纤维化学与物理课程实验指导讲义
纤维化学与物理（皮革方向）
实验指导讲义
指导教师：罗建勋
实验一 溶液聚合法制备丙烯酸树脂
一、 实验目的与要求
1、掌握高分子溶液聚合方法及基本原理 2、熟悉溶液聚合操作及特点
二、 基本知识及实验原理
溶液聚合是在溶液中进行的聚合反应，其体系由单体、引发剂和溶剂组成。如果溶液聚合得到的聚合物能溶解于溶剂中，则称为均相溶液聚合；如果聚合物不容易溶剂，而是随着反应的进行逐渐以沉淀物析出，则称为非均相聚合或沉淀聚合。
与本体聚合相比，溶液聚合粘度低，易混合及控温，不易出现自动加速过程，且分子质量控制容易，分子量分布窄。但该方法也存在以下缺点：由于单体浓度低，导致聚合速率较慢；由于向溶剂的转移反应，聚合物的分子质量较低；聚合物与溶剂难以分离，因而产物纯度较低。另外，设备利用率低，同时存在易燃易爆，环境污染问题。因此溶液通常用于聚合物溶液直接使用的场合，如涂料、粘合剂、合成纤维纺丝液等。
溶剂选择需要考虑以下问题：
1）溶剂活性问题。溶剂应不参与聚合反应，具有较低的链转移常数。 2）溶解性问题。如溶剂为良溶剂，则进行正常的聚合反应。如为不良溶剂，则导致沉淀聚合，甚至出现凝胶效应。通过查阅聚合物的溶解度参数可以判断溶剂对聚合物的溶解能力。
此外，还应从溶剂的沸点、毒性、价格等综合考虑，选择适当的溶剂。 该丙烯酸树脂的合成是采用丙烯酸与丙烯腈两种单体在过硫酸铵的引发下，进行自由基共聚合反应。
H 2C
+
控制温度＜40o C
NaOH
H 2C
ASP
m H 2C
COONa
+n H 2C
80-85o C
*
H 2C
H COOCH
3
m H 2C
H n
*
3
三、 实验设备及实验材料
1、实验设备
搅拌装置1套、加热控温装置1套、四口烧瓶1个、冷凝管1个、聚四氟乙烯搅拌棒1套、塞子若干、烧杯若干、玻璃棒1根、恒压滴定漏斗2支、二口接头1支、温度计1支。
2、实验药品
丙烯酸、丙烯酸甲酯、过硫酸铵、氢氧化钠
四、 实验步骤
1）搭建装置（水浴锅中添加适量的水并确保搅拌平稳）。 2）配置30wt%的氢氧化钠溶液，并冷却至室温。
3）按照计量加入适量水、丙烯酸于烧瓶中，在搅拌的同时滴加入适量的30wt%的氢氧化钠溶液，调节其pH 值。（注意：在加入碱液的同时，采用外部冷却法，使混合液的内温低于40o C 。而后将中和液移入恒压滴定管1中。 4）配制引发剂溶液：
称取适量的过硫酸铵，将其溶解于定量的水中，待溶解后移入恒压滴定管2中。
5）称取适量的丙烯腈移入恒压滴定管3中。
6）在500mL 的四口瓶中加入定量的水，并升温至78-80o C ，先加入一定量的丙烯酸中和液、丙烯腈和引发剂溶液，反应30min ，然后滴加剩余的其它单体及引发剂，估计滴加时间为60min 。
7）滴完之后升温至85℃，保温0.5h 。 8）冷却至50o C 以下时，出料。 9）洗涤仪器设备。
五、 思考题
1、溶液聚合时，固含量设计量增大对反应体系有什么影响？ 2、合成温度选择的依据是什么？
3、溶液聚合过程中易出现的问题是什么？会带来什么后果？
注意：也可以用丙烯酸丁酯代替丙烯酸甲酯。
实验二 氧化-还原法制备醋酸乙烯酯-马来酸酐树脂
一、实验目的
加深学习和理解自由基聚合与共聚合机理，了解醋酸乙烯酯-马来酸酐的合成方法及引发剂的选择。
二、实验原理
基本知识同实验一，但涉及到反应单体的物理参数，考虑选用不同的引发剂。如本实验针对醋酸乙烯酯而选择氧化-还原体系的引发剂，进行聚合自由基聚合。
该丙烯酸树脂的合成是采用醋酸乙烯酯和马来酸酐两种单体在过硫酸铵-亚硫酸氢钠的引发下，进行自由基共聚合反应。
m
+n
H 2C
H 3C
H 2
C O
ASP-NaHSO 60C;NaOH
*
H H O
m
H *
n
O
O
C
H 3C
三、 实验设备及实验材料
1、实验设备
搅拌装置1套、加热控温装置1套、三口烧瓶或四口烧瓶1个、冷凝管1个、聚四氟乙烯搅拌棒1套、塞子若干、烧杯若干、玻璃棒1根、恒压滴定漏斗2支、二口接头1支、温度计1支。
2、实验药品
顺酐、醋酸乙烯酯、过硫酸铵、亚硫酸氢钠、氢氧化钠
四、实验步骤
1）搭建装置（水浴锅中添加适量的水并确保搅拌平稳）。
2）配置30wt%的氢氧化钠溶液，并冷却至室温。 3）配制引发剂溶液：
称取适量的过硫酸铵，将其溶解于定量的水中，待溶解后移入恒压滴定管1中。
称取适量的亚硫酸氢钠，将其溶解于定量的水中，待溶解后移入恒压滴定管2中。
4）称取适量的醋酸乙烯酯移入恒压滴定管3中。
5）在500mL 的四口瓶中加入定量的蒸馏水、顺酐，并升温至55-60o C ，滴加其它醋酸乙烯酯及引发剂溶液，估计滴加时间为60-90min 。 6）滴完之后升温至60-70℃，保温90min 。
7）冷却至50o C 以下时，最后用30wt%的氢氧化钠溶液中和（pH 约为6.5-7.0）。出料。
8）洗涤仪器设备。
五、思考
1、为什么要选择氧化-还原体系的引发剂？ 2、合成温度选择的依据是什么？
3、溶液聚合过程中易出现的问题是什么？
实验三 乳液聚合法制备丙烯酸树脂
一、实验目的
加深学习和理解自由基聚合与共聚合机理，掌握丙烯酸树脂的乳液聚合方法及引发剂的选择和控制方法。
二、基本知识与实验原理
乳液聚合方法是针对油性单体在以水为连续相的体系中，通过乳化剂形成O/W的乳胶粒，由引发剂作用而进行的自由基聚合。一般由单体、水、水溶性引发剂、水溶性乳化剂等组成。
乳液聚合的特点：1）以水为介质，环保安全、胶乳粘度低，便于混合传热、管道输送和连续生产；2）产物分子量高、反应速率快等。
该丙烯酸树脂的合成是采用苯乙烯和丙烯酸丁酯两种单体在过硫酸钾的作用下进行乳液聚合。
m H 2C
CH
+
n H 2C
CH O
KSP ；80-90o C
4H 7
*
H 2
C
H m
H 2C
H n
*
O
4H 7
三、实验设备及实验材料
1、实验设备
搅拌装置1套、加热控温装置1套、三口烧瓶或四口烧瓶1个、冷凝管1个、聚四氟乙烯搅拌棒1套、塞子若干、烧杯若干、玻璃棒1根、恒压滴定漏斗2支、二口接头1支、温度计1支。
2、实验药品
OP-10、K12、丙烯酸丁酯、苯乙烯、过硫酸钾、碳酸氢钠、氨水
四、实验步骤
1）搭建装置（水浴锅中添加适量的水并确保搅拌平稳）。 2）配制引发剂溶液：
称取适量的过硫酸钾，将其溶解于定量的水中，待溶解后移入恒压滴定管1中。
