高分子材料加工技术

实训1 海带中海藻酸钠的提取
1.实训目的
1.1巩固常用基本仪器的操作
1.2巩固几种常用溶液的配制
1.3巩固EDTA标准溶液的配制与标定方法
1.4掌握EDTA测定溶液中钙离子的测定
1.5掌握茚三酮溶液与蛋白质颜色反应的原理和方法
1.6掌握从虾壳中提取甲壳素的原理和方法
2.实训原理
甲壳素的提取方法主要有酸碱法、EDTA脱钙法和酸碱交替法等，其中酸碱交替法具有可提高反应温度、反应时间短，无需脱色处理等优点而为本文采用。

原理：盐酸处理溶去其中的碳酸钙；碱煮处理去除与甲壳素共价交联的蛋白质；虾壳中含有的虾红素在碱煮过后，仍有大部分存在，故甲壳素显现红色，须用氧化还原的方法来处理虾红素。

3.实训原料、仪器、药品
3.1实训材料
虾壳、蟹壳
3.2实训仪器
序号名称规格数量备注
1 烧杯100、250 、500 mL 10、5、5个按顺序
2 锥形瓶250mL 6个
3 移液管5、10、25、50mL 各一支
4 容量瓶100、250mL 各3个
5 酸性滴定管25mL 一支
6 数显恒温水浴箱一台
7 电子天平
8 电热恒温烘干箱
9 玻璃棒数支
10 滤纸若干
11 量筒10、50、100mL 各一支
3.3实训药品
序号名称规格数量备注
1 浓盐酸（体积百分数
为35~38%）
2 NaOH
3 30％过氧化氢
4 高锰酸钾
5 亚硫酸氢钠
6 酸性络蓝K K—B指示剂的
7 萘酚绿B
配制
8 EDTA EDTA的配制与
9 ZnO
滴定
10 氨水（1:1）
11 1%的铬黑T（EBT）
12 茚三酮配制1%茚三酮
13 氯化亚锡
溶液
4实训内容
4.1实训试剂的准备与配制
4.1.1 盐酸溶液的配制
试剂:浓盐酸（体积百分数为35～38%）
5％盐酸：先量取100mL蒸馏水于烧杯中，再量取浓盐酸67.6mL倒入烧杯中，用蒸馏水稀释至500mL，充分摇匀。

倒入带玻璃塞的玻璃瓶，并贴上标签。

4.1.2 氢氧化钠溶液的配制
药品：氢氧化钠
5％氢氧化钠：在台称上用小烧杯迅速称取称取固体NaOH27.5 g，用水溶解在烧杯中，用水稀释至500mL，存于盖橡皮塞的试剂瓶中。

4.1.3 EDTA标准溶液的配制与标定
试剂：EDTA、ZnO（M ZnO=81.37）、NH3一NH4Cl缓冲液（PH=10）、氨水（1:1）、1%的铬黑T（EBT）、6mol/L盐酸
步骤：
1、配制0.02mol/L EDTA 1000mL
在台称上称取EDTA二钠盐7.0～7.6g溶入150～200mL温水（蒸馏水）中，稀释至1000mL，装入试剂瓶中，待标定。

2、配制ZnO标准溶液250mL
在分析天平上准确称取ZnO0.3～0.4g于小烧杯中。

滴加6mol/L盐酸至全部溶解（约5～10mL），定量转移至容量瓶中，用蒸馏水稀释定容至250mL。

3、准确各取三份25.00mLZnO溶液+25mL蒸馏水入三角瓶中。

慢慢滴加氨水，至刚好出现浑浊，加入10mL缓冲液，滴加3～4滴铬黑T。

4、用0.02mol/L EDTA滴定，由酒红色→蓝色为终点。

数据记录及处理（见表1）：
公式：C EDTA =(m ZnO /M ZnO *25/250)/(V EDTA /1000)
表1 EDTA溶液的标定
样品号 1 2 3
ZnO的质量（g）
V EDTA (mL)
C EDTA (mol/L)
C EDTA平均值(mol/L)
4.1.4 铬黑T指示剂的配制
4.1.5 1％高锰酸钾、1％亚硫酸氢钠的配制
药品：高锰酸钾、亚硫酸氢钠
步骤：1、称取3g高锰酸钾固体溶于适量水中稀释至300mL，煮沸半小时、盖上表面皿放置黑暗处2天，取上清液备用。

2、称取3g亚硫酸氢钠固体溶于适量水中稀释至300mL。

4.1.6 1%茚三酮溶液的配制
药品：茚三酮、氯化亚锡
步骤：取1g茚三酮溶于35mL热水，加氯化亚锡0.04g（防腐），过滤后于暗处放置24h，定容至100mL。

4.2脱钙实验
分别称取三份破碎成1cm的虾壳各15g于两个烧杯中，加入100mL5％HC1溶液，常温下浸泡8 h，并不时搅拌。

室温下过滤，滤液转移到250mL容量瓶中定容，从容量瓶中移取一定体积经处理后的样液于250mL的锥形瓶中，加入50mLH2O，NH3一NH4Cl缓冲液5mL，
再加4滴络黑T指示剂，摇匀，用0.02mol·L-1EDTA标准溶液滴定。

当溶液由紫红色变为蓝色即为终点。

表4 虾壳脱钙效果
烧杯 1 2 3
酸浸时间（h）8 8 8
虾壳质量（g）
C EDTA（mol·L-1）
V消耗EDTA （mL）
脱钙率（%）
平均脱钙率（%）
脱钙率按下式计算：
式中：η
——脱钙率，％；
式中：η——脱钙率，％；
V ——溶液体积，mL；
V EDTA ——滴定消耗的体积，L；
C EDTA ——E
D T A浓度，mol·L-1；
M Ca ——钙的摩尔质量，g·mol-1；
m ——虾壳的质量，g；
4.3脱蛋白质实验
在经脱钙处理后的样品的烧杯中加入100mL浓度5％NaOH溶液，在70℃的水浴中处理3h，进行脱蛋白。

处理完毕后用清水洗至中性，然后再加入50mL 5％浓度的氢氧化钠反应
30min，取部分溶液调pH至中性后取1mL，加入0.5mL1%茚三酮溶液在沸水中加热2min，看是否有颜色变化。

若溶液变蓝，说明脱蛋白未完全；若溶液无色，说明已脱蛋白完全。

4.4脱色实验
用1％KMn04溶液浸泡1.5h，再用1％NaHSO3溶液浸泡1.5h。

水洗后，烘干（105℃）可得甲壳素。

表9 虾（蟹）壳中甲壳素的产率
虾壳重量（g）
甲壳素重量（g）
甲壳素含量（%）
甲壳素含量平均值
（%）
5实训结果与分析
实训2 天然植物中纤维素含量的测定（滴定法）
1.实验目的
通过本实验可以测定各类天然植物中木质素、纤维素的含量。

2.实验原理
纤维素是构成细胞壁的基础物质。

纤维素由β— D一葡萄糖基通过1，4一糖苷键联结而成的高分子化合物。

纤维素分子中大约含有几千个葡萄糖单元，它的分子量约为几十万。

植物中天然纤维被半纤维和木质素所包裹，纤维素能否完全暴露出来，关键是样品预处理技术，如用浓硫酸、硝酸、硝酸一乙醇、盐酸一中性溶剂等对样品进行预处理可以破坏包裹物质，有利于纤维素的测定。

由于测定方法和条件的不同，半纤维素、木质素被破坏的程度不同，得到的纤维素含量也存在一定差异性。

通过分析对比，选用72％硫酸水解测定天然植物中的纤维素。

反应原理：
纤维素在
硫酸介质中用重铬酸钾氧化为二氧化碳和水，反应方程式如下：过量的重铬酸钾用硫代硫酸钠返滴，淀粉碘化钾溶液为指示剂。

过量的重铬酸钾用硫代硫酸钠返滴，淀粉碘化钾溶液为指示剂。

木质素是由4种醇单体(对香豆醇、松柏醇、5一羟基松柏醇、芥子醇)形成的一种复杂酚类聚合物，它是包围于管胞、导管及木纤维等纤维束细胞及厚壁细胞外并使这些细胞具有特定显色反应(加间苯三酚溶液一滴，待片刻，再加盐酸一滴，即显红色)的物质。

