3861

21

В каждую пробирку опустите полоски хлопчатобумажной ткани, шелка, фильтровальной бумаги. Отметьте цвета.

Вопросы и задания

1.С чем связана окраска вещества?

2.Каков диапазон видимой части спектра? Перечислите цвета спектра.

3.Когда цвет вещества воспринимается синим, зеленым?

4.Как от строения вещества зависит его окраска?

5.Какие Вы знаете хромофорные группы?

6.Что такое ауксохромы? Приведите примеры.

7.Какие известны типы красителей?

8.Что такое диазотирование?

9.Напишите реакцию азосочетания.

10.Как закрепляются субстантивные красители на волокна?

Лабораторная работа № 5

Крашение древесины, красители

Цель работы: ознакомиться с основными способами крашения древесины. Провести анализ химических аспектов крашения.

Теоретическая часть

Все способы крашения древесины могут быть разделены на группы по следующим основным признакам: технологический – по количеству стадий: на одноили многостадийные; в зависимости от температуры красящего раствора

– на низкотемпературные (20-30 0С) и высокотемпературные (60-90 0С); в зависимости от глубины проникновения вглубь древесины различают: поверхностное (глубина до 50 мкм) и глубокое (сквозное) крашение. Синтетические красители подразделяются на прямые (субстантивные), кислотные, протравные, гуминовые, растворяющиеся в органических растворителях. К прямым красителям относятся растворимые в воде соли органических сульфокислот. Они имеют сильное сродство к целлюлозе, на волокне удерживаются водородными и ван-дер-ваальсовыми силами. Окраска имеет невысокую светостойкость, низ-

22

кую прочность к истиранию. Прямые красители применяют при более высоких температурах.

Основные красители относятся к классу азотокрасителей и представляют собой растворимые в воде соли органических оснований. К целлюлозе они сродством не обладают, но могут окрашивать ее после предварительной обработки веществами фенольного характера. Удерживаются на волокне силами ионных связей, окраска характеризуется низкой светостойкостью.

Кислотные красители – соли органических кислот, иногда фенолов, они хорошо закрепляются на волокне в присутствии протрав, в качестве которых применяются соли металлов. Они получили наибольшее распространение для крашения древесины.

Протравные красители представляют собой растворимые в воде (или водо-щелочной среде) красители, содержащие заместители, обуславливающие способность к комплексообразованию с металлами, не обладают достаточным средством с целлюлозой, закрепляются на волокне силами координационных связей: краситель – металл – волокно.

Гуминовый краситель известен в мебельном производстве под названием ореховой морилки или орехового бейца. Он представляет собой органическую соль гуминовых кислот, содержащихся в торфе, некоторых почвах и углях, хорошо растворимых в воде, обладает высокой светостойкостью.

Растворимые в спиртах красители используются для крашения древе-

сины и поднятия ворса. Основным их недостатком является способность мигрировать в лаковую пленку.

Синтетические красители широко применяются в процессах отделки древесины. Однако необходимо заметить, что все классы готовых синтетических красителей применимы для глубокого крашения только легкопропитываемой древесины лиственных пород и шпона, имеющих большое количество микротрещин, по которым, собственно, и происходит проникновение раствора вглубь древесины. Последнее является серьезным ограничением применения готовых синтетических красителей.

Поиски методов имитационной отделки древесины привели к использованию протрав. Протравами называются вещества, красящее действие которых основывается на химическом взаимодействии с дубильными веществами, содержащимися в древесине. Растворы протрав являются истинными, легко про-

23

никают в древесину, окраска имеет высокую водо- и светостойкость. Недостатком протрав, как красящих веществ, является ограниченное количество получаемых цветов, а также зависимости интенсивности окраски от колебания содержания дубильных веществ.

Экспериментальная часть

Опыт 5.1. Протравное крашение, окрашивание березового шпона

а). В чашку Петри (или плоскую ванночку) наливают раствор, содержащий 11 % двухромовокислого калия, 0,4 % гидрохинона, 0,2-0,5 % ПАВ, предварительно нагрев его до 60 0С. В красильный раствор погружают 1-2 образца древесины (березового шпона) и оставляют на 40-60 мин. Определяют цвет окраски древесины (под орех). Напишите реакцию окисления гидрохинона.

б). Аналогично опыту (а) образцы древесины погружают в предварительно нагретый до 80 0С раствор, содержащий FeCl3 (0,1-0,2 %), борную кислоту (0,1-0,2 %). Напишите реакцию образования красной кровяной соли.

Опыт 5.2. Крашение шпона из древесины двухстадийным способом

Температура красильной ванночки 17-22 0С. Продолжительность каждой стадии 3-5 мин. Окраска получается в результате химического взаимодействия компонентов путем обменной реакции. Напишите реакцию образования сульфидов меди, никеля, кобальта.

В таблице 1 приведены концентрации растворов солей и число стадий процесса.

После первой стадии окрашивания образцы подсушивают 5-8 мин. Вторую просушку проводят 10-15 мин.

Результаты окрашивания древесины приведены в таблице 2.

24

Таблица 1

Крашение шпона из древесины

Опыт 5.3. Крашение однокомпонентными растворами солей металлов

Этим способом можно выявить годичные слои у древесины лиственных пород. Способ заключается в том, что древесина обрабатывается слабым раствором закисной соли железа, который в сочетании с дубильными веществами древесины образует окрашенное соединение. Древесина ранней и поздней зо-

25

ны, имеющая различное содержание дубильных веществ, окрашивается указанными солями в тона различной интенсивности. Процесс обработки заключается в вымачивании древесины в растворе в течение 5-7 мин.

Таблица 3 Закисные соли железа, применяемые в способе выявления годичных слоев

Способы крашения, рассмотренные выше, могут быть использованы как при поверхностном, так и при глубоком окрашивании древесины. Применение в процессе крашения агрессивных сред (кислой, щелочной) значительно увеличивает износ оборудования и требует изготовления его из химически стойких материалов. Особое внимание стоит уделить способу с небольшой продолжительностью процессов. В связи с этим наиболее интересным является крашение древесины растворами солей металлов, проводимое в одну стадию.

Вопросы и задания

1.Является ли крашение результатом химической реакции?

2.Образуют ли вносимые реагенты красящее вещество, реагируя между собой?

3.Реагент играет роль катализатора, способствующего реакции конденсации компонентов древесины между собой? Что вызывает появление окраски?

4.Какие органические и полимерные соединения входят в состав древесины?

5.В чем отличие по химическому составу древесины хвойных и лиственных пород?

6.Каково строение и свойство целлюлозы?

7.Что представляет собой лигнин?

8.Как построены дубильные вещества?

9.По каким принципам классифицируются способы крашения?

26

10.На какие группы можно разделить синтетические красители и в чем различие в их действии?

11.Охарактеризуйте основные и кислотные красители.

12.Что называется протравами и на чем основано их красящее действие? 13.Сравните красящее действие синтетических красителей органической и не-

органической природы и сделайте вывод о целесообразности их применения.

Лабораторная работа № 6

Определение вязкости и молекулярной массы полимеров

Цель работы: изучить метод определения вязкости растворов полимеров и визкозиметрический метод определения молекулярной массы ВМС.

Особенностью полимерных веществ является новое понятие о молекулярной массе. Для низкомолекулярных соединений значение молекулярной массы – это константа, характеризующая индивидуальности химического соединения. Изменение молекулярной массы всегда свидетельствует о переходе к другому веществу и сопровождается заметным изменением свойств.

В отличие от низкомолекулярных соединений любой образец полимера представляет собой смесь макромолекул различной длины, а, следовательно, и различной молекулярной массы. Поэтому молекулярная масса полимеров является величиной среднестатистической. Молекулярная масса связана со степенью полимеризации, то есть числом элементарных звеньев, из которых состоит макромолекула:

где М – молекулярная масса полимера, n – степень полимеризации,

m – молекулярная масса элементарного звена.

Определение молекулярной массы полимера является одним из основных способов исследования высокомолекулярных соединений. Молекулярная масса полимеров может быть определена химическим или физическим методом. Химические методы основаны на определении числа концевых функциональных групп и поэтому используются, главным образом, для поликонденсационных

27

полимеров. К физическим методам определения молекулярной массы относятся: криоскопический – он основан на понижении температуры замерзания растворителя в присутствии полимеров; осмометрический метод – основан на том, что величина осмотического давления, возникающего над раствором, пропорциональна отношению числа частиц растворенного вещества к числу частиц раствора. Вискозиметрический метод – основан на определении зависимости молекулярной массы от вязкости раствора полимеров и является наиболее используемым.

