固体酒精

第 25 卷第 8 期 通 化 师 范 学 院 学 报 Vol. 25 №8 2004 年 8 月 JOURNAL OF TONGHUA TEACHERSpi COLLEGE Aug. 2004 醋酸钙和硬脂酸钠为固化剂研制固体酒精 Ξ 董丽红 ,张淑香 ,王洪彦 (通化师范学院化学系 ,吉林 通化 134002) 摘　要 :介绍了分别以醋酸钙、硬脂酸钠为固化剂 ,研制安全、卫生、方便的固体燃料酒精的方法. 关键词 :固体酒精 ;固化剂 ;凝胶 中图分类号 :O621114 　文献标识码 :A 　文章编号 :1008 - 7974(2004) 08 - 0033 - 04 1 　以醋酸钙为固化剂研制固体酒精 1. 1 　实验原理 固体酒精并不是固体状态的酒精 ,因为酒精的熔点很低 ,为 - 117. 3 ℃,常温下不可能是固体 1 而醋酸钙 易溶于水 ,而难溶于酒精 ,醋酸钙与酒精溶液混合时 ,在酒精中成为凝胶析出 ,液体便从浑浊到稠厚 ,最后凝 聚为一整块固体就得到固体酒精 1 1. 2 　仪器药品 工业酒精 (95 % ,100g) ,饱和醋酸钙溶液 10g(可用氧化钙和醋酸反应制得) ,氯化铜 (10 % ,5ml)烧杯 恒温 槽 托盘天平 移液管 铁罐 玻璃棒. 1. 3 　制备方法 将 95 %的酒精 11125ml 置于 50ml 烧杯中 ,恒温水浴 45 ℃,慢慢加入热饱和醋酸钙 019ml ,边加边搅拌 ,瞬 时就凝结成一块胶状固体 1 1. 4 　加入不同质量的醋酸钙的固化效果 表 1 　等量 95 %的酒精 11125ml 加入不同体积的醋酸钙的固化效果 醋酸钙含量 (ml) 刚反应完时的固化效果 放置一段时间后的固化效果 1. 5 硬度大、乳白胶体、无液体流淌 变软、极少量液体出现 1. 3 同上 变软、少量液体出现 1. 1 硬度较大、浅乳白胶体、无液体流淌 变软、 有一定量液体出现 0. 9 硬度较大、半乳白胶体、无液体流淌 很软、 有大量液体出现 0. 7 硬度稍差、半透明胶体、有极少量液体流淌 产品具有流动性 0. 5 硬度差、透明度极高、有少量液体流淌 呈糕状固液混合物 0. 3 呈糕状固液混合物 同上 由表 1 可知 :固化剂越多固化效果越好 ,并且随着固化剂的减少透明度越来越高 ,但随着反应的进行 ,产 物均开始软化 ,且随着固化剂的减少软化程度增大 1 将液体点燃 ,极易燃烧 ,说明含酒精 1 另外 ,在实验中 , 搅拌往往破坏酒精的凝固 ,所以最好以振荡形式摇匀 1 1. 5 　不同量固化剂燃烧效果的测定 ·33· Ξ 收稿日期 :2004 - 06 - 02 作者简介 :董丽丽 (1974 —) ,女 ,通化师范学院化学系助教 1 © 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved. 表 2 　固化剂百分含量不同时的燃烧效果 醋酸钙百分含量 燃烧剩余残渣百分含量 醋酸钙利用率 18. 52 4 78. 41 % 16. 04 3 81. 30 % 11. 11 2. 25 83. 43 % 8. 64 1. 25 88. 75 % 6. 17 1. 20 86. 12 % 由表 2 可知 :固化剂含量越少 ,生成残渣越少 ,但固化剂少于 6. 17 %时 ,不易成固体酒精 1 因此 ,从工艺 生产角度考虑 ,要想固化效果好 ,透明度高 ,醋酸钙的利用率高 ,酒精与醋酸钙的最佳配比为 9 :11 1. 6 相同含量固化剂条件下温度的影响 表 3 　固化剂含量相同温度不同时的现象 温度℃ 现象 15 迅速凝固 ,均匀性差 ,由较多未凝酒精 25 迅速凝固 ,均匀性较差 ,由少许未凝酒精 35 迅速凝固 ,均匀性好 ,由极少量未凝酒精 45 凝固稍缓慢 ,均匀性极好 ,无未凝酒精 55 凝固缓慢 ,均匀性极好 ,无未凝酒精 65 凝固缓慢 ,均匀性极好 ,无未凝酒精 由表 3 可知 :随着反应温度的升高 ,凝固速度逐渐减慢 ,从而使混合更均匀 ,但温度过高 ,在工业生产中 不仅耗费能源又超过了酒精的沸点 72 ℃,所以 ,反应的最佳温度宜为 45 ℃1 1. 7 　加入氯化铜的影响 加入氯化铜不仅可使固体酒精颜色变蓝 ,晶莹悦目 ,而且可使凝固速度延缓约 1 分钟左右 ,但氯化铜溶 液并不是任意量添加 1 我们取 10 %的氯化铜溶液作为标准溶液研究 1 表 4 　酒精 11. 25ml、饱和醋酸钙 0. 9ml 时加入不同体积量氯化铜的现象 氯化铜 (ml) 现象 0. 2 酒精凝固完全 ,浅蓝色 0. 3 酒精凝固完全 ,浅蓝色 0. 35 有极少量液体存在 ,天蓝色 0. 4 有 2/ 3 的酒精凝固 ,蓝色 0. 5 不凝结成固体酒精 所以 ,当标准溶液一定时 ,氯化铜的量有一定范围 ,从表 4 可以看出 :用量应为 0. 21～0. 31 2 　以硬脂酸钠为固化剂研制固体酒精 2. 1 　原理 硬脂酸钠是长碳链的极性分子 ,室温时在酒精溶液中不易溶 ,在较高温度下 ,硬脂酸钠均匀分散在液体 酒精中 ,而冷却后则形成凝胶体系 ,使酒精分子被束缚在相互连接的大分子之间 ,呈不流动状而使酒精凝固 , 从而形成了固体酒精 1 2. 2 　仪器和药品 烧杯 恒温槽 托盘天平 移液管 铁罐 玻璃棒 硬脂酸钠 (7g)氢氧化钠 (2g) 酒精 (95 % ,100ml) 2. 3 　制备方法 1)将 95 %的酒精 100ml 分成两份置于烧杯中 ,一个烧杯中加入 7g 硬脂酸钠、另一个烧杯中加入 2g 氢氧 化钠 ; 2)将两烧杯分别置于 60 ℃的烧杯中恒温加热并搅拌至全部溶解 ; 3)恒温 60 ℃时 ,将装有氢氧化钠的酒精溶液慢慢倒入硬脂酸钠酒精溶液中并搅拌溶液至全部溶解 ; 4)将制得的溶液灌装到模具中冷却得半透明固体酒精 ,密封包装 1 2. 4 　硬脂酸钠与氢氧化钠配比的影响 在两份溶液中 ,硬脂酸钠与氢氧化钠进行酸碱中和反应的理论质量比为 7. 1 :1 ,但考虑硬脂酸钠的价格 ·43· © 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved. 昂贵而氢氧化钠则相对便宜 ,为使硬脂酸钠反应完全 ,氢氧化钠应稍过量 1 实验发现 ,硬脂酸钠与氢氧化钠 的不同配比主要影响固体酒精燃烧后剩余残渣的量 1 表 5 　硬脂酸钠与氢氧化钠不同质量配比对燃烧残渣的影响情况 硬脂酸钠 :氢氧化钠 残渣 3 :1 1. 14 3 :0. 75 0. 89 3 :0. 6 0. 74 3 :0. 5 0. 64 3 :0. 64 0. 59 由表 5 可知 ,随着氢氧化钠比例的增加残渣量也不断增加 ,所以氢氧化钠不宜过量很多 1 我们取 3 :0. 46 ,即酸碱比为 6. 5 :1 ,产品透明度高 ,燃后残渣少、热量高 1 2. 5 　温度的影响 表 6 　在不同温度下硬脂酸钠与氢氧化钠混合的现象 温度℃ 现象 20 硬脂酸钠不能完全溶解 30 混合后立即生成固体酒精 40 混合后立即生成固体酒精 50 混合后立即生成少量固体酒精 60 混合后不立即生成固体酒精 70 混合后不立即生成固体酒精 由表 6 可知 ,在温度较低时 ,硬脂酸钠不能完全溶解无法得到固体酒精 1 在 30 ℃时硬脂酸钠可溶解 ,但 溶解需时较长 ,两溶液混合后又立即生成固体酒精 ,由于固化的速度太快致使生成的产品均匀性差 1 随着温 度的升高 ,固化的产品均匀性越来越好 ,在 60 ℃时 ,两溶液混合后并不立即产生固化 ,因此能使两溶液均匀 混合 ,在自然冷却过程中 ,酒精不断固化 ,最后得均匀的固体酒精 1 虽然 70 ℃时所制得的产品外观也很好 , 但该温度接近酒精的沸点 ,酒精挥发速度太快 1 因此 ,不宜选择此温度 1 所以 60 ℃为理想温度 1 2. 6 　硬脂酸钠含量的影响 硬脂酸钠主要影响固体酒精的凝固性 1 表 7 　硬脂酸钠加入量不同时的情况 硬脂酸钠的含量 ( %) 燃烧现象 出现融化的时间 (s) 3 融化 ,流淌 5 4 融化 ,流淌 5 5 融化 ,流淌 5～10 6 少量 融化 ,流淌 15～20 6. 5 不融化 - - 由表可知 ,硬脂酸钠的含量超过 6. 5 %时难以压破 ,不流淌 ,提高了安全性能 1 2. 7 　加水的影响 表 8 　加入不同水量时的燃烧现象 加水量 ( %) 燃烧现象 0 燃烧热量高 ,无液体生成 ,少许焦糊状残渣 ,有石蜡气味 10 燃烧热量高 ,生成粘糊状固体 ,石蜡气味较小 20 燃烧热量较高 ,燃烧后有少量液体生成 ,稍有石蜡气味 30 燃烧热量较高 ,有少许液体生成 ,无气味 40 燃烧热量较高 ,有少许液体生成 ,无气味 50 燃烧热量低 ,火苗小 ,燃烧后有液体生成 ,无气味 60 不燃烧或火苗极弱 ,易熄灭 由表 8 可知 ,随着水量的逐渐增多 ,燃烧产品由焦状物过渡到液态物 ,且气味由有到无 ,并且随加水量的 增多 ,氢氧化钠易溶 ,形成的固体酒精均匀 ,硬度较高 ,但水量太大又不易燃烧 ,且减少了安全性能 ,所以含水 20 %～30 %较为合理 1 ·53· © 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved. 3 　固体酒精中加入其他物质的影响 1)石蜡 :石蜡为烃基化合物 ,易燃烧 ,并可提高固体酒精的硬度 ,但加入石蜡后燃烧有黑烟冒出 ,且有石 蜡气味 ,不易市内使用 1 2)棕榈酸 :当加入少量棕榈酸时 ,可降低成本 ,提高硬度 ,燃烧时硬脂酸钠产生的石蜡气味 1 3)硝酸铜 :加入硝酸铜是为了改变燃烧时的颜色 ,显得美观 ,有欣赏性 1 通常酒精在燃烧时基本无色 ,而 且加入了氢氧化钠的固体酒精 ,由于钠离子的存在使燃烧时火焰为黄色 ,若加入 0. 5 %的硝酸铜 ,固体酒精 的各项指标基本不受影响 ,但燃烧时火焰为蓝色 ,所以可以通过添加少量无机盐类改变固体酒精燃烧时的火 焰颜色 1 4 　结果与讨论 表 9 　两种固化剂产品的对比 对比项目 醋酸钠 硬脂酸钠 燃烧时间 长 ,热量散失慢 短 ,热量散失快 储存时间 短 ,易软化变形 ,流淌 长 ,不软化 ,不流淌 外观 半透明胶体 乳白凝胶体 反应温度 45 ℃ 60 ℃ 燃烧气味 无气味 ,无黑烟 有少许石蜡气味 燃后残渣 极少许固体残渣 极少许粘糊状残渣 由表可知 ,以醋酸钙为固化剂的产品适合室内使用 ,但储存时间短 ,适合现用现制 ,产品使用时随用随 添 ,制作简单 ,安全经济 ,在家庭中制作时可用耐热的玻璃容器代替酒精灯 ,笔杆代替玻璃棒 1 而以硬脂酸钠为固化剂的产品有少许石蜡气味 ,不宜室内使用 ,但燃烧热量高 ,夏季储存不软化 ,携带方 便 ,使用安全经济 1 另外 ,若将固体硬脂酸钠和氢氧化钠同时加入酒精中加热搅拌 ,虽很快有酒精固化 ,但固 化后的酒精包在固体硬脂酸钠和氢氧化钠周围 ,阻止了两种固体溶解反应的进一步进行 ,耗费时间 1 因此 , 通常要把硬脂酸钠和氢氧化钠分别加热溶解 ,趁热混合 ,反应时间短 ,产品较好 1 参考文献 : [1 ]李子拓 ,富羽鹏. 固体酒精的制作[J ] . 科技月实验报告 ,2001 , (8) 1 (责任编辑 :高俊丽) The Development of Solid Alcohol DONGLi - hong et al . ( Department of Chemistry , Tonghua Teachers College , Tonghua , Jilin ,134002) Abstract :This paper takes acetic acid calcium、hard fatty acid sodium as the solidification pharmaceutical separate2 ly ,and develop two kinds of security、hygiene、convenient solid fuel —solid alcohol . Key words :solid alcohol ; solidification ; pharmaceutical ; gel ·63· © 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.