Cuarta práctica el rayóN (celulosa regenerada)



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CUARTA PRÁCTICA
EL RAYÓN (CELULOSA REGENERADA)

OBJETIVO


Preparación de una fibra artificial como el rayón, por transformación química de la celulosa.

INTRODUCCIÓN

El deseo del ser humano de imitar, primero, y superar, después, a los productos naturales, ha sido siempre una constante en la historia. La fabricación de fibras textiles con propiedades específicas y determinadas ha sido un claro ejemplo de ello. El desarrollo de estas fibras se debe a la gran demanda de fibras textiles, no siendo posible satisfacer dicha demanda únicamente con las fibras naturales.

El rayón fue la primera fibra manufacturada que se produjo a partir de un polímero que se encuentra en la naturaleza como es la celulosa contenida en la madera. Las fibras de celulosa presentes en el algodón y en el lino son de gran pureza (90-95%) y tienen aplicación textil directa (se pueden tejer sin tratamientos químicos). La madera contiene del 40 al 60% de celulosa, el resto es fundamentalmente lignina que es necesario eliminar para obtener la celulosa pura. El consumo mayor de celulosa es para papel y cartones, en segundo lugar, para obtener fibras textiles como el rayón, el acetato de celulosa y el nitrato de celulosa.

Para fabricar hilos a partir de un polímero lineal, este se funde (termoplástico) y, la masa fundida, se hace pasar a través de una tobera con orificios de boquillas finas, y de esta forma transformarla en filamentos muy finos. Este proceso de hilado recibe el nombre de extrusión. La celulosa no se puede hilar por fusión ya que se descompone (carboniza) antes de fundir y tampoco por disolución ya que no es soluble en ningún disolvente orgánico. Por ello la celulosa se transforma a través de un proceso químico, en un compuesto soluble que se puede hilar o laminar. Una vez hilado vuelve a transformarse en la celulosa original que recibe el nombre de rayón. No obstante, durante este proceso se produce una degradación parcial de las fibras de celulosa por lo que la longitud de las cadenas en el producto final es menor. Dependiendo del procedimiento químico usado el rayón recibe diferentes nombres, tales como rayón viscosa o rayón de cuproamonio entre otros. El rayón es, por tanto, una fibra de celulosa manufacturada y regenerada. Se le puede considerar una fibra artificial obtenida a partir de un polímero natural, a diferencia de otras fibras sintéticas que se obtienen a partir de productos petroquímicos.



FUNDAMENTO TEÓRICO



Rayón viscosa
La celulosa, procedente de pasta de madera, recibe distintos tratamientos para poder utilizarla como fibra en la industria textil. En la preparación de la fibra denominada rayón viscosa las fibras de celulosa se tratan con una disolución de sosa y disulfuro de carbono, S2C. La sosa produce rotura de cadenas de celulosa dando una celulosa de menor peso molecular. El xantato de celulosa así obtenido es una masa viscosa que se extruye a través de unos orificios de platino (hilado en húmedo). Las fibras resultantes se coagulan en un baño que contiene H2SO4, Na2SO4 y ZnSO4; así se obtiene una celulosa regenerada (rayón viscosa) con una superficie brillante y sedosa. Las fibras obtenidas se estiran hasta 30 veces su longitud original, se recogen en bobinas y se secan para eliminar el disolvente (agua). Las fibrillas se tuercen y se estiran en haces formando hilos.

Si la disolución de viscosa se extiende con laminadoras y posteriormente se coagula, se obtienen películas de tipo celofán. El papel de celofán se prepara enfriando rápidamente el film, para que el tamaño de los cristales sea menor que la longitud de onda de la luz, por ello resulta tan transparente a la luz visible y a la luz ultravioleta. La permeabilidad a los gases es muy pequeña, de ahí su uso para envases de bombones, cigarrillos y dulces entre otros. Se evita la pérdida de aromas y que se enrancien.
Rayón de cuproamonio (rayón que se va a prepara en esta práctica)

En este proceso, la celulosa purificada se trata con el reactivo de Schweitzer que se prepara “in situ” por reacción de una disolución acuosa de amoniaco con sulfato de cobre sólido.




La disolución del hidróxido de cobre en amoniaco, así obtenida, recibe el nombre de reactivo de Schweitzer. Este reactivo, fuertemente básico, reacciona con los grupos hidroxilo libre de las cadenas de celulosa dando lugar a un complejo de cobre, soluble en agua, que permite su hilado. La masa viscosa así obtenida, una vez hilado, se trata con ácido sulfúrico diluido para regenerar la celulosa que ahora recibe el nombre de rayón cuproamoniacal. Las fibras resultantes poseen filamentos más finos que los de la seda natural, con un aspecto agradable a la vista y al tacto.

MATERIALES Y REACTIVOS

1 vaso de precipitados de 100 ml

1 vaso de precipitados de 250 ml

1 embudo büchner

1 kitasato

Cuentagotas

Varilla de vidrio

Sulfato de cobre, CuSO4(s)

Amoniaco, NH3 (disolución al 30%)

Ácido sulfúrico, H2SO4 (disolución al 5%) dos vasos de precipitados



EXPERIMENTACIÓN

En un vaso de 100 ml se mezclan 4,25 g de CuSO4 con 14 mL de agua y se calienta ligeramente hasta que el sulfato de cobre se haya disuelto totalmente, después dicha disolución se enfría. Sobre esta disolución se añaden gota a gota y agitando, 1,5 mL de NH3 (30%), formándose un precipitado azul pálido de hidróxido de cobre. Se filtra el sólido a través de un embudo Büchner, se lava con agua (10 mL) y se coloca en un vaso de precipitados de 100 mL.



La siguiente operación, que consiste en disolver el hidróxido de cobre obtenido anteriormente en la menor cantidad posible de amoniaco concentrado (aproximadamente 15 mL) debe realizarse en una campana de extracción y en un vaso de precipitados de 100 ml. La disolución oscura que resulta se llama reactivo de Schweitzer. Sobre la disolución así obtenida se añaden, agitando constantemente, trocitos de servilleta de papel o papel de filtro, hasta que adquiera un aspecto viscoso. Con un cuentagotas se recoge parte de la masa viscosa obtenida. Seguidamente, el orificio de salida del cuentagotas se introduce en un vaso de precipitados de 250 ml que contiene una disolución de ácido sulfúrico al 5% (50 ml), y se impulsa lentamente y de manera continua sobre la disolución ácida, observando rápidamente la aparición de las fibras de rayón.
Una vez concluida la práctica los residuos de Rayón se depositarán en un bote, y la pipetilla utilizada para depositarlo en la disolución de H2O-H2SO4 se tira.

Completar la hoja de resultados correspondiente a esta práctica, que se encuentra en el documento anexo de la práctica 4.




IV-




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