聚乙烯醇树脂黏度测定方法优化探讨

杨晓兰

(中国石化集团重庆川维化工有限公司，重庆 401254)

聚乙烯醇(PVA)是目前已发现的唯一具有水溶性且无毒的高聚物，具有独特的强力黏接性、气体阻隔性、耐磨耗性，广泛应用于纺织、食品、医药、建筑、木材加工、造纸、印刷、农业、高分子化工、生物工程等领域[1]。

PVA树脂的黏度是生产控制和指导用户使用的一项重要指标，其测定方法主要有国标法和快速法。这两种方法均是将PVA样品加水溶解后，再加水补正到一定浓度后进行测定。在推荐性国标GB/T 12010.2-2010《塑料 聚乙烯醇材料(PVAL)第2部分：性能测定》中，配制质量分数分别在4.0% 的一定范围内的PVA树脂溶液3份，测定其黏度，同时用重量法测定溶液浓度，然后通过浓度与黏度自然对数关系曲线得出质量分数为4.0% 的PVA树脂溶液的黏度；而快速法是直接将PVA样品溶液补正到质量分数4.0% 后，测定其黏度值。由于PVA产品含有乙酸钠、甲醇、甲酯、水和微量的重金属等杂质，会对其溶液黏度测定产生一定的影响。现行黏度测定方法扣除了甲醇、甲酯和水等挥发性组分后进行浓度补正，但没有考虑乙酸钠的影响，使得黏度测定结果不准确，不能真实反映PVA的性能指标。本文拟对乙酸钠含量对PVA溶液浓度和黏度的影响及PVA黏度测定方法的优化进行探讨。

1 实验部分

1.1 仪器和试剂

1.1.1 仪器

磁力加热搅拌器(德国IKA公司)；黏度计(LVT型，美国BROOKFIELD公司)；恒温水槽(HS-4(B),成都仪器厂)；烘箱(CS101-3ABNR，重庆市永生实验仪器厂)；电子天平(ME204，瑞士梅特勒公司)。

1.1.2 试剂

乙酸钠(分析纯,川东化学试剂厂)；各种型号PVA产品(重庆川维化工有限公司)。

1.2 PVA黏度测定操作步骤

1.2.1 国标法操作步骤[2]

1)试样溶解

用电子天平分别称取7.6 g、8.0 g、8.4 g试样(PVA，下同)，准确至0.001 g,放入300 mL烧杯中，加适量水搅拌，加热使试样完全溶解，然后冷却至20℃左右。

2)浓度补正

冷却后的试样，分别按照公式(1)(考虑乙酸钠的影响时用公式(2))加水配制成质量分数为3.8%、4.0%和4.2%的PVA溶液。溶液补完水后，搅拌均匀，排尽溶液中的气体。

(1)

(2)

式中：mw为所加水的质量，g；m0为PVA试样的质量，g；wvm为PVA试样中的挥发分质量分数，%；wNaAC为PVA试样中的乙酸钠质量分数，%；c为配制的溶液中PVA的质量分数，%。

3)黏度测定

连接转子和黏度计，确保转子垂直。向样筒内注入16～20 mL已冷却至20℃左右的试液，恒温水槽恒定温度保持在(20.0±0.1)℃，开启黏度计，当读数稳定时读数。

4)试液准确质量分数的测定

把预先清洗干净的称量瓶放入温度为(105±2)℃的干燥箱中，至少干燥1 h。然后放入干燥器中冷却至室温，称量，准确至0.001 g。吸取约5 g所配制的试液于称量瓶中，称量，准确至0.001 g。将其放在沸水浴上蒸发至干，然后放入温度为(105±2)℃的干燥箱中，至少干燥4 h。干燥后，放在干燥器中冷却至室温，称量，准确至0.001 g。重复测定另外两个试液。

5)质量计算

每份试液的质量分数以ws计，按式(3)计算：

(3)

式中：m1为烘干前试液和称量瓶的质量，g；m2为烘干后试液和称量瓶的质量，g；m3为称量瓶的质量，g。

6)绘制曲线并查找样品黏度

对每一个样品，按照测定的质量分数和对应的黏度的自然对数绘制曲线，然后从曲线上找出该样品4.0% 质量分数的黏度值。

1.2.2 快速法操作步骤

1)试样溶解

称取烧杯、玻棒和搅拌子的质量，用电子天平称取8 g试样，准确至0.001 g,放入300 mL烧杯中，加适量水搅拌，加热使试样完全溶解，然后冷却至20℃左右。

2)浓度补正

冷却后的试样，按照公式(1)加水配制成质量分数为4.0%的溶液，溶液补完水后，搅拌均匀，排尽溶液中的气体。

3)黏度测定

同1.2.1中的(3)。

1.3 实验方案

1.3.1 乙酸钠对PVA质量分数和黏度的影响实验

分别称取乙酸钠含量较低的PVA样品8.0 g 6份，准确至0.001 g, 分别放入300 mL烧杯中，同时向各烧杯中加入一定量乙酸钠，使mNaAc/mPVA分别为1.00%、2.00%、3.00%、4.00%、5.00%,加水溶解，然后按照公式(1)将溶液质量分数补正至4.0%，充分搅拌，分别用旋转黏度计测量其黏度，并用重量法测定各溶液浓度，考察乙酸钠质量分数对样品溶液浓度及黏度的影响。

1.3.2 不同质量分数计算方式的国标法黏度测试对比实验

分别选取乙酸钠含量较低和较高的PVA样品(1#：w(NaAc)=0.42；2#：w(NaAc)=2.57)，按照1.2.1操作分别配制3个质量分数的溶液，测定其质量分数和黏度，并扣除乙酸钠后计算出纯PVA质量分数，即：纯PVA溶液质量分数=质量分数×(100-wNaAC)。再分别绘制浓度与黏度的自然对数关系图，然后再从曲线图上查出质量分数为4.0%的PVA树脂溶液的黏度值。考察质量分数计算方式对黏度测定结果的影响。

1.3.3 不同质量分数补正方式的快速法黏度测试对比实验

取乙酸钠含量不同的PVA样品溶解后，分别采用基于公式(1)和公式(2)计算加水量的补正方式，将溶液质量分数补正至4.0%，然后分别用旋转黏度计测量其黏度，考察质量分数补正方式对黏度测定结果的影响。

2 结果与讨论

2.1 乙酸钠对PVA溶液质量分数和黏度的影响

按照1.3.1的实验方案进行实验，测定不同乙酸钠加入量的PVA溶液质量分数和黏度，并扣除乙酸钠影响后计算出纯PVA质量分数，结果见表1。

表1 样品中加入乙酸钠共溶后溶液质量分数和黏度测定结果

从表1看出，同样量的PVA样品在加入不同量的乙酸钠与其在加热条件下溶解后，溶液的质量分数随乙酸钠的加入量增加逐渐升高，扣除乙酸钠后溶液中纯PVA质量分数基本不变，黏度测定结果无显著变化，说明外加乙酸钠只影响溶液的质量分数，但对黏度无影响。

2.2 不同质量分数计算方式对国标法黏度测定结果的影响

按照1.3.2实验方案进行实验，测定样品溶液的质量分数和黏度。1#、2#号样品质量分数-黏度测定结果分别见表2、表3，1#样品质量分数-黏度自然对数关系和纯PVA质量分数-黏度自然对数关系见图1、图2，2#样品质量分数-黏度自然对数关系及其纯PVA质量分数-黏度自然对数关系见图3、图4。

表2 1#样品质量分数-黏度测定结果

表3 2#样品质量分数-黏度测定结果

图1 1#样品质量分数-黏度自然对数关系图 图2 1#样品纯PVA溶液质量分数-黏度自然对数关系图

图3 2#样品质量分数-黏度自然对数关系图 图4 2#样品纯PVA溶液质量分数-黏度自然对数关系图

分别从图1和图2查出质量分数为4.0% 的溶液黏度值为22.4 mPa·s和22.8 mPa·s,从图3和图4查出质量分数为4.0% 的溶液黏度值为30.2 mPa·s和32.7 mPa·s。

综上所述，采用不同质量分数计算方式绘制曲线后得出样品的黏度值是不同的，且样品中乙酸钠含量越高，差值越大。为更准确测定样品黏度，质量分数计算方式采用纯PVA溶液质量分数=样品质量分数×(100-wNaAC)更为准确，更能真实体现样品中纯PVA本身产生的黏度值。

2.3 不同质量分数补正方式对快速法黏度测定结果的影响

按照1.3.3实验方案，将不同型号样品采用不同质量分数补正方式进行黏度测定实验，测定结果见表4。

表4 不同型号样品按两种质量分数补正方式的黏度测定结果

从表4可看出，对于乙酸钠含量不同的PVA样品，按照公式(1)和公式(2)分别计算加水量的方式进行质量分数补正，黏度测定结果存在差异，随着样品中乙酸钠含量的增加，两种补水方式的黏度相对误差越来越大。同一样品按照公式(2)补正方式测定的结果明显偏高，特别是部分黏度范围较狭窄的产品，若采用公式(1)很容易出现因黏度不合格而导致产品质量不含格的情况。因此在采用快速法测定 PVA树脂黏度时，4.0%溶液质量分数的补正方式按照公式(2)进行计算和补正，更能真实体现样品中 PVA产生的黏度值。

3 结论

1)在纯PVA质量分数不变的情况下，试样中乙酸钠的质量分数变化对黏度测定值没有影响。

2) PVA中乙酸钠含量较高时，需考虑乙酸钠对黏度值的影响。