Для растворов высокомолекулярных соединений Штаудингером установлена зависимость вязкости от величины и формы макромолекул:

где Кm – константа, характерная для данного полимергомологического ряда; ηуд. – удельная вязкость: ηуд. = ηотн. – 1;

ηуд. /C – приведенная вязкость.

Относительная вязкость (ηотн.) представляет собой отношение скорости истечения раствора полимера к скорости истечения растворителя.

Экспериментальная часть

Опыт 6.1. Определение относительной вязкости

Скорость истечения раствора определяют в вискозиметре ОствальдаПинкевича (рисунок 1), с диаметром капилляра 0,7-1,0 мм.

1

2

Рис. 1. Вискозиметр Оствальда-Пинкевича

Сначала измеряют время истечения чистого растворителя. Для этого 5 мл растворителя заливают в широкое колено вискозиметра, который погружают в

28

термостат с температурой 20 оС и выдерживают в нем 10-15 мин. Засасывают растворитель выше верхней метки над шариком, и жидкость сейчас же начинает переливаться в широкое колено вискозиметра. Как только уровень жидкости опустится до верхней метки, включают секундомер и отмечают время, в течение которого объем растворителя изменится от верхней до нижней метки 2, выключают секундомер и записывают результаты. Отсчет повторяют 3-4 раза, после чего вычисляют среднее время истечения растворителя ( растворителя). Вискозиметр вынимают, выливают растворитель. После этого описанным способом определяют скорость истечения раствора полимера ( раствора).

Рассчитайте относительную, удельную, приведенную вязкость и молекулярную массу полимера.

Кm = 2,6 · 104 (для растворов поливинилацетата в ацетоне и поливинильного спирта в воде).

Результаты расчетов запишите в таблицу 4.

Таблица 4

Опыт 6.2. Определение молекулярной массы полимера по характеристической вязкости

Для характеристики молекулярной массы используют условный показатель – относительный прирост вязкости растворителя при введении в него полимера. Этот показатель называют характеристической вязкостью и обозначают через [η]. Характеристическая вязкость связана с величиной молекулярной массы следующим уравнением:

29

где К и - постоянные, определяемые экспериментально и зависящие от формы макромолекул ( ПВС = 0,75; КФС = 0,5).

Определение характеристической вязкости производят следующим образом. Приготавливают растворы полимера с концентрацией 2,0%; 1,0%; 0,5%; 0,25%. Определяют время истечения каждого раствора (после каждого определения вискозиметр нужно сейчас же вымыть растворителем и высушить).

Результаты испытаний сводят в таблицу 5, выражая концентрацию растворов в основных молях:

где М – молекулярная масса элементарного звена полимера.

На основании полученных данных строят кривую зависимости ηуд./С от С (рис. 2), продолжают ее до пересечения с осью ординат и по полученному в точке пересечения значению рассчитывают величину молярной массы по формуле

ηуд./С

[η] {

C

Рис. 2. Кривая зависимости ηуд./С от С

30

Опыт 6.3. Определение показателя условной вязкости

Показателем условной вязкости лакокрасочных материалов и смол называют время истечения определенного объема этих веществ через калиброванное сопло стандартной воронки прибора. Для этой цели используют вискозиметры различных марок, выпускаемые по ГОСТ 9070-75. Вискозиметр ВЗ-246 имеет три сменных сопла диаметром 2, 4 и 6 мм. Вискозиметр ВЗ-4 – это модификация вискозиметра ВЗ-246, он имеет только одно сопло диаметром 4 мм.

Вискозиметры являются приборами входного контроля лакокрасочных материалов.

Работа на вискозиметре ВЗ-4

Устанавливают вискозиметр ВЗ-4 в горизонтальном положении, в качестве приемника под сопло ставят стеклянный сосуд емкостью 50 мл. Особое внимание следует обратить на чистоту сопла.

Отверстие сопла снизу закрывают и в воронку наливают до краев клей. Клей должен быть тщательно перемешан, его температура доведена до 200 С. Избыток клея снимают стеклянной пластиной. Затем открывают отверстие сопла и одновременно включают секундомер. Останавливают секундомер после первого прерывания струи, отсчитывают время истечения смолы с погрешностью не более 0,2 секунды.

За величину условной вязкости Х (с), определенной по ВЗ-4, принимают среднее арифметическое из трех параллельных определений и вычисляют по формуле

где τ – среднее арифметическое значение времени истечения смолы, с; К – поправочный коэффициент вискозиметра, указанный в паспорте прибо-

ра.