Определение средней степени полимеризации целлюлозы

Определение средней степени полимеризации целлюлозы

Молекулярная масса целлюлозы является одной из важнейших ее характеристик и в значительной степени определяет как области практического использования различных препаратов целлюлозы, так и физико-механические свойства получаемых из нее волокон и пленок.

Наиболее простым и доступным методом определения молекулярной массы целлюлозы является вискозиметрия. Вискозиметрический метод используется как для качественной характеристики технической целлюлозы (определение динамической вязкости растворов в определенных растворителях), так и с целью определения средней степени полимеризации целлюлозы. Основными растворителями, используемыми в настоящее время при вискозиметрическом измерении, служат комплексные соеденения металлов: медно-аммиачный реактив (реактив Швейцера или куоксам – гидроксидтетраамин меди (II) [Cu(NH₃)₄](OH)₂; куприэтилендиамин (куаксен или куен) - гироксид бис(этилендиамин) меди (II) [Cu(NH₂CH₂CH₂NH₂)₂](OH)₂; кадмийэтилендиамин (кадоксен - гидроксид трис(этилендиамин) кадмия (II) [Cd(NH₂CH₂CH₂NH₂)₃](OH)₂, а также щелочной раствор железовиннонатриевого комплекса (ЖВНК) - гексанатрий тристартрат жедлеза (III) Fe(CuH₃O₆)₃Na₆.

При вискозиметрическом измерении данного образца целлюлозы основным растворителем являлся медно-аммиачный реактив.

Медно-аммиачный реактив имеет темно-синий цвет, недостаточно стабилен на свету и при пониженной температуре. Целлюлоза в медно-аммиачном растворе очень чувствительна к окислению кислородом воздуха и определяемые значения вязкости и СП являются заниженными. Для предотвращения деструкции целлюлозы необходимо максимально сокращать время контакта раствора целлюлозы с воздухом и вводить в раствор восстановители. Медно-аммиачный реактив по сравнению с другими растворителями (кадоксеном, ЖВНК) достаточно быстро и полно растворяет целлюлозу при комнатной температуре, и поэтому его часто используют на практике для определения вязкости и СП.

Наибольшее применение для определения СП целлюлозы как вискозиметрическим, так и абсолютными методами, получили кадоксен и ЖВНК (желозовиннонатриевый комплекс). Раствор целлюлозы в кадоксене стабилен к окислению кислородом воздуха и бесцветен, что позволяет использовать его и при исследовании растворов целлюлозы оптическими методами. ЖВНК обладает высокой растворяющей способностью. Раствор целлюлозы в ЖВНК также достаточно устойчив к действию кислорода воздуха.

Методика анализа

Навеску целлюлозы, рассчитанную по формуле и взвешенную с точностью до 0,0002 г, и 1,5 г металлической кусковой меди помещают в толстенную банку и приливают требуемое количество медно-аммиачного раствора. Банку закрывают пробкой, встряхивают и помещают в термостат при температуре 20 0,2 С.

Расчет абсолютно сухой целлюлозы G в г, необходимой для приготовления медно-аммиачного раствора целлюлозы, производится по формуле:

где V – рабочий объем банки;

С – концентрация целлюлозы в растворе, г/дм³;

W – влажность целлюлозы, %.

Банку помещают на приемный стол магнитной мешалки. Обычно для полного растворения целлюлозы со СП до 1000 требуется 20-30 мин. Полноту растворения проверяют просматриванием банки с раствором в проходящем свете. Банку снимают с мешалки, еще раз встряхивают и определяют с помощью вискозиметра время истечения в секундах 20 мл. раствора (t₁). Таким же образом определяют время истечения растворителя (t₀). Из полученных данных рассчитывают величину ( ), характеризующую повышение вязкости раствора по отношению к вязкости растворителя по формуле:

Среднюю степень полимеризации целлюлозы рассчитывают по формуле:

где,

С – концентрация целлюлозы в растворителе, г/л;

Рассчитаем массу навески воздушно-сухой целлюлозы:

где,

V=30 мл – рабочий объем банки;

С=1 г/дм³ – концентрация целлюлозы в растворе, г/дм³;

W=5,42 % - влажность целлюлозы, %.

Расчет удельной вязкости:

t₀ = 2,3 c

t₁ = 3 c

Среднюю степень полимеризации целлюлозы рассчитывают по формуле: