纤维素阳离子改性剂的合成及应用实验报告

1、纤维素阳离子改性剂的合成及应用一、绪论1.1实验日的1、1、2、3、4、5、了解阳离子改性剂与纤维素作用的原理及改性方法了解纤维素织物的染色性能的测定方法掌握电位滴定法测定叔胺含量的方法掌握分光光度法测织物的上染率1.2实验原理及意义纤维素中的羟基在水中能部分电离，使纤维素带负电荷，当用活性、直 接等阴离子染料对其进行染色时，由于染料与纤维素带相同电荷，存在一定 排斥力，染料不易与纤维素结合，为此，用这些染料对纤维素染色时，染料 的利用率不高，这样不仅增加染料的消耗，还会加重环境污染。将纤维素接 枝阳离子基团，使纤维素带正电荷，这样无疑能提高染料的上染率。本实验 合成阳离子改性剂的方法及改性原

2、理如下： TOC o 1-5 h z HXRN+ClCHCH CH3、。/32Oh ClHX R3NCHRN+ClCHCH CH3、。/32Oh ClR3NCH2C ch2+ X NaOH R3nch2ch ch2+xOh ClOCell-OH+ R NCHCH CH+ X NaOH RNCH CHCH OCell+X32/232 ,2OH、实验内容1.1、叔胺含量的测定（2012年7月3日）1、配制0.2mol/L盐酸（异丙醇-乙二醇1:1）标准溶液200mL。取浓盐酸（质量分数37%，比重1.18g/ml，HCl的摩尔质量36.5g/mol） 3.4mL即可，倒入试剂瓶中，加入1:1异丙醇

3、-乙二醇溶液至200mL，盖上瓶 塞摇匀。2、用基准物碳酸钠来标定配制的HCl溶液，用甲基橙作指示剂。（1）、原理Na2CO3+2HCl=NaCl+H2O+CO2 t（2）、步骤用电子天平减量法量取0.2 0.3g无水Na2CO33份置于3个 250mL锥形瓶中，记下每份的重量，各加50mL水溶解，添加34滴 甲基橙指示剂，用盐酸溶液分别滴定，终点溶液由黄色突变为橙色， 且半分钟内橙色不退去，则达到滴定终点，记下所消耗的盐酸体积， 则根据Na2CO3质量求得酸的浓度。、数据处理由反应方程式 Na2CO3+2HCl=NaCl+H2O+CO2 t 可得c=2000*m/(M*V)其中 m 为 Na

4、2CO3质量，M 为 Na2CO3摩尔质量 M=105.9892g/mol, V 为滴定消耗HCl的体积，c为HCl的物质的量浓度滴定次数123m(Na2CO3)/g0.30020.28750.2772V (HCl) /mLV 初(HCl) /mL0.010.010.00V 终(HCl) /mL26.7025.6024.45V 净(HCl) /mL26.6925.5924.45c (HCl)/mol/L0.21220.21200.2139平均值/ mol/L0.2121相对相差0.9%。盐酸标准溶液的浓度：c=0,2121 mol/L、试验讨论在用基准物碳酸钠来标定配制的HCl溶液过程中，由于

5、滴定终 点的判断误差，滴定过程中速度，读数的误差等等因素导致第三组 数据有误差。3、总胺的测定、原理测定采用电位滴定法，由于滴定溶液的电动势的突跃确定滴定 终点。以盐酸异丙醇一乙二醇标准溶液做滴定剂，以pH玻璃电极作 指示电极，饱和甘汞电极为参比电极，将电极插入十二烷基二甲基 叔胺异丙醇溶液中形成电池。随着盐酸的不断加入，氢离子浓度发 生变化，响应的电动势也发生变化，通过酸度计观察记录滴定过程 中电动势的变化，以HCl的体积值为横坐标，响应的pH值为为纵 坐标作曲线，得出曲线的拐点，拐点处的横坐标即为所求的滴定终 点。、步骤用干燥的100mL小烧杯准确称取1.0一1.1g十二烷己二甲基叔 胺，

6、加入50mL异丙醇溶解。在磁力搅拌器上搅拌均匀，在搅拌状 态下，滴加盐酸标准溶液，并用酸度计测定溶液pH，与HCl加入 量，作PhV图，求出滴定终点，并计算总胺量。、数据处理V (HCl) =0.2mLm初(十二烷基二甲基叔胺)=1.0176gV（HCl）/mLpHV（HCl）/mLpH0.108.7923.301.8615.057.1323.451.6917.046.9924.021.3718.966.8224.511.2121.006.5025.491.0222.006.1826.500.9022.505.8528.440.7423.033.3531.020.6223.122.1435.0

7、20.5/23.211.99作出曲线图（见附录1）,可得滴定终点处HCl体积为23.04mL由公式x=cV/m计算得总胺含量x=4.802mol/g其中x为总胺含量，c为盐酸标准溶液浓度，V为消耗盐酸体积，m为实际称取的十二烷基二甲基叔胺量4、叔胺的测定（1）、原理由于样品纯度的关系，叔胺中可能会含有伯胺和仲胺，为了实验 的准确性，需要测叔胺的含量。（2）、步骤准确称取1.01.1g融化的十二烷基二甲基叔胺样品（称准全 0.1mg）于100mL干燥的小烧杯中，慢慢加入10mL乙酸酐（如样品 有固体出现，需在温和的电炉上加热融化）摇匀后在室温下放置15 分钟。然后加入50mL异丙醇溶液，放入搅拌

8、磁子插入磁极，开启磁 力搅拌器，用盐酸异丙醇一丙二醇溶液进行电位滴定，绘制滴定曲线。 计算叔胺含量。（mol/g）。（3）、数据处理V 初（HCl）=0.01mLm（十二烷基二甲基叔胺）=1.0366gV（HCl）/mLpHV（HCl）/mLpH0.016.7623.51.7315.125.7323.61.5616.015.6623.711.4417.025.5523.821.34185.45241.2319.025.3424.521.0120.115.1925.040.88215.0325.940.7222.044.7527.010.622.524.5429.030.4523.23.7130

9、.960.3623.332.634.970.2423.41.93作出曲线图（见附录2）,可得滴定终点处HCl体积为23.24mL 由公式x=cV/m计算得叔胺含量x=4.714mol/g叔胺的百分含量=98.17%其中x为总胺含量，c为盐酸标准溶液浓度，V为消耗盐酸体积， m为实际称取的十二烷基二甲基叔胺量。（4）、试验讨论测量总胺和叔胺的过程中有一定的误差，主要在作滴定曲线对数 据进行处理时坐标的精度以及突跃终点选择。此外由于人为因素，在 滴定过程中也会造成一定的误差。（5）、试验注意事项A、酸度计的使用a、将电极上多余的水珠吸十或用被测溶剂冲洗两次，然后将 电极浸入被测溶液中，将小烧杯放在

10、磁力搅拌器上进行均匀搅拌， 并使溶液均匀接触溶液。b、将酸度计调至pH档，随着标准溶液的滴加进行溶液pH 值的测定。c、测量完毕后，关闭电源，冲洗电极，将电极放入缓冲溶液， 旋紧。B、酸度计使用注意事项a、防止仪器与潮湿的气体接触，因为潮湿的气体侵入会使仪器的绝缘性降低，继而使其灵敏度、精密度、稳定性都降低。b、切忌电极与硬物碰撞，因为电极的玻璃小球的玻璃膜特别 薄。c、注意玻璃电极的清洁，玻璃电极的玻璃小球不要沾上油污， 如不慎沾上可先用四氯化碳或乙醚冲洗，再用酒精冲洗，最后再用 去离子水冲洗1.2、改性剂的合成（1）、步骤取10g十二烷基二甲基叔胺于三角瓶中，加入30mL异丙醇 (M=20