根据木质素的性质，测定木质素的方法有直接浓酸水
解分离测定法、光度法、红外光谱法、氧化还原反应滴定法等，对天然植物的木质素采用氧化还原滴定法进行含量测定。

反应原理：
木质素在醋酸的作用下，易溶于乙醇和乙醚的混合液，在硫酸介质中用重铬酸钾氧化为二氧化碳和水，反应方程式如下：
过量的重
铬酸钾用硫代硫酸钠回滴，淀粉KI溶液为指示剂。

其中加氯化钡溶液的作用是让溶出的木质素和硫酸钡一起沉淀。

3.实验材料及试剂
3.1原材料(每组约0.6g)
天然植物原料（香蕉茎、甘蔗渣、花生壳、竹子、稻杆、玉米衣、葵叶、椰棕、剑麻、藕茎等）烘干后，打成粉末。

3.2化学试剂
碘化钾溶液（20%）重铬酸钾
（0.100mol/L）淀粉溶液（0.5%）的标准溶液（0.2mol/L）用重铬酸钾标准溶液标定硫酸（72%）硫酸（10%）醋酸（2%）硝酸（2%）、无水乙醇(AR)、硝酸(AR)、硫酸(AR)、乙醚(AR)、氯化钡(AR)
3.2.1 250mL 20%的碘化钾溶液的配制（每组60mL）
药品：固体碘化钾粉末
仪器：电子分析天平、玻璃棒、烧杯（500ml）、称量纸、棕色试剂瓶（250ml）、量筒（100ml）、胶头滴管
计算：m（KI）=20%*250=50g
步骤：称取50g固体碘化钾粉末，然后放入500ml烧杯中，加入200ml的蒸
馏水溶解，并不断搅拌至完全溶解，最后储存到棕色的试剂瓶里，贴
标签。

3.2.2 250mL 0.100mol/L的1/6重铬酸钾溶液的配制(每组50mL)
（0.025mol/L的1/6重铬酸钾溶液由此溶液稀释）
药品：固体重铬酸钾粉末
仪器：电子分析天平、玻璃棒、小烧杯（100ml）、称量纸、容量瓶（250mL）、胶头滴管、试剂瓶（250mL）
计算：m（K
2Cr
2
7
）=C*V*M=0.100*0.25*294.18/6=1.2258g
步骤：称取1.2258g固体重铬酸钾，然后放入小烧杯，加入适量的蒸馏水溶解，并不断搅拌至完全溶解，再转移到250mL的容量瓶里，继续加蒸
馏水稀释至刻度，摇匀，储存到试剂瓶里，贴标签。

3.2.3 100mL 0.5%淀粉溶液的配制(每组8mL)
药品：可溶性淀粉
仪器：电子分析天平、玻璃棒、烧杯（250ml）、小烧杯（100ml）、称量纸、试剂瓶（100ml）、表面皿、量筒（100ml）、电炉
计算：m（淀粉）=0.5%*100=0.5g
步骤：称取0.5g可溶性淀粉放入小烧杯中，量取99.5ml蒸馏水，倒少量于盛放淀粉的烧杯里，调成糊状，将其余蒸馏水烧开倒进去，一起煮开
后加盖冷却就行了，冷却后转移至100mL试剂瓶中，贴好标签。

3.2.4 250mL 10%硫酸溶液的配制(每组80 mL)
药品：98%硫酸溶液
仪器：玻璃棒、刻度吸管（10ml）、烧杯（500ml）、试剂瓶（500ml）、量筒（100ml）
计算：根据C
1*V
1
=C
2
V
2
，即98%*V
1
=10%*250ml，V
1
=25.5ml
步骤：量取25.5ml 98%硫酸溶液，注入盛有224.5ml蒸馏水烧杯中，注入
时不断的用玻璃棒搅拌，冷却后储存到试剂瓶里，贴标签。

