при
температуре 20 С они поглощают 0,4 % воды и почти не набухают. Лавсановые волокна устойчивы к действию многих химических реагентов.
27
Они растворяются в концентрированной серной и азотной кислотах при
нагревании, а также в горячем феноле, крезоле, нитробензоле. Другие
растворители их не растворяют.
Волокна лавсана недостаточно устойчивы к действию щелочей. При
нагревании в растворах щелочей они ослабляются или полностью разрушаются, в зависимости от концентрации щелочей.
Окислители и восстановители действуют на лавсан слабо. К действию света
лавсан устойчивее капрона. Волокна лавсана термопластичны, они размягчаются
при 230 - 240 С. Вне пламени волокна лавсана не горят.
Микроорганизмы не разрушают лавсан.
Синтетическое волокно нитрон получают из полимеров акрилонитрила, а
также из его сополимеров:
nCH 2  CH  CN 
 CH 2  CH n
CN
 -CH2-CH-CH2-CHили CH2=CH-CN+CH2=CH-COOH
CN
COOH
Нитрон относится к карбоцепным волокнам: цепь главных валентностей его состоит только из атомов углерода.
Из всех природных и синтетических волокон волокна нитрона наиболее устойчивы к действию светопогоды, но недостаточно устойчивы к
истиранию. При 20 С нитрон поглощает до 1,5 % воды.
Волокна нитрона достаточно устойчивы к действию кислот, окислителей и органических растворителей, стойкость к щелочам недостаточна.
При обработке разбавленными щелочами он желтеет (качественная реакция на нитрон), а концентрированные растворы щелочей растворяют волокно.
Для волокон нитрона характерна высокая термостойкость. Они размягчаются при температуре 225 – 245 С, а разрушаются при температуре
выше 300 С.
Микроорганизмы не разрушают нитроновое волокно.
Экспериментальная часть:
Реактивы и оборудование:
 штатив с пробирками;
 фарфоровые чашки;
 стеклянные палочки;
 водяная баня;
 сушильный шкаф;
28










часы;
термометр;
спиртовка;
образцы волокон нитрона, лавсана и капрона;
серная кислота концентрации 10г/л;
серная кислота концентрированная;
едкий натрий концентрации 10г/л;
едкий натрий концентрации 400г/л;
гипохлорит натрия концентрации 5г/л активного хлора;
муравьиная кислота.
Опыт 1. Действие на синтетические волокна разбавленной серной
кислоты.
Обработать образцы волокон в пробирках в течение 10 минут раствором серной кислоты концентрации 10г/л при температуре 20 – 25 С. Половину образца промыть водой и высушить, вторую половину высушить
не промывая в сушильном шкафу при температуре 105 С в фарфоровых
чашечках. После высушивания органолептически проверяют прочность
образцов на разрыв, зажимая между пальцами кончики образцов и растягивая их. Результаты наблюдений запишите в рабочий журнал.
Опыт 2. Действие концентрированных кислот на волокна.
В сухие пробирки положить по образцу волокон и осторожно влить по 2 мл
концентрированной серной кислоты. То же самое проделать с муравьиной кислотой. Выдержать при комнатной температуре 15 минут и наблюдать изменения, происходящие с волокнами. Результаты наблюдений запишите в рабочий
журнал.
Содержимое пробирок осторожно слейте в стакан для сливов, наполовину заполненный холодной водой.
Опыт 3. Действие на волокна разбавленного раствора щелочи.
В пробирки поместить образцы волокон и залить на 1/3 пробирки
раствором едкого натра концентрации 10 г/л. Поместить пробирки в водяную баню при температуре 95 – 100 С и выдержать в ней в течении 30
мин. После обработки волокна промыть водой и высушить. Сравнить
внешний вид образцов и проверить органолептически их на прочность на
разрыв. Результаты наблюдений запишите в рабочий журнал.
Опыт 4. Действие на волокна концентрированного раствора щелочей.
В пробирки поместить образцы волокон и залить на 1/3 пробирки
раствором едкого натра концентрации 400 г/л и обработать в кипящей
водяной ванне в течение 30 - 40 мин. Наблюдайте изменения, происходящие в пробирках. Результаты наблюдений запишите в журнал.
29
Опыт 5. Действие гипохлорита натрия на синтетические волокна.
Образцы волокон поместить в пробирки и обработать их раствором
гипохлорита натрия концентрации 5 г/л активного хлора при температуре
18 – 20 С в течение 20 мин. Далее образцы промывают водой и высушивают в сушильном шкафу при 105 С.
После высушивания органолептически оценивают изменение прочности и
оттенка образцов, сравнивая их друг с другом и необработанными волокнами.
Результаты наблюдений запишите в рабочий журнал.
Опыт 6. Сжигание волокон.
Пучок волокон, прочно скрученных в жгутик, медленно ввести в
пламя горелки так, чтобы оценить проведение образца вблизи пламени.
