Příprava umělého hedvábí regenerací celulózy z roztoku

Historický úvod

Rozpuštění celulózy a její zpětné získání ve formě vláken technologií tzv. mokrého zvlákňování je
postup starý více než 8 let. Mokré zvlákňování spočívá v tom, že roztok polymeru (u celulózy vláken
celulózy) je vytlačován z trysky do srážedla a polymer je opět získán jako vlákno. Tomuto vláknu se
pak říká regenerovaná celulóza nebo viskóza. Má nižší MW než původní celulóza, ale je to vlákno
kontinuální (někdy se říká „nekonečné“), na rozdíl od vstupní celulózy. Ta je tvořena vlákny
krátkými (celulóza z dřevin) nebo střední délky (květové vlákno u bavlny).

Do takto vyráběných celulózových vláken patří i tzv. MĚĎNATÉ HEDVÁBÍ.

Viskóza i měďnaté hedvábí se dosud průmyslově vyrábějí. Jejich význam ale klesá na úkor vláken plně
syntetických (polyamid, polyester atd.).

Úkol: Z celulózy připravte vlákna měďnatého hedvábí

Bezpečnost:

Pracujte se zataženou digestoří. Nádobí po amoniaku vyplachujte v digestoři a vylévejte do výlevky.
Roztoky s obsahem měďnatých kationtů vylévejte do určených nádob.

ČČistou celulosu (vata, filtrační papír atd.) je možné rozpustit v roztoku komplexní sloučeniny
hydroxidu tetraamminměďnatého [Cu(NH[3])[4]](OH)[2 ]podle rovnice n Cu^2+ + (C[6]H[10]O[5])[n ]+ 2n
OH^– 􀀧 [CuC[6]H[10]O[5]][n ]+ 2n H[2]O


Rovnováha reakce je závislá na pH, proto se v kyselém prostředí posune opět

doleva ve prospěch nerozpustné celulosy. Tento princip, na němž je založena i průmyslová výroba
umělého hedvábí, objevil roku 1857 Eduard Schweizer.


Chemikálie a pomůcky

Chemikálie:

·         Celulóza – různé vzorky

·         Skalice modrá (25 g)

·         Hydroxid sodný (8 g)

·         Amoniak

·         30% kyselina sírová (případně ocet)

Aparatura:

Kádinky, pinzeta, filtrační aparatura, injekční stříkačka a jehla (kapilára, plastová hadička)

Pracovní postup:

·         Nejprve si připravte Schweizerovo činidlo.

·         Rozpusťte 25 g (12 g) skalice modré v 500 ml (250 ml) teplé vody. V další kádince
rozpusťte 8 g NaOH (4g) ve 100 ml vody (50 ml).

·         Po rozpuštění přidejte roztok NaOH k roztoku skalice modré. Vynikne modrá sraženina
hydroxidu měďnatého. Sraženinu promíchejte a nechejte usadit. Kapalinu nad ní slijete. Sraženinu
párkrát (2x -4x) promyjete vodou, čímž z ní odstraníte rozpustné soli. Sraženinu nakonec
přefiltrujte na Büchnerově nálevce.

Provedení

▪ Ve 100 ml Schweizerova činidla rozpusťte asi 1 g celulosy. Rozpouštění je velmi pozvolné (ideálně
alespoň 24 hodin, ale již po 15 minutách lze roztok celulosy použít).

▪ Do injekční stříkačky nasajte roztok celulosy ve Schweizerově činidle, nasaďte na stříkačku jehlu
a ponořte ji pod hladinu 1,5 mol dm^–3 roztoku kyseliny sírové v kádince. Pomalu vytlačujte roztok
a pozorujte vznik vlákna celulosy. Při troše cviku lze za pomoci pinzety vytáhnout i delší vlákno.

Zkoušky rozpouštění různých druhů celulózy

Celulóza je, jako drtivá většina syntetickým i přírodních polymerů, polymerem nemajícím jen jednu
určitou MW, ale MW různé v rámci jednoho vzorku. Tomu říkáme, že DISTRIBUCE MW. Mohou tam tedy být
makromolekuly různé délky, tj. různé MW. Podle MW celulózy se liší i její rozpustnost. V praxi se
používá rozpustnost celulózy v 7,5 % hmot. vodném roztoku NaOH. Tak se celulóza dělí na čtyři
skupiny, a až d. Proto i ve Schweizerově činidle budete pozorovat různou rozpustnost vzorků
celulózy.

Vzorky celulózy pro rozpouštění ve SCHWEITZEROVĚ ČINIDLE

·         Buničitá vata – obsahuje část tzv. viskózy, což je regenerovaná (znovu získaná
zvlákňováním z roztoku) celulóza spolu s vlákny bavlny

·         Vatové odličovací tampóny – má se jednat o 100 % hmot. celulózy

·         Vododispergovatelný váleček – výrobek z celulózy neobsahující pojiva

·         Papírový kapesník - má se jednat o 100 % hmot. celulózy

·         Kus pracovního pláště, mnohokrát praného - má se jednat o 100 % hmot. celulózy

Testy rozpouštění jednotlivých vzorků celulózy

·         Připravte si pět Erlenmayerových baněk s plastovými zátkami o objemu cca. 200 – 250 ml

·         Do každé baňky dejte 100  ml PŘEFILTROVANÉHO roztoku Schweizerova činidla

·         Postupně přidávejte vzorky celulózy. Roztok míchejte a sledujte rozpouštění. Na 100 ml
roztoku použijte 1 g celulózy (nesušené). Míchjte nebo občas protřepávejte 1 hodinu (vyučující může
dát pokyn nechat stát do dalšího cvičení). Nerozpuštěnou celulózu odfiltrujte na určené fritě a
promyjte vodou. Pak ji dejte usušit (150 °C, 2 hodiny) a zvažte. Vypočítejte množství a procento
hmot. rozpuštěné části. Korekci na vlhkost v původní celulóze zatím nedělejte (bývá 10 – 14 %
hmot.)

·         Připravte srážecí roztok 100 ml 30% kyseliny sírové v kádince o objemu cca. 250 ml.

·         Směs Schweizerova činidla s rozpuštěnou celulózou natáhněte do injekční stříkačky
s jehlou a hadičkou, pomalu vkapávejte za míchání do srážecího roztoku.

·         V kyselém roztoku pozorujte vznikající vlákna měďnatého hedvábí.

·         Vysrážená vlákna separujte na fritě, vysušte (150 °C, 2 hodiny) a zvažte. Korekci na
vlhkost v původní celulóze zatím nedělejte (bývá 10 – 14 % hmot.)

·         Při dostatku času lze zkusit navíjení vysráženého vlákna, není podmínkou

·         Vypočítejte množství a procento hmot. vysrážené části vzhledem k původní navážce a
vzhledem k rozpuštěné celulóze.