纺织浆料中聚乙烯醇(PVA)含量测定方法探讨

摘要:本文利用PVA在硼酸环境下遇碘生成蓝色络合物的特性,对PVA进行定性分析,利用分光光度法测试其在690nm波长处的分光度,进而计算出PVA的含量。

关键词:聚乙烯醇;PVA;浆料;分光光度计

聚乙烯醇(PVA)是当代应用最为广泛的纺织浆料[1],具有很好的粘着性能和皮膜柔韧性[2],但其生物降解性较差,作为主浆料会随着褪浆溶液沉积于河床上和土壤中,对生态环境造成极大的危害,因此被认为是环境污染物质。欧洲一些发达国家已经明文规定禁止使用PVA作为纺织浆料。因此对浆料中的PVA含量检测很重要。

目前对纺织品中的PVA主要是通过显色反应来确定的。常用的鉴别方法有:饱和硼砂溶液法、单宁酸法、碘-硼酸法[3]。对于单一的PVA溶液,以上方法都能准确地检验出PVA的存在;但现实生产中,常用两种或两种以上的浆料混合上浆,这就对PVA的检测造成了干扰。本文采用碘-硼酸检验法排除淀粉成分的干扰,利用分光光度计测定了浆料中聚乙烯醇的含量[4]。

1定性测试法

1.1原理

PVA和淀粉在不同的显色试液中呈现特定的色泽[5],淀粉遇碘作用可以形成一种蓝紫色的络合物;而PVA在硼酸环境下,遇碘作用形成一种蓝绿色的络合物,利用这些特定的显色试液可以鉴别PVA。

1.2试剂配制

1) 碘-碘化钾试液:称取1.3 g碘和1.8 g碘化钾,溶于蒸馏水中,稀释至500 mL,摇匀,贮于棕色瓶中待用。

2) 硼酸试液:将2.5 g硼酸加入蒸馏水中溶解,并稀释至100 mL。

重铬酸钾试液:将11.88 g重铬酸钾用50 mL水溶解,边搅拌边加入25 mL浓硫酸。

氢氧化钠试液:将30 g氢氧化钠溶解在70 mL水中。

3) 磷酸缓冲液:称取磷酸氢二钠(11.31±0.02)g、柠檬酸(2.02±0.02)g,用水溶解并定容至250 mL.使缓冲液的pH值(用pH计测定)为6.0。

4) 酶制剂溶液:称取(精确至0.01 g)淀粉酶制剂1.00 g,溶解后移入500 mL容量瓶中,用蒸馏水稀释至刻度,摇匀备用。

5) 0.2 mol/L盐酸:移取10 g浓盐酸于500 mL容量瓶中加入蒸馏水定容。

1.3试验与判定

1)在褪浆废液中加入少量碘-碘化钾试液,呈深蓝色说明有淀粉或PVA。

2)在褪浆废液中加入少量重铬酸钾试液,立即加入少许氢氧化钠中和,用玻璃棒搅拌,呈棕色者说明是PVA;呈黄色或黄绿色者说明无PVA。

3)淀粉干扰的排除

①淀粉酶处理淀粉:取浆料5 mL,磷酸缓冲液12.5 mL,在60℃恒温水浴中预热5 min;再加入稀释好的淀粉酶制剂5 mL,摇匀,准确反应15 min;滴入碘-碘化钾试液,变蓝说明有PVA存在,变黄说明无PVA存在。

②盐酸分解淀粉:取待测浆料50 mL,加入100 mL、0.2 mol/L的盐酸,加热煮沸1 h,冷却,滴入碘-硼酸试液,变蓝说明有PVA存在。

2定量测定方法

PVA水溶液在硼酸存在下能与碘液生成PVA-H2BO3-I2蓝色络合物,利用聚乙烯醇与硼酸的络合反应来提高PVA浆料的凝聚[6],提高显色灵敏性,再利用分光光度法测定PVA的含量[7]。

2.1仪器与试剂

仪器:UV751GD紫外/可见分光光度计,上海精密仪器科学有限公司;电子天平,奥豪斯仪器有限公司;KDM型调温电热套,上海亚荣生化仪器厂。

试剂:聚乙烯醇,1750±50,国药集团化学试剂有限公司;碘化钾,分析纯,国药集团化学试剂有限公司;碘,分析纯,国药集团化学试剂有限公司;硼酸,分析纯,上海埃彼化学试剂有限公司;盐酸,分析纯,国药集团化学试剂有限公司。

2.2试验条件优化

2.2.1PVA最大吸收波长

取质量浓度为20 mg/L的PVA标准溶液,使用1cm比色皿,在400~700 nm波长范围内扫描,测得不同波长下相应的吸光度,绘制吸收曲线,如图1。

图1标准物质的吸收曲线

结果表明,PVA与碘形成的络合物在690 nm处吸收最大,因此在试验中以此为测定值。

2.2.2排除淀粉干扰的方法比较

在上浆工艺中,淀粉和PVA经常共同使用,所以排除淀粉的干扰对准确测定PVA是非常必要的,常用的方法有酸解法和酶解法。

将淀粉在酸性环境下或酶存在下降解为低聚糖及单糖,利用低聚糖及单糖与碘不显色的原理,可排除淀粉干扰。具体方法如下:

