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Departamento Académico de In...
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I. OBJETIVOS............................................................................................... 3
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I. OBJETIVOS
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Estructura física del rayón
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El rayón fue la primera fibra...
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RAYÓN CUPROAMIONIO

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TRABAJO DE INVESTIGACÍON

RAYÓN CUPROAMIONIO

  1. 1. UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN CRISTÓBAL DE HUAMANGA FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA Y METALURGIA Departamento Académico de Ingeniería Química ESCUELA DE FORMACIÓN PROFESIONAL DE INGENIERÍA QUÍMICA QUÍMICA ORGÁNICA “OBTENCIÓN DE RAYÓN CUPROAMONIO” PROFESOR DE TEORÍA : Ing. Alcira Córdova Miranda PROFESOR DE PRÁCTICA : Ing. Alcira Córdova Miranda ALUMNOS : PILLACA GUILLEN YOMAR GRACIANO LAPA, IDER DIA DE PRÁCTICAS: martes HORA: 10:00 PM - 1 PM MESA: “3” FECHA DE EJECUCIÓN: 30/07/2016 FECHA DE ENTREGA: 07/07/2016 AYACUCHO – PERÚ 2016
  2. 2. ÍNDICE I. OBJETIVOS............................................................................................... 3 II. REVISION BIBLIOGRÁFICA............................................................................. 3 Estructura física del rayón .................................................................................................................................................4 Método de producción.......................................................................................................................................................6 RAYÓN DE CUPROAMONIO...............................................................................................................................................9 Aplicaciones del rayón de cuproamonio........................................................................................................................9 III. MATERIALES Y REACTIVOS.......................................................................... 10 IV. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL................................................................. 11 V. OBSERVACIONES Y RESULTADOS EXPERIMENTALES........................................... 11 Resultado ............................................................................................................................................................................15 VI. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ......................................................... 18 Rayón de cuproamonio ....................................................................................................................................................20
  3. 3. UNIVERSIDAD NACIONAL SAN CRISTÓBAL DE HUAMANGA Facultad de Ingeniería Química y Metalurgia 3 I. OBJETIVOS - Obtener rayón de cuproamonio alterando la estructura de la celulosa por reacción del reactivo de Schweitzer. - Preparación de fibras a partir de celulosa. II. REVISION BIBLIOGRÁFICA Llamado también rayón Bermberg, rayón cupramoniacal. En 1919, la firma alemana J. P. BembergAG, produce rayón a partir de regenerar celulosa solubilizada con amoniaco y oxido de cobre. El rayón cuproamonio es muy similar al rayón viscosa, pero es de mayor calidad y costo. Esta fibra es mucho más delgada que la de la sedanatural, con un aspectoagradable a la vista y al tacto. Conella se elaboran: Blusas, faldas, pantalones, vestidos, cortinas, gabardinas. Tiene gran resistencia al uso y a la luz y presenta mayor facilidad para el tinte que otros rayones; se arruga mucho menos y también es atacado por las polillas. Métodos de cuidados para las prendas realizadas con cuproamonio: - Las fibras las dañan los ácidos, son resistentes a los álcalis diluidos y no las afectan los disolventes orgánicos. - Es atacado por la polilla y el moho. No sufre gran daño con la luz solar. - Resiste una temperatura de planchado relativamente alta. Arde con facilidad. - Las telas tienden a encogerse progresivamente, no se puede controlar el encogimiento con sanforizado.
  4. 4. UNIVERSIDAD NACIONAL SAN CRISTÓBAL DE HUAMANGA Facultad de Ingeniería Química y Metalurgia 4 Estructura física del rayón El rayón fue la primera fibra manufacturada, se produce a partir de un polímero que se encuentra en la naturaleza, en este caso viene siendo la celulosa (madera, papel, algodón). 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). En otros casos, la madera contiene del 40 al 60% de celulosa, el resto es fundamentalmente lignina que es necesario eliminar para obtener la celulosa pura. Por lo tanto no es una fibra sintética, sino una fibra celulósica manufacturada y regenerada. Durante la década de los años 30, se fabricaba en forma de hilo, hasta que se descubrió que las fibras rotas que se desechaban en la producción de hilo valían para ser entretejidas. El rayón normal posee líneas longitudinales llamadas estrías y una seccióncruzada de forma indentada circular. Las secciones cruzadas del HWM y del rayón "cupra' son redondas. El rayón filamentoso tiene de 80 a 980 filamentos por hilo. Las fibras de rayón son por naturaleza muy brillantes, pero la adición de pigmentos mates reduce su brillo natural. Por otro lado, existe el rayón de cupramonio. Este tipo de rayón tiene propiedades similares a la viscosa, pero durante su producción la celulosa es combinada con cobre y amoniaco. Debido a los efectos medioambientales derivados de este método de fabricación, el rayón de cupramonio ya no se produce en los Estados Unidos.
