基础化学综合实验报告
实验题目：纤维素阳离子改性剂的合成及应用
姓名：刘京
学号：0103070502
班级：食科0705
专业：食品学院 食品科学与工程
指导老师：刘士荣
同组同学：罗洁，刘晨，杨天一
实验地点：江南大学化工楼 B513
实验时间：2009/6/23----2009/6/26
一．实验背景
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, 存在一定的排斥力, 这样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. 而且至今在这方面已取得相当可观的成果，资料显示，对纤维素纤维阳离子改性剂聚环氧氯丙烷胺化物(简称PECH-amine) 的制备、特性及改性棉的上染率进行研究, 结果显示用此改性剂改性纤维素纤维, 使染色废水中基本无盐、无染料的清洁染色成为可能。本实验即致力于探究纤维素阳离子改性剂对上染率的影响。
二．实验目的
a) 了解阳离子改性剂的合成方法;
b) 了解阳离子改性剂与纤维素作用的原理及改性方法;
c) 了解纤维素织物的染色性能的测定方法;
d) 掌握电位滴定法测定叔胺含量的方法;
e) 掌握用分光光度法测织物的上染率.
f) 文献的查阅及实验原理的了解；
g) 基本操作的熟练性、基本技能的掌握情况和实验数据的可
信性；
h) 实事求是的科学态度，分析问题和解决问题的能力。
三．实验原理
1. 用基准物碳酸钠来标定配制的HCl 溶液, 用甲基橙作指示剂. NaCO 3+2HCl=2NaCl+CO2+H2O
甲基橙变色范围 PH
3.1
PH>4.4 黄色
2. 总胺的测定:
胺与盐酸中和，是溶液PH 值发生变化，用酸度计测定溶液PH 值，做出PH （mv ）~V图，求出滴定终点，即可计算出总胺的含量（mol/g）
3. 十二烷基二甲基胺含量的测定:
在胺中加入酰基化试剂后，伯胺，仲胺发生酰基化反应，生成酰胺，叔胺不发生变化。用盐酸滴定，发生中和反应，即可测定出叔胺的含量（mol/g）
4. 改性剂的合成
R 3N +ClC H 2C H H 2
O
[R3N C H 2C H H 2]+
O H C l _X [R3N C H 2C H H 2]+O H C l _X +[R3N C H 2C H H 2]X O
_++C ell--O H +[R3N C H 2C H H 2]X 3N C H 2C H C H 2C ell]X
O O H
5. 叔胺转化率的测定（用两相逆滴定法测出其表面活性剂
的含量）
溴甲酚绿是阴离子染料，在碱性氯仿—异丙醇-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溶液，此时水相中有阴离子表面活性剂和溴甲酚绿染料。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溴甲酚绿形成络合物，蓝色开始转移到油相中，此时油相和水相中蓝色相同。
6. 染色工艺
40min
50
50℃(取出)
45min ℃
入染* 加NaCO 310g/L
*未改性织物入染时需加NaCl 20g/L.
7. 分光光度计使用原理
分光光度计采用一个可以产生多个波长的光源，通过系列分光装置，从而产生特定波长的光源，光源透过测试的样品后，部分光源被吸收，计算样品的吸光值，从而转化成样品的浓度。样品的吸光值与样品的浓度成正比。
四．实验内容
1. 叔胺含量的测定
（1）配制0.2mol/L盐酸(异丙醇—乙二醇 1:1)标准液溶液250ml 。
（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.