3.2.5 100mL 2%醋酸溶液的配制（每组40mL）
药品：醋酸（36%）
仪器：容量瓶（100mL）、试剂瓶（100ml）、刻度吸管（5ml）、胶头滴管、小烧杯（100ml）
计算：根据C
1*V
1
=C
2
V
2
，即36%*V
1
=2%*100ml，V
1
=5.56ml
步骤：量取5.56ml36%醋酸溶液，注入100ml的容量瓶中，加蒸馏水到刻度线，然后摇匀，储存到试剂瓶里，贴标签。

3.2.6 100mL 2%硝酸溶液的配制(每组10mL)
药品：浓硝酸(70%)
仪器：刻度吸管（5ml）、烧杯（250ml）、量筒（50ml）、试剂瓶（100ml）、玻璃棒、
计算：根据C
1*V
1
=C
2
V
2
，即70%*V
1
=2%*100ml，V
1
=2.86ml
步骤：量取2.86ml浓硝酸溶液，注入盛有97.14ml蒸馏水烧杯中，注入时不断的用玻璃棒搅拌，冷却后储存到试剂瓶里，贴标签。

3.2.7 500ml 0.2mol/L硫代硫酸钠溶液的配制(每组150mL)
药品：固体五水硫代硫酸钠粉末、Na
2CO
3
粉末、K
2
Cr
2
O
7
粉末、20%KI溶液、
6mol/L HCl、1%淀粉液
仪器：电子分析天平、烧杯（500ml）、烧杯（1000ml）、称量纸、电炉、碘量瓶（3个）、量筒（250ml）、量筒（50ml）、刻度吸管（10ml）、棕色酸式滴定管、试剂瓶（500ml）
计算：m（Na
2S
2
O
3
）=C*V*M=0.2003*0.500*248.18=24.8552
步骤：
称取24.8552g Na
2S
2
O
3
·5H
2
O于500mL的烧杯中，用新煮沸后冷却的蒸馏水
溶解，加入0.1g Na
2CO
3，
搅匀。

存入棕色试剂瓶中，放置7-14天。

3.2.8乙醇—乙醚混合液(1:1)（每组40mL）
4.实验仪器
标准筛一套（100—200目）、粉碎机、电子分析天平、离心机、三角瓶、试管、烧杯、移液管。

5.实验步骤
5.1纤维素的测定
将天然植物粉碎后，过200目筛，称取0.05~0.10 g试样于离心试管中，加入2.5 mL醋酸(2%)和2.5mL硝酸(2%)混合液，盖上球形玻盖，置沸水浴中加热25 min，并不断搅拌，取出、冷却后离心，弃去上清液，沉淀用水冲洗3次，向沉淀中加入10 mL质量分数为10％的硫酸和10.00mL 0.100 mol／L的重铬酸钾溶液，倒入碘量瓶中，离心试管用适量的蒸馏水洗涤3次，一并倒入碘量瓶中，摇匀，在沸水浴中加热10 min，溶液冷却后加10mL20％的KI溶液和1 mL质量分数为0．5％的淀粉溶液，用0.2 mol／L硫代硫酸钠滴定至终点，记录体积。

同时做试剂空白实验。

空白：在碘量瓶中加10 mL质量分数为10％的硫酸，10.00mL0.100 mol／L
的重铬酸钾溶液，10mL20％的KI溶液，20mL蒸馏水，用0.2 mol／L硫代硫酸钠滴定至临近终点时加1mL质量分数为0．5％的淀粉溶液，记录体积Ｖ
空白。

纤维素含量计算公式：
X=k(a-b)/(n*24)
式中：k一硫代硫酸钠的浓度，mol／L；
a一空白滴定所消耗硫代硫酸钠的体积，mL；
b一溶液所消耗硫代硫酸钠的体积，mL；
n一所取样品的质量，g；
24为1mol C
6H
10
O
5
相当于硫代硫酸钠(一定浓度)的滴定度。

