close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

1932.Химия красителей и текстильно-вспомогательных веществ

код для вставкиСкачать
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
ГОУ ВПО
УФИМСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ
ЭКОНОМИКИ И СЕРВИСА
ИНСТИТУТ ТЕХНИКИ И ТЕХНОЛОГИИ СЕРВИСА
Кафедра технологии полимерных материалов
и отделочного производства
ХИМИЯ И ТЕХНОЛОГИЯ ХИМИЧЕСКИХ ВОЛОКОН
Методические рекомендации
по выполнению лабораторных работ
Уфа 2007
1
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Составители: Доломатова Л.А., Янборисов В.М., Борисевич С.С.,
Ломакин С.П.
УДК 677.4 (075.8)
Д 64
Химия и технология химических волокон: Методические рекомендации
по выполнению лабораторных работ / Сост.: Л.А. Доломатова, В.М. Янборисов, С.С. Борисевич, С.П. Ломакин. – Уфа: Уфимск. гос. академия экономики и
сервиса, 2007. –40 с.
В методическом руководстве даны рекомендации по выполнению лабораторных работ студентами специальности 240202 Химическая технология и
оборудование отделочного производства по дисциплине «Химия и технология
химических волокон».
В работе даны рекомендации по выполнению лабораторных работ по
процессам, проводимых в подготовительных операциях с текстильными, полимерными материалами, а также веществами, которые изготовлены на их основе. В рассматриваемой лабораторной работе в краткой форме изложены сведения по физико-химическим основам технологического процесса. После каждой работы представлены вопросы для самостоятельного изучения по данной
теме или тестирования студентов.
Практикум может быть рекомендован для студентов химикотехнологических и технических специальностей вузов для специалистов в области физикохимии полимеров, текстильной химии и технологии отделочного
производства
Рецензент: канд. хим. наук, доцент кафедры Уфимской государственной
академии экономики и сервиса М.Ю. Тимофеева
 Доломатова Л.А., Янборисов В.М.,
Борисевич С.С., Ломакин С.П., 2007
 Уфимская государственная академия
экономики и сервиса, 2007
2
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ ...................................................................................................... 4
СИНТЕЗ ХИМИЧЕСКИХ ВОЛОКОН И ПОЛИМЕРОВ............................ 4
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №1
Поликонденсация найлона на границе раздела фаз ..................................... 4
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №2
Синтез фенольных смол .................................................................................. 6
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №3
Получение полиуретановой пены. ................................................................. 8
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 4
Получение поливинилового спирта ............................................................. 10
Ч.1. Получение ПВС щелочным алкоголизом поливинилацетата ........... 11
Ч.2. Получение ПВС кислотным алкоголизом полвинилацетата............. 12
ХИМИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И ИДЕНТИФИКАЦИЯ
ХИМИЧЕСКИХ ВОЛОКОН И ПОЛИМЕРОВ .................................................... 13
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №5
Определение кислотного числа полиамидов .............................................. 13
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №6
Определение молекулярного веса полимера вискозиметрическим
методом ..................................................................................................................... 16
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №7
Идентификация смешанных волокон .......................................................... 20
ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ВОЛОКОН И ПОЛИМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ
.................................................................................................................................... 24
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №8
Изучение динамики капиллярного впитывания жидкости текстильными
материалами ............................................................................................................. 25
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №9
Определение поверхностного натяжения промывных растворов и
определение изотерм межфазного натяжения ...................................................... 28
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №10
Изучение процесса термостабилизации изделий из синтетических и
естественных волокон ............................................................................................. 33
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ ............................................................................. 38
3
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
В В Е ДЕ Н И Е
Развитие производства химических волокон осуществляется в направлении создания непрерывных технологических процессов (например, при синтезе полимера и формирования волокна), совмещения ряда технологических
операций (формирования и вытягивания, вытягивания и текстурирования) [1,
2]. Поэтому в настоящей работе предложены лабораторные работы, которые
представляют собой фрагменты этих сложных операций. Они посвящены изучению физико-химических характеристик растворов и расплавов, из которых
формируются волокна, синтезу и технологии получения и формирования полимерных волокон, определению физико-химических свойств сформированных волокон, а также идентификации индивидуальных и смешанных волокон.
Порядок проведения лабораторных работ
Студент приступает к выполнению лабораторной работы только после
получения допуска от преподавателя. Для этого студенту необходимо изучить
контрольные вопросы по теме выполняемой работы, рекомендованную литературу и лекции, для того чтобы иметь представления о лабораторной работе.
Студент должен знать порядок выполнения эксперимента, иметь преставления
о работе используемого оборудования, а также обязательно пройти необходимый инструктаж по технике безопасности.
С И Н Т Е З Х И МИ Ч Е С К И Х В О ЛО К О Н И П О Л И М Е РО В
Образование макромолекул формально происходит за счет превращения
двойных C=C связей в простые связи. В качестве мономеров применяются винильные производные CH2=CHX или CH2CXY, а также бутадиен. В зависимости от природы мономеров полимеризация может протекать по радикальному,
ионному механизму или же через образование координационных соединений с
комплексами переходных металлов [3].
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №1
Поликонденсация найлона на границе раздела фаз
Цель работы: получение найлоновой нити путем межфазной поликонденсации.
Теоретическая часть
Особенность межфазной поликонденсации состоит в том, что реакция
протекает на поверхности, точнее вблизи поверхности, разделяющий раствор
хлорангидрида в несмешивающемся с водой органическом растворителе и
водный раствор второго мономера, к которому добавлено основание. На поверхности раздела двух фаз практически моментально, даже при комнатной
температуре, возникает пленка полимера, после чего реакция протекает очень
медленно. При этом в зависимости от растворимости мономеров рост макромолекулы может начинаться со стороны органической фазы (полиамиды) или
4
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
со стороны водной фазы (полиэфиры). Если реакция начинается со стороны
органической фазы, то цепи низкомолекулярного полимера растут до достижения достаточно большой степени полимеризации,
после чего образовавшееся высокомолекулярное соединение выпадает в осадок. Если
непрерывно удалять пленку, изолирующую
хлорангидрид от второго мономера (рис. 1),
реакция будет продолжаться до исчерпания
мономера. Аналогично при взаимодействии
одной из фаз, содержащей мелкодисперсные
твердые, жидкие или газообразные вещества, со второй фазой можно заключить эти
вещества в чрезвычайно тонкую оболочку
(капсулу) и придать и вид сыпучего порошка. Если межфазную поликонденсацию проводить при перемешивании то полимер получается в виде порошка, а в случае подачи
струи раствора одного компонента в струю
Рис. 1. Непрерывное удале- другого – в виде волокна [4].
ние с поверхности раздела
Экспериментальная часть
фаз, образовавшейся полиПриборы: Склянка Бехтерева, пинцет,
амидной пленки: 1 –
стеклянная палочка.
сплющенная пленка; 2 –
Реактивы: Себациновой кислоты дираствор диамина в воде
вместе с основанием; 3 – хлорангидрид (1 мл), тетрахлорэтилен перевозникающая на поверхно- гнанный (25 мл), этанол, дистиллированная
сти раздела фаз пленка; 4 – вода, 1,6-диамоногексан (1,1 г).
Ход работы:
раствор дихлорангидрида
Для эксперимента потребуется 1 час.
В высокой склянке Бехера под тягой растворяют 0,75 мл дихлорангидрида себациновой кислоты в 25 мл перегнанного тетрахлорэтилена.
O
O
- (2n-1) HCl
H2N (CH2)6 NH2 + nCl C (CH2)8 C Cl
~((CH2)6
O
O
NH C (CH2)8 C NH)n~
Полученный раствор осторожно наслаивают, переливая по стеклянной палочке, на раствор 1,1 г 1,6-диамингексана в 12,5
мл воды. На границе раздела фаз происходит
образование пленки полиамида. Закругленным пинцетом захватывают пленку за центральную часть и медленно равномерно вытягивают вверх образующуюся при этом пить.
С помощью пинцета и стеклянной палочки
вначале пропускают ее через промывной раствор (1:1 вода/этанол), а затем надевают ее на
Рис. 2. Схема установки для
получения найлоновой нити.
5
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ролики и закрепляют на катушке (рис. 2). Непрерывно и медленно вращая катушку, наматывают на нее нить.
Контрольные вопросы
1. В чем особенность межфазной поликонденсации?
2. В каких случаях используют межфазную поликонденсацию?
3. Вероятен ли процесс гидролиза применяемых хлорангидридов при
межфазной поликонденсации?
4. С чем связана высокая скорость межфазной поликонденсации?
5. Какова методика проведения межфазной поликонденсации для получения химических волокон?
6. Почему при межфазной поликонденсации получаются полимеры с высокой молекулярной массой?
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №2
Синтез фенольных смол
Цель работы: получение фенольной смолы реакцией поликонденсации.
Теоретическая часть
Фенольные смолы получают реакцией конденсации формальдегида и
фенола, которая катализируется кислотами или основаниями. Ниже приводится пример электрофильного замещения, катализируемого кислотами:
OH
OH
OH
H
+ H2CO
OH
H
CH2OH
OH
CH2
CH2 4PhOH
3H2CO
- H2O
OH
CH2
CH2
OH
CH2
OH
При этом образуются полимерные цепи со связями в о- и п-положениях.
В присутствии избытка формальдегида и основания протекает дальнейшая
конденсация полимера, и формируются термические сшивки между линейными цепями. Данный способ используются для производства смол, клеев, пленочных покрытий, ионообменных смол и прочее. Подобно фенольным смолам
получают смолы на основе аминов из меламина и формальдегида или мочевины и формальдегида [3].
6
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Экспериментальная часть
Приборы: Круглодонная колба емкостью 250 мл со шлифом № 29, водоструйный насос, обратный холодильник, стеклянная полочка, форма для отверждения.
Реактивы: Фенол (10 г), 37 % раствор формальдегида (20 г), 25 % раствор NaOH.
Задание: 1. Рассчитать количество исходных компонентов (г); 2. Написать реакции образования первичных продуктов конденсации и последующие
реакции, приводящие к образованию смолы и ее отверждению; 3. Определить
выход смолы (в г и % от фенола).
Полученные результаты оформить в виде таблицы.
Выход смо-
Загрузка, г
Ф
енол
Формальдегид
лы
Катализатор
г
%
Ход работы:
Для эксперимента потребуется 3 часа. В круглодонной колбе емкостью
250 мл со шлифом номер 29 смешивают фенол, 37 %-й раствор формальдегида
и 1,2 г 25 %-й раствор NaOH. Содержимое колбы перемешивают в течение 25
мин при нагревании на масляной бане при температуре 70 С. Затем устанавливают обратный холодильник, подогревают баню до 110 °С и нагревают в
течение 17 мин. Раствор приобретает желтоватую окраску. Охлаждают колбу
до комнатной температуры и, добавив примерно 2 г 51 %-го раствора молочной кислоты, доводят рН реакционной смеси до 4,5 (проверить!). Поднимают
температуру масляной бани до 80 °С и подключают погруженную в нее колбу
к водоструйному насосу.
Колбу откачивают (примерно до 30-50 мбар) и нагревают в течение 1-2
ч, для того, чтобы удалить воду (вакуум вводят постепенно). В процессе дегидратации время от времени прерывают откачку и отбирают стеклянной палочкой несколько капель смеси. О завершении реакции судят по состоянию
продукта – при комнатной температуре он должен быть твердым и не прилипать к поверхности. Горячую смолу выливают в форму, отверждение проводят при температуре 75-95 °С в сушильном шкафу.
Контрольные вопросы
1. Чем механизм полимеризации отличается от механизма поликонденсации?
2. Опишите механизм электрофильного замещения?
3. В чем особенность методики получения фенольных смол?
4. Опишите основные свойства фенольных смол.
5. Какова область применения фенольных смол?
7
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №3
Получение полиуретановой пены.
Цель работы: получение полиуретановой пены реакцией полиприсоединения.
Теоретическая часть
В ходе реакции присоединения происходит связывание двух молекул,
при котором получается полимер без отщепления низкомолекулярных фрагментов. В качестве нуклеофильных компонентов используются спирты или
эпоксиды, а электрофилами являются, например, изоцианаты RN=C=O. Такой способ применяется для получения полиуретанов [3]. В большинстве случав полиуретаны представляют собой высокоплавкие кристаллические полимеры, ориентирующиеся при вытяжке. Благодаря более низкой температуре
плавления полиуретаны легче полиамидов перерабатываются в волокно и изделия методами сухого прядения, литья под давлением и прессования.
Полиуретановая пена состоит из двух основных компонентов, которые
образуют полимерную матрицу, полиэфиров с концевыми ОН-группами и диизоцианатов:
O
O
O
O
O
O
O
CH2OH
O
CH2OH
O
CH2OH
OCN
CH2
NCO
CH3
NCO
Полиэфир
Изоцианат
NCO
Основная реакция образования уретана:
R
O
C
R'
O
NH
Уретан
Однако при этом протекает побочная реакция:
O
C N R + CO2 + H2N R
H
H + O C N R
O
H O H
R OH + O C N R
Карбаминовая кислота
Выделяющийся в ходе побочной реакции СО2 образует пену. Кроме СО2,
могут использоваться также физические пенообразователи, например фреоны.
Они относятся к низкокипящим соединениям, которые при реакционном разо8
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
греве вскипают и действуют так же, как СО2. Кроме перечисленных выше
компонентов, добавляют: катализаторы: катализатор газовыделения для ускорения побочной реакции, катализатор гелеобразования для ускорения полимеризации; силиконы: Эти соединения снижают поверхностное натяжение пузырьков пены и, тем самым, препятствуют их разрушению. В отсутствие силиконов пена оседает.
Жесткие пены образуются на основе коротких цепей полиэфиров с концевыми ОН-группами, их используют в качестве изоляционных материалов.
Эластичные пены на основе длинных полиэфирных цепей служат для изготовления амортизационных наполнителей. При этом различают следующие типы
пены (табл. 1): 1) Жесткая 1: Обычная жесткая пена. 2) Жесткая 2: Повышенная концентрация катализатора газовыделения, притом, что все остальные
компоненты берутся в тех же соотношениях, что и в случае типа «Жесткая 1»,
это приводит к увеличению объема пены. 3) Жесткая 3: Увеличена концентрация Н2О и катализатора газовыделения. Выделение пенообразующих газов за
счет побочной реакции идет столь бурно, что жидкость с низкой степенью полимеризации оказывается не в состоянии удерживать газ, пена оседает. 4)
Жесткая 4: Повышение концентрации катализатора гелеобразования приводит
к преждевременному отверждению пены. В этом можно убедиться, периодически нажимая на верхнюю часть пены. 5) Эластичная: Обычная эластичная
пена.
Экспериментальная часть
Приборы: Картонный стаканчик, деревянная лопатка.
Реактивы: Полиэфир, силиконы, катализатор газовыводящий, катализатор гелеобразования, изоцианат.
Таблица 1
Композиция смесей
Тип пены
Компонент
Жесткая Жесткая Жесткая Жесткая
Эластичная
1
2
3
4
Полиэфир, г
9,50
9,50
9,50
9,50
29,00
Вода, г/капли
0,40/12
0,40/12
0,60/18
0,40/12
0,80/24
Силикон, г/капли
0,10/5
0,10/5
0,10/5
0,2/10
Катализатор газовыделе0,01/1
0,03/3
0,01/1
0,01/1
0,03/3
ния, г/капли
Катализатор гелеобразо0,10/3
0,10/3
0,10/3
0,20/6
0,06/3
вания 1, г/капли
Катализатор гелеобразо0,06/2
0,06/2
0,06/2
0,12/4
0,09/3
вания 2, г/капли
15,
15,
15,
15,
Изоцианат, г
13,00
00
00
0
000
Ход работы:
9
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Для эксперимента потребуется 2 часа. Рекомендуется перед началом эксперимента предварительно расфасовать полиэфир и изоцианат в картонные
стаканчики, в которые необходимо поместить необходимую для каждого из
вариантов навеску. Для изоцианата следует использовать стаканчики из вощеного картона, поскольку другие стаканчики быстро промокают. Готовят картонный стаканчик, деревянную лопатку, изоцианат, полиэфир, катализаторы и
воду, экранируют рабочее место бумагой или другими материалами. Используются стандартные вещества, имеющиеся в продаже, которые необязательно
отмерять с высокой точностью. Компоненты берут в пропорциях, указанных в
табл. 1, что соответствует тому, какой вид пены готовят.
Для приготовления каждого из типов пены в картонный стаканчик помещают отмеренные количества всех компонентов, кроме изоцианата, и как
следует перемешивают их деревянной лопаткой (растирать в течение 30 сек).
Затем добавляют изоцианат. Обе жидкости сразу же начинают перемешивать
деревянной лопаткой до тех пор, пока окраска реакционной смеси не начнет
светлеть (начало пенообразования). Пена начинает медленно подниматься и
примерно через 30-40 сек. достигает своего максимального объема. Тем не менее, даже в случае жесткой пены ее эластичность сохраняется, что можно проверить, слегка нажав на вспененную поверхность. Примерно через 10 мин пена
становится гораздо более жесткой. Приготовьте все 5 типов пен.
Контрольные вопросы
1. Опишите особенности механизма реакций полиприсоединения.
2. Какие еще полимеры получают полиприсоединением?
3. Опишите основные свойства полиуретанов. В чем их особенность?
4. Где применяют полиуретаны?
5. Перечислите основные пены. В чем их различие?
6. Что такое вулколлан?
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 4
Получение поливинилового спирта
Цель работы: изучение процесса получения поливинилового спирта щелочным или кислотным алкоголизом поливинилацетата.
Теоретическая часть
Поливиниловый спирт получают алкоголизом поливинилацетата метанолом или этанолом при нагревании с кислыми или щелочными катализаторами:
~СH2 CH~ + C2H5OOCCH3
~СH2 CH~ + C2H5OH
OH
OOCCH3
Поливиниловый спирт, так же как низкомолекулярные вторичные спирты, окисляется в кетоны, образует алкоголяты и этерифицируется (сходство с
целлюлозой).
10
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Трехслойные материалы, изготовленные на основе поливинилового
спирта, которые содержат в среднем слое диспергированные и определенным
образом ориентированные игольчатые кристаллы кислого сульфаттриодида
хинина, способны поляризовать проходящий свет (поляроиды) и нашли применение в ряде областей техники.
Ввиду исключительной стойкости поливинилового спирта к углеводородам он применяется для изготовления каучукоподобных бензостойких материалов. Водные растворы его используются как среда при бисерной полимеризации, в качестве клея и сгустителя, а также для производства синтетического
волокна. Для придания волокну нерастворимости в воде его подвергают химической обработке, например альдегидами [4].
Экспериментальная часть
Приборы: реакционная колба (рис. 3), воронка Бюхнера, колба Бунзена,
колба коническая емкостью 250 мл, стакан емкостью 500 мл, чашка Петри
Реактивы: Поливинилацетат бисерный, этиловый спирт, NaOH или KOH
(20% раствор в этиловом спирте) – 20 моль на 100 моль ПВА, ацетон или этиловый спирт, H2SO4 ( = 1,84) или HCl ( = 1,19).
