Идентификация полимерных пленок
Разделы : Отходы термопластов
Published by ООО "Ресайклерс.ру" [admin] on 2002/12/22

Общие сведения

Потребители и производители упаковочных материалов периодически сталкиваются с необходимостью распознавания природы полимерных пленок. Хорошо известно, что основные свойства полимеров определяются молекулярной структурой, поэтому для прогнозирования свойств полимерной структуры и ее идентификации достаточно знать, какие функциональные группы входят в состав макромолекул.

Молекулы целлюлозы, например, благодаря наличию гидроксильных групп (-ОН), тяготеют к молекулам воды. Это объясняет высокую гигроскопичность целлюлозных пленок и сильное изменение их свойств при увлажнении. В полиамидах содержится относительно небольшое число гидрофильных (амидных) групп, поэтому пленки из них поглощают значительно меньше влаги. Полиэтилентерефталат (лавсан), полиэтилен, полипропилен и полистирол вообще не содержат гидрофильных групп.

Именно это объясняет водостойкость пленок из таких полимеров. Функциональные группы можно определить с помощью инструментальных методов исследования (ИК-спектроскопия, спектроскопия КР и др.). Но эти методы требуют лабораторных условий и квалифицированного обслуживания.

Простые и быстрые способы распознавания природы полимерных пленок основаны на том, что все они существенно отличаются по физическим и органолептическим свойствам, а также по отношению к нагреванию, характеру горения и химическим реакциям. Это обусловливает область применения полимерных пленок, существенно облегчая необходимую идентификацию. В Таблице 1 приведены основные показатели физических свойств полимерных пленок, наиболее часто используемых в качестве упаковки. В Таблице 2 представлены отличительные признаки полимерных пленок.

Распознавание вида пленок органолептическими методами и по их физическим свойствам

В первую очередь, полимерные пленки внимательно рассматривают, отмечая их внешние особенности и сравнивая результаты исследования с данными, приведенными в табл.2. При этом учитывают следующие факторы: o цвет и блеск (наименование тона и оттенка, матовый или блестящий образец), и характер поверхности (маслянистая, гладкая, шероховатая) o прозрачность (прозрачная, полупрозрачная, непрозрачная) o твердость, жесткость или эластичность, гибкость o характер шума при сминании пленки и ее стойкость к раздиру Результаты полученных исследований можно сопоставить с данными табл. 2.

После этого достаточно просто отнести пленку с тем или иным представленным в таблице полимерам. По оптическим свойствам, т. е. визуально, разделить между собой полимерные пленки достаточно сложно. Поэтому изучают их механические свойства. Пленки ПЭНП, ПЭВП, ПП и неориентированного ПВХ в руках легко растягиваются. Пленки из полиамида, ацетатов целлюлозы, ориентированного ПВХ и ПС нерастяжимы.

Пленки на основе искусственных полимеров (целлофан и ацетаты целлюлозы) не стойки к раздиру, легко расщепляются в направлении, перпендикулярном их ориентации и шумят при сминании. Более стойки к раздиру полиамидные и лавсановые пленки (ПЭТФ). Они также шумят при сминании. В то же время пленки ПЭНП, пластифицированного ПВХ, ПВДХ не создают шума при сминании и обладают высокой стойкостью к раздиру. Поскольку физические свойства полимерных пленок различаются весьма существенно, это позволяет использовать их в качестве тестов для распознавания типа полимера.

В значительной степени такое положение касается наиболее распространенных в упаковочных технологиях полиолефинов (ПЭНП, ПЭВП, ПП). Как видно из табл. 1, плотность ПЭНП, ПЭВП, ПП меньше единицы. Пленки на их основе плавают в воде, путем погружения в воду ровных полосок полимерных пленок, избегая появления пузырьков воздуха, искажающих опыт