При нахождении образца в пламени отмечают процесс, происходящий
при этом: горение с остатком, плавление, полное сгорание и т.д. после
выноса образца из пламени отмечают, продолжает ли гореть образец или
затухает, если горит, то каков характер пламени. После затухания отмечают запах и внешний вид остатка после сгорания. Результаты наблюдения запишите в рабочий журнал в виде таблицы:
Волокно
Поведение волокна
После
Вблизи
В пламеудаления
пламени
ни
из пламени
Запах
Остаток
после обработки
Вискозное
Ацетатное
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
Контрольные вопросы:
Какой химический состав имеют волокна капрона, лавсана, нитрона?
Какими свойствами эти волокна отличаются друг от друга?
Объясните причины изменения свойств синтетических волокон в
результате обработки кислотами. Напишите схемы реакций.
Объясните изменения, происходящие при действии едких щелочей
различной концентрации на синтетические волокна. Предложите
возможные схемы реакций.
Какие процессы происходят при действии растворов гипохлорита
натрия на синтетические волокна?
Какие синтетические волокна наиболее подвержены действию света
и почему?
Что такое гидролиз? Какие волокна в наибольшей степени подвержены гидролизу и почему.
30
Какие изменения происходят с волокнами при их нагревании до температуры плавления и выше? Напишите возможные схемы реакций.
9. Какие текстильные материалы изготавливаются из волокон капрона,
лавсана и нитрона?
10. Опишите экологические проблемы, возникающие при получении,
эксплуатации и утилизации синтетических волокон.
8.
Лабораторная работа №7
Качественный анализ смеси текстильных волокон
Цель работы: изучить и освоить систематический метод анализа
смеси текстильных волокон.
Задание: провести качественный анализ образца, состоящего из волокон двух типов.
Теоретическая часть:
При распознавании волокон пользуются следующими методами:
сжигание, сухая перегонка, колористический метод, метод ИК - спектроскопии, рентгеноструктурный метод, определение физических и физикомеханических характеристик.
При сжигании волокон оценивают скорость и характер горения, способность к оплавлению, поведение после удаления из пламени, запах выделяющихся продуктов горения, характер остатка.
Сухая перегонка проводится в жаростойких пробирках при нагревании их над пламенем горелки до выделения газообразных продуктов. К
верхней открытой части пробирки по очереди подносят увлажненные
дистиллированной водой синюю, а затем красную лакмусовые бумажки.
Продукты сухой перегонки целлюлозных, гидратцеллюлозных волокон,
лавсана, хлорина имеют, кислую реакцию, и окрашивают синюю лакмусовую бумажку в красный цвет. Продукты сухой перегонки шерсти, шелка, нитрона, полиамидов имеют щелочную реакцию и окрашивают красную лакмусовую бумажку в синий цвет.
Распознавание волокон колористическим методом проводят на освобожденных от аппрета и замасливателей неокрашенных образцах. Волокна
окрашивают различными типами красителей и по способности их окрашиваться судят о том, какое это волокно. При исследовании волокон методом ИК - спектроскопии используют поглощение ИК - излучения в
области 5000 - 200 см-1. Волокна мелко измельчают с помощью гомогенизатора, изготавливают таблетки с KBr или суспензию в вазелиновом
31
масле и записывают ИК - спектры. В полученных спектрах идентифицируют характеристические полосы поглощения, используя таблицы в специальной справочной литературе. По полученным данным определяют
тип волокна.
В сомнительных случаях определяют физические константы полимера волокна или используют рентгеноструктурный метод анализа.
Экспериментальная часть:
Получите у лаборанта образец для анализа.
При возможности разделения волокон, входящих в состав смеси или
ткани, по видам их разделяют визуально или с использованием микроскопа. Анализ назначают с испытания волокон на сжигание (повторяют
не менее трех раз). По характеру сжигания испытуемых волокон их относят к одной из пяти групп и далее проводят все необходимые химические
реакции и другие исследования.
Примерный ход анализа по распознаванию волокон приведен ниже в
схемах.
32
Ход анализа по распознаванию волокон.
I группа
Горят без плавления и изменения формы;
остаток - светло-серый пепел. Запах при
горении - жжёной бумаги. После удаления из
пламени волокна продолжают гореть.
Предварительный вывод:
целлюлозные и гидратцеллюлозные волокна.
Действие 10 % - раствора гидроксида натрия без нагревания.
Не растворяются:
Хлопок, лён и др.
природные целлюлозные волокна.
При действии смесей красители родамина С и прямого чисто-голубого вискозные волокна окрашиваются в красноватый, а медноаммиачные- в голубой
или слабофиолетовый.
Набухают и частично растворяются:
гидратцеллюлозные
волокна.
Действие тетраиодоцинката (II)
калия приводит к окрашиванию
медноаммиачного и полинозного волокон в слабый краснофиолетовый цвет, а обычного
вискозного волокна в краснофиолетовый или сине-зелёный
цвет.
Рентгеноструктурный анализ, исследование основных физикомеханических показателей в сухом и влажном состоянии позволяют идентифицировать основные типы вискозных и медноаммиачных волокон.
Микроскопические исследования, рентгеноструктурный анализ позволяют идентифицировать целлюлозные волокна.
33
II группа
При горении оплавляются, скручиваются в направлении от пламени.
Запах жжёных перьев. После удаления из пламени волокна затухают.
Предварительный вывод: белковые волокна (шерсть, шёлк).
Действие концентрированной азотной кислоты приводит к окрашиванию и набуханию.
Действие 3 % - ного раствора гидроксида натрия при нагревании приводит к гидролизу – растворению шерсти и шёлка.
При действии ацетата свинца:
Выпадает чёрный
осадок сульфида
свинца – шерсть.
Выпадает белый
осадок гидроксида
свинца – шёлк.
34
III группа
При горении плавятся без характерного запаха. Остаток – чёрный твёрдый шарик, который при усилии можно раздавить. При
удалении из пламени продолжает гореть.
Предварительный вывод:
ацетатное, триацетатное волокна или нитрон.
При действии ацетона:
Волокно растворяется – ацетатное.
Нагревание в 3 % - ном растворе
гидроксида натрия при кипении вызывает омыление волокна. Волокно
после промывки окрашивается прямым чисто-голубым красителем.
Волокно не растворяется –
триацетатное, нитрон. При
нагревании в 3 % - ном
растворе гидроксида натрия
при кипении.
Окрашивается в
красно-бурый
цвет – нитрон.
Остаётся без
изменений –
триацетатное.
ИК - спектроскопия (наличие
нитрильных
групп C ≡ N).
ИК – спектроскопия.
35
IV группа
При внесении в пламя
плавятся. Нет
характерного запаха. Из
полиамидные
волокна
горячей капли может быть
образована
нить.
полиамидные волокна Остывший остаток –
твёрдый шарик расплава.
Предварительный вывод:
полиамидные и полиэфирные волокна, хлорин.
При сухой перегонке:
Кислая реакция (синяя лакмусовая бумажка окрашивается в красный цвет) –
лавсан, хлорин.
Основная реакция (окрашивание
красной лакмусовой бумажки в
синий цвет) –
полиамидные волокна.
При кипячении в растворе 40 % - ного гидроксида натрия:
Растворяется –
Лавсан.
Не растворяется –
полиамидное,
хлорин.
При действии 85 % - ной муравьиной кислоты:
Не растворяется –
Лавсан.
Растворяется –
полиамидные волокна.
Не растворяется –
Хлорин.
Рентгеноструктурный анализ –
кристалическое
волокно –
лавсан.
Определение
температуры
плавления.
ИК –
спектроскопия.
наличие групп
≡ C – Cl.
ИК – спектроскопия.
36
V группа
Полное сгорание в пламени с выделением запаха горящей парафиновой свечи – полиолефиновые волокна.
При обработке в толуоле при нагревании волокна растворяются
– полиэтиленовое, полипропиленовое.
Определение температуры плавления:
Тпл = 138 0С – полиэтиленовое;
Тпл = 165 – 176 0С – полипропиленовое.
1.
2.
3.
4.
5.
Контрольные вопросы:
Перечислите задачи качественного и количественного анализа текстильных волокон.
Какие выводы позволяет сделать сжигание волокон?
Какие качественные реакции на хлопок, шерсть, шелк и нитрон существуют? В чем их сущность?
Как производится подготовка образца волокнистого материала к качественному и количественному анализу?
Какие результаты позволяют получить:
 метод сухой перегонки волокон?
 ИК - спектроскопия?
 колористический метод?
37
Литература.
1.
2.
3.
4.
Базовый лабораторный практикум по химической технологии волокнистых материалов: Учеб. для вузов /Колл. авт./ Под ред. Н.Е. Булушевой. – М.: РИО МГТУ, 2000. – 423с.
Клюшник Н.П. практикум по органическому синтезу: Учеб. пособие
для химико-технолог. техникумов. – М.: Высш. шк.,1987. – 143с.
Кулезнев В.Н., Шершнев В.А. Химия и физика полимеров: Учеб. для
вузов. – М.: Высш. шк.,1988. – 312с.
Тугов И.И., Кострыкина Г.И. Химия и физика полимеров: Учеб. пособие для вузов. – М.: Химия, 1989. – 432с.
38
Составитель: Михаил Семёнович Гаврилов
ХИМИЯ ТЕКСТИЛЬНЫХ ВОЛОКОН
Методические указания к лабораторным работам
Под редакцией автора
Темплан 2007 г., поз. № 41.
Подписано в печать 07. 09. 2007 г. Формат 60×84 1/16.
Бумага листовая. Печать офсетная.
Усл. печ. л. 2,44. Усл. авт. л. 2,25.
Тираж 50 экз. Заказ №
Волгоградский государственный технический университет
400131 Волгоград, просп. им. В. И. Ленина, 28.
РПК «Политехник»
Волгоградского государственного технического университета
400131 Волгоград, ул. Советская, 35.
39