Степень набухания целлюлозы в растворах щелочей (стр. 2 из 3)

Для характеристики степени набухания технической целлюлозы определяют набухание по массе, объемное набухание, линейное расширение и капиллярную впитываемость целлюлозы. На эти показатели, кроме вышеуказанных факторов, в значительной степени оказывает влияние структура испытуемого целлюлозного листа,. Поэтому в дополнение к перечисленным показателям иногда определяют плотность технической целлюлозы, которая, в отличие от постоянной плотности целлюлозного вещества, изменяется в широких пределах. Для определения степени набухания целлюлозы обычно в практике контроля используют 17,5%-ный раствор. Однако более полная характеристика способности целлюлозы к набуханию может быть получена при определении набухания в растворах щелочи с различной массовой долей NaOH, включая и набухание в воде.

Растворимость целлюлозы в растворах гидроксидов щелочных металлов, по существу, зависит от тех же факторов, что и ограниченное набухание, т. е. от природы исходного целлюлозного материала и от условий щелочной обработки. С уменьшением степени полимеризации растворимость целлюлозы в растворах щелочи повышается. В случае гидроксида натрия максимальная растворимость хлопковой целлюлозы при обычной температуре наблюдается в растворах с массовой долей NaOH около 12%, древесной целлюлозы — 10% и ниже. С понижением температуры растворимость целлюлозы в растворе щелочи одной и той же концентрации увеличивается. Следует отметить, что растворимость целлюлозы в щелочах и влияние этого показателя на свойства волокна еще недостаточно изучены. Для характеристики целлюлозы предлагалось множество методов определения ее растворимости в растворах гидроксидов различных щелочных металлов. Однако в настоящее время для определения устойчивости целлюлозы к действию "щелочей используют только растворы гидроксида натрия. Для определения содержания альфа-, бета- и гамма-целлюлозы— 17,5%-ный раствор NaOH при 20°С, для определения растворимости — 10 и 18%-ные растворы NaOH при 20°С.

Гравиметрический метод определения альфа-целлюлозы является условным и требует строгого соблюдения условий проведения анализа. К источникам ошибок, кроме несоблюдения концентрации раствора гидроксида натрия и температуры обработки, можно отнести операции разбавления и промывки остатка альфа-целлюлозы от щелочи. До настоящего времени эти процессы не унифицированы в методах анализа, применяемых в разных странах. В одних методах образец целлюлозы после обработки 17,5%-ным раствором NaOH промывают водой, уксусной кислотой и снова водой. В других— первая промывка водой исключается, остаток на фильтре сначала обрабатывают уксусной кислотой, а затем водой. В СССР согласно стандартной методике предусматривается после обработки целлюлозы 17,5%-ным раствором NaOH промывка остатка 9,5%-ным раствором NaOH и водой, в США — 8,3%-ным раствором щелочи и уксусной кислотой. Значения массовой доли альфа-целлюлозы, определенные по методикам, включающим ее промывку раствором гидроксида натрия с меньшей концентрацией, всегда будут ниже этого показателя, полученного для одного и того же образца по методикам без дополнительной щелочной промывки.

На результатах определения массовой доли альфа-целлюлозы также сказываются перемешивание щелочной целлюлозы, скорость и продолжительность промывки. Чтобы избежать деструкции целлюлозы и повышения растворимости в растворах щелочей, необходимо перемешивание набухшей целлюлозы проводить очень медленно и осторожно. Скорость и продолжительность промывки очень трудно проконтролировать, но по возможности следует строго соблюдать постоянство их проведения.

При определении альфа-целлюлозы в небеленых целлюлозах рекомендуется определять в отдельной пробе альф а-целлюлозы остаточный лигнин и вносить поправку в расчет массовой доли альфа-целлюлозы. По другим методикам перед определением предусматривают предварительную делигнификацию небеленой целлюлозы.

Точность определения растворимости целлюлозы в растворах щелочи подобно определению массовой доли альфа-целлюлозы зависит от соблюдения условий проведения анализа, предусматриваемых методиками.

Однако воспроизводимость результатов этого метода значительно выше, чем при определении содержания альфа-, бета- и гамма-целлюлозы, так как операции разбавления и промывки в данном методе отсутствуют и массовую долю растворенной целлюлозы в растворах гидроксида натрия определяют титриметрическим методом. Титриметрический метод определения растворенной целлюлозы основан на реакции ее полного окисления до CO2 и H2O дихроматом калия в сильнокислой среде.

2. Определение степени набухания целлюлозы в растворах гидроксида натрия

Сущность метода заключается в определении приращения массы целлюлозы при ее набухании в растворах гидроксида натрия в процентах. Испытание проводится на приборе, состоящем из стеклянного цилиндра с металлической крышкой и стержня с двумя дырчатыми пластинками из нержавеющей стали.

Методика анализа. Из подготовленной объединенной пробы на штамп-прессе конструкции ЦНИИБа вырубают образцы целлюлозы в виде кружков диаметром мм с отверстием в центре кружка диаметром мм. Допускается применение пробойников и других конструкций, обеспе чивающих получение образцов тех же размеров. Края кружков должны быть ровными. Вырезанные образцы целлюлозы кондиционируют в течение 4 ч при относительной влажности воздуха % и температуре 0C и затем помещают в герметически закрывающуюся банку. Их вынимают из банки непосредственно перед определением степени набухания.

Стержень с двумя пластинками взвешивают на технических весах с точностью до 0,02 г, нанизывают на него 10 кружков кондиционированной целлюлозы и снова взвешивают. По разности находят массу кружков целлюлозы; затем стержень с целлюлозой и пластинками помещают в стеклянный цилиндр, в который предварительно заливают 70 см3 17,5%-ного раствора NaOH с температурой 0C1 и закрепляют зажимом в крышке прибора таким образом, чтобы нижняя пластинка находилась на расстоянии около 5 мм от дна цилиндра. Цилиндр помещают в водяной термостат для поддержания температуры раствора гидроксида натрия в течение всего процесса набухания °С. После пятиминутного набухания целлюлозы стержень с кружками целлюлозы поднимают и закрепляют в крышке цилиндра так, чтобы целлюлоза находилась выше уровня щелочи. В течение 5 мин дают стекать избытку щелочи с целлюлозы, при этом прибор находится в термостате. Затем стержень с целлюлозой вынимают из цилиндра и осторожно осушают фильтровальной бумагой стержень над верхней пластинкой, наружные стенки пластинок и имеющиеся в пластинках отверстия. Следует избегать прикосновения фильтровальной бумаги к набухшим образцам целлюлозы, а также их придавли-вания. После осушивания стержень с набухшей целлюлозой и пластинками взвешивают.

Степень набухания по массе,%, рассчитывают по формуле

где т — масса стержня с двумя пластинками, г; т, — масса стержня с пластинками и кружками целлюлозы до набухания, г; т2 — масса стержня с пластинками и кружками целлюлозы после набухания, г.

Расхождение между двумя параллельными определениями не должно превышать 20%.

Определение линейного расширения целлюлозы. Линейное расширение целлюлозы — это показатель качества технической целлюлозы, характеризующий способность ее к набуханию, определяемый по приращению высоты образцов целлюлозы в виде кружков в растворе гидроксида натрия и выражаемый в процентах. Линейное расширение измеряют одновременно с определением степени набухания целлюлозы по массе. Для этого следует замерить высоту столбика кружков целлюлозы между пластинками до и после обработки раствором щелочи.

Линейное расширение,%, рассчитывают по формуле

где h — высота столбика кружков целлюлозы до набухания, мм;

t, — высота столбика кружков целлюлозы после набухания, мм.

Расхождение между двумя параллельными определениями не должно превышать 20%.

3. Определение содержания альфа-целлюлозы

Метод основан на обработке целлюлозы 17,5%-ным раствором гидроксида натрия и гравиметрическом определении не-растворившегося остатка после промывки 9,5%-ным раствором гидроксида натрия и высушивания.

Методика анализа. Из объединенной пробы воздушно-сухой целлюлозы, разрезанной на кусочки размером IOX 10 мм, берут навеску массой около 3 г, помещают в фарфоровый стакан вместимостью 150 см3 и заливают 45 см3 17,5%-ного раствора NaOH1 температура которого °С. В отдельной пробе определяют влажность целлюлозы. Раствор гидроксида натрия заливают порциями: вначале приливают 15 см3 и осторожно в течение 2...3 мин размешивают целлюлозу стеклянной палочкой с плоским концом. Затем добавляют остальную часть раствора и еще равномерно и осторожно размешивают в течение 1 мин. Стакан со смесью покрывают часовым стеклом и помещают в термостат с температурой 0C на 45 мин, считая с начала обработки целлюлозы щелочью.

По истечении этого времени к массе приливают 45 см! дистиллированной воды °С, осторожно перемешивают в течение 1,5 мин и переносят массу на стеклянный фильтр класса ПОР 160 или на воронку Бюхнера диаметром 65...80 мм без бумажного фильтра. Целлюлозную массу равномерно распределяют на стеклянной пористой пластинке или на дырчатой перегородке воронки Бюхнера и отсасывают фильтрат в отсосную колбу. При фильтровании во избежание потерь волокна фильтрат пропускают дважды через слой волокна. Остаток на фильтре при слабом вакууме промывают в три приема по 25 см 9,5%-ным раствором NaOH с температурой °С. Каждую новую порцию промывной щелочи прибавляют лишь после полного отсоса предыдущей порции. Общая продолжительность промывки щелочью должна быть 2...3 мин. После отсоса щелочи волокно промывают отдельными порциями дистиллированной воды при температуре 18...20°С с промежуточным отсосом. Промывку ведут до нейтральной реакции по фенолфталеину. По окончании промывки отсасывание продолжают до исчезновения капель на кончике воронки при уплотнении палочкой. Промытый остаток пинцетом переносят в предварительно высушенный до постоянной массы бюкс и высушивают в сушильном шкафу при температуре 0C в течение 6...7 ч до постоянной массы. По окончании сушки бюкс помещают в эксикатор, охлаждают и взвешивают.