5.2木质素的测定
将天然植物粉碎后过200目筛，称取0.05～0.10g装入离心管中，加入质量分
数为2％的醋酸5mL，摇匀后离心。

将沉淀用质量分数为2％醋酸5mL洗涤1次，然后加3～4mL乙醇和乙醚混合液(体积比1：1)，浸泡3min，弃去上清夜，共浸洗3次，将沉淀在沸水浴中蒸干，然后向沉淀中加入72％的硫酸3mL，用玻璃棒搅匀，室温下静置16h，使纤维素全部溶解，然后向试管中加入10mL蒸馏水，用玻璃棒搅匀，置沸水浴中5min，冷却，加5mL的蒸馏水和0．5mL质量分数10％的氯化钡溶液，摇匀，离心。

沉淀后用蒸馏水冲洗2次，再向洗过的木质素沉淀中加入10mL质量分数10％的硫酸和10.00mL 0.025 mol／L重铬酸钾溶液，混合液转入碘量瓶中，用15-20mL蒸馏水洗涤残余部分，并将洗涤液转入碘量瓶中，碘量瓶于沸水浴中加热15min，搅拌。

冷却后向碘量瓶中加5mL 20％的KI溶液和lmL质量分数1％的淀粉溶液，用0.2 mol／L硫代硫酸钠滴定至终点，记录体积。

同时做试剂空白实验。

空白：在碘量瓶中加10 mL质量分数为10％的硫酸，10.00mL 0.025mol／L
的重铬酸钾溶液，5mL20％的KI溶液，20mL蒸馏水，用0.2 mol／L硫代硫酸钠滴定至临近终点时加1mL质量分数为0．5％的淀粉溶液，记录体积Ｖ
空白。

木质素含量计算公式：
X=k(a-b)/(n*48)
式中：k一硫代硫酸钠的浓度，mol／L；
a一空白滴定所消耗硫代硫酸钠的体积，mL；
b一溶液所消耗硫代硫酸钠的体积，mL；
n一所取花生壳的质量，g；
48为1mol C
6 H
10
O
5
相当于硫代硫酸钠(一定浓度)的滴定度。

六.实验记录及结果
1、纤维素的测定
滴定序号123空白试验平均值样品量/g
V/mL
纤维素的含量/%
2、木质素的测定
滴定序号123空白试验平均值样品量/g
V/mL
木质素的含量/%
实训3化学纤维染色性能的测定
一、实验目的
化学纤维的染色性能是一项重要的性能指标。

通常所指的染色性能主要包括以下内容：可采用的合适染料，色谱是否齐全，可染得的深浅程度，染色实施的难以，染色均匀性以及染色品的各项染色率度等。

一般在测定纤维的染色性能时首先要确定适合该纤维的典型染料品种，然后按典型的染色方法进行染色，最后测定上染百分率。

所谓上染百分率是指染色后纤维上染着的染料数量占最初投入染色体系中染料总量的百分率。

上染百分率的测定方法通常有：（1）染浴残液比色法；（2）萃取纤维上染着的染料，进行测色的方法；（3）将纤维连同已染着的纤维一起溶于某种溶剂中，进行测色的方法；（4）染色纺织品的反射率测定法。

化学纤维品种繁多，每种纤维可选用的染料往往又不止一种，而且即使选中了一种染料。

也还有不同的染色方法，因此染色性能的测定是非常复杂的。

通过本实验应达到一下目的：
∙通过腈纶（湿法纺丝的代表）和涤纶（熔融法纺丝的代表）为试样，掌握阳离子染料对腈纶的上染百分率和分散染料对涤纶的上染百分率的测定方法；
∙熟悉化学纤维染色性能的一般测定方法；
∙了解化学纤维染色的基本原理。