Задание: 1. Написать реакции, проходящие в процессе омыления поливинилацетата; 2. Рассчитать количество реагентов в соответствии с рецептурой, исходя из 10 г поливинилацетата; 3. Определить выход продукта (в г и %
от теоретического); 4. Определить весовой и мольный состав продукта омыления.
Полученные результаты оформить в виде таблицы [5]:
Выход
Состав полученного продукЗагрузка, г
ПВС
та
вес, %
мол. %
ПВА Растворитель Катализатор г
%
ВА
ВС
ВА
ВС
ЧАСТЬ 1. Получение ПВС щелочным алкоголизом поливинилацетата
Рецептура: поливинилацетат бисерный (5 г), этиловый спирт (75 г),
NaOH или KOH (20% раствор в этиловом спирте) – 20
моль на 100 моль ПВА, ацетон или этиловый спирт (350
мл).
Ход работы:
В реакционной колбе (рис. 3) при 65-70 С растворяют поливинилацетат в этиловом спирте, раствор охлаждают до 30-35 С и в колбу вводят при интенсивном перемешивании половину расчетного количества раствора
щелочи (для растворения щелочи применяют часть спирта, указанного в рецептуре). Омыление ведут при 30-35 С
до выпадения геля, затем через 40-50 мин добавляют
Рис. 3. Реакционная колба.
11
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
оставшуюся щелочь и омыление продолжают при той же температуре до превращения геля в порошок. После этого смесь нагревают до кипения, и омыление продолжают при кипении в течение 30 мин.
Поливиниловый спирт отфильтровывают на воронке Бюхнера, промывают 2-3 раза декантацией небольшими порциями ацетона или этилового
спирта, отфильтровывают, растворяют в горячей воде (60-70 С). При этом
концентрация поливинилового спирта должна быть 4-7%. Далее ПВС осаждают при перемешивании в ацетон или этиловый спирт, затем отфильтровывают,
подсушивают на воздухе, и далее сушат до постоянной массы в вакуум-шкафу
при 50-60 С. После, чего рассчитывают весовой и мольный состав высушенного продукта.
ЧАСТЬ 2. Получение ПВС кислотным алкоголизом полвинилацетата
Рецептура: поливинилацетат бисерный (10 г), этиловый спирт (100 г),
серная кислота ( = 1,84) или соляная кислота ( = 1,19) (5,5 или 3,3 г в расчете
на 100% кислоту), ацетон или этиловый спирт.
Ход работы:
Поливинилацетат растворяют в реакционной колбе при 65-70 С в этиловой спирте (при использовании серной кислоты ее предварительно разбавляют 15 мл этилового спирта и для растворения поливинилацетата берут
оставшееся количество спирта). Раствор охлаждают до 30 С и при перемешивании к нему добавляют катализатор. После добавления катализатора омыление проводят при нагревании колбы на кипящей водяной бане и интенсивном
перемешивании смеси в течение 4-5 часов. Отделившуюся сверху жидкость
сливают, а гель растворяют в горячей воде (60-70 С) и осаждают при перемешивании в ацетон или этиловый спирт. Осажденный продукт промывают 3-4
раза небольшими порциями ацетона или этилового спирта при перемешивании
в колбе или стакане, отфильтровывают и снова переосаждают. Продукт сушат
в вакуум-шкафу при 50-60 С до постоянной массы, анализируют и рассчитывают весовой или мольный состав.
Контрольные вопросы.
1. Поливиниловый спирт и его свойства.
2. Методы получения ПВС.
3. Где применяются поливиниловый спирт и его ацетали?
4. Особенности бисерной полимеризации?
5. Чем суспензионная полимеризация отличается от эмульсионной полимеризации?
6. Напишите реакцию образования нерастворимых в воде поливинилацеталей?
12
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Х И МИ Ч Е СК И Е М Е Т О ДЫ И ССЛ Е ДО В АН И Я И
И ДЕ Н Т И ФИ К АЦ И Я ХИ МИ Ч Е С К И Х В О ЛО К О Н И
П О Л И МЕ РО В
Химические методы исследования основаны на изменении внешнего вида волокон (набухании, усаживании, окрашиваемости), их растворении в результате химических реакций волокнообразующих материалов с реактивами.
В качестве реактивов используют различной концентрации кислоты, щелочи,
сложные реактивы, органические растворители.
Исследования проводят на небольшом количестве волокон, помещенных
в пробирку. Подвергают их действию реактивов при комнатной температуре, а
также в необходимых случаях при кипячении в течение 3-5 минут. При этом
ведут наблюдение невооруженным взглядом за характерными изменениями
волокон или реактива.
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №5
Определение кислотного числа полиамидов
Цель работы: определение кислотного числа полиамидов титрованием.
Теоретическая часть
Функциональные группы, входящие в состав макромолекул полимера, в
принципе, способны вступать в те же химические реакции, в которые они
вступают, находясь в составе низкомолекулярного соединения (на этом основаны все реакции полимераналогичных превращений)[6]. Определение различных функциональных групп в высокомолекулярных соединениях позволяет охарактеризовать полученные продукты. Так, по содержанию концевых
групп таких как:
OH
CH CH2,
NH2,
COOH,
O
можно рассчитать молекулярный вес (если он не слишком высок) эпоксидных
и полиэфирных смол, полиамидов. Определение функциональных групп в сополимерах дает возможность рассчитать состав сополимеров. По изменению содержания функциональных групп в процессе поликонденсации можно
изучить кинетику процесса [5].
Для некоторых классов полимеров характерно наличие групп, проявляющих кислые (или основные) свойства. В этих случаях для количественного
определения функциональных групп могут быть применены методы кислотно-основного титрования с индикацией точки нейтрализации любым из принятых в данном методе способом (индикатор, потенциометрия, кондуктометрия, колориметрия и т.д.). При этом особое значение имеет титрование с применением неводных сред (в том числе спиртов, уксусной или муравьиной
кислоты, пиридина, диметилформамида). Для полимеров, содержащих карбоксильные группы  COOH , обычно определяют кислотное число, т.е. количество KOH (в мг) необходимое для нейтрализации 1 г полимера. Кислотные
числа используют для определения молекулярной массы по концевым кислот13
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ным группам. Определение карбоксильных групп сводится к нейтрализации
 COOH групп растворами щелочи [7].
В большинстве случаев полиамиды нерастворимы в обычных органических растворителях. Поэтому титрование приходится проводить в гетерогенной среде. Для количественного протекания реакции анализируемое вещество
следует применять в виде мелкодисперсного порошка, хорошо смачиваемого
раствором электролита. С этой целью перед анализом полиамид переосаждают из крезола или фенола.
Для определения кислотного числа навеску полиамида обраба тывают раствором щелочи:
O
O
H2NR C
+ NaOH
H2NR C
+ H2O
OH
ONa
Избыток щелочи затем титруют кислотой.
Экспериментальная часть I
Приборы: колбы конические емкостью 150 мл, фильтры Шотта №2,
чашка Петри, склянка с пришлифованной пробкой емкостью 25 мл, ступка
фарфоровая, колбы конические с пришлифованными пробками из белого стекла емкостью 150 мл, пробирка с отводом, воронка.
Реактивы: спирт этиловый ректификат, КОН или NaOH 0,01 н. раствор
HС1, 0,01 н. раствор, метиловый оранжевый 1 % раствор.
Ход работы:
Сплавленный полиамид измельчают и растворяют в колбе в 4-5-кратном
количестве крезола (по весу) при нагревании на водяной бане в течение 10-15
мин. В теплый раствор при перемешивании вводят небольшими порциями
спирт. Периодически раствор подогревают на водяной бане до кипения спирта
(это улучшает в дальнейшем фильтрование полиамида). Для осаждения применяют тройное по отношению к крезолу количество спирта. Затем содержимое колбы в течение 2-3 ч охлаждают, полиамид отфильтровывают на фильтре
Шотта, промывают на фильтре спиртом до полного удаления крезола и сушат
в вакуум-шкафу при 30-40° С. (При неполном удалении крезола полиамид при
сушке слипается в роговидные, не растирающиеся в ступке кусочки.) Высушенный продукт растирают в ступке и просеивают через сито. Подготовленный для анализа полиамид хранят в склянке с пришлифованной пробкой.
В коническую колбу помещают 0,2-0,5 г полиамида (в зависимости от
его молекулярного веса), взвешенного с точностью до 0,0002 г, и 10-20 мл 0,01
н. раствора щелочи. Через 2 ч осадок отфильтровывают через воронку Бюхнера, применяя обеззоленные бумажные фильтры, и фильтрат собирают в пробирку с отводом. Полиамид промывают на фильтре 4-5 раз небольшими порциями дистиллированной воды. Затем фильтрат и промывные воды количественно переносят в колбу (общий объем жидкости 50-60 мл), добавляют 2
капли метилового оранжевого и титруют 0,01 н. раствором НСl.
14
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Анализируют две навески. Параллельно проводят контрольный опыт.
Оттенок рабочей пробы при титровании доводят до оттенка контрольной
пробы.
Кислотное число полиамида (в мг KOH/г) рассчитывают по формуле:
КЧ 
V1  V2 F  0,00561 1000 ,
m
(3)
где V1 — объем 0,1 н. раствора НС1, израсходованного на титрование
контрольной пробы, мл; V2 — объем 0,01 н. раствора HCl, израсходованного
на титрование рабочей пробы, мл; F — поправочный коэффициент 0,01 н.
раствора HCl; 0,00561 — титр 0,01 н. раствора KOH, г/мл; m — навеска полиамида, г.
Экспериментальная часть II
Приборы: колбы конические емкостью 500 мл, фильтры Шотта №2, колба мерная емкостью 200 мл, пипетки емкостью 50 мл, колбы конические с
пришлифованными пробками емкостью 150 мл.
Реактивы: фенол, содержащий 10-15 % воды, спирт этиловый ректификат, формальдегид 35% раствор, NaOH 0,1 н. раствор, фенолфталеин 1% спиртовой раствор, NaOH 0,025 н. раствор, HCl 0,05 н. раствор.
Ход работы:
Для связывания аминогрупп полиамид перед титрованием обрабатывают
формальдегидом. В колбу емкостью 500 мл помещают около 3 г полиамида,
взвешенного с точностью 0,0002 г, растворяют при нагревании на водяной
бане в 12 мл фенола и медленно осаждают, добавляя 4-5 мл этилового спирта.
Полученную суспензию при перемешивании разбавляют водой до 200-250 мл,
фильтруют через фильтр Шотта № 2 и промывают горячей водой для освобождения от фенола и спирта. Осадок переносят в мерную колбу, добавляют
пипеткой 50 мл формалина (для связывания аминогрупп), нейтрализуют 0,1 н.
раствором NaOH по фенолфталеину и выдерживают 60 мин. Затем добавляют
из бюретки 20 мл 0,025 н. раствора NaOH, перемешивают, выдерживают в течение 15 мин, доливают воду до метки и добавляют в воду в объеме, равном
 навеска полиамида 


1,14

 . После перемешивания смесь
объему взятого полиамида
фильтруют через фильтр Шотта № 2 и 50 мл фильтрата титруют 0,05 н. раствором НСl в присутствии фенолфталеина.
Анализируют две навески. Параллельно проводят контрольный опыт.
Из полученных результатов принимают среднее значение.
Кислотное число полиамида (в мг KOH/г) рассчитывают по формуле:
V  V F  0,0028 1000  200  V1  V2 F 11,2
КЧ  1 2
(4)
m  50
m
,
где V1 — объем 0,05 н. раствора НС1, израсходованного на титрование
контрольной пробы, мл; V2 — объем 0,05 н. раствора HCl, израсходованного
15
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
на титрование рабочей пробы, мл; F — поправочный коэффициент 0,05 н.
раствора HCl; 0,0028 — титр 0,05 н. раствора KOH, г/мл; m — навеска полиамида, г.
Контрольные вопросы
1. Опишите возможные методы исследования состава полимеров.
2. Какие условия необходимо соблюдать при проведении реакций определения функциональных групп?
3. Опишите метод кислотно-основного титрования.
4. Опишите методику процесса определения карбоксильных групп.
5. Какой физический смысл понятия «кислотное число»? Как его определяют?
6. В чем специфика определения кислотного числа полиамидов?
7. Какие границы применимости метода кислотно-основного титрования?
8. Что может служить индикатором при кислотно-основном титровании?
9. Для чего определяют кислотное число полимеров?
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №6
Определение молекулярного веса полимера вискозиметрическим методом
Цель работы: определение молекулярного веса поливинилового спирта,
полученного в работе №4
Теоретическая часть
Молекулярная масса и молекулярно-массовое распределение являются
важнейшими характеристиками полимеров, обусловливающими их уникальные свойства. Молекулярная масса макромолекул определяется выражением
M  M 0  N (где M0 - молекулярная масса повторяющегося звена, N – степень
полимеризации). Поскольку полимеры представляют собой смеси макромолекул с различными молекулярными массами, то их характеризуют средними
значениями молекулярных масс [8]. Неоднородность по молекулярной массе
называется полидисперсностью (полимолекулярностью). Полидисперсность
является следствием статистического характера реакций, протекающих при
образовании макромолекул полимера [4, 9].
Различают среднечисленную, среднемассовую и средневязкостную молекулярную массу полимеров. Среднечисленная (среднечисловая) или среднеарифметическая молекулярная масса M n представляет собой суммарную массу всех молекул в образце, деленную на общее число молекул:
Mn 
N M
N
i
i
(5)
i
16
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Среднемассовая (средневзвешенная) молекулярная масса M  определяется как
Mi :
M  i M i
, где ωi – массовая доля молекул с молекулярным весом
Ni M i
(6)
 Ni M i
Здесь в числителе – масса всех молекул, имеющих молекулярную массу
Mi, а в знаменателе – масса всех молекул в образце полимера. Зависимость
массовой доли от молекулярной массы называется молекулярно-массовым
i 
распределением (ММР). Средневязкостная молекулярная масса M  измеряется
методом вискозиметрии и определяется как:
M 
 M 

1

(7)
,
где α – константа. При  = 1 средневязкостная и среднемассовая молекуi
i
лярные массы равны между собой. Почти всегда M   M  , т.к. , как правило, имеет значение 0,5 – 0,9.
Значения среднечисленной молекулярной массы оказываются более чувствительными к содержанию в полимере низкомолекулярных фракций, а средневзвешенной – к содержанию высокомолекулярных фракций. Отсутствие
общего метода определения молекулярных масс во всем практически реализуемом диапазоне и влияние на эту величину полидисперсности обусловливает
необходимость применения для этой цели различных экспериментальных способов их оценки. Различают химические и физические (эбуллиоскопия, криоскопия, изотермическая дистилляция, осмометрия, вискозиметрия) методы [6].
Вискозиметрический метод – наиболее простой и доступный метод
определения молекулярного веса полимеров в широкой области значений молекулярных весов. Этот метод является косвенным и требует определения
констант в уравнении, выражающем зависимость вязкости от молекулярной
массы по уравнению Марка – Хувинка.
   K  M v ,
(8)
где [] – характеристическая вязкость, К и  — константы для данной
системы полимер-растворитель при определенной температуре. Обычно в зависимости от природы растворителя величина  колеблется в пределах
0,50,8.
Экспериментальная часть
Приборы: колбы с притертыми пробками емкостью 25 мл, градуированная пипетка емкостью 5 мл с делениями по 0,2 мл, вискозиметр, термостат, секундомер.
Реактивы: полимер (ПВС, полученный в работе №4), растворитель (вода).
17
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Задание: 1. Синтезировать поливиниловый спирт по методике, описанной в работе №4; 2. Подготовить полимер к исследованию; 3. Приготовить
растворы полимера.
Подготовка полимера. Перед исследованием образец полимера следует
очистить от примесей переосаждением и высушить до постоянной массы в вакуум-шкафу.
Приготовление раствора полимера. Измельченный и высушенный полимер растворяют в подходящем растворителе (для которого в паре с данным
полимером определены или имеются в литературе постоянные К и ). Растворитель предварительно необходимо тщательно высушить и перегнать. Навеску
полимера подбирают таким образом, чтобы для исходного раствора при температуре измерения ηотн 1,5. Раствор не должен содержать взвешенных частиц, которые могут засорить капилляр. Для их удаления раствор фильтруют
через стеклянный фильтр № 1 или 2. Чтобы исключить возможность изменения концентрации раствора, первую, очень небольшую, порцию фильтрата отбрасывают.
Подготовка вискозиметра. Новый вискозиметр тщательно моют горячей
хромовой смесью, затем большим количеством горячей воды, ополаскивают
дистиллированной водой, спиртом, эфиром и сушат, протягивая водоструйным
насосом воздух, который предварительно пропускают через стеклянный
фильтр, присоединенный к трубке 2 (рис. 4).
Ход работы:
Для проведения измерения используют вискозиметр Оствальда (рис. 4),
подготовленный как описано выше. Вискозиметр помещают в термостат или
(если измерения проводятся при комнатной температуре) жестко закрепляют
на штативе строго в вертикальном положении. В вискозиметр через трубку 3
(рис. 4) наливают градуированной пипеткой 5 мл растворителя, трубку 2 закрывают шлангом с резиновой грушей. Во избежание поломки прибора конец
шланга с грушей должен касаться стола. Далее грушей затягивают растворитель в шарик 5 выше метки 4 на 1-1,5 см, затем грушу убирают и при достижении уровня жидкости метки 4 засекают время, за
которое уровень опуститься с метки 4 до метки 6.
Таким образом, время истечения замеряют не менее 5 раз и записывают в табл. 2, зачем вычисляют
среднее значение, которое записывается в лабораторный журнал как t0. После чего растворитель
выливают через трубку 3, вискозиметр высушивается продувкой через трубку 2. Внимание! Не
промывать водой!!!
В сухой вискозиметр через трубку 3, градуированной пипеткой вносят 5 мл исходного раство-
Рис. 4. Вискозиметр
Оствальда
18
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ра полимера и измеряют аналогичным образом время истечения не менее 5
раз. Результаты записывают в лабораторный журнал, затем рассчитывают
среднее значение как t1. Далее рассчитывают относительную вязкость, значение которой должно быть примерно равно ~ 1,5. Далее вискозиметр опять
освобождают от раствора, моют прибор растворителем и сушат на воздухе.
Готовят следующую концентрацию раствора полимера. Раствор с ηотн, близкой
к 1,5, разбавляют для последующих измерений вязкости таким образом, чтобы
интервалы получаемых концентрации были приблизительно одинаковы. Для
этого к 5 мл такого раствора последовательно добавляют 0,75; 1,00; 1,25; 2,00
и 4,00 мл растворителя, причем ηотн наиболее разбавленного раствора не
должна быть меньше 1,1. Время истечения полученных таким образом растворов измеряется не менее 5 раз и записывается в табл. 2.
Обработка результатов измерения:
Если раствор приготовлен при температуре Т1, отличающейся от температуры измерений Т2, то концентрацию раствора С (в г/100мл) вычисляют по
формуле:
С
m  V1  100 ,
1
(9)
2
где m — навеска полимера, г; V, V1, и V2 — объемы, отмеренные при Т1,
соответственно растворителя, взятого для приготовления раствора, исходного
раствора, помещенного в вискозиметр, и растворителя, добавленного в вискозиметр для разбавления раствора, мл; ρ1/ρ2 - отношение плотностей растворителя при Т1 иT2; если Т1 и Т2 различаются лишь на несколько градусов, можно
принять ρ1/ρ2 ≈ 1.
Таблица 2
Время истечения растворов
Время исВремя истечения раствора, сек
течения
раствори- V1 = 5,00 V2 = V1+0,75 V3 = V2 + 1,00 V4 = V3 + 1,25 V5 = V4 + 2,00
теля, сек
…
…
…
…
…
…
Среднее
134,9
129,8
124,5
120,2
115,1
97,6
В табл. 3 приведен пример обработки результатов измерений.
V V1  V2 
Таблица 3
V1 + V2
a
C
Обработка результатов измерений
t
отн
уд
уд/С
19
ln(уд/С)
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
5,00
5,75
6,75
8,00
10,00
0,340
0,296
0,525
0,212
0,170
97,6
134,9
129,8
124,5
120,2
115,1
1,382
1,330
1,276
1,231
1,180
0,382
0,330
0,276
0,231
0,180
ln(отн/C), уд/C
1,2
1,1
1,0
0,9
0,1
0,2
0,3
0,4
С, г/100 мл
Рис. 5. Зависимость приведенной вязкости от
концентрации
1,124
1,116
1,096
1,087
1,059
[]b = 1,04
0,952
0,965
0,968
0,978
0,974
[]b = 0,99
а) Концентрации растворов при разбавлении С (в
г/100 мл) рассчитывают по
формуле (9).
б) Значения [η] получают экстраполяцией прямых
ηуд/С = f (С) и ln(ηотн/С) = f
(С) и нулевой концентрации
(рис. 5). Расчет проводят с
использованием программы
MNK.EXE. Из-за ошибок измерений и экстраполяции
прямые могут пересечь ось
ординат в двух точках (как на
рис. 5). В этом случае величину [η] определяют как сред-
нюю из двух полученных значений.
Вычисление молекулярного веса
Молекулярную массу полимера вычисляют, преобразуя выражение (8)
следующим образом: lg    lg K    lg M . В приведенном примере [η] =
1,015.
Для раствора полистирола с молекулярным весом от 10 до 103 в воде при
25° С рекомендуется пользоваться следующими значениями констант: К =
3,010-4,  = 0,5. Следовательно:
lg    lg K 0,01  3,52
lg M v 

