测定纤维素黄酸酯酯化度的方法及相关影响因素探讨

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摘要：粘胶纤维生产的黄化过程中，纤维素黄酸酯的酯化度是一项重要的衡量指标。在生产中，如何简单快速地测定出纤维素黄酸酯的酯化度，对生产具有相当的指导意义。本文旨在用一种生产实践中总结出的快速方便地测定纤维素黄酸酯酯化度的方法对此进行说明和探讨。

关键词：纤维素黄酸酯；酯化度γ值；二硫化碳；碱纤维素

粘胶纤维是将原来的天然木材、棉籽绒等原料，通过物理、化学方法，提取其中的纤维素，再将纤维素重新溶解抽丝再造的纤维。粘胶纤维作为一种以天然纤维素为原料的纤维，因其舒适的服用性和天然原料的环保性，正在越来越多地走进人们的日常生活中。

粘胶纤维的生产是纤维素重新溶解抽丝的再造过程，纤维素是大分子化合物，大分子上带有大量的羟基（OH），它们相互作用而生成牢固的氢键，阻碍着纤维素直接溶解于普通的溶剂中。纤维素经碱化处理后，虽然削弱部分氢键，但尚不能溶于普通溶剂，故必须对碱纤维素进行黄化。通过黄化，生成纤维素黄酸酯，使纤维素黄酸酯有可能在水中或氢氧化钠溶液中溶解。黄化中的酯化度是一项确定黄化反应程度的重要指标，酯化度越高，黄化反应越好。目前测定酯化度的方法有紫外光谱法、阴离子交换法等，准确度较高，但因所需仪器、设备昂贵，检测成本高，在生产中实用性差。本文介绍的方法无需复杂仪器设备，可在生产车间进行操作，利于及时解决生产问题，但应注意消除相关因素对检验结果的影响。

1 酯化度测定原理

黄化反应中，除了碱纤维素与二硫化碳作用生成纤维素黄酸酯外，尚有其他副反应生成物，主要有三硫代碳酸钠及一些硫化钠，这些副反应物可以用饱和氯化铵洗涤除去。留下的纤维素黄酸酯与碘能起定量反应，生成纤维素二黄酸盐。用淀粉做指示剂，以Na2S2O3回滴剩余的碘。反应方程式如下：

2 酯化度的测定

取样：用取样棒于黄化机中4个不同部位取样，然后混匀装于50 mm×30mm规格的20mL称量瓶中盖紧。

仪器：厚壁平底瓷杯、烧杯、广口瓶、碘量瓶、称量瓶、玻璃棒、酸式滴定管。

药品：饱和NH4Cl溶液（5℃）； NaOH溶液：浓度1mol； CH3COOH：浓度1.5mol；I2标准溶液：浓度0.05mol；Na2S2O3：浓度0.1mol；淀粉指示剂。

操作步骤：用差量法迅速、精确称取约1克样品于厚壁平底瓷杯中，加入50mL冷的饱和NH4Cl溶液，以玻璃棒挤压2分钟，然后在玻璃漏斗上（铺府绸布）滤掉洗涤液，再以冷的饱和NH4Cl溶液洗涤3次，最后压净NH4Cl溶液。将洗好的纤维素黄酸盐移入300mL烧杯中，用少量蒸馏水洗涤瓷杯。再将府绸布上的纤维素黄酸盐用少量蒸馏水洗入烧杯中，加1mol/L NaOH 30mL（视烧杯中水量而定，加碱量为水量的一倍），搅拌均匀，静置。待其全部溶解后滴入2滴酚酞指示剂，用1.5mol/L CH3COOH中和后，放置10分钟。另于500mL碘量瓶中，加入20mL 0.05mol/L I2和20mL 1.5mol/L CH3COOH，在剧烈摇动下，将纤维素黄酸盐溶液缓缓倒入碘量瓶中，用蒸馏水洗涤烧杯数次，洗涤液一并倒入碘量瓶中。再加入蒸馏水使总体积保持在350mL左右，放置3分钟后，用0.1mol/L Na2S2O3溶液滴至蓝色消失后加入过量1mL～2mL滴定液记录读数b，再以0.05mol/L I2标准溶液滴至蓝色重新出现即为终点，记录读数a。

结果计算：

应用该方法在实际生产中进行试验，计算结果见表1。

从上述结果可看出，同一机台，不同黄化批，虽然工艺条件一致，但批次不同，所测结果存在一定差异，其中2#机、3#机数据差异较大，1#机、4#机数据离散度小。

3 测定结果分析讨论

（1）以上4组数据中，2#机数据所以离散度大，经对做样过程比较，2#机378批样，取样时瓶盖破碎，分析是因样品和空气接触吸收水分和二氧化碳而发生分解，导致测试结果偏低，从而与同一机台另两批数据产生较大差异。因而，须用带盖磨口瓶取样，以防止结果偏低。

（2）饱和NH4Cl溶液温度应控制在5℃以下（可用冷冻工段的冷盐水做冷却剂，也可直接用冰块控温），因NH4Cl溶解度受温度影响会发生变化，上述数据中，3#机454批数据所以偏低，是因为未对饱和NH4Cl溶液进行冷却，在室温下（20℃）操作，导致NH4Cl分解，致分析结果偏低。

（3）NH4Cl溶液必须达到饱和后方可使用，否则，副反应物不易彻底去除，易使结果偏低。

（4）用玻璃棒挤压洗涤时，操作要迅速，因黄化反应是可逆的，在副反应生成物除去后，纤维素黄酸酯又会分解并转变成副反应生成物，时间延长，则可增加副反应物而使测定结果偏低。

（5）因黄化反应是可逆的，因此车间送来的样品不可放置，应马上迅速取样称量。

（6）因上述公式中，分母为试样重量与纤维素的乘积，因而，纤维素含量测定要力求准确，否则对结果影响很大。

4 结论

（1）此方法操作比较方便，对人员及仪器要求不高，便于推广，在我公司，此方法得到普遍使用。但此法准确度受到上述相关条件影响，应保证测定条件。

（2）在生产线上，通过及时测定黄化后的纤维素黄酸酯，可以比较直接地反映出黄化反应的结果，并结合分析其他工艺测定结果，可以反映出生产中出现的问题。

（3）通过酯化度的分析，可以找出不同生产机台间黄化的差异性，对于调整工艺、设备提供基础数据。

（作者单位：丹东国资化纤公司）