3）称取适量的苯乙烯、丙烯酸和丙烯酸丁酯的混合液并移入恒压滴定管2中。 4）在500mL 的四口瓶中加入定量的水、OP-10、K12及少量的碳酸氢钠，并升温至78-80o C ，滴加苯乙烯和丙烯酸丁酯的混合液，估计滴加时间为90min 。 5）滴完之后升温至85-90℃，保温90min 。
6）冷却至50o C 以下时，最后用适量的氨水进行中和（pH 约为6.5-7.0），过滤并出料。
7）洗涤仪器设备。
五、思考
1、为什么要选用乳液聚合方法，其中乳化剂在起什么作用？ 2、合成温度选择的依据是什么？
3、乳液聚合过程中的现象？聚合物外观如何？
实验四 蛋白质的等电点的测定
一、实验目的与要求
1、了解蛋白质的两性分子结构特征 2、掌握测定蛋白质等电点的方法 3、加深对蛋白质胶体溶液稳定因素的认识
二、基本知识
蛋白质是两性电解质。在蛋白质溶液中存在下列平衡：蛋白质分子的解离状态和解离程度受溶液的酸碱度影响。当溶液pH 达到一定值时，蛋白质分子中正负电荷数目相等，在电场中，蛋白质既不向阴极移动，也不向阳极移动，此时溶液的pH 值称为此种蛋白质的等电点。不同蛋白质的等电点不尽相同。在等电点时，蛋白质的理化性质都有所变化，可利用此种性质的变化测定各种蛋白质的等电点。最常用的方法是测其溶解度最低时的溶液值。
本实验通过观察蛋白质在不同溶液中的溶解度以测定其等电点。用醋酸与醋酸钠（醋酸钠混合在胶原蛋白溶液中）配制各种不同值的缓冲液。向各缓冲溶液中加入胶原蛋白后，沉淀出现最多的缓冲液的pH 值即为胶原蛋白的等电点。在水溶液中的蛋白质分子由于其表面形成水化层和双电层而形成稳定的亲水胶体颗粒，在一定的理化因素影响下，蛋白质颗粒可因失去电荷和脱水而沉淀。
蛋白质的沉淀反应可分为两类。
（1）可逆的沉淀反应．此时蛋白质分子的结构尚未发生显著变化，除去引起沉淀的因素后，蛋白质的沉淀仍能溶解于原来溶剂中，并保持其天然性质而不变性。如大多数蛋白质的盐析作用或在低温下用乙醇（或丙酮）短时间作用于蛋白质。提纯蛋白质时，常利用此类反应。
（2）不可逆沉淀反应．此时蛋白质分子内部结构发生重大改变，蛋白质常变性而沉淀，不再溶于原来溶剂中。加热引起的蛋白质沉淀与凝固。蛋白质与重金属离子或某些有机酸的反应都属于此类。
蛋白质变性后，有时由于维持溶液稳定的条件仍然存在（如电荷），并不析出。因此变性蛋白质并不一定都表现为沉淀，而沉淀的蛋白质也未必都已变性。
三、实验设备及实验材料
1、实验设备
水浴锅、温度计、250mL 锥形瓶、100mL 容量瓶、吸管、试管及试管架、乳钵 2、实验材料
明胶、1.00mol/L 醋酸溶液、 0.10 mol/L醋酸溶液、0.01 mol/L醋酸溶液、 蛋白质溶液(5%胶原蛋白溶液) 、 pH4.7醋酸—醋酸钠的缓冲溶液
0.4%酪蛋白醋酸钠溶液
取 0.4g 酪蛋白，加少量水在乳钵中仔细地研磨，将所得的蛋白质悬胶液移入250mL 锥形瓶内，用少量40～50℃ 的温水洗涤乳钵，将洗涤液也移入锥形瓶内。加入10mL 1mol/L醋酸钠溶液。把锥形瓶放到 50℃ 水浴中，并小心地旋转锥形瓶，直到酪蛋白完全溶解为止。将锥形瓶内的溶液全部移到100mL 容量瓶内，加水至刻度，塞紧玻塞，混匀。
四、实验操作步骤
1、取同样规格的试管4支，按下表顺序分别精确地加入各试剂，然后混匀。
2、向以上试管中各加酪蛋白的醋酸钠溶液1mL ， 加一管，摇匀一管。此时1、2、3、4管的pH 依次为5.9、5.5、4.7、3.5。观察其混浊度。静置10分钟后，再观察其混浊度。最混浊的试管pH 即为酪蛋白的等电点。
等电点测定的实验要求各种试剂的浓度和加入量必须准确！
五、 思考题
1、什么是蛋白质的等电点？
2、如何快速测定一未知蛋白质的等电点？
实验五 纤维的认识与鉴别
一、实验目的与要求
1、利用纤维燃烧特征、燃烧气味和燃烧残渣鉴别纤维 2、利用纤维的化学品着色性能鉴别纤维种类
二、基本知识
1、燃烧法
利用纤维的燃烧特征、燃烧气味和燃烧残渣形态来区分纤维的种类。细致观察纤维在接近火焰时、在火焰中和离开火焰后的燃烧状态，仔细辨别纤维燃烧时散发的气味，认真识别残渣形态。
燃烧法只适用于纯纺产品，不适用于混纺产品，或经过防火、防燃及其他整理的纤维和纺织品。
表1 常见纤维的燃烧特征
纤维名称 棉、麻、粘胶 羊毛、蚕丝 大豆纤维 涤纶 锦纶 腈纶 维纶 丙纶 氯纶 氨纶
接近火焰 不缩、不熔 收缩 收缩、熔融 收缩、熔融 收缩、熔融
在火焰中 迅速燃烧 渐渐燃烧 收缩、熔融燃烧 先熔后燃，有溶液 先熔后燃，有溶液
离开火焰 继续燃烧 不易延烧 继续燃烧 能延燃 能延燃 继续燃烧 继续燃烧 继续燃烧 不能延燃 自灭
残渣形态 细腻、灰白色灰
松脆黑灰 松脆黑色硬块 玻璃状黑褐色硬球 玻璃状黑褐色硬球 黑色松脆硬块 黄褐色硬球 黄褐色硬球 深综色硬块 白色胶块
气 味 烧纸味 烧毛发味 烧毛发味 特殊芳香味 氨臭味 辣味 特殊甜味 轻微沥青味 氯化氢臭味 特殊气味
收缩、微融、发焦 熔融、燃烧、小火花 收缩、熔融 缓慢收缩 收缩、熔融 收缩、熔融
燃烧 熔融燃烧 熔融燃烧、大量黑烟
熔融燃烧
2、药品着色法
利用各种纤维对某种化学药品的着色性能不同来迅速鉴别纤维品种。要求熟悉常用纤维被碘-碘化钾溶液着色后的颜色。
药品着色法只适用于未染色的纤维或纯纺纱线和织物。
表2 常用纺织纤维的着色反应
纤维名称 棉、麻 羊毛、蚕丝
粘胶 醋酯 涤纶 锦纶 腈纶 维纶 丙纶 氯纶
碘-碘化钾溶液
不着色 淡黄 黑蓝青 黄褐 不着色 黑褐 褐色 蓝灰 不着色 不着色
三、实验设备及实验材料
1、实验设备
酒精灯、镊子、水浴锅 2、实验材料
HH-1纤维着色剂，氯化锌，碘化钾，碘，丙酮，冰醋酸，37%盐酸，65%硝酸，DMF
四、实验步骤
4.1燃烧法：
（1）取一小束待鉴别的纤维，用镊子夹住，缓慢地移近酒精灯火焰。 （2）仔细观察纤维在接近火焰时、在火焰中和离开火焰后的燃烧状态。 （3）辨别纤维燃烧时散发的气味。 （4）观察纤维燃烧后灰烬的特征。 （5）对照纤维燃烧特征表，判断纤维类别。 4.2 药品着色法
（1）制取碘-碘化钾溶液：将20克碘溶于100毫升的碘化钾饱和溶液中，搅拌均匀即成。
（2）将待鉴别纤维浸入溶液中，0.5～1分钟后取出，洗去浮色，根据纤维着色不同，判别纤维品种。常用纺织纤维的着色反应如表2所示。
五、思考题
1、纤维鉴别除燃烧法及着色法外还有什么方法进一步鉴定？ 2、混纺纤维怎么鉴别？