 7,06

0,50
M v  107,06  114,81 105 .
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №7
Идентификация смешанных волокон
Цель работы: Провести качественную и количественную идентификацию смешанных волокон. Установить вид смешанного волокна и массовое
(долевое) соотношение компонентов в смешанном волокне.
20
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Теоретическая часть
Для идентификации природы волокон используют простой органолептический метод, который производится пробой на сжигание (табл. 4). По пеплу и
специфическому запаху горения можно достаточно точно определить тип волокна. Однако в практике чаще всего встречаются смешанные волокна. Для
таких сочетаний волокон в смесовой пряже существуют различные методы
определения состава нитей образца. Как правило, идентификация смешанных
волокон в начале сводится к качественному анализу (табл. 5). Это может быть
органолептический, микроскопический или любой другой физико-химический
метод [10].
После качественного распознавания компонентов волокна приступают к
количественному определению, которое позволит установить содержание
каждого компонента в материале. Химический способ разделения используется в тех случаях, когда текстильный материал состоит из смешанной пряжи,
разделить которые на составляющие волокна вручную невозможно. При этом
применяют химические реактивы, избирательно растворяющие один из компонентов. Стандартами ISO 5088 – 1978 и 1833 – 1977 рекомендованы методики химического разделения распространенных трехкомпонентных и двухкомпонентных смесей волокон (табл. 3) [10].
После качественного распознавания компонентов волокна приступают к
количественному определению, которое позволит установить содержание
каждого компонента в материал. Химический способ разделения используется
в тех случаях, когда текстильный материал, состоящий из смешанной пряжи,
не возможно разделить на составляющие. При этом применяют химические
реактивы, которые избирательно удаляют компоненты из волокон, составляющих основу смешанного волокна (табл. 6). Используют метод исключения.
21
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Таблица 4
Особенности горения текстильных несмешанных волокон (материалов)
Волокно
Особенности горения
Натуральный
шелк, шерсть
Быстро горят без копоти, вне пламени
продолжают гореть в
уплотненном скрученном состоянии
Горят медленно и затухают
Три-, диацетатное волокно
Горит быстро без копоти, плавится
Полимерные волокна, кроме полиамидного волокна (капрон)
Горят с плавлением,
при большом количестве волокон наблюдается падение капель
расплавленного полимера.
Хлопок, лен,
вискоза и другие
подобные волокна
Запах при горении
Характер остатка
после горения
Жженой бумаги
Светло-серый пепел, легко рассыпающийся
Хрупкий темный
шарик
Жженой буШарик темномаги с резким бурого цвета легко
(кислым) заразрушается при
пахом
давлении
Жженого рога
Запах специфичен для
каждого волокна
Твердый темный
остаток
Таблица 5
Особенности горения смешанной пряжи
Волокна, использованные в смесях
Пряжа (основной компонент)
Остаток горения
с основным компонентом
ПЭ
Твердый остаток
Хлопок
ПА
Твердый остаток
Вискоза
Остаток отсутствует
Вискоза
Остаток отсутствует
Лен
ПЭ
Твердый остаток
ПА
Твердый остаток
Вискоза
Интенсивное горение
ПЭ
Твердый остаток
Шерсть
ПА
Твердый остаток
ПАН
Остаток отсутствует
Вискоза
ПЭ
Твердый остаток
22
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Таблица 6
Способы химического разделения смесей волокон
Удаляемый
Волокно (смесь)
Используемый реактив
компонент
Двухкомпонентная смесь
Ацетатное и др.
Ацетат
Ацетон
Вискозное и хлопок
Вискоза
Цинкат натрия или муравьиная кислота+ хлорид натрия
Полиамидное (ПА) и
Полиамид
Муравьиная кислота
др.
Целлюлозное и полиЦеллюлоза
Серная кислота ( 75%)
эфирное (ПЭ)
Полиакрилонитрильное
ПолиакрилонитДиметилформамид при 90( ПАН) и др.
рил
950С
Трехкомпонентная смесь
Шерсть, вискозное,
Шерсть
Щелочный гипохлорид натрия
хлопок
Вискоза
Муравьиная кислота (80%)
Шерсть, ПА, хлопок
Шерсть
Щелочный гипохлорид натрия
ПА
Муравьиная кислота (80%)
ПА, ПАН, хлопок
ПА
Муравьиная кислота (80%)
ПАН
Диметилформамид
ПАН, шерсть или
ПАН
Диметилформамид
шелк, ПЭ
шерсть или
Щелочный гипохлорит натрия
шелк
Экспериментальная часть
Приборы: горелка, микроэлектронные весы.
Реактивы: ацетон, цинкат натрия, муравьиная кислота, хлорид цинка,
серная кислота (75 %), диметилформамид, щелочной гипохлорит натрия, муравьиная кислота (80 %), образец неизвестного смешанного волокна.
Задание: Составить таблицу особенностей горения несмешанных волокон и смешанной пряжи.
Ход работы:
Делают заготовки исследуемых материалов площадью в несколько см2.
С поверхности материала удаляют все загрязняющие и неволокнистые вещества (замасливатели, аппреты и др.). Образец высушивают, взвешивают и
определяют массу (m). Далее нить разбирают (расплетают) на волокна разной
природы, которые затем взвешивают отдельно друг от друга и определяют
массы m1, m2, …, mn. Взвешивание необходимо провести не менее 3 раз и взять
среднюю величину. После взвешивания проверяют сумму отдельных компонентов по формуле 10.
m1  m2  ...  mn  m ,
(1
23
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
0)
Далее определяют массовую долю каждого компонента (%) от веса образца (например, компонент А вес которого m1).
m
(1
A  1 100 ,
1)
m
где m1 – масса 1-го компоненте, г; m – масса исходного образца, г.
Полученные результаты оформляют в виде таблицы:
№ ниОбщая
Масса ниМассовая
доля
ти в образце масса
образца ти образца (mn), г компонента в образце, %
(m), г
Далее проводят качественное исследование образца, применяя органолептический метод. Затем следует провести химический способ разделения,
опираясь на данные, представленные в табл. 6.
Полученные результаты работы оформляют в виде выводов, которые
включают в себя информацию о качественном и количественном составе всех
нитей присутствующих в волокне.
Контрольные вопросы:
1. Чем отличаются смешанные и несмешанные волокна?
2. Какие вы знаете самые распространенные смешанные волокна?
3. Какие методы исследования применяют для изучения состава волокон?
4. Что представляет собой органолептический метод исследования волокон?
5. Чем отличается органолептический метод исследования для смешанных от несмешанных волокон?
6. Расскажите последовательность выполнения методики количественного определения компонентов в волокнах. Какие формулы и измерения используются при этом?
7. Как необходимо выполнять работу по идентификации нитей, которые
невозможно разделить на составляющие?
8. В чем особенности распознавания волокон, которые невозможно разделить на составляющие?
9. Какие реактивы применяются в стандартных методиках химического
разделения смесей волокон?
Ф И З И Ч Е СК И Е С В О Й С Т В А В О Л О К О Н И П О ЛИ МЕ РН Ы Х
М А Т Е РИ АЛ О В
В текстильной промышленности, наряду с механическими процессами
(прядение, ткачество, приготовление красок), широко распространены физикохимические процессы, в которых существенную роль играют гидродинамика
24
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
и теплообмен. К ним можно отнести промывку, сушку текстильных материалов, формирование химических волокон и др. В большинстве случаев скорость
протекания таких процессов определяется либо гидродинамическими, либо
диффузионными явлениями. Поэтому в представленном разделе также уделено внимание гидродинамическим и диффузионным процессам.
Кинетические закономерности гидродинамических процессов анализируются на основе законов гидродинамики неоднородных систем, а диффузионных процессов – на основе законов физики и физической химии.
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 8
Изучение динамики капиллярного впитывания жидкости
текстильными материалами
Цель работы: Изучение зависимости динамики капиллярного впитывания жидкости различными пористыми материалами
Теоретическая часть
Капиллярность – это самопроизвольное изменение высоты уровня жидкости в узких капиллярных (capillus – лат.) трубках. Высота (h) подъема (или
опускания) жидкости в капилляре определяется по формуле Жюрена [11]:
2  cos Q ,
(1
h
rg
2)
где  - коэффициент поверхностного натяжения жидкости; Q – краевой угол
смачивания на границе жидкость – твердое тело; r – радиус капилляра; g – ускорение свободного падения тела;  - плотность жидкости.
Из формулы (12) видно, что высота
подъема (опускания) жидкости в капилляре прямо пропорциональна величине
поверхностного натяжения жидкости (),
косинусу угла смачивания (Q) и обратно
Рис. 6. Поднятие жидкости в капиллярной трубке Q > 90
пропорциональна радиусу капилляра
(r) и плотности () жидкости. Если
жидкость смачивает материал капилляра (Q > 90), то происходит поднятие
жидкости в капиллярной трубке (рис.
6) на высоту h, если жидкость не смачивает материал трубки (Q < 90°), то
уровень жидкости в трубке располага-
Рис. 7. Поднятие жидкости в капиллярной трубке Q < 90
25
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ется ниже, чем в сосуде с жидкостью (рис. 7).
Движущей силой капиллярного подъема (опускания) жидкости в капиллярной трубке является давление (Р) под изогнутой поверхностью жидкости. В
общем случае давление, оказываемое изогнутой поверхностью на жидкость,
определяется по формуле Лапласа [11, 12]:
1
1 
(1
P       ,
3)
 R1 R2 
где R1 и R2 – радиусы кривизны изогнутой поверхности.
Для сферы R1 = R2 = R, где R - радиус сферы, добавочное давление под
сферической поверхностью определяется формулой:
2
(1
,
P
4)
R
Таким образом, давление под изогнутой поверхностью жидкости прямо
пропорционально коэффициенту поверхностного натяжения жидкости ( ) и
обратно пропорционально ее радиусу кривизны (R). При соприкосновении
жидкости со стенками капилляра возникают силы взаимодействия между молекулами самой жидкости и силы взаимодействия между молекулами жидкости и твердого тела. Здесь возможны два случая: 1) силы взаимодействия между молекулами жидкости больше, чем силы взаимодействия между молекулами жидкости и твердого тела; 2) силы
взаимодействия между молекулами
жидкости меньше, чем силы взаимодействия между молекулами жидкости и твердого тела.
В первом случае можно говоРис. 8. Краевой угол несмачиваемой рить о несмачивании жидкостью
твердого тела. При несмачивании в
жидкости
слое жидкости, прилегающем к твердому телу, результирующая сила направлена в сторону жидкости. В равновесном состоянии поверхность жидкости располагается нормально к силе, в результате чего поверхность несмачивающей жидкости принимает формулу
приплюснутой сферы (рис. 8). Угол Q между касательными к поверхности
жидкости и к поверхности твердого тела называется краевым углом. При несмачивании краевой угол Q > π/2. При Q = π говорят о полном несмачивании.
Во втором случае, когда силы
взаимодействия между молекулами жидкости меньше, чем
силы взаимодействия между
молекулами жидкости и твердого тела, говорят о смачиваРис. 9. Краевой угол
нии жидкостью твердого тела.
смачиваемой жидкости
При смачивании в слое жид-
26
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
кости, прилегающем к твердому телу, результирующая сила направлена в сторону твердого тела (рис.9.)
При этом Q < π/2. Если Q = 0, то говорят о полном смачивании. На рис. 9
представлен вид капли смачивающей жидкости на горизонтальной поверхности. Одна и та же жидкость смачивает одни и не смачивает другие тела. Так,
вода практически полностью смачивает чистую поверхность стекла и не смачивает, например, парафин. Ртуть не смачивает стекло и смачивает чистую поверхность железа и т.д. Явления капиллярности играют большую роль в природе и практической жизни. Проникновение воды в почву и во всякого рода
пористые материалы (в том числе и текстильные) происходит за счет капиллярности. На капиллярности основано действие фитилей, впитывание воды
гигроскопической ватой, флотация и т.д. Водная фаза является носителем
краски при окрашивании пористых материалов.
Экспериментальная часть
Приборы: торсионные весы, подъемный столик, сосуд.
Реактивы: исследуемая жидкость, набор пористых материалов.
Описание установки и методика проведения опытов: Схема установки по
изучению динамики капиллярного впитывания жидкости в материал приведены на рис.3. Она состоит из торсионных весов (1), подъемного устройства (2),
штатива (3), предметного столика (4), сосуда с жидкостью (5), образца исследуемого пористого материала (6) и нити с крючком (7).
Ход работы:
Рис. 10. Схема установки для изучения
динамики капиллярного впитывания
жидкости текстильными материалами
Методика опытов заключается в следующем. Исходный образец пористого материала (6) подвешивают на крючке (7) и фиксируют по показаниям торсионных
весов его начальную массу (mo).
Затем к его торцу подводят сосуд с
жидкостью (5) и включают секундомер. По мере впитывания жидкости в исследуемую пористую
среду (6) опускают предметный
столик (4) так, чтобы уровень жидкости в сосуде (5) соприкасался с
торцом образца (6). Это осуществляется с помощью подъемного
устройства (2), укрепленного на
штативе (3). Показания торсионных весов и секундомера записывают до тех пор, пока не прекратится капиллярное впитывание
27
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
жидкости в пористую среду. Результаты эксперимента записывают в таблицу.
№ п/п
Время,
(t), сек
Масса образца с капиллярновпитанной жидкостью (m), г
Относительная масса,
m 