（3）总胺的测定:
称取1.0～1.1g ＋二烷基二甲基叔胺, 加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0.2mol/L的盐酸异丙醇—乙二醇标准
溶液, 并用酸度计测定溶液的pH 值(或电势mV 值)
与HCl 加入量(Vml)的关系, 作pH(mV)～V 图, 求出
滴定终点, 计算出总胺的含量(mol/g)。
（4）十二烷基二甲基胺含量的测定:
称取1.0～1.1g 融化的＋二烷基二甲基叔胺样品
(称准至0.1mg) 于100ml 烧杯中，慢慢加入10ml 乙
酸酐(如样品有固体出现，则需要在温和的电炉上加
热融化) ，摇匀后在室温下放置15min 。然后加入
50ml 异丙醇溶液，放入搅拌磁子，插入电极，开启
磁力搅拌器，用盐酸异丙醇—乙二醇溶液进行电位
滴定，绘制滴定曲线。计算出叔胺的含量(mol/g)。
1. 改性剂的合成
取15g 十二烷基二甲基胺于三口瓶中, 加入45ml 异丙醇, 摇匀，滴加浓HCl 至溶液pH=7,然后再加环氧氯丙烷(总胺:环氧氯丙烷=1.0:1.1mol比), 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80～90℃, 反应3h, 冷却出料, 得
到改性剂。
2. 叔胺转化率的测定
称取一定量的合成的改性剂，用溴甲酚绿指示剂两
相逆滴定法测出其表面活性剂的含量(mol/g)。测定方法如下：
（a ） 仪器和试剂
150ml 具塞量筒；500ml 容量瓶；25ml 移液管；氯仿；异丙醇；十二烷基硫酸钠；氯化钠；Na3PO4.12H2O ；Na2HPO4.2H2O ；溴甲酚绿。
0.004mol/L 纯度为81%的十二烷基硫酸钠标准液：称取
1.14—1.16g ＋二烷基硫酸钠于250ml 水中溶解，稀释至1000ml 。
溴甲酚绿溶液：溶解约50mg 溴甲酚绿染料于10ml 异丙醇中；溶解50g 氯化钠、20gNa3PO4.12H2O 、20g Na2HPO4.2H2O于800ml 水中，将两液混合，用水稀释至1000ml 。
（b ）测定操作
1>、称取约1g 样品(纯阳离子表面活性剂，称准至0.0001g) 于容量瓶中，加水溶解，定容至250ml 作为试验溶液。 2>、吸取10.00ml 试验液于150ml 具塞量筒中，加入25ml 溴甲酚绿溶液、25ml 氯仿—异丙醇(2:1)，再准确加入0.004mol/L十二烷基硫酸钠溶液25.00ml ，强烈振荡
3>、用0.004mol/L阳离子标准液滴定。在滴定开始时，每次加2ml ，强烈振荡混合后静置分层，等分层速度加快，即每次减少滴定量，快近终点时，每次加1滴，振荡，静止分层后，在白色背点下观察两层颜色，当两层颜色相同时即为终点。
3. 纤维素织物的阳离子改性
（1）改性剂的配制
准备四只400ml 大烧杯，编号1、2、3、4，在三个烧杯中各加入2.5g NaOH, 然后加水溶解, 在1、2、3号烧杯中分别加入改性剂3ml 、6ml 、9ml, 最后加水至150ml ，同时在第四只烧杯中加入150ml 水。
（2）改性方法:
取四块约5g 重的织物分别浸入上述改性液中, 搅拌,
加热至70～80℃, 保温1h, 在此期间经常搅拌, 然后取
出, 用水冲洗后, 浸入2g/L的HAc 溶液中, 搅拌3～
5min, 取出, 水冲洗, 挤干。
4. 织物的染色及上染率的测定
（1）染色工艺
40min
入染* 加NaCO 310g/L
*未改性织物入染时需加NaCl 20g/L. 5050℃(取出) 45min
（2）方法
a. 染料溶液的配制:准确称取1.3g 染料, 加水溶解,
稀释至500ml.
b. 染液吸光度的测定:取5.00ml 上述染液稀释100
倍, 测出其吸光度A 1.
c. 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, 取出织物用少量的水
洗涤, 洗涤后的水与染液合并, 稀释至500.00ml,
酌情稀释后测出其吸光度A 2..
d. 上染率的计算:
上染率=(1－A 2×(染液稀释倍数)/(A1×染料原液稀释倍数)) ×100%
五．数据处理
1. 叔胺含量的测定
（1）配制0.2mol/L盐酸(异丙醇—乙二醇 1:1)标准液溶液250ml 。
由cv=pvw/M ρ
HCl =1.18g/ml, M=36.5g/mol
得0.2×250×10-3=1.18×V HCl /36.5
v （HCl ）=4.30ml
异丙醇—乙二醇（ 1:1）则v(异丙醇)=v(乙二醇)=123ml
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.
（3）总胺的测定:
称量十二烷基二甲基叔胺：m 1=1.05g
作出pH(mV)～V 图（见作图纸）, 求出滴定终点, 计算出总胺的含量(mol/g)
n 胺=nHCl
即： b1m 1= CHCl V 1
所以有:
b 1=CHCl V 1/m 1=0.2044×23.85/1.05=4.6428mmol/g 故：＋二烷基二甲基叔胺中总胺的含量为：b 1=4.6428mmol/g
（4）十二烷基二甲基胺含量的测定:
称量十二烷基二甲基叔胺：m 2=1.01g
作出pH(mV)～V 图（见作图纸）, 求出滴定终点, 计算出叔胺的含量(mol/g)
n 胺=nHCl 即： b2m 2= CHCl V 2
所以有:
b 2=CHCl V 2/m 2=0.2044×23.39/1.01=4.7336mmol/g 故：＋二烷基二甲基叔胺中总胺的含量为：b 2=4.7336mmol/g
2. 改性剂的合成
称取十二烷基二甲基胺：m
胺=14.99g
，M 胺=213g/mol
n 胺= m胺 / M胺 =14.99g/213g/mol=0.0704mol M 烷=92.5g/mol
m 烷= n胺×1.1×M 烷=0.0704×1.1×92.5=7.16g
又知：环氧氯丙烷密度: ρ
=1.180-1.188g/mol
可估算约用环氧氯丙烷: V ≈6.05ml
实际量取环氧氯丙烷6.07ml ，异丙醇45ml
调节混合液：PH ≈7, 经计算知需盐酸体积为：V HCl ≈6.28ml 反应后改性剂产物共有：m
产物 =60.17g
3. 叔胺转化率的测定
1>、配制十二烷基硫酸钠标准溶液，由： 0.004mol/L×250×10-3L=81.5% m得： m
称=0.3538g
称
/288.38
2>、配制溴甲酚溶液（粗配）， 称取产物样品： m 3>、滴定 已知: C
胺=0.004mol/L ,
样=1.0042g 并定容至250ml
V 胺=250ml
4>、叔胺转化率的计算
设1g 该样品中含有改性剂n ，有：
c （烷）v （烷）=c（改性剂）v （改性剂） =c（改性剂）×250ml
n
所以V
n =0.004mol/L×250×10L
得： n =8.61×10 mol/g 则m 产物 =60.17g中共有改性剂：
N 共= n/1.0042×m 产物=8.61×10 mol/g/1.0042×60.17g=0.052mol
平均/250 ×
-3
-4
-4
即参与反应的叔胺：n
反应=
n共=0.052mol
-3
所称14.99g 反应物中共有叔胺：
n 总=14.99g ×4.73×10mol/g=0.071mol
所以叔胺的转化率为： α= n
反应/
n 总=0.052mol/0.071mol=73.24%
纤维素织物的阳离子改性及上染率的测定
染液稀释倍数：20×3＝60 染料原液稀释倍数：100 由公式：
上染率=(1－A 2
×(染液稀释倍数)/(A1×染料原液稀释倍数) ）×100% 易得：
5>、评价
实验结果显示，改性剂起到了提高染料上染率的作用，而且在我们的实验范围内，改性剂越多，上染效果越好，颜色越深。由于时间有限，我们不能做出更多的数据，所以我们只能得出结论，在一定范围内，上染率随改性剂的增多而提高。
六．实验心得
1. 由于实验误差，我们的实验结果叔胺成分大于总胺，可能
由于仪器误差导致，故我们应注意保护仪器。
2．我们的实验结果取得了较高的叔胺转化率和上染率，是我们四天来辛勤努力的成果。在试验中，我们一直遵循严谨的实验态度，认真做好每一步。
3. 做综合实验之前，应该充分查阅相关资料，提前设计实验思
路，做好实验安排计划，否则会造成实验过程中步骤混乱，浪费时间、精力和材料。
4. 在实验中一定要一丝不苟，及时思考随时记录，如果有问题应及时跟同学讨论，还不能解决，应及时向老师请教。问题留到明天只能积攒更多的问题而得不到解决。
5. 实验教学可以激发我们学习化学的兴趣, 帮助形成化学概念, 获得化学知识和实验技能, 培养观察和实验能力, 还有助于培养实事求是, 严肃认真的科学态度和科学的学习方法。激发了学习
兴趣。培养了我们分析问题、观察问题和解决问题的能力。同时，通过一段时间的实验，我们已经能基本掌握常见化学仪器的使用方法。实验操作逐渐规范，动手能力大大加强。