向混合浆液中加入一定量盐酸,使浆液的盐酸浓度达到0.2 mol/L,加热煮沸一段时间,破坏淀粉链,使淀粉降解;或者取1 mL淀粉酶、12.5 mL的磷酸缓冲液加入混合浆液中,在60℃的温度下振荡15 min,将淀粉降解。

将经过0.2 mol/L盐酸处理过的混合浆液与经过淀粉酶处理过的浆液做相同浓度的吸光度-浓度(A-C)曲线,如图2、图3所示:

图2盐酸处理过的纺织浆料A-C曲线

图3淀粉酶处理过的纺织浆料A-C曲线

由图2、图3比较得知,图2的线性关系优于图3,也就是说盐酸处理过的PVA吸收曲线较好,因此本文选用酸降解排除淀粉干扰。

2.2.3碘加入量的影响

在7个 50 mL比色管中均准确吸入34 mg PVA 标准溶液,加入15.00 mL 硼酸介质,然后分别加入碘-碘化钾溶液0.50mL 、1.00mL 、1.50mL 、2.00mL 、2.50mL 、3.00 mL,用蒸馏水稀释至50 mL ,摇匀。于 690 nm 处测出各溶液的吸光度A ,作吸光度-体积(A-V)曲线,见图4。

图4吸光度随碘加入量的变化曲线

试验结果表明,在碘浓度过低时,几乎没有络合物生成,吸光度很小,随着碘用量的增加,吸光度也增大,这是由于碘与PVA形成了更多的蓝色络合物所致,在3 mL处,吸光度有一个大的突跃,当络合物达到饱和,继续增加碘量会影响吸光性,综合考虑分光测定的灵敏度以及试剂用量,最终选用碘加入量为3 mL。

2.3测定方法

2.3.1标准系列溶液配制

准确称取 50 mg PVA,加蒸馏水150 mL,在水浴中煮沸,冷却1 h后转移至500 mL容量瓶中,稀释至刻度。分别吸取上述溶液1 mL 、3 mL 、5 mL 、7 mL 、10 mL 、13 mL 、17 mL于50 mL比色管中(共7支),加入10 mL、0.2 mol/L HCl,15 mL H3BO3溶液和3 mL碘液,最后用蒸馏水稀释至刻度。在另一个50 mL比色管中配制试剂空白做参比溶液,将待测溶液置于恒温槽内,在(25±1)℃温度下平衡5~6 min。然后在690 nm处,利用分光光度计测出各溶液的吸光度E,绘制工作曲线如图5。

图5PVA测定的标准曲线

2.3.2未知织物中PVA含量的测定

精确称取烘干后的试样 2～3 g,剪碎,置于500 mL烧瓶中,加入150 mL、0.2 mol/L HCl,煮沸后回流1 h。冷却,过滤,并用蒸馏水洗净布样,将滤液、洗液一并移至 250 mL容量瓶中,稀释至刻度。吸取上述溶液5 mL于50 mL比色管中,精确加入15 mL H3BO3和5 mL碘液,最后用蒸馏水稀释至刻度,摇匀,在(25±1)℃温度下平衡5~6min。在690 nm处,用1cm比色皿测出相应的吸光度A。

2.3.3退浆废水PVA含量的计算

根据所测得的退浆废水样品的吸光度A,从上述标准曲线或其线性方程中可求出退浆废水样品中相应于标准PVA浓度C的计算公式如下:

3结论

本文利用PVA在硼酸存在下能与碘形成蓝色络合物的性质,用分光光度法测定该络合物的吸光度,通过与标准曲线的比较,可得纺织浆料中PVA的准确含量。通过实验室探索,改进了PVA测定的试验条件,得到了更好的试验参数,为以后的PVA检测提供了良好的数据,

参考文献:

[1]周永元.浆料化学与物理[M]. 北京: 纺织工业出版社,1985:2-3.

[2]孙丽琴.聚乙烯醇的生产及市场前景分析[J].石油化工技术经济,2002,18(3):33-36.

[3]夏玉宇.分析化学化验员实用手册[M].北京:化学工业出版社,1998:500-501.

[4]范雪荣,荣瑞平,高卫东,等.双波长分光光度测定组合浆料组分含量的研究[J].棉纺织技术,1998,26(2):89-92.

[5]宋明等.聚乙烯醇分析[J].化学通报,1996,(9):27-28.

[6]盛季陶.生化法对聚乙烯醇退浆废水的处理研究[J].纺织学报,2002,23(2):69-70.

[7]高书和.聚乙烯醇生产废水的处理工艺[J].维纶通讯,2002,22(1):50-52.

(作者单位:青岛市纺织纤维检验所)