 m'  0 
m

Выводы:
Контрольные вопросы:
1.
Дайте определение капиллярности материалов.
2. Что характеризует формула Жюрена?
3. От каких параметров зависит капиллярность материала? Охарактеризуйте эти параметры.
4. Для чего используется в лабораторной работе капиллярная трубка?
5. Что является причиной подъема (опускания) в капиллярной трубке?
6. Охарактеризуйте формулу Лапласа. Для чего она используется?
7. Что такое краевой угол? Какое его влияние на смачивание поверхности материала?
8. Расскажите последовательность работы на экспериментальной установке.
9. Почему используется при работе установки измерение массы образца
или материала?
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №9
Определение поверхностного натяжения промывных растворов и определение изотерм межфазного натяжения
Цель работы: экспериментальное определение поверхностного натяжения промывных растворов.
Теоретическая часть
Фактором интенсивности поверхностной энергии является поверхностное натяжение, обусловленное нескомпенсированностью межмолекулярных
сил в поверхностном (межфазном) слое или избытком свободной энергии в
поверхностном слое по сравнению со свободной энергией в объемах фаз.
Термодинамическое определение поверхностного натяжения вытекает из объединенного сравнения первого и второго начала термодинамики. Или это
можно записать для гетерогенной системы относительно изменения внутренней энергии Н [9, 11-16]:
(1
dH  TdS  PdV  ds 
i dni dq ,
5)
i
где Н – энтальпия; Т – температура; S – энтропия; Р – давление; V –
объем; σ – поверхностное натяжение; s – площадь поверхности; μ – химический потенциал компонента; n – число молей; φ – электрический потенциал; q
– величина заряда. Отсюда dH, dS, dV, ds, dni, dq – изменения энтальпии, эн-

28
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
тропии, объема, величины поверхности, числа молей i-го компонента и заряда,
соответственно. При постоянных величинах S, Vi и q уравнение 15 можно записать как:
 dH 
(1
.
 

ds
6)

S,V , n , q  const
То есть поверхностное натяжение есть частная производная от внутренней энергии по площади раздела фаз при постоянной энтропии (S), объеме (V),
числе молей компонента (n) и разряде (q). Так как объединенное уравнение
первого и второго начал термодинамики может быть записано и относительно
других термодинамических потенциалов, а именно: энергии Гиббса (G), энергии Гельмгольца (F) и энтальпии (Н), то при соответствующих постоянных параметрах можно получить:
 H 
 G 
 F 
 S 
  

