Идентификация полимеров

У потребителей полимерных пленок очень часто возникает практическая задача по распознаванию природы полимерных материалов, из которых они изготовлены. Основные свойства полимерных материалов, как хорошо известно, определяются составом и структурой их макромолекулярных цепей. Отсюда ясно, что для идентификации полимерных пленок в первом приближении может быть достаточной оценка функциональных групп, входящих в состав макромолекул. Некоторые полимеры благодаря наличию гидроксильных групп (-ОН) тяготеют к молекулам воды. Это объясняет высокую гигроскопичность, например, целлюлозных пленок и заметное изменение их эксплуатационных характеристик при увлажнении. В других полимерах (полиэтилентерефталат, полиэтилены, полипропилен и т.п.) такие группы отсутствуют вообще, что объясняет их достаточно хорошую водостойкость.

Виды и характеристики полимерного сырья

Наличие тех или иных функциональных групп в полимере может быть определено на основе существующих и научно обоснованных инструментальных методов исследования. Однако, практическая реализация этих методов всегда сопряжена с относительно большими временными затратами и обусловлена наличием соответствующих видов достаточно дорогостоящей испытательной аппаратуры, требующей соответствующей квалификации для ее использования. Вместе с тем, существуют достаточно простые и «быстрые» практические способы распознавания природы полимерных пленок. Эти способы основаны на том, что полимерные пленки из различных полимерных материалов отличаются друг от друга по своим внешним признакам, физико-механическим свойствам, а также по отношению к нагреванию, характеру их горения и растворимости в органических и неорганических растворителях.

Во многих случаях природу полимерных материалов, из которых изготовлены полимерные пленки, можно установить по внешним признакам, при изучении которых особое внимание следует обратить на следующие особенности: состояние поверхности, цвет, блеск, прозрачность, жесткость и эластичность, стойкость к раздиру и другие. Например, неориентированные пленки из полиэтиленов, полипропилена и поливинилхлорида легко растягиваются. Пленки из полиамида, ацетата целлюлозы, полистирола, ориентированных полиэтиленов, полипропилена, поливинилхлорида растягиваются плохо. Пленки из ацетата целлюлозы нестойки к раздиру, легко расщепляются в направлении, перпендикулярном их ориентации, а также шуршат при их сминании. Более стойкие к раздиру полиамидные и лавсановые (полиэтилентерефталатные) пленки, которые также шуршат при сминании. В то же время пленки из полиэтилена низкой плотности, пластифицированного поливинилхлорида не шуршат при сминании и обладают высокой стойкостью к раздиру. Результаты изучения внешних признаков исследуемой полимерной пленки следует сравнить с характерными признаками, приведенными в таблице «Внешние признаки полимеров», после чего уже можно сделать некоторые предварительные выводы.

Однако, как нетрудно уяснить из анализа данных, приведенных в таблице «Внешние признаки полимеров», не всегда по внешним признакам можно однозначно установит природу полимера, из которого изготовлена пленка. В этом случае, необходимо попытаться количественно оценить какие-нибудь физико-механические характеристики имеющегося образца полимерной пленки. Как видно, например, из данных, приведенных в таблице «Внешние признаки полимеров», плотность некоторых полимерных материалов (ПЭНП, ПЭВП, ПП) меньше единицы, а, следовательно, образцы этих пленок должны «плавать» в воде. С тем, чтобы уточнить вид полимерного материала, из которого изготовлена пленка, следует определить плотность имеющегося образца путем измерения его веса и вычисления или измерения его объема. Уточнению природы полимерных материалов способствуют и экспериментальные данные по таким их физико-механическим характеристикам как предел прочности и относительное удлинение при одноосном растяжении, а также температура плавления указанных в таблице «Физико-механические характеристики». Кроме того, как видно из анализа данных, приведенных в таблице «Физико-механические характеристики», проницаемость полимерных пленок по отношению к различным средам также существенно зависит от вида материала, из которого они изготовлены.

Помимо отличительных особенностей в физико-механических характеристиках следует отметить и существующие различия в характерных признаках различных полимеров при их горении. Этот факт позволяет использовать на практике так называемый термический метод идентификации полимерных пленок. Он заключается в том, что образец пленки поджигают и выдерживают в открытом пламени в течение 5-10 секунд, фиксируя при этом следующие свойства: способность к горению и его характер, цвет и характер пламени, запах продуктов горения и др. Характерные признаки горения наиболее отчетливо наблюдаются в момент поджигания образцов. Для установления вида полимерного материала, из которого изготовлена пленка, необходимо сравнить результаты проведенного испытания с данными о характерных особенностях поведения полимеров при горении, приведенными в таблице «Характеристики горения и химическая стойкость полимеров».

Как видно из данных, приведенных в таблице «Характеристики горения и химическая стойкость полимеров», по характеру горения и запаху продуктов горения полиолефины (полиэтилены и полипропилен) напоминают парафин. Это вполне понятно, поскольку элементарный химический состав этих веществ один и тот же. Отсюда возникает сложность в различении полиэтиленов и полипропилена. Однако при определенном навыке можно отличить полипропилен по более резким запахам продуктов горения с оттенками жженой резины или горящего сургуча.

Таким образом, результаты комплексной оценки отдельных свойств полимерных пленок в соответствии с изложенными выше методами позволяют в большинстве случаев достаточно надежно установить вид полимерного материала, из которого изготовлены исследованные образцы. При возникающих затруднениях в определении природы полимерных материалов, из которых изготовлены пленки, необходимо провести дополнительные исследования их свойств химическими методами. Для этого образцы могут быть подвергнуты термическому разложению (пиролизу), при этом в продуктах деструкции определяется наличие характерных атомов (азота, хлора, кремния и т.п.) или групп атомов (фенола, нитрогрупп и т.п.), склонных к специфическим реакциям, в результате которых обнаруживается вполне определенный индикаторный эффект.

Изложенные выше практические методы определения вида полимерных материалов, из которых изготовлены полимерные пленки, носят в известной степени субъективный характер, а, следовательно, не могут гарантировать их сто процентной идентификации. Если такая необходимость все же возникает, то следует воспользоваться услугами специальных испытательных лабораторий, компетентность которых подтверждена соответствующими аттестационными документами.

 

Внешние признаки полимеров

Вид полимера

Внешние признаки

Механические

Состояние поверхности на ощупь

Цвет

Прозрачность

Блеск

ПЭВД

Мягкая, эластичная,
стойкая к раздиру

Маслянистая,
гладкая

Бесцветная

Прозрачная

Матовая

ПЭНД

Жестковатая,
стойкая к раздиру

Слегка маслянистая,
гладкая, слабо шуршащая

Бесцветная

Полупрозрачная

Матовая

ПП

Жестковатая,
слегка эластичная,
стойкая к раздиру

Сухая, гладкая

Бесцветная

Прозрачная
или полупрозрачная

Средний

ПВХ

Жестковатая,
стойкая к раздиру

Сухая, гладкая

Бесцветная

Прозрачная

Средний

ПВДХ

Мягкая,
стойкая к раздиру

Сухая, гладкая

Бесцветная

Прозрачная

Средний

ОПС

Жесткая,
стойкая к раздиру

Сухая, гладкая,
сильно шуршащая

Бесцветная

Прозрачная

Высокий

ПА

Жесткая,
слабостойкая к раздиру

Сухая, гладкая

Бесцветная
или светло-желтая

Полупрозрачная

Слабый

ПЭТФ

Жесткая,
слабостойкая к раздиру

Сухая, гладкая,
сильно шуршащая

Бесцветная
или с голубоватым оттенком

Прозрачная

Средний

ПК

Жесткая,
слабостойкая к раздиру

Сухая, гладкая,
сильно шуршащая

Бесцветная, с желтоватым
или голубоватым оттенком

Высокопрозрачная

Высокий

АЦ

Жесткая,
не стойкая к раздиру

Сухая, гладкая

Бесцветная

Высокопрозрачная

Высокий

Целлофан

Жесткая,
не стойкая к раздиру

Сухая, гладкая

Бесцветная

Высокопрозрачная

Высокий

 

Физико-механические характеристики

Вид полимера

Физико-механические характеристики при 20°C

Плотность, кг/м3

Прочность при разрыве, МПа

Относительное удлинение при разрыве,%

Проницаемость по водяным парам, г/м2 за 24 часа

Проницаемость по кислороду, см3/(м2хатм) за 24 часа

Проницаемость по CO2, см3/(м2хатм) за 24 часа

Темпе-ратура плавления, °C

ПЭВД

910-930

10-16

150-600

15-20

6500-8500

30000-40000

102-105

ПЭНД

940-960

20-32

400-800

4-6

1600-2000

8000-10000

125-138

ПП

900-920

30-35

200-800

10-20

300-400

9000-11000

165-170

ПВХ

1370-1420

47-53

30-100

30-40

150-350

450-1000

150-200

ПВДХ

1800-1900

50-80

20-50

1,5-5.0

8-25

40-60

200-210

ОПС

1050-1100

60-70

18-22

50-150

4500-6000

12000-14000

170-180

ПА

1100-1150

50-70

200-300

40-80

400-600

1600-2000

220-230

ПЭТФ

1360-1400

60-80

50-75

25-30

40-50

300-350

240-270

ПК

1200

62-74

20-80

70-100

4000-5000

25000-30000

225-245

АЦ

1320-1350

50-80

15-50

100-300

2000-3000

15000-16000

 

Целлофан

1400

50-70

15-30

5-15

650-700

950-1000

 

  

Характеристики горения и химическая стойкость полимеров

Вид полимера

Характеристики горения

Химическая стойкость

Горючесть

Окраска пламени

Запах продуктов горения

К кислотам

К щелочам

ПЭВД

Горит в пламени
и при удалении

Внутри синеватая,
без копоти

Горящего парафина

Отличная

Хорошая

ПЭНД

Горит в пламени
и при удалении

Внутри синеватая,
без копоти

Горящего парафина

Отличная

Хорошая

ПП

Горит в пламени
и при удалении

Внутри синеватая,
без копоти

Горящего парафина

Отличная

Хорошая

ПВХ

Трудно воспламеняется
и гаснет

Зеленоватая
с копотью

Хлористого водорода

Хорошая

Хорошая

ПВДХ

Трудно воспламеняется
и гаснет

Зеленоватая
с копотью

Хлористого водорода

Отличная

Отличная

ОПС

Загорается
и горит вне пламени

Желтоватая
с сильной копотью

Сладковатый,
неприятный

Отличная

Хорошая

ПА

Горит
и самозатухает

Голубая,
желтоватая по краям

Жженого рога
или пера

Плохая

Хорошая

ПЭТФ

Трудно воспламеняется и гаснет

Светящаяся

Сладковатый

Отличная

Отличная

ПК

Трудно воспламеняется
и гаснет

Желтоватая
с копотью

Жженой бумаги

Хорошая

Плохая

АЦ

Горит
 в пламени

Искрящаяся

Уксусной кислоты

Плохая

Хорошая

Целлофан

Горит
в пламени

Белая

Жженой бумаги

Плохая

Плохая

 

Показатель текучести расплава

Показатель текучести расплава полимерного материала это масса полимера в граммах, выдавливаемая через капилляр при определенной температуре и определенном перепаде давления за 10 минут. Определение величины показателя текучести расплава производят на специальных приборах, называемых капиллярными вискозиметрами. При этом размеры капилляра стандартизованы: длина 8,000+0,025 мм; диаметр 2,095+0,005 мм; внутренний диаметр цилиндра вискозиметра составляет 9,54+0,016 мм. Не целочисленные значения размеров капилляров связанны с тем, что впервые методика определения показателя текучести расплава появилась в странах с английской системой мер.

Условия, рекомендуемые для определения показателя текучести расплава, регламентируются соответствующими стандартами. ГОСТ 11645-65 рекомендует нагрузки 2,16 кг, 5 кг и 10 кг и температуры, кратные 10°C. ASTM 1238-62T (США) рекомендует температуры от 125°C до 275°C и нагрузки от 0,325 кг до 21,6 кг. Наиболее часто показатель текучести расплава определяют при температуре 190°C и нагрузке 2,16 кг.

Величина показателя текучести для различных полимерных материалов определяется при различных нагрузках и температурах. Поэтому надо иметь в виду, что абсолютные величины показателя текучести сравнимы лишь для одного и того же материала. Так, например, можно сравнивать величину показателя текучести расплава полиэтилена низкой плотности различных марок. Сравнение же величин показателей текучести полиэтилена высокой и низкой плотности не дает возможности непосредственно сопоставить текучесть обоих материалов. Поскольку первый определяется при нагрузке в 5 кг, а второй при нагрузке в 2,16 кг.

Следует отметить, что вязкость расплавов полимеров существенно зависит от приложенной нагрузки. Так как показатель текучести того или иного полимерного материала измеряют лишь при одном значении нагрузки, то этот показатель характеризует только одну точку на всей кривой течения в области относительно низких напряжений сдвига. Поэтому полимеры, несколько различающиеся по разветвленности макромолекул или по молекулярной массе, но с одинаковым показателем текучести расплава, могут вести себя по-разному в зависимости от условий переработки. Однако, несмотря на это, по показателю текучести расплава для многих полимеров устанавливают границы рекомендуемых технологических параметров процесса переработки. Значительное распространение этого метода объясняется его быстротой и доступностью.

Экструзионные процессы производства пленок требуют высоких вязкостей расплава, в связи с этим применяются марки сырья с низким показателем текучести расплава.

← Назад в раздел
Создание и поддержка сайта — Аймакс Медиа Групп