Хлопковая целлюлоза

выше уровня вискозиметра (рис. 39). Открыв стеклянный кран, на­ чинают медленно заполнять вискозиметр реактивом, регулируя скорость поступления его открыванием шарикового зажима так, чтобы реактив медленно заполнял вискозиметр, хорошо смачивая

Целлюлозу.

Когда вискозиметр наполнен почти доверху, на широкую трубку его Задевают шариковый зажим, подводят оба шарика до сопри­ косновения с вискозиметром, открывают оба шариковых зажима и заполняют вискозиметр до появления капли раствора над верхним шариком. После этого кран закрывают, снимают вискозиметр и не­ сколько раз встряхивают до полного разбавления комочков волок­ на и свободного падения шариков по всей длине вискозиметра. Одновременно проверяют плотность шариковых зажимов, не допус­ кая Вытекания раствора.

Вискозиметр помещают в болталку (рис. 40), делающую около 10 оборотов в минуту, и размешивание ведут до полного растворе­ ния целлюлозы, т. е. до исчезновения нерастворенных волокон или

К О М О Ч К О В.

Практически целлюлозу растворяют в течение 10 мин и до 5 ч, в зависимости от ее вязкости й качества очистки.

Измерение вязкости. По окончании растворения вискозиметр, расположенный вертикально, широкой трубкой вниз, помещают в водяной затемненный термостат и выдерживают при 20±0,2°С в течение 30 мин, после чего, не поворачивая, вынимают, вытирают, снимают зажим с широкой трубки и быстро удаляют через нее раз­ мешивающие шарики (при этом объем раствора уменьшается при­ мерно на 2—5 мл). Затем зажимают верхнее отверстие вискозимет­ ра пальцем, снимают зажим с капилляра и помещают вискозиметр в воздушно-водяной термостат при температуре 20±0,5°С, где его устанавливают в вертикальном положении широкой трубкой вверх.

свободно вытекающем растворе замеряют с точностью до 0,5 с продолжительность (Т) его истечения между верхней и ниж­ ней метками вискозиметра (25 мл).

Произведение полученного отсчета Т на константу вискозиметра С и величину плотности 1%-ного раствора целлюлозы, равной 0,97, дает возможность определить вязкость испытуемого образца цел­ люлозы в сантипуазах (г|):

у)=>ТС.0,97.

Для перевода вязкости из абсолютных единиц (сантнпуаз) в относительные единицы необходимо полученный результат вязкости в сантипуазах разделить на переводный коэффициент 1,72.

Калибровка вискозиметра

Определение полной емкости вискозиметра. Полная емкость вискозиметра должна быть 40—55 мл. Для определения точного объ­ ема вискозиметра его целиком заполняют водой, имеющей темпера­ туру 20±0,1°С, путем засасывания ее из стакана, находящегося в

водяном термостате при температуре 20° С. Воду выливают во взве­ шенный с точностью до 0,01 г стаканчик и определяют ее массу (емкость V).

Определение константы. Константой вискозиметра называют частное от деления величины вязкости в сантипуазах стандартной жидкости на произведение продолжительности (в секундах) исте­ чения 25 мл ее из вискозиметра и величины плотности калибровоч­ ной жидкости.

Калибровочной жидкостью может служить стандартная жид­ кость (вазелиновое масло, касторовое масло, глицерин, раствор са­ хара и др.) с точно известной (в сантипуазах) величиной вязкости и плотностью.

Производство определения. Чистый и сухой вискозиметр запол­ няют вазелиновым маслом. Закрывают пальцем верхнее его отвер­ стие и устанавливают вертикально в воздушном термостате с тем­ пературой 20±0,5°С . Освободив затем верхнее отверстие, дают вазелиновому маслу свободно вытекать и отсчитывают по секундо­ меру продолжительность прохождения верхнего мениска масла между верхней и нижней метками вискозиметра (25 мл).

Разделив величину вязкости вазелинового масла (в сантипуа­ зах) на продолжительность его истечения 25 мл в секундах и на ве­ личину его плотности d, получают константу вискозиметра:

Контроль правильности калибровки вискозиметра производят путем определения в нем вязкости специального образца целлюло­ зы (эталона) с известной вязкостью. Допускается отклонение от этой известной величины не более чем на 5%.

За последнее время одним из научно-исследовательских инсти­ тутов разработан метод определения динамической вязкости 0,5 % - ного раствора целлюлозы в куприэтилендиамине в капиллярных вискозиметрах. По мнению некоторых специалистов, растворение целлюлозы в куприэтилендиамине происходит быстрее, и эти раст­ воры являются более устойчивыми, чем медно-аммиачные.

Для приготовления раствора куприэтилендиамина около 250 г сернокислой меди, взвешенной с точностью до 0,1 г, помещают в стакан, растворяют приблизительно в 2000 мл горячей дистиллиро­ ванной воды, нагревают до кипения и при энергичном перемешива­ нии медленно прибавляют водный аммиак (115 мл) до слабощелоч­ ной реакции на лакмус. Затем воду сливают, а осадок промывают

гидрат окиси меди промывают декантацией до нейтральной реакции на фенолфталеин и исчезновения в промывных водах иона сульфата

по пробе с хлористым барием. Промытый осадок гидрата окиси ме­ ди смывают водой в бутыль (общий объем должен быть около 500 мл), которую охлаждают струей холодной воды. Содержимое бутыли периодически встряхивают в течение часа, затем оставляют в покое на 12— 16 ч. После отстаивания получают прозрачный раст­ вор, который при наличии осадка отфильтровывают через воронку.

Приготовленный раствор куприэтилендиамина анализируют на содержание меди и этилендиамина. Проанализированный раствор разбавляют водой в соотношении 1 1.

Раствор проверяют на содержание меди раз в месяц. При откло­ нении концентрации меди производят дозировку раствора по расче­ ту. Для проверки концентрации меди в мерную колбу емкостью 250 мл отбирают 25 мл куприэтилендиамина и доводят объем раст­ вора дистиллированной водой до метки, затем прибавляют около 3 г йодистого калия, взвешенного с точностью до 0,1 г, подкисляют 50 мл 4 н. раствором серной кислоты и титруют раствором сернова­ тистокислого натрия с крахмалом. Для более четкого установления окончания процесса титрования кроме крахмала добавляют 10 мл роданистого аммония.

Молярную концентрацию меди в растворе куприэтилендиамина

(А) определяют по формуле

A = V -0,04,

где V— объем серноватистокислого натрия, пошедшего на титро­ вание, мл.

Для определения содержания этилендиамина в мерную колбу емкостью 250 мл отбирают пипеткой 25 мл раствора куприэтилен­ диамина, предварительно разбавив его в 10 раз дистиллированной водой, добавляют еще 75 мл дистиллированной воды, две капли индикатора метилового оранжевого и титруют 1 н. раствором сер­ ной кислоты до бледно-розового цвета. Окраска раствора при титро­ вании переходит из темно-синего в светло-синий цвет, затем в серо­ голубой и, наконец, розовый.

Содержание этилендиамина (в граммах-эквивалентах) в раство­ ре куприэтилендиамина (В) определяют по формуле

B =V *0,4,

где V— объем серной кислоты, пошедшей на титрование, мл. Молярное отношение этилендиамина к меди (Р) вычисляют по

формуле

р _ Я - 2Л 2А *

где В — содержание этилендиамина в растворе куприэтилендиами­ на, г-экв.;

А — молярная концентрация меди в куприэтилендиамине. Молярное отношение этилендиамина к меди должно находиться

в пределах от 1,85 : 1,0 до 2,0 1,0. Если это отношение превышает 2,0 : 1,0, необходимо добавить расчетное количество гидрата окиси

меди, перемешать и повторить анализ. Допускается отклонение в пределах ±0,5 от требуемой величины.

Для проверки испытания на вязкость часть средней пробы цел­ люлозы тщательно разрыхляют и удаляют комочки. Пробу высуши­ вают при 130— 135° С в течение 30 мин.

Количество целлюлозы (в граммах), эквивалентное содержанию 0,5 г абсолютно сухой целлюлозы в 100 мл объема, вычисляют по формуле

где V— объем куприэтилендиаминового раствора, мл.

После этого 9 или 15 г меди и расчетное количество целлюлозы, взвешенные с точностью до 0,0002 г, помещают в стеклянную банку, которую при 20±0,5°С заполняют из бюретки раствором куприэтилендиамина в количестве, равном объему банки.

Заполненную банку помещают в аппарат для взбалтывания до полного растворения целлюлозы. Затем банку с раствором целлю­ лозы помещают в термостат на 15—20 мин при 20±0,2°С .

В дальнейшем испытание на вязкость проводят по стандартному медно-аммиачному методу, описанному выше.

Вязкость целлюлозы (в сантипуазах) вычисляют по формуле

где К — константа вискозиметра; Т — время истечения раствора, с;

d — плотность 0,5%-ного раствора куприэтилендиамина, рав­ ная 1,052 г/см3.

Определение белизны. Около 3 г воздушно-сухой целлюлозы, взятой из средней пробы, взвешивают с точностью до 0,1 г, пор­ циями по 1 г и разрыхляют в электрокофемолке в течение 5 мин. Измельченную массу помещают в воронку Бюхнера и слегка спрес­ совывают стеклянной пробкой до получения диска, который затем переносят на пластинку с гладкой поверхностью, покрывают другой такой же пластинкой и прессуют на гидравлическом прессе при дав­ лении 150 кгс/см2 в течение 3 мин.

Определение белизны производят на фотоэлектрическом блескомере по инструкции, прилагаемой к прибору.

Образец сравнивают с полированной поверхностью стекла мо­ лочно-белого цвета, белизна которого принята за 100%. Значение, полученное на шкале микроамперметра, показывает процент белиз­ ны испытуемого образца.

Измерение белизны проводят с двух сторон образца и вычисля­ ют среднее арифметическое результатов двух измерений, округлен­ ное до 0,1 %.

Определение содержания железа. Метод основан на способности закисного железа образовывать с о-фенантролином стойкий комп­ лекс оранжево-красного цвета и последующем количественном определении его с помощью фотоколориметра.

Для приготовления раствора 0,5%-ного раствора о-фенантроли- на взвешивают 0,5 г о-фенантролина с точностью до 0,0002 г и раст­ воряют в 10 мл этилового спирта в мерной колбе емкостью 100 мл и доводят объем до метки дистиллированной водой (раствор А).

Для приготовления 10%-ного раствора солянокислого гидроксиламина 100 г солянокислого гидроксиламина растворяют в дистил­ лированной воде в мерной колбе емкостью 1000 мл и доводят до метки (раствор Б).

Для приготовления раствора В 0,702 г соли Мора, взвешенной с точностью до 0,001 г, растворяют в небольшом количестве дистил­ лированной воды в мерной колбе емкостью 1000 мл, подкисляют 10 мл серной кислоты и доводят объем водой до метки. 1 мл этого раствора содержит 0,1 мг железа.

Для приготовления раствора Г 100 мл раствора В разбавляют дистиллированной водой в мерной колбе емкостью 1000 мл. 1 мл этого раствора содержит 0,01 мг железа.

Для приготовления серии раствора и построения калибровочно­ го графика в мерные колбы емкостью 50 мл отмеривают бюреткой 0, 1,2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 мл раствора Г, добавляют до 10 мл раствора £ и по 1 мл раствора А, объем растворов доводят до метки дистил­ лированной водой, тщательно перемешивают и оставляют в покое на 15 мин. Полученные растворы содержат 0; 0,2; 0,4; 0,6; 0,8; 1,0; 1,2; 1,4; 1,6 мг/л железа.

Оптическую плотность серии растворов замеряют на фотоколориметре (рабочая длина кюветы 30 мм, светофильтр синий с длиной волны 490 мкм), используя в качестве раствора сравнения пробу с нулевым содержанием железа.

По полученным значениям оптических плотностей серии раство­ ров строят калибровочный график, откладывая по оси абсцисс со­ держание железа в миллиграмм-литрах, а по оси ординат — опти­ ческую плотность.

Для проведения испытаний около 2 г воздушно-сухой целлюлоЗЬ1, взятой из средней пробы, взвешивают с точностью до 0,01 г, помещают в тигель и обугливают в муфельной печи. При этом не должно быть воспламенения целлюлозы и потерь золы. После обуг­ ливания целлюлозы тигель сначала прокаливают в печи при 550— 600° С в течение часа, потом охлаждают в эксикаторе до температу­ ру! окружающей среды.

После охлаждения золу в тигле растворяют в 10 мл раствора Б и переносят в стеклянный стакан, обмывая тигель многократно дистиллированной водой в количестве 40 мл, затем раствор в стака­ не выпаривают до 0,2 этого объема.

Упаренный раствор из стакана переносят в мерную колбу емко­ стью 50 мл, добавляют 1 мл раствора А, доводят объем раствора Д0 метки дистиллированной водой, тщательно перемешивают и оставляют в покое на 15 мин. Одновременно готовят контрольный раствор с нулевым содержанием железа, как указывалось выше.

Оптическую плотность раствора замеряют на фотоколориметре, используя в качестве раствора сравнения контрольный раствор.

Содержание железа (в миллиграммах) на 1 кг абсолютно сухой целлюлозы вычисляют по формуле

w С-50-100

Л/(100—'W) ’

где С — концентрация железа, найденная по калибровочному гра­ фику, мг/л;

50 — объем анализируемой пробы, мл; М — масса воздушно-сухой целлюлозы, г;

W— влажность воздушно-сухой целлюлозы, %.

Определение смачиваемости. Во взвешенный алюминиевый ста­ кан (рис. 41) помещают навеску около 15 г воздушно-сухой хлоп­ ковой целлюлозы, взвешенной с точностью до 0,1 г, и распределяют

еедо внутренней метки равномерным слоем высотой около 50 мм.

Вкристаллизатор с дистиллирован­ ной водой, имеющей температуру 20° С,

250 мл, который помещают в ванну с холодной водой с температу­ рой не более 15° С. В стакан вливают 50 .мл охлажденной серной кислоты, крепостью не менее 94% и тотчас же .начинают энергично

спомощью стеклянной палочки растирать и перемешивать волокно

скислотой в течение 5—10 мин до полного растворения целлюлозы

ипревращения еен светлую однородную и вязкую массу.

По окончании растворения стакан вынимают из ванны, выти­ рают снаружи и содержимое его выливают, при энергичном пере­ мешивании палочкой, в стакан емкостью 800— 1000 мл, в который предварительно налито 500—700 мл холодной дистиллированной воды, в него же сливают воду при ополаскивании стакана.

Жидкости дают отстояться и осадок отфильтровывают через предварительно высушенный и взвешенный фильтр-тигель № 1 или воронку с фильтрующей стеклянной пластинкой № 1.

Фильтрование ведут при слабом вакууме, создаваемом водо­ струйным насосом, затем промывают осадок небольшими порциями горячей воды (150—200 мл), давая каждый раз отстояться взму­ ченному осадку. Промывные воды сливают через фильтр так, что­ бы не перенести на него осадок.

Полноту промывки нерастворимого осадка от кислоты прове­ ряют метиловым оранжевым, капая его непосредственно на нераст­ воримый остаток. Как только его частицы перестанут краснеть от прибавления индикатора, остаток будет считаться окончательно промытым и его переносят на фильтр, отсасывают досуха, тигель вытирают снаружи чистым полотенцем, сушат в сушильном шкафу при 135±1°С (допускается 105±1°С) до постоянной массы, вы­ держивают 30 мин в эксикаторе и взвешивают.

Содержимое остатка (в процентах), нерастворимого в серной кислоте, вычисляют по формуле

н _ (G X—G2). 100-100

G(100—T^F) ’

где G\ — масса тигля с остатком после сушки, г;

G2 — масса чистого высушенного тигля, г; G — навеска воздушно-сухой целлюлозы, г;

W— влажность воздушно-сухой целлюлозы, %.

Производят два параллельных определения, из результатов ко­ торых выводят средний, округляемый до 0,01 %.

Расхождение между результатами параллельных определений не должно превышать 0,05%.

При взаимодействии 94%-ной серной кислоты с целлюлозой иног­ да происходит обугливание волокна (потемнение массы). Этого можно избежать при достаточном охлаждении кислоты, а также тщательном и быстром перемешивании массы. В противном случае

анализ повторяют.

Определение содержания золы. В прокаленный до постоянной массы фарфоровый тигель взвешивают с точностью до 0,0002 г око­ ло 5 г воздушно-сухой целлюлозы. Тигель с навеской целлюлозы помещают в нагретую муфельную печь и сжигают при открытой дверце; затем печь закрывают и золу прокаливают до постоянной мдссы. Можно сжигать и следующим образом: тигель, полуприкры­

тый крышкой, помещают на фарфоровый треугольник и осторожно сжигают навеску на пламени газовой горелки, затем снимают крыш­ ку и тигель с золой прокаливают на газовой горелке до постоянной массы.

Перед каждым взвешиванием прокаленный тигель выдерживают в эксикаторе не менее 30 мин. Первое взвешивание производят после исчезновения в золе видимых частиц угля.

Содержание золы (в процентах) вычисляют по формуле

'q (С,— С2).100-100 dj‘~ (G — С2)(100— W ) ’

где G\ — масса прокаленного тигля с золой, г; G2— масса прокаленного тигля, г;

G — масса тигля с навеской целлюлозы, г; W— влажность воздушно-сухой целлюлозы, %.

Производят два параллельных определения, из результатов ко­ торых выводят средний, округляемый до 0,01%. Расхождение меж­ ду результатами параллельных определений не должно быть более 0,05%.

Определение прозрачности целлюлозных растворов [9]. Чистая клетчатка легко растворяется в серной кислоте, превращаясь в ко­ нечном итоге в глюкозу, которая дает совершенно прозрачные раст­ воры. При наличии в целлюлозе посторонних примесей (жиров, восков и других) раствор получается тем более мутным, чем больше было этих примесей.

Этот показатель, хотя и не регламентируется ГОСТом, однако является весьма существенным при определении чистоты хлопковой целлюлозы.

Целлюлозный раствор приготовляют следующим образом: в су­ хие стаканчики берут 5 точных навесок хлопковой целлюлозы по 2 г каждая. В стаканчик приливают 10 мл 94%-ной серной кислоты и тотчас же начинает энергично растирать и перемешивать волокно с кислотой до полного растворения и превращения в однородную, светлую, вязкую массу. К полученной массе добавляют 100 мл хо­ лодной дистиллированной воды, перемешивают и фильтруют через стеклянный фильтр, на который помещен слой хлопковой целлюло­ зы толщиной 0,2—0,3 см.

Для проведения анализа применяют специальную установку с фотоэлементом (рис. 42). Конструкция этого прибора основана на применении дифференциального селенового элемента, работающе­ го от переменного тока. Две половины фотоэлемента соединены в последовательную цепь, с включением в нее гальванометра.

При одинаковой освещенности обеих половин фотоэлемента в цепи гальванометра ток будет отсутствовать, а в случае затемне­ ния одной из половин элемента фототок уменьшится, что немедлен­ но отразится на шкале гальванометра.

Такое затемнение происходит в случае помещения кюветы с раствором в разрезе трубы колориметра. Вынув кювету из прибо­

где /2 — величина фототока, соответствующего пучку света, ослаб­ ленному при прохождении через мутный раствор;

/1 — величина фототока, соответствующего пучку света, прошед­ шему через светофильтр.

Определение медного числа [10]. Метод основан на восстанов­ лении окисной меди фелинговой жидкости в закисную и на коли­ чественном определении закисной меди путем окисления ее в окисную медь.

Приготовление реактивов: раствор I готовят из сернокислой ме­ ди, 69,3 г которой растворяют в 1 л воды. Раствор II готовят из сегнетовой соли и едкого натра. На 1 л раствора берут 346 г сегнетовой соли и 100 г едкого натра. При растворении сегнетовой соли следует опустить колбу в теплую воду (30°С). Раствор III готовят путем растворения 128 г железоаммонийных квасцов в 500 мл дис­ тиллированной воды в измерительной колбе емкостью 1000 мл, в которую добавляют 200 г (113 мл) серной кислоты. После охлаж­ дения объем раствора доводят водой до метки.

Все изготовленные растворы должны быть прозрачными и не содержать взвешенных частиц.

Производство определения: точную навеску около 1 г воздуш­ но-сухой хлопковой целлюлозы, влажность которой определяют отдельно, помещают в колбу Эрленмейера емкостью 100 мл, зали­ вают 20 мл воды и нагревают до кипения. В две сухие и чистые кол­ бы емкостью 50 мл наливают по 20 мл растворов I и II, -нагревают каждую отдельно до кипения, после чего содержимое их сливают вместе. Образовавшийся темно-синий раствор Фелинга вливают в колбу с навеской целлюлозы, которую прикрывают стеклянной пробкой, во избежание окисления кислородом воздуха, ставят на сетку и кипятят (умеренно) ровно 3 мин (по секундомеру или по песочным часам), затем взяв колбу щипцами, перемешивают содер­ жимое вращательным движением руки. По истечении 3 мин кипя­ чения .пробку тотчас же обмывают в колбе приблизительно 50 мл холодной воды, приготовленной заранее. Этим достигается резкое охлаждение содержимого колбы и прекращение реакции (величина медного числа зависит от продолжительности кипячения и от тем­ пературы раствора).

Затем колбу дополнительно охлаждают водой под краном и жидкость из нее фильтруют через тигель, установленный на склян­ ке Бунзена (во избежание забивания пор на фильтрующую плас­ тинку помещают бумажный фильтр).

При этом следует, по возможности, не затрагивать осадка с во­ локном, так как на фильтре осадок может уплотниться и его труд­ но будет растворить; к осадку в колбе приливают немного теплой воды, слегка взбалтывают, дают отстояться, и жидкость фильтруют через тот же тигель.

Так продолжают до тех пор, пока вода, которой промывают во­ локно, и осадок не станут бесцветными (начальный раствор и пер­ вые промывные воды синего цвета) и не будут давать розовой