 
 

 s S,V ,n  s S,P ,n  s T,V ,n  s T,P ,n
Таким образом, поверхностное натяжение есть частная производная от
любого термодинамического потенциала по площади межфазной поверхности
(s) при постоянных соответствующих параметрах.
Наиболее часто поверхностное натяжение выражают через производную
от энергии Гиббса, так как постоянные условия для давления и энтропии
легко осуществимы экспериментально. Изменение энергии Гиббса поверхности можно представить через энергию Гиббса, приходящуюся на единицу поверхности натяжения σs

 
  s , или d  d s 
s
 s 


Тогда:   s   s  s .
s
s
Термодинамические потенциалы единицы поверхности не меняются с
изменением площади поверхности для индивидуальных веществ ∂σ s/∂s = 0, и
поэтому для них энергия Гиббса поверхности линейно связана с площадью поверхности вплоть до очень больших удельных поверхностей.
Поэтому поверхностное натяжение определяется энергией, приходящейся на единицу площади, единицами измерения его являются в СИ:
Дж/м2 = Н·м/м2 = Н/м; в системе СГС: Эрг/см2 = дин·см/см2 = дин/см. Между
единицами существуют соотношения: 1 Дж/м2 = 1000 Эрг/см2 = 1 Н/м = 1000
дин/см.
Так как поверхностное натяжение связано с работой, расходуемой на
разрыв межмолекулярных связей, то оно ими и обусловлено. Чем сильнее
межмолекулярные связи в данном веществе, тем больше его поверхностное
натяжение на границе с газовой фазой. Отсюда следует, что поверхностное
натяжение меньше у неполярных, имеющих слабые межмолекулярные связи, и
больше у полярных жидкостей и их растворов.
29
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Второй физический смысл поверхностного натяжения заключается в
том, что поверхностное натяжение можно выразить силой, направленной тангенциально (параллельно) к поверхности и приходящейся на единицу длины
периметра, ограничивающего эту поверхность. Однако только для жидкостей
такое представление не вызывает сомнений, так как у жидкостей молекулы и
атомы ориентируются, уплотняются, переходят в равновесное состояние, вызывая тем самым тангенциальное натяжение поверхности. У твердых тел переход поверхностных атомов и молекул в равновесное состояние может продолжаться очень долго, вследствие их малой подвижности.
Благодаря поверхностному натяжению жидкости при отсутствии внешних воздействий принимают форму шара (минимальная поверхность и минимальное значение свободной поверхностной энергии). Поверхностное натяжение не зависит от величины и формы поверхности, если объемы фаз достаточно велики по сравнению с размерами молекул.
Измерение энергии и силы разрыва межмолекулярных связей лежит в
основе многих методов определения поверхностного натяжения веществ. К
группе методов, предназначенных для определения поверхностного натяжения
жидкостей, относится метод взвешивания (отрыва) капель, отрыва кольца или
пластины. Все они предполагают разрыв жидкости по определенному сечению.
На легкоподвижных границах жидкость-газ (пар) или жидкостьжидкость поверхностное натяжение можно измерить, например, по массе капли, отрывающейся от конца вертикальной трубки; по величине максимального
давления, необходимого для продавливания в жидкость пузырька газа; по
форме капли, лежащей на поверхности и т.д. При расчете поверхностного
натяжения (σ), используется соотношение:
(1
m  i ,
7)
где m – вес капли, или сила отрыва кольца от поверхности жидкости
(мг), i – периметр поверхности кольца (мм). Сила отрыва кольца измеряется с
использованием торсионных весов модели TI с начальной калибровкой прибора (весов), с так называемым нахождением постоянной кольца KI в системе
(пары – жидкости) с известными значениями межфазного натяжения (или систем вода-гептан, вода-бензол, гептан-кислота и др.)
Рабочее кольцо изготовляется из материалов: алюминия, платины, титана или нержавеющей стали. Имеет следующие размеры: диаметр равен 20 мм,
периметр равен 0,2-3 мм, высота – 2-3 мм. Стакан для среды имеет следующие
размеры: диаметр равен 60 мм и высота- 110 мм.
Материал кольца и его размеры подбираются в зависимости от природы
и исследуемой среды (вещества). При измерении межфазного натяжения в системах, где органическая фаза тяжелее воды, кольца обрабатываются (смачивается серным эфиром, содержащей кремнеорганическую жидкость, 2-3 капли
на 100 мл) для улучшения гидрофобности поверхности кольца.
30
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Рис. 11. Схема установки для измерения поверхности натяжения на легкоподвижных границах жидкость-газ (пар) или жидкость-жидкость
Подставка 5 служит для равномерного подвода стакана с залитой в него
исследуемой системой (жидкость) к подвешенному кольцу. Называют его
также опорной тумбой.
Экспериментальная часть
Приборы: установка для измерения поверхности натяжения (рис. 11), которая состоит из 1 – комплекса измерительного механизма (торсионные весы);
2 – рабочего кольца; 3 – стакана для среды, в которой измеряется поверхностное натяжение; 4 – подъемного столика; 5 – подставки для столика
Реактивы: исследуемая система (например, гептан-вода)
Ход работы:
1. Определение постоянного значения кольца [9, 16]: В стакан заливается
исследуемая система с известными параметрами межфазного натяжения,
например гептан-вода или др., в количестве 50 мл.
31
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Изначально измеряется сила холостого хода (без соприкосновения с
жидкостью) (F0). Далее измеряется сила отрыва кольца в системе с известными
параметрами межфазного натяжения (F1). Определяется истинная сила отрыва
кольца F = F1 – F0 и постоянная выбранного кольца для этой системы:
Ki = -/F
2. Определение равновесных значений межфазного натяжения [9, 16]:
Производятся замеры и определение равновесных значений межфазного
натяжения исследуемой системы (для этого в стакан заливается исследуемая
система). Замеры производятся 5-6 раз для каждой концентрации раствора и
берется среднее значение (Fcp ). Результаты измерений заносят в таблицу:
№
п/п
Измерение равновесных знаОпределение постоянного значения кольца
чений межфазного натяжения
на известной системе
(гептан-вода)
красильных рецептур
Кольцо и его разFср Fi F Ki из F0 F1 FK=F– F0 из = -Ki·FK
меры
По формуле (18) определяется поверхностное натяжение (σиз):
(1
из = -Ki·FK
8)
Рис. 12. Пример зависимости межфазного натяжения от концентраций систем,
в которых проводятся исследования
32
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Замеренные параметры заносятся в таблицу и строится зависимость
межфазного натяжения в ходе измерения от концентрации системы. Пример
такой зависимости изображен на рис.12.
Контрольные вопросы:
1. Что такое поверхностное натяжение?
2. Поверхностная энергия; какое место занимает она при процессах отделки текстильных материалов?
3. Что характеризует изменение поверхностной энергии в процессах отделки текстильных материалов (промывки, отварки, мерсеризации)?
4. Почему первое и второе начало термодинамики дает определение поверхностному натяжению?
5. Какую роль играет энергия Гиббса в определении поверхностного
натяжения?
6. Чем обусловлено поверхностное натяжение в легкоподвижных системах?
7. Почему поверхностное натяжение отличается в неполярных и полярных жидкостях? В чем это отличие?
8. Почему только в легкоподвижных системах наблюдается межфазное
натяжение в равновесном состоянии?
9. Почему жидкости принимают форму шара при отсутствии внешних
воздействий?
10. Какие вы знаете методы для определения межфазного натяжения
жидкости?
11. Расскажите об измерении межфазного натяжения по массе капли.
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №10
Изучение процесса термостабилизации изделий
из синтетических и естественных волокон
Цель работы: исследование процесса термической стабилизации.
Теоретическая часть
Синтетические волокна и волокна естественного происхождения термопластичны, поэтому ткани из них необратимо деформируются под влиянием
механических воздействий во влажно-тепловых условиях и приобретают так
называемый «не товарный вид». Одновременно происходит усадка ткани, связанная с тем, что с повышением температуры увеличивается колебательное
движение макромолекул и, в связи с этим, частично нарушаются поперечные
межмолекулярные связи макромолекул. Это приводит к переходу, ранее находящихся под внутренним напряжением, углеводородных молекул волокон в
равновесное состояние, которое фиксируется. Фиксирование - это образование
межмолекулярных связей в волокнах под влиянием температуры, но уже в новом положении. Изделие приобретает относительно устойчивую форму, кото33
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
рая может быть нарушена обработкой его только при более высокой температуре. Поскольку в процессе эксплуатации (стирке), а также при различных
технологических операциях (крашение, промывка, печатание) ткани из синтетических и естественных волокон подвергаются влажно-термическим обработкам. Поэтому для предотвращения возникновения необратимых деформаций и усадки ткани стабилизируют [17-19].
Стабилизацией называется технологический процесс, при котором ткани
из термопластических волокон (синтетических, триацетатных, шерстяных) обрабатываются в расправленном состоянии (натяжении) при высокой температуре в водяной, паровой или воздушной средах с последующим быстрым
охлаждением. При такой обработке ткань приобретает способность противостоять при последующих механических воздействиях в условиях нагрева изменению размеров и формы.
Качество волокна, и в целом изделия, их потребительская ценность,
определяется совокупностью ряда показателей. Улучшение волокна, и в целом
изделия, их потребительская ценность, определяется совокупностью ряда показателей. Весьма важным является предъявляемое к химическим волокнам
требование равномерности физико-механических и химических свойств по
всей длине волокна (изделия) и, прежде всего, равномерной прочности и
удлинения, а для текстильной нити также - и равномерное крашение. На рис.
13 представлена схема определения эластичной и пластической деформации
волокна (нити).
Рис. 13. Схема определения эластичной и пластической деформации волокна
(нити): 1 - штатив; 2 - несущая планка; 3 - нити; 4 - мерная линейка; 5 - груз. L0длина волокна (нити) без нагрузки; L1- длина волокна (нити) под нагрузкой; L2
- длина волокна (нити) непосредственно после снятия нагрузки; L3 - длина
34
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
волокна (нити) после «отдыха»
При нагрузке нити длиной L0 =100 (рис. 13) она растягивается до величины L1. При удалении нагрузки длина нити сейчас же уменьшается до величины L2. Если измерить длину нити по прошествии некоторого времени после
снятия нагрузки (например, спустя 30 мин.), т.е. после «отдыха», то увидим,
что она еще сократилась и длина ее уменьшилась до величины L3. Разность
между длиной нагруженной нити и тотчас после снятия нагрузки (L1  L2)
называется упругой деформацией, а разность (L2  L3)  эластичной деформацией. Эти два вида деформации являются обратимыми. Чем выше этот показатель, тем больше упругость волокна и при прочих равных условиях лучше качество изделия из него.
Разность между длиной нити после «отдыха» и первоначальной называется пластической деформацией или остаточной деформацией (остаточным
удлинением). Последний вид деформации является необратимым. Чем больше
этот показатель, тем больше будет изменять свою форму (разнашиваться) изделия из химических волокон при эксплуатации.
Экспериментальная часть
Приборы: установка на рис. 13, набор навесок, секундомер, ванна, штатив, электроплитка.
Реактивы: среда NaOH 40% для мерсеризации, белизна, отварка (ПАВ,
мыло).
Ход работы:
Определение степени эластичности нити при натяжении. Этот показатель определяют следующим образом. Образец L0 = 10 см, растягивают на 4
или 10%, выдерживают в растянутом состоянии в течение 1 мин, после чего
нагрузка снимается и нити дается «отдых» продолжительностью 1 мин, а затем
измеряют величину остаточного удлинения. За степень эластичности принимают отношение упругого эластичного удлинения к полному удлинению (19):
L  L0
(1
σ отн  3
9)
L0
Показатель термостабилизации волокон (нити) [20, 21]. Наиболее простым способом контроля качества термостабилизации изделий из синтетических волокон является определение усадки термостабилизационных образцов.
Образцы размером (100 мм40 мм) подвергают кипячению в течение 30 мин, а
затем определяют их линейные размеры. Для нормально стабилизированных
образцов усадка не должна превышать 1-2 %.
Температура стабилизации зависит от вида изделия и его назначения. Но
во всех случаях верхний предел температуры стабилизации должен быть ниже
температуры размягчения полимера данного волокнистого материала.
Для тканей массового назначения нижний предел температуры стабилизации должен не менее чем на 30-40 °С превышать температуру последующих
технологических операций и обработок при эксплуатации. Усадка термопла35
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
стических нитей под влиянием органических растворителей. Берется нить или
лоскут материала длиной 10 см, распрямляется грузом в подвешенном состоянии (груз 20-50 г), измеряют исходную длину, наматывают на каркас из тонкой алюминиевой фольги и помещают в пробирку с растворителем, находящемся в термостате (Т = 30-50 °С). После обработки нити в течение определенного времени (от 30 мин до 24 ч) ее высушивают при комнатной температуре в течение 2-24 ч и под действием первоначального натяжения измеряют
длину. Результаты эксперимента заносят в таблицу:
Показатели для определения
Показатели для определения
степени эластичности
Термической стабилизации
Груз, t,
L0, L1, L2, L3,
t,
L0, L1,
%
отн Груз, г
г
мин мм мм мм мм
мин мм мм усадки
30
45
60
70
80
Обработка эксперимента
Для различного времени обработки образца вычисляют степень эластичности по формуле (19). Далее для различных сред (NaOH, белизна, отварка)
повторяют выше описанный эксперимент. Полученные результаты заносят в
таблицу:
В растворителе
Среда
Время
Сушка,
L0  100,
Груз, 20-50 г
отработки,
С грузом
Растворитель
мин
мм
мин
30
40
60
Для определения скорости релаксации необходимо построить зависимость степени эластичности (отн) от времени и методом касательных определить тангенс угла наклонна (tg ). По полученным результатам эксперимента
необходимо сделать выводы о влиянии температуры: 1) на усадку волокнистых материалов; 2) на влияние растворителей; 3) оценить материал с точки
зрения о необходимости деформации; 4) о влиянии скорости релаксации на
стабилизацию волокон после обработки в растворителях.
Контрольные вопросы:
36
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
1. Что такое усадка волокон? Для каких волокон необходимо определение?
2. Что такое стабилизация? Как ее определить?
3. Объясните трактовку термина «разнашивание» изделия.
4. Расскажите о молекулярном механизме термостабилизации.
5. Что вы знаете о законах деформации волокон?
6. Чем отличается эластичная деформация волокна от пластичной деформации?
7. Расскажите о методике проведения эксперимента по определению
эластичной и пластичной деформации волокон.
8. Что собой представляет упругое эластичное удлинение волокна и полное удлинение волокна? Зачем нужны эти показатели?
9. Какой показатель служит для определения контроля качества термостабилизации изделий из синтетических волокон?
10. Как определить степень эластичности нити?
11. Какие среды (или растворители) использовались для исследования
усадки волокон?
12. Какие показатели использовались при исследовании усадки волокон после обработки?
13. Что можно сказать о влиянии температуры на усадку волокнистых
материалов?
37
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
С П И СО К Л И Т Е Р АТ У РЫ
1. Зазулина З.А. Основы технологии химических волокон / З.А. Зазулина, Т.В.Дружинина, А.А. Конкин. – М.: Химия, 1985, – 304 с.
2. Папков С.П. Теоретические основы производства химических волокон / С.П. Папков – М.: Химия, 1990, – 272 с.
3. Фишер Х. Практикум по общей химии. Часть 2. Органическая и физическая химия / Х. Фишер. – Новосибирск: Наука, 2002, – 326 с.
4. Шур А.М. Высокомолекулярные соединения / А.М. Шур. – М.:
Высш.шк., 1981, – 657 с.
5. Торопцева А.М. Лабораторный практикум по химии и технологии
высокомолекулярных соединений / А.М. Торопцева, К.В. Белогородская, В.М.
Бондаренко. – Л.: Химия, 1972, – 416 с.
6. Аверко-Антонович И.Ю. Методы исследования структуры и свойств
полимеров / И.Ю. Аверко-Антонович, Р.Т. Бикмуллин. – Казань: КГТУ, 2002,
– 302 с.
7. Калинина Л.С. Анализ конденсационных полимеров / Л.С. Калинина,
М.А. Моторина, Н.И. Никитина, Н.А. Хачапуридзе. – М.: Химия, 1984, – 264 с.
8. Авакумова Н.И. Практикум по физики и химии полимеров / Н.И.
Авакумова, Л.А. Бударина, А.Е. Заикин, Е.В. Кузнецов и др. – М.: Химия,
1990, – 304 с.
9. Тагер А.А. Физико-химия полимеров / А.А. Тагер. – М.: Химия, 1978,
– 432 с.
10. Петрище Ф.А. Теоритические основы товароведения и экспертизы
непродовольственных товаров / Ф.А. Петрище. – М.: «Дашков и К», 2006, –
519 с.
11. Межиковский С.М. Олигомерное состояние вещества / С.М. Межиковский, А.Э. Аринштейн, Р.Я. Дербинев. – М: Наука ,2005, – 252 с.
12. Дой М. Динамическая теория полимеров / М. Дой, С Эдвардс – М.:
Мир, 1998, – 440 с.
13. Большой энциклопедический словарь. Физика. – М.: Науч.иэдад,
1998, – 944 с.
14. Химическая энциклопедия. Т.1. – М.: Науч.издад., 1988. – 1221 с.
15. Кулезнева В.Н. Основы физики и химии полимеров: Учеб. Пособие./
В.Н. Кулезнева. – М.: Высш.шк., 1977. – 248 с.
16. Фролов Ю.Т. Курс коллоидной химии / Ю.Т.Фролов – М.: Химия,
1982, – 342 с.
17. Кричевкский Г.Е. Химическая технология текстильных материалов /
Г.Е. Кричевский. – М.: Высш.шк., 2000, – 1080 с.
18. Ковалева Э.А. Особенности кинетики взаимодействия красителей с
волокнистыми материалами / Э.А. Ковалева, М.Ю. Доломатов. – Уфа: УГИС,
2005, – 50 с.
19. Эманнуэль Н.М. Курс химической кинетики / Н.М. Эммануэль, Д.Г.
Кнорре. – М.: Высш.шк., 1984, – 463 с.
38
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
20. Ряузов А.Н. Технология производства химических волокон / А.Н.
Ряузов. – М.: Химия, 1965, – 354 с.
21. Фриш С.Э. Курс общей физики / С.Э.Фриш, А.В. Тиморева. – М.:
Гостехтеоретиздат, 1956, – 453 с.
39
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Составители: ДОЛОМАТОВА Лидия Алексеевна,
ЯНБОРИСОВ Валерий Марсович,
БОРИСЕВИЧ София Станиславовна,
ЛОМАКИН Сергей Петрович
ХИМИЯ И ТЕХНОЛОГИЯ ХИМИЧЕСКИХ ВОЛОКОН
Методические рекомендации
по выполнению лабораторных работ
Технический редактор: Р.С. Юмагулова
Подписано в печать 26.09.2007. Формат 60х84 1/16.
Бумага газетная. Гарнитура «Таймс».
Усл. печ. л. 2,33. Уч.-изд. л. 2,75. Тираж 100 экз.
Цена свободная. Заказ № 90.
Отпечатано с готовых авторских оригиналов
на ризографе в издательском отделе
Уфимской государственной академии экономики и сервиса
450078, г. Уфа, ул. Чернышевского, 145, к. 227; тел. (347) 278-69-85.
40
Документ
Категория
Химические науки
Просмотров
53
Размер файла
924 Кб
Теги
1932, вспомогательного, веществ, химия, текстильной, красителей
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа