Свойства искусственного волокна, полученного в школьной лаборатории

АННОТАЦИЯ

Бондаренко Анна Вадимовна

пгт. Курагино, МБОУ Курагинская СОШ №1 имени ГСС Петряева А. А., 10 класс

«Свойства искусственного волокна, полученного в школьной лаборатории»

Руководитель: Вольхина Елена Юрьевна, учитель химии МБОУ Курагинская СОШ №1 имени ГСС Петряева А.А.

Цель работы: получение искусственных волокон в школьной лаборатории и изучение физических свойств полученных волокон. Химические волокна представляют огромный интерес для изучения. В работах [1,2,9 ] представлены способы получения и свойства искусственных волокон, полученных промышленным способом. Данная работа выполнена с использованием хлопковой целлюлозы и реактива Швейцера в условиях школьной лаборатории. При сравнении результатов свойств волокон, полученных в лаборатории с промышленными образцами, отмечаются некоторые особенности физических свойств. Даны рекомендации по применению результатов исследования в практической части на уроках химии.

ВВЕДЕНИЕ

В настоящее время все больше и больше находят свое применение разные виды волокон. Это натуральные и химические. Химические волокна в свою очередь делятся еще на несколько видов. К сожалению, в школьном курсе химии нет практических работ, связанных с получением разных волокон, а только изучают свойства готовых волокон. Но ведь научное познание складывается не только из теоретических, но и эмпирических методов. Проводя эксперимент, учащийся сможет увидеть, потрогать, ощутить. Эти знания, полученные на практических занятиях, надолго ему запомнятся и будут белее прочными.

В научной литературе отмечается, что состав искусственных волокон не так уж и сложен, а значит, их можно получить в школьной лаборатории. В данной работе проводится получение и исследование таких волокон..

Гипотеза: свойства искусственных волокон, полученных в школьной лаборатории, не будут отличаться от свойств волокон, полученных в промышленности.

Цель работы:

• получение искусственного волокна в школьной лаборатории.
• изучение физических свойств полученного волокна.

Для достижения целей необходимо решить следующие основные задачи:

• проанализировать различные методы получения искусственных волокон на основании литературных источников;
• сравнить процесс получения волокон в школьной лаборатории и в промышленности;
• получить волокна в лаборатории;
• определить физические характеристики волокон;
• сделать сравнительный анализ физических свойств полученных волокон с промышленными образцами.

Для решения задач мы использовали следующие методы: анализ научной литературы, метод получения искусственного волокна с помощью реактива Швейцера, сопоставление, сравнительный анализ результатов эксперимента и обобщение результатов работы.

Объект исследования – полученное волокно. Предмет исследования – физические свойства волокон.

ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ О ИСКУССТВЕННЫХ ВОЛОКНАХ

С древних времен и до конца XIX века единственным сырьем для производства текстильных материалов служили натуральные волокна растительного или животного происхождения. В химии на рубеже XIX и XX вв. создали необходимые условия для получения и промышленного производства химических волокон. Химические волокна делят на две группы: искусственные и синтетические.

Искусственные волокна — это химические волокна, получаемые из природных полимеров, главным образом целлюлозы [4]. Искусственные волокна классифицируются на следующие группы:

Гидратцеллюлозные (вискозные, лиоцелл, медно – аммиачные волокна)

Ацетилцеллюлозные (ацетатные и триацетатные волокна)

Белковые (казеин, зеин)

Среди различных видов искусственного волокна, которые изготовляются из целлюлозы, медно - аммиачное волокно занимает особое место. Этот вид волокна был получен химиками раньше других.

МЕТОДЫ ПОЛУЧЕНИЯ ИСКУССТВЕННЫХ ВОЛОКОН В ПРОМЫШЛЕННОСТИ

Медно-аммиачные волокна в промышленной лаборатории получают следующим образом [6, 7]:

Смешивание целлюлозы с основной солью меди или с гидроксидом меди в присутствии концентрированного раствора аммиака. Фильтрация. Формование и продавливание через фильеры с отверстиями. Получение нити способом формования. Обрабатывание нити в ванне с разбавленной серной кислотой (2-3%-ной), которая разрушает продукт взаимодействия целлюлозы с реактивом Швейцера. Получение гидратцеллюлозных нитей.

Процесс получения медно-аммиачного волокна является в гидратцеллюлозной настоящее время единственным практически приемлемым методом получения нити.

ХИМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ

Для производства медно-аммиачных волокон необходим гидроксид тетрамминмеди(II)
[Сu(NH₃)₄](OH)_2. Этот реактив назван в честь Эдуарда Швейцера [8]. Его получают из CuSO_4,

Na OH, NH_3. Cu(OH)₂ + 4NH₃ = [Cu(NH₃)₄](OH)₂ . Процесс производства основан на способности целлюлозы образовывать комплексные соединения с этим реактивом. Прядильный раствор, который получается с этим реактивом, пропускают через фильеры в ванну с разбавленной серной кислотой. Образуются тонкие «шелковые» нити медно-аммиачного волокна — чистой регенерированной целлюлозы, не содержащей ни меди, ни азота: реактив Швейцера в серной кислоте разрушается: [Cu(NH₃)₄](OH)₂ + 3H₂S0₄ = CuS0₄ + 2(NH₄)₂S0₄ + 2Н₂0 и выделяет растворенную в нем целлюлозу. В растворе остаются сульфат меди CuS0₄ и сульфат аммония (NH₄)₂S0₄.

Преимуществом такого метода является то, что нити получаются очень хорошего качества, а недостатком то, что нужны очень дорогие реактивы. Медно-аммиачное волокно применяют и сейчас - в ковроткачестве, на трикотажных фабриках, но гораздо реже, чем раньше, потому что появились более прочные и дешевые волокна.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

МЕТОДИКА ПОЛУЧЕНИЯ МЕДНО-АММИАЧНОГО ВОЛОКНА

Оборудование: стакан, шприц, пинцет, вата, мерная ложка, фильтровальная бумага, медный цилиндр, весы, стеклянная палочка, воронка, химический стакан. Реактивы: 25% раствор аммиака, серная кислота 10%, гидроксокарбонат меди (Сu ОН) ₂CO_3.

ПОЛУЧЕНИЕ МЕДНО-АММИАЧНОГО РАСТВОРА

Для получения медно-аммиачного комплекса необходим основной карбонат меди

(Сu ОН) ₂CO₃, берем навеску 5 грамм этого вещества и добавляем в стакан. Затем добавили 20 мл 25% раствора аммиака (нашатырного спирта) и тщательно перемешали. В итоге получили темно-синий медно-аммиачный раствор.

ПРИГОТОВЛЕНИЕ ПРЯДИЛЬНОГО РАСТВОРА

Для приготовления прядильного раствора самый главный компонент – это обычная аптечная вата. В стакане с медно-аммиачным растворомрастворили маленькие кусочки аптечной ваты. Для полного растворения и получения вязкого раствора необходимо 25 минут. Раствор стал густым, как сироп..

ПОЛУЧЕНИЕ МЕДНО-АММИАЧНОГО ВОЛОКНА

Для получения волокна вместо фильер, которые используются в промышленности, мы использовали простой шприц. В качестве ванны взяли стакан с 10% серной кислотой. Затем в шприц набрали прядильный раствор, опустили в стакан с серной кислотой и аккуратно начали надавливать на поршень. В стакане стали образовываться нити синего цвета. Для их выделения мы захватывали пинцетом нити, протягивали через разбавленную серную кислоту, где они обесцветились, и наматывали на катушки.

Обесцвеченные нити опустили в стакан с дистиллированной водой для промывания. Затем высушили. Весь процесс получения волокон занимает 40 минут. (Приложение №1)

ИЗУЧЕНИЕ СВОЙСТВ МЕДНО-АММИАЧНОГО ВОЛОКНА

При оценке свойств медно-аммиачного волокна исследовали:

1. механические свойства (прочность, блеск);

2. поведение волокна при поднесении к пламени;

2. растворение в органических (тетрахлорметан, ацетон) и неорганических (конценрированные серная, азотная кислоты, щелочи) веществах.

Результаты исследования приведены в таблице (Приложение №2)

Медно-аммиачное волокно имеют следующие свойства: на ощупь волокно мягкое, не имеет запаха, горюче, в органических веществах не растворяются, в неорганических растворяется, при высыхании волокно становится бесцветным. Свойства волокон, полученных разными способами, не имеют принципиальных различий.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Изучив промышленные и лабораторные способы, я сделала следующий вывод: методы не имеют принципиальных различий, имеют ряд достоинств – простота, доступность исходных веществ. Однако, главным недостатком, является то, что в процессе проведения эксперимента выделяется большое количество аммиака, поэтому необходим вытяжной шкаф.Сравнительный анализ физических свойств полученного волокна и промышленного образца доказал, что моя гипотеза оказалась верной, волокна действительно были похожи на промышленные образцы. Результаты исследования можно рекомендовать в виде практической работы на уроках химии в 10-11 классах, в теме «Углеводы» и «Волокна».

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1.Технология медноаммиачного волокна. / Под ред. Доктора техн. Наук,проф. А.Б. Пашкевер. Москва, 1941.

2. Роговин, З. А. Основы химии и технологии производства химических волокон. - М.: - 1954. - С. 82, 185, 199, 567.

3. Зыков, Д. Д., Деревицкая, В. А., Тростянская , Е. Б., Чека Лин, М. А., Юкельсон, И. И., Яшунская, Ф. О. Общая химическая технология органических веществ /[Текст]// Издание второе, Переработанное, Издательство «Химия», М.: - 1966. - С. 460

4.Усольцева, В.А. Технология производства химических волокон

[Текст]: учебное пособие /В.А. Усольцева, Т.С. Семенова.– Иваново: ИвТИ, 1978.

5.http://www.ask4style.ru/materials/artificial-fibre.html

6.http://www.otkani.ru/silk/silkcloth/15.html

7.https://ru.wikipedia.org/wiki/Вискозное_волокно

8. http://dic.academic.ru/dic.nsf/ruwiki/143207

9. http://www.findpatent.ru/patent/244/2443631.html

10. http://www.ktovdome.ru/57/371/106/11160.html

ПРИЛОЖЕНИЕ № 1

Приготовление прядильного раствора

Получение волокна

ПРИЛОЖЕНИЕ №2