Практикум по химии часть II

1. Какой химический состав имеют вискозное и ацетатное волокна?

2. Какими свойствами эти волокна отличаются друг от друга?

3. 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. Почему при сжигании ацетатных волокон ощущается запах уксусной кислоты?

7. В чём растворяются вискозные и ацетатные волокна?

8. Что происходит с вискозными и ацетатными волокнами при нагревании?

9. Что происходит с вискозными и ацетатными волокнами при действии микроорганизмов?

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, связаны между собой силами Ван-дер-Ваальса или водородными связями. Число их возрастает со степенью ориентации макромолекул по длине волокна. Явно 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.

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 карбоцепных волокон относятся поливинилхлоридные (хлорин), полиакрилонитрильные (нитрон, орлон), поливинилспиртовые (винол, винилон), полиолефиновые (геркулон).

Из синтетических волокон наибольшее применение имеют капрон, лавсан и нитрон.

Полиамидное волокно капрон состоит из линейных макромолекул, включающих метиленовые звенья (-СН₂-) и амидные группировки:

Капрон получают полимеризацией капролактама. Волокна формуют из расплава. Они отличаются высокой упругостью, прочностью и высоким сопротивлением к истиранию. Волокна капрона мало гигроскопичны, влагопоглощение 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. 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:

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.

Опыт 1. Действие на синтетические волокна разбавленной серной кислоты.

Обработать образцы волокон в пробирках в течение 10 минут раствором серной кислоты концентрации 10 г/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.

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 течение 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.

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.

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 поведение 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 табл. 5:

1. Какой химический состав имеют волокна капрона, лавсана, нитрона?

2. Какими свойствами эти волокна отличаются друг от друга?

3. Объясните причины изменения свойств синтетических волокон в результате обработки кислотами. Напишите схемы реакций.

4. Объясните изменения, происходящие при действии едких щелочей различной концентрации на синтетические волокна. Предложите возможные схемы реакций.

5. Какие процессы происходят при действии растворов гипохлорита натрия на синтетические волокна?

6. Какие синтетические волокна наиболее подвержены действию света и почему?

7. Что такое гидролиз? Какие волокна в наибольшей степени подвержены гидролизу и почему.

8. 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?

1. 
   Базовый лабораторный практикум по химической технологии волокнистых материалов: Учеб. для вузов / Колл. авт./ Под ред. Н. Е. Булушевой. – М. : РИО МГТУ, 2000. – 423 с.
   
2. 
   Клюшник, Н. П. Практикум по органическому синтезу: Учеб. пособие для химико-технолог. техникумов / Н. П. Клюшник. – М. : Высш. шк., 1987. – 143 с.
   
3. 
   Кулезнев, В. Н. Химия и физика полимеров: Учеб. для вузов / В. Н. Кулезнев, В. А. Шершнев. – М. : Высш. шк., 1988. – 312 с.
   
4. 
   Тугов, И. И. Химия и физика полимеров: Учеб. пособие для вузов / И. И. Тугов, Г. И. Кострыкина. – М. : Химия, 1989. – 432 с.