2. Получение основной сернокислой соли меди примерного состава 5 Си(ОН)2•2CuSO4 осаждением медного купороса в водном растворе содой или аммиаком до нейтрализации 5/7, или 71,6% всех сернокислых групп. Эта соль отмывается от сернокислого натрия (или сернокислого аммония), отжимается на фильтре или в центрифуге от избытка воды и растворяется в концентрированном водном растворе аммиака. Растворение целлюлозы в этом растворе осуществляется обычно в две стадии. В первой стадии целлюлоза растворяется лишь незначительно и в основном только набухает, во второй стадии вся целлюлоза переходит в раствор после добавки 28,4% эквивалента щелочи, нехватающей для полной нейтрализации всех сернокислых групп и для перевода всей меди в активную форму (купритетраммингидрат).
3. Легко растворимой соли меди в аммиаке в виде концентрированного раствора купритетрамминсульфата и добавка к этому раствору на холоду эквивалентного количества раствора едкого натра (метод Траубе). При этом образуется пересыщенный неустойчивый раствор купритетраммингидрата, который, по данным Траубе, разлагается постепенно до гидроокиси меди и аммиака, но при 9° устойчив в течение 15–20 мин. и способен растворять целлюлозу до 10%-ной концентрации.
4. Получение стойкой кристаллической гидроокиси меди по методу Фурнесса или другими способами в виде гидрата к растворение этой гидроокиси меди в аммиаке с таким расчетом, чтобы часть гидроокиси меди осталась в избытке в суспензии. Получающийся при этом медноаммиачный раствор аналогичен реактиву Швейцера, но способен растворять целлюлозу в значительно больших количествах, так как по мере связывания части купритетраммингидрата целлюлозой новые количества гидроокиси меди переходят в раствор в виде активного комплексного медноаммиачного основания. По данным Фурнесса, по этому способу можно получить раствор, содержащий до 22% целлюлозы.
5. Получение смешанной массы целлюлозы и гидроокиси меди или целлюлозы и основной соли меди (так называемой синей массы) и растворение этой смешанной массы в концентрированном водном аммиаке.
Метод Швейцера. Синяя масса получается осаждением гидроокиси меди из аммиачного раствора медного купороса (т.е. из раствора купритетрамминсульфата) едким натром на холоду, причем целлюлоза поддерживается в суспендированном состоянии в аммиачном растворе. Вместо аммиачного раствора и едкого натра можно взять для осаждения водный раствор медного купороса и соду. В этом случае синяя масса содержит смесь целлюлозы и основной соли меди. В последнем случае растворение осуществляется с последующим добавлением недостающего едкого натра в две стадии.
Растворение целлюлозы в реактиве Швейцера, полученном из металлической меди, применялось на некоторых фабриках за границей в первые годы развития производства медноаммиачного волокна, но в настоящее время практически нигде не применяется, так как способность швейцерова реактива растворять целлюлозу, – как уже было указано, невелика и не превышает в обычных условиях 2,5–3%.
Недостаток. Способ получения медноаммиачного реактива экономически невыгоден, так как сопряжен с потерей больших количеств аммиака, уносимого проходящим воздухом, и исходным реактивом является в данном случае более дорогая металлическая медь.
В настоящее время этот способ получения медноаммиачного раствора целлюлозы широко применяется в лабораториях и при исследовательских работах для определения вязкости целлюлозы,
Преимущество. Реактив Швейцера почти не содержит ионов посторонних электролитов (ионы натрия, сульфатные ионы и др.) и поэтому обеспечивает получение воспроизводимых результатов по вязкости целлюлозы.
Необходимо, впрочем отметить, что видоизменение этого способа может еще в будущем найти практическое применение. При понижении температуры или при повышении давления (напримемер, до – 10 или до 3–4 атм) растворимость аммиака в воде значительно возрастает и достигает 40–50%. На этом основании инж. Кочетковым предложен способ растворения целлюлозы при -10° в сверхконцентрированном растворе гидроокиси меди в 50%-ном водном растворе аммиака.
Способ, основанный на получении прядильного раствора из основной соли меди и аммиака, являлся до недавнего времени наиболее распространенным на действующих фабриках медноаммиачного волокна и ниже описан более подробно. Прядильный раствор полученный этим способом, может содержать до 12–15% целлюлозы, в зависимости от наличия твердой основ – ной соли меди в осадке в начале растворения, и отличается тем, что прядильный раствор содержит довольно значительные количества сернокислого натрия (так как 2/7, или; 28,4% меди поступает в прядильный раствор в виде сернокислой меди и нейтрализуется едким натром в самом растворе).
Способ Траубе, основанный на получении охлажденного нестойкого сверхконцентрированного раствора купритетраммингидрата в аммиаке, не нашел практического применения. Даже при 0° раствор, полученный по способу Траубе, стоек только в течение 15–20 мин. и разлагается настолько быстро, что на практике невозможно получить прядильный раствор целлюлозы в производственном масштабе. Кроме того, показатели вязкости отдельных партий прядильного раствора целлюлозы при одинаковых условиях получения раствора и при одном исходном сырье резко различны.
Видоизменением способа Траубе является предложенный М.И. Архиповым способ замешивания целлюлозы в концентрированном аммиачном растворе медного купороса (купритетрамминсульфат) с постепенным дооавлением раствора едкого натра при сильном перемешивании. В этом случае целлюлоза также растворяется быстро, и, по данным Архипова, можно легко получить растворы с 7% целлюлозы. Но вязкость растворов, получаемых по способу Архипова, также весьма различна. Кроме того, раствор не дает возможности (как и способ Траубе) использовать кислые растворы сернокислой меди, получающиеся при отделке волокна, так как эти растворы разбавлены и содержат не более 10 г./л медного купороса. Способы Траубе и Архипова могут иметь техническое значение только при пользовании концентрированным раствором медного купороса (не менее 250 г./л CuSO4).
Отличительным свойством прядильный растворов, полученных по способу Траубе или по способу Архипова, является наличие больших количеств сернокислого натрия (в 3,5 раза больше, чем в обычных производственных прядильных растворах из основной соли меди).
Преимущество
1. Эти прядильные растворы значительно легче коагулируют в воде, и при прядении с вытяжкой в воронках Тиле необходимо изменить условия прядения (понизить температуру прядильной воды).
2. Способ растворения целлюлозы в реактиве, полученном из гидроокиси меди, особенно интересен, так как исходным реактивом является весьма стабильное соединение кристаллической гидроокиси меди. Благодаря чистоте гидроокиси меди и отсутствию сернокислых ионов в прядильном растворе целлюлоза легко и быстро растворяется в аммиачном растворе этой гидроокиси, и концентрация ее, по данным Фурнесса, может быть до ведена до 22%. Ниже будет подробнее описан производственный режим получения гидроокиси меди и прядильного раствора по методу Фурнесса и по другим методам, основанным на получении раствора из гидроокиси меди. Необходимо учесть, что этот прядильный раствор, как и раствор, полученный из швейцерова реактива, весьма стабилен из-за отсутствия ионов электролитов. Поэтому условия прядения должны быть изменены. Более подходящим является в данном случае метод прямой коагуляции в щелочной ванне (подробнее об этом см. в следующей главе).
Ввиду того, что при осаждении этих соединений меди на целлюлозе при перемешивании в мешалке и при последующей фильтрации синей массы получается очень равномерно перемешанная смесь целлюлозы с гидроокисью или основной солью меди, растворение синей массы в растворителях происходит интенсивнее и быстрее обычного. Раствор получается более гомогенным, но аппаратура, необходимая для осуществления этого способа, более сложна
Во всех случаях получение прядильного раствора распадается на три основные операции:
1. Подготовка соединений меди.
2. Получение медйоаммиачного прядильного раствора (в 1 или в 2 фазы).
3. Гомогенизация раствора и его фильтрация, эвакуация воздуха, удаление избыточного аммиака из прядильного раствора.
Если вместо основной соли меди применяется чистая гидроокись меди, растворение целлюлозы осуществляется быстрее и может быть произведено в одну фазу. Гидроокись меди также сперва вносится в охлажденный водный 25%-ный раствор аммиак, после чего целлюлоза постепенно загружается при перемешивании в образовавшийся раствор купритетраммингидрата. В этом случае растворение целлюлозы происходит значительно быстрее, и раствор обычно готовят высококонцентрированный с содержанием от 20 до 22% целлюлозы.
2. Экспериментальная часть
2.1 Методика проведения эксперимента
Приготовление реактивов. Для приготовления медноаммиачного комплекса Cu(OH)2 + 4NH3→Cu(NH3)4(ОН) 2 с лучшим растворением целлюлозы, приготовим несколько растворов:
1) приготовление Cu(OH)2.+ NH3
В одной емкости приготовили насыщенный раствор Na(OH) (ЧДА), во второй – раствор CuSO4. При перемешивании раствора щелочи, по немногу добавляем раствор CuSO4 до достижении густого раствора (выпадает светло зеленый Cu(OH)2). После, через двойную фильтровальную бумагу, на вакуум фильтре, отфильтровуем раствор для извлечении кристаличного Cu(OH)2.
Затем, трижды промываем в дистилированой воде и сушим в сушильном шкафу. В результате этого реактив темнеет, это свидетельствует о его не стабильной форме (распадается на СuO и H2O).