二、腈纶的阳离子染料染色性能测试
1、实验原理
均聚的聚丙烯腈纤维染色十分困难，在120℃才能染分散染料，而且染色饱和值很低。

目前生产的腈纶是指丙烯腈含量高于85％的共聚体纤维。

其中第二单体的主要作用是改善纤维的微结构和物理机械性能，对染色性能也有一定的改善作用。

第三单体主要作用是引入一定数量能与染料结合的基团（亦称染座），从根本上改善腈纶染色性能。

目前主要引入酸性基团，常用的第三单体有丙烯磺酸钠、甲基丙烯磺酸钠及衣康酸等。

阳离子染料在染液中由于它的色素离子带有正电荷，能上染于腈纶中第三单体带负电的基团上，构成类似于盐式键的结合。

此类染料具有着色力高、色泽鲜艳、色谱齐全等许多优点。

根据阳离子染料在腈纶上的染色饱和值和纤维所含的酸性基团间的数量关系，其上染过程可以看作为一个离子交换过程。

F－SO3-H+＋D+ == F－SO3-D+＋H+
染色一般是在用醋酸调解pH=4.5左右的染缸中进行的。

必须指出，当染浴温度在腈纶玻璃化转变温度Tg以下时，染料难以向纤维内部扩散。

但染浴温度超过Tg以后，上染速率就急剧增加，而且一般阳离子染料在腈纶上的移染性很差，因而欲获得均匀的染色结果，除了在染浴中加入均染剂以外，还应严格控制染色过程中的升温速度。

腈纶纤维的这一特点在化学纤维中是很突出的。

如图1所示。

本实验通过测定染色始末染浴的光密度变化的方法，间接计算上染百分率。

2、仪器和试剂
⑴仪器：控温电炉、染杯、温度计、刻度移液管、容量瓶、量筒、分光光度计等；
⑵试剂：阳离子孔雀绿、冰醋酸、醋酸钠、硫酸钠、阳离子均染剂1227等。

三、实验步骤
（1）称取1g腈纶。

按下列处方称取染化料：
阳离子孔雀绿1％（owf）
醋酸3％（owf）
醋酸钠1％（owf）
硫酸钠10％（owf）
（2）将染料置于染杯中，用醋酸润湿均匀，然后按浴比1：100加入水、醋酸钠和硫酸钠或均染剂1227，使总体积为100ml，搅匀。

（3）在控温电炉上将染液加热至70℃，投入纤维开始染色。

按1℃/min升温至85℃，保温5min后再继续以0.5/min升温至沸，沸染60min。

染色过程中应随时用玻璃棒搅动纤维，此外为保证浴比不变，应随时加适量热水（另行准备）。

（4）染毕后取下染杯，冷却至室温。

取出纤维，并挤出吸附在纤维上的残液，并入染色残液中。

用少量蒸馏水冲洗纤维，冲洗液亦并入染色残液中，并将其移入100ml容量瓶中，用蒸馏水稀释至刻度，摇匀，待测色用。

（5）从一份备用的原始染液中吸取若干毫升染液，移至另一100ml容量瓶中，用蒸馏水稀释至刻度，摇匀。

在分光光度计上首先测定该染液的最大吸收波长，然后在其波长下测定其光密度。

必须注意为使测得的光密度值和染液浓度之间有良好的线性关系，应尽可能使光密度值落在0.1～0.8之间。

这可以通过初步试验，找到染液的合适冲稀倍数达到。

（6）对染色残液按同样办法首先找出合适的冲稀倍数后，测出其光密度值。

四、实验结果及数据处理
将染色纤维洗涤晾干，观察其色泽和染色均匀程度。

将测得的原始染液及残液的光密度值按它们测色前的不同冲稀倍数分别换算成各自的最初光密度值，然后按下式算出上染百分率：
ﾧ五、
主意
事项
五、主意事项
（1）欲得精确的试验数据，事先应做好染料浓度对光密度值的标准曲线，以进行必要的校正。

（2）本实验中测得的上染百分率是指这一特定染色条件而言的，并非上染达到平衡时的所谓平衡上染百分率。

由于达到染色平衡耗时较长，因而只有在理论研究时才采用。

（3）如有染色小样机，结果的重现性将好的多。

（4）阳离子孔雀绿是用来测定阳离子染料上染腈纶的染色饱和值的基准染料。

由于其稳定性不理想，现已改为亚甲基兰为基准染料。

（5）上染百分率只说明纤维对染料的吸附能力，并不能直接反应染料在纤维内部的分布情况。

在条件允许的情况下，应同时做纤维的横截面切片观察，以确定上染的染料是否已均匀的渗入纤维的内部。

鉴于阳离子染料上染腈纶较快，不易染匀，因而做切片观察有极重要的意义。