  5. 5. UNIVERSIDAD NACIONAL SAN CRISTÓBAL DE HUAMANGA Facultad de Ingeniería Química y Metalurgia 5 El rayón fue la primera fibra importante fabricada por la industria. Está hecho de celulosa reconstituida. La celulosa es un polímero natural de origen vegetal que forma la parte blanda de la madera y de los tallos de las plantas. En la preparación del rayón la celulosa se disuelve en medio básico, luego la disolución se extruye con una jeringa en un baño ácido de neutralización y de la extrusión precipita la fibra de rayón. Para diluir la celulosa hay varios métodos que tienen en común el uso de un medio fuertemente básico. Aquí se toma el papel de filtro (la celulosa más común del Laboratorio) y se coloca en una solución que contiene el complejo tetraamino- cobre(II), Cu(NH3)4 2+ ,a través del dihidróxido de tetraamino-cobre(II), llamado reactivo deSchweitzer, en honor del descubridorde este procedimientodedisolución de la celulosa. La celulosa disuelta en el tetraamino-cobre(II) está muy concentrada. La disolución recibeel nombre de viscosa, que es tambiénel nombre de la seda artificialelaborada con rayón. A esta celulosa disuelta se la hace precipitar, mediante la neutralización
  6. 6. UNIVERSIDAD NACIONAL SAN CRISTÓBAL DE HUAMANGA Facultad de Ingeniería Química y Metalurgia 6 en medio ácido de la viscosa. La celulosa natural tiene un peso molecular entre 300000 y 1000000, según el origen. La celulosa natural es altamente cristalina e insoluble en agua. El polímero que se fabricará aquí, el rayón de cupramonio, que es una celulosa regenerada, difiere de la celulosa natural debido a la intensa degradaciónque ha sufrido la celulosa original en el procesode disolución. Las fibras de rayón son mucho menos cristalinas que las de la celulosa original. La estructura del rayón puede representarsepor la repeticiónnveces dela estructura siguiente. Método de producción El rayón normal (o viscosa) es la forma más producida de rayón. Este método de producción de rayón ha sido empleado desde principios de los 90 y tiene la capacidad de producir tanto filamentos como fibras entretejidas. El proceso se basa en la siguiente serie de pasos: 1. Selección de la celulosa: La producción empieza con celulosa procesada. 2. Inmersión: La celulosa es disuelta en sosa catictira.
  7. 7. UNIVERSIDAD NACIONAL SAN CRISTÓBAL DE HUAMANGA Facultad de Ingeniería Química y Metalurgia 7 3. Prensado: La solución es prensada por rodillos para eliminar el exceso de líquido. 4. Elaboración de pasta blanca: Las hojas prensadas sondespedazadas o trituradas para producir lo que se conoce como "pasta blanca". 5. Envejecimiento: Se consigue exponiendo la "pasta blanca" a la acción del oxígeno. 6. Xantación: La 'pastablanca"envejecida es mezclada con disulfuro de carbono en un proceso conocido como xantación, 7. Pasta amarilla: La xantación modifica la composición de la mezcla de celulosa resultado un producto llamado "pasta amarilla". 8. Obtención de la viscosa: La "pasta amarilla" es disuelta en una solución cáustica para formar viscosa, 9. Maduración: La viscosa se deja reposar durante un tiempo. dejando que se madure. 10.Filtración: Tras la maduración, la viscosa es filtrada para eliminar cualquier partícula no disuelta. 11.Degasificación: Cualquier burbuja de aire se elimina de la viscosa por presión 12.Extrusión: La solución de viscosa es estriada a través de un molde parecido a una alcachofa de ducha con agujeros muy pequeños 13.Baño ácido: Una vez que la viscosa sale del molde permanece sumergida en ácido sulfúrico, resultando los filamentos de rayón.
  8. 8. UNIVERSIDAD NACIONAL SAN CRISTÓBAL DE HUAMANGA Facultad de Ingeniería Química y Metalurgia 8 14.Estirado: Los filamentos de rayón son estirados para fortalecer las fibras 15.Lavado: Las fibras son lavadas para eliminar cualquier residuo químico 16.Corte: SI lo que se desea producir sonfilamentos, el proceso acaba aqui. si no se sigue con el entretejido. Durante este procesoseproduceuna degradaciónparcialdelas fibrasdecelulosa 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. 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) O O HO OH O OH O HO OH OH O n NaOH(ac) S2C O O HO OR O OR O HO OR O O S S Na n H+ Rayón viscosa celulosa R = S S Na
  9. 9. UNIVERSIDAD NACIONAL SAN CRISTÓBAL DE HUAMANGA Facultad de Ingeniería Química y Metalurgia 9 RAYÓN DE CUPROAMONIO 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. CuSO4(s) + 6NH3 + 2H2O Cu(OH)2(s) + 2NH4 + SO4 -2 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. Aplicaciones del rayón de cuproamonio. Se utiliza principalmente en la industria textil en la elaboración de revestimiento, en playeras, blusas, faldas, pantalones, vestidos, cortinas etc. En otras áreas, se utiliza en la confección de decoraciones (colchas, mantas, tapicería, etc.), en la industria (material quirúrgico, productos no tejidos, armazón de neumáticos) y otros. Usos productos para higiene femenina.
  10. 10. UNIVERSIDAD NACIONAL SAN CRISTÓBAL DE HUAMANGA Facultad de Ingeniería Química y Metalurgia 10 III. MATERIALES Y REACTIVOS  1 pipeta 2 ml 1 perilla  1 espátula 1 piseta  1 mechero 1 probeta 15 ml  2 vasos de precipitado 100 ml 1 gotero  1 vidrio reloj 1 baño maría  1 vaso de precipitado 50 ml 1 matraz aforado 50 ml  2 papel filtro  1 jeringa con aguja (cualquier tamaño) celulosa 1 g (algodón, papel, cartón, etc.  Reactivo Sulfato de cobre amoniaco Ácido sulfúrico
  11. 11. UNIVERSIDAD NACIONAL SAN CRISTÓBAL DE HUAMANGA Facultad de Ingeniería Química y Metalurgia 11 IV. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL Se agregan 5 g de CuSO4 y 15 ml de agua a un vaso de 100 ml, se calienta suavemente la mezcla en baño maría hasta disolución total del sulfato de cobre y posteriormente se enfría la solución. A la solución se agregan 1.6 ml de NH3 30% gota a gota y con agitación constante observando la formación de un precipitado azul pálido. Se filtra en vacío lavando con 10 ml de agua y el sólido se coloca en un vaso de 50 ml. El sólido obtenido se disuelve con la menor cantidad posible de NH3 concentrado (aproximadamente 7 ml), esta operación debe realizarse en campana de extracción. En la solución obtenida se agregan poco a poco y con agitaciónconstante pequeños trozos de celulosa hasta que se adquiera una consistencia viscosa. La jeringa sin aguja se llena con el producto obtenido, se coloca la aguja y lentamente de manera continua se impulsa el producto sobre un vaso que contenga 50 ml de una solución de H2SO4 al 5%. Se espera a que el coagulado tome una coloración blanca, enjuagar el producto en agua. V. OBSERVACIONES Y RESULTADOS EXPERIMENTALES Al inicio de esta práctica se mezcló con agitación 5 g sulfato de cobre y 15 ml e agua en un vaso de precipitado, y se calentó en baño María hasta la disolución del compuesto, una vez disuelto completamente se agregó y con agitación 1.6 mL de una solución de NH3 al 30%, observando la formación de un precipitado de color azul claro, este precipitado se filtró en una bomba de vacío, junto con 10 ml de agua, obteniendo el sólido puro que se colocó en un vaso de precipitado de 50 ml.
  12. 12. UNIVERSIDAD NACIONAL SAN CRISTÓBAL DE HUAMANGA Facultad de Ingeniería Química y Metalurgia 12 Este sólido se disolvió con 7 ml de NH3 concentrado, observando un cambio de color a una tonalidad de azul más oscuro, después a esta solución se le agregaron 0.15 g de papel y 0.28g de cartón observándose la desaparición de los compuestos agregados y al mismo tiempo la formación de una solución viscosa, una vez todo el contenido obtuvo la misma consistencia se extrajo la solución del vaso con una jeringa sin aguja y a esta se le agrego a una solución de 50 ml de H2S04 al 5% (la cual se preparó agregando 2.5 ml de ácido sulfúrico y aforando hasta 50ml con agua), observándose la formación de hebras de color azul, que pasado el tiempo cambiaban de color a una tonalidad blanca, esta se pasó a un vaso de precipitado con agua para finalmente ser lavada y posteriormente colocarlo en un recipiente para su secado. CuSO4 Diluido Cu(OH)2 color turquesa
  13. 13. UNIVERSIDAD NACIONAL SAN CRISTÓBAL DE HUAMANGA Facultad de Ingeniería Química y Metalurgia 13 Filtración de Cu(OH)2 complejo de tetraaminocobre El papel(celulosa) le da el aspecto viscoso El compuesto y solución de ácido sulfúrico (al 5%),
  14. 14. UNIVERSIDAD NACIONAL SAN CRISTÓBAL DE HUAMANGA Facultad de Ingeniería Química y Metalurgia 14 Fibra de rayón cuproamoniacal Fibras de color blanco
  15. 15. UNIVERSIDAD NACIONAL SAN CRISTÓBAL DE HUAMANGA Facultad de Ingeniería Química y Metalurgia 15 Resultado Al inicio de esta práctica se hizo reaccionar una solución acuosa de sulfato de cobre con amoniaco, esto se realizó para formar un compuesto de sulfato de amoniaco más hidróxido de cobre, este último es un compuesto de color turquesa, lo que explica el precipitado de ese color y se filtró al vacío para contener solo este compuesto y eliminar el resto. (1)Cu2+ (aq) + 2NH3(aq) + 2H2O(aq) Cu(OH)2(s) + NH4 (ap) Azul turquesa Después a este compuesto resultante de hidróxido de cobre se le agrego amoniaco otra vez, pero esta vez se realizó con el fin de formar un complejo de tetraaminocobre (Cu(NH3)42+ + 2OH-) o reactivo de Schweitzer, el cual, al ser fuertemente básico, reacciona con los grupos hidroxilo libre de las cadenas de celulosa del papel y el cartón dando lugar a un complejo de cobre (2)Cu(OH)2(s) + 4NH3(aq) Cu(NH3)4 2+ + 2OH- (aq) Turquesa azul oscuro Al final se agregó el compuesto a una solución de ácido sulfúrico (al 5%), esto debido a que este procedimiento regenera la celulosa, la cual ahora recibe el nombre de rayón cuproamoniacal, además las fibras, que inicialmente son de color azul, difunden el complejo de cobre en la disolución neutralizándolo, observando un cambio de color a un color en las fibras ahora de color blanco. (3)SO4 2- + 2NH4+(aq) (NH4)2SO4
  16. 16. UNIVERSIDAD NACIONAL SAN CRISTÓBAL DE HUAMANGA Facultad de Ingeniería Química y Metalurgia 16  La reacción (1) muestra la formación del hidróxido de cobre (II) cuando se añade amoníaco acuoso, no en exceso, a una disolución que tiene iones cobre (II).  Los complejos acuosos del cobre (II) son de color azul. Los cristales de hidróxido de cobre(II) son de color verde azulado, o turquesa.  La reacción (2) muestra la formación del complejo tetraamino-cobre(II), de intenso color azul oscuro, al añadir exceso de amoníaco al hidróxico de cobre(II).  La reacción (3) muestra la formación del sulfato de amonio, entre los iones sulfato procedentes de la disolución del sulfato de cobre(II) pentahidrato y el ión amonio de la disolución. FORMULA PARA EL PRODUCTO COMPLEJO
  17. 17. UNIVERSIDAD NACIONAL SAN CRISTÓBAL DE HUAMANGA Facultad de Ingeniería Química y Metalurgia 17 Para obtener el rendimiento de rayón obtenido, tenemos que tomar en cuenta la cantidad de celulosa utilizada, es decir la cantidad de papel y cartón utilizado, dando entre ambos un peso total de 0.423 g y después obtenemos el peso de la cantidad de celulosa obtenida a partir de la resta del producto antes y después de secar la celulosa, dando como resultado 0.3579 gr de celulosa obtenida, por tanto, mediante una regla de 3 podemos obtener la cantidad de celulosa de la siguiente manera: 0.43 gr de celulosa total = 100% 0.31gr de celulosa obtenida =X % 𝑑𝑒 𝑅𝑒𝑛𝑑𝑖𝑚𝑖𝑒𝑛𝑡𝑜 ( 0.31𝑔 𝑑𝑒 𝑐𝑒𝑙𝑢𝑙𝑜𝑠𝑎 𝑜𝑏𝑡𝑒𝑛𝑖𝑑𝑎 0.43𝑔 𝑑𝑒 𝑐𝑒𝑙𝑢𝑙𝑜𝑠𝑎 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 ) (100%) = 72.09%
  18. 18. UNIVERSIDAD NACIONAL SAN CRISTÓBAL DE HUAMANGA Facultad de Ingeniería Química y Metalurgia 18 VI. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES Conclusiones:  Obtuvimos rayón cuproamoniacal satisfactoriamente con la alteración de la celulosa con el reactivo de Schweitzer.  Pudimos comprender el método utilizado para la fabricación de rayón, el cual es un producto ampliamente utilizado dentro de la industria textil, además pudimos observar que este método es un método efectivo para la obtención de rayón ya que obtuvimos un rendimiento de 72%. Recomendaciones:  Se recomienda que el operador debe utilizar bata de laboratorio, guantes y gafas protectoras para el uso y la manipulación de los reactivos ya que como el amoniaco comercial es irritante y puede causar quemaduras en los ojos, piel y aparato respiratorio. Los compuestos de cobre son dañinos si se ingieren o inhalan.  El ácido sulfúrico es muy fuerte y tiene un gran poder deshidratante. Puede provocar quemaduras. Si hay salpicaduras, deben neutralizarse con bicarbonato de sodio y enjuagarse con abundante agua.
  19. 19. UNIVERSIDAD NACIONAL SAN CRISTÓBAL DE HUAMANGA Facultad de Ingeniería Química y Metalurgia 19 VII. BIBLIOGRAFÍA  Juan María Fernández. (1 de mayo de 2008.). RAYON CUPROAMONIO. 7 junio de 2016, de Aulas Virtuales del IES Jorge Manrique Sitio web: http://aulas.iesjorgemanrique.com/calculus/quimica/practicaslab/ray on/rayon.html.  Nakajima. (2000). Advanced Fiber spinning Tecnology. 7 julio 2016, de society of fiber science & Tecnology Sitio web: https://books.google.com.pe/books?id=sxUsqJQUKY0C&pg=PA78 &dq=rayon+cuproamonio&hl=es&sa=X&ved=0ahUKEwi_teXfzuHN AhWDGR4KHbM0AhAQ6AEIYDAJ#v=onepage&q=rayon%20cupro amonio&f=false.  Allinger, N. L. (1984). Química orgánica. Segunda edición. Volumen I. España: Editorial Reverté.  Montalvo Gonzáles, R. (2013). Introducción a la química heterocíclica. México: Universidad Autónoma de Nayarit.  Sánchez Ordoñez, M.J. et Sánchez Maza, M.Á. (2012). Iniciación en materiales, productos y procesos textiles. Colombia: IC Editorial.
  20. 20. UNIVERSIDAD NACIONAL SAN CRISTÓBAL DE HUAMANGA Facultad de Ingeniería Química y Metalurgia 20 Rayón de cuproamonio DIAGRAMA DE FLUJO Se agregan 5 g de CuSO4 y 15 ml de agua a un v.p. de 100 ml, se calienta s la mezcla en baño maría hasta disolución total del sulfato de cobre y posteriormente se enfría la solución. A la solución se agregan 1.6 ml de NH3 30% gota a gota y con agitación observe la formación de un precipitado azul pálido. Se filtra en vacío lavando con 10 ml de agua y el sólido se coloca en un vaso de 50 ml. El sólido se disuelve con la menor cantidad posible de NH3 concentrado (aprox. 7 ml), esta operación se realiza en campana de extracción. En la solución obtenida se agregan poco a poco y con agitación constante pequeños trozos de celulosa hasta que se adquiera una consistencia viscosa. La jeringa (sin aguja) se llena con el producto, se coloca la aguja y se impulsa el producto sobre un vaso que contenga 50 ml de una solución de H2SO4 al 5%. Se espera a que el coagulado tome una coloración blanca, enjuague el producto en agua.
  • kuramarose

    Sep. 24, 2018

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