11、5.8g/mol),摇匀，滴加浓盐酸至溶液pH=7，然后再加入环氧氯丙烷 (M=92.52g/mol)(总胺：环氧氯丙烷=1.0:1.1)，摇匀，在三口瓶上装上冷 凝管和温度计，并将三口瓶放在水浴中加热，使反应液温度在8090C,反应3 小时，冷却出料，得到改性剂。实际操作数据十二烷基二甲基叔胺质量：10.16g异丙醇：22.87g浓盐酸：4.34g环氧氯丙烷：5.06g1.3、叔胺转化率的测定、原理本实验采用漠甲酚绿指示剂进行两相逆滴定法测出改性剂表面活 性剂的含量。漠甲酚绿是阴离子染料，在碱性氯仿一异丙淳一水两相 体系中，加入阳离子表面活性剂样品，再加入过量的阴离子表面活性 剂液，此时，水

12、相中有阴离子表面活性剂和漠甲酚绿染料。用阳离子 标准溶液滴定时，水相中阴离子表面活性剂浓度逐渐降低，达到终点 时，阳离子表面活性剂与漠甲酚绿形成络合物，则蓝色开始转移到油 相中，此时，油相合水相中蓝色相同。、仪器与试剂150mL具塞量管、500mL容量瓶、25mL移液管、氯仿、异丙醇、 海明1622、十二烷基硫酸钠(纯度为86.7%)、氯化钠、Na3PO412H2O、 Na2HPO42H2O 漠甲酚绿。、溶液配制漠甲酚绿溶液：溶解50mg漠甲酚绿染料于10mL异丙醇中；溶解 50g 氯化钠、20g Na3PO412H2O、20g Na2HPO42H2O 于 800mL 水中， 将两液混合，用水

13、稀释至1000mL。0.004mol/L十二烷基硫酸钠标准溶液：称取0.570.58g的十二烷基 硫酸钠于200mL去离子水中溶解，稀释至500mL。、测定操作准确称取1g合成出的改性剂于烧杯中，加水溶解，定容至250mL 作为实验溶液。在150mL具塞量筒中，加入25mL漠甲酚绿溶液、25mL氯仿一异 丙醇(2:1)，再准确加入0.004mol/L十二烷基硫酸钠溶液25.00ml，用 配置的试验液滴定.在滴定开始时，每次加2ml，强烈震荡混合后精静 置分层，等分层速度加快，即减少每次滴定量，靠近终点时，每次加一 滴，振荡，静置分层，在白色背景下观察两层颜色，当两相颜色相同时 即为滴定终点。、

14、 数据处理：A.十二烷基硫酸钠溶液的浓度c1：设m为称得的十二烷基硫酸钠的质量,x为其纯度x = 86.7%,M为 其摩尔质量,V为配制的溶液的体积.m = 0.5767g , x = 86.7% , M = 288.38g/mol , V = 500ml贝 U, c1 = x * m / (M * V)=86.7% * 0.5767 / (288.38 * 0.5)=3.468 mmol/L试验溶液的浓度b1:设m为称取的合成改性剂的质量,V为配制的溶液的体积.m = 1.0224g , V = 250ml贝 U, b1 = m / V = 1.0224 / 250 = 4.0896g/L反

15、应前混合液中叔胺的浓度c2:设m12为加入的十二烷基二甲基胺样品的质量,c12为样品中叔胺的浓 度(c12 = 4.714mmol/g),m总为混合液的总质量为42.43g.则，c2 = m12 c12/m 总总=10.16*4.714/42.43=1.129mol/L叔胺的转化率：V1 (ml)为反应的十二烷基硫酸钠溶液的体积,c1 (mmol/L)为十二烷基 硫酸钠溶液的浓度,V2 (ml)为标定所消耗的试验液的体积(即净读数), b1(g/L)为试验溶液的浓度,c2(mmol/g)为反应前混合液中叔胺的浓度.则,叔胺的转化率=V1 *c1 / (V2* b1* c2)第一组，叔胺的转化率

16、=25.00* 3.468/ (20.48 *4.0896*1.184) = 91.69% 第二组，叔胺的转化率=25.00 *3.468 / (20.30* 4.0896*1.184) = 92.50%试验次 数V 初/mLV 终/mLV 净/mL叔胺转化 率叔胺转化率平均 值10.0120.4920.4891.69%92.10 %20.0420.3420.3092.50%(6)、实验讨论实验测得的叔胺的转化率比理论值偏高，我们分析原因主要是以下 几个方面：A、在改性剂合成的该过程中，由于溶剂异丙醇的易挥发性，可导致溶 质的浓度相对偏高，从而使测得的转化率偏高。B、在转化率测定的过程中，由于

17、初始滴定速度过快，或者振荡不够充 分，可能导致两相中反应不够充分，使滴定过早达到终点，消耗的试 验溶液较少，从而使转化率偏高。C、其他偶然误差，比如质量称量，定容浓度测定，滴定读数等等也可 能会对实验数据造成一定的影响，虽然这些是次要的，但是也是不可 忽视的。在以后的实验过程中，一定要准确操作，尽量避免偶然误差 的出。1.4、纤维素织物的阳离子改性1、改性剂的配制.在三个烧杯中加入2.5g NaOH，然后加水溶解，再分别加入改性 剂3mL、6mL、9mL最后加水至150mL。2、改性方法。取三块约5g重的织物，分别浸入上述改性液中，搅拌，加热7080C，保温1h，在此期间经常搅拌，然后取出，用

18、水冲洗后，浸 入2g/L的HAc溶液中，搅拌35min，取出，水冲洗,挤十。1.5、织物的染色及上染率的测定（1）、染色工艺:45min50C（取出）45min50C（取出）入染*加 NaCO310g/L*未改性织物入染时需加NaCl 20g/L.（2）、方法1）、染料溶液的配制：准确称取1.3g染料，加水溶解稀释至 500ml。2）、染料吸光度的测定：取5.00ml上述染液稀释到80100倍， 测出吸光度A13）、染色:在四个烧杯中分别加入25.00ml染液和125ml水，搅 拌均匀，将四块织物（其中一块为未改性织物）放入染杯中，按染色工 艺染色，染色过程中要不时的搅拌，染色结束后，取出织物

19、用少量 水洗涤，洗涤后的水和染液合并，稀释至500.00ml，酌情稀释后 测出其吸光度A24）、上染率的计算：上染率=（1-A2X染液稀释倍数/ （AX染料原液稀释倍数）X100%（3）、数据处理：实际称量染液质量：m染料 =1.31g染料原液小染色后溶液吸光度A1稀释倍 数未加改性剂3mL改性剂6mL改性剂9mL改性剂吸光 度A稀释倍数吸光 度&稀释倍数吸光 度稀释倍数吸光 度稀释 倍数0.7541001.276200.362200.226200.24910上染率66.2%90.4%94.0%96.7%注：1）、当溶液的吸光度位于0.2-0.8之间时，其值与溶液浓度呈线 性关系，因此需对染液

20、进行稀释使其吸光度处于0.2-0.8之间。未加改性剂 的染液浓度较大，稀释了 100倍，加改性剂的浓度不大，稀释了 20倍或 10倍。2）、未改性织物入染时加入NaCl的目的是增加溶液中的离子浓度。3）、Na2CO3的作用：使水软化；做固色剂，活性染料在合成纤维上 染色时借碱性物固色，用温和碱性物如碳酸钠的稀溶液可得优良效果，用 量可根据色泽浓度酌量增减。4）、在改性剂中改性后取出的织物一定要清洗干净，否则会导致后 面实验测量吸光度时溶液浑浊，使得测得吸光度不准确，对实验结果影响 较大。5）、加入的NaCl及NaCO3的质量与所加入的溶液体积成正比，由 溶液量确定而不是染液量确定。（4）、成果展示三、实验结果分析及评价1、结果分析：（1）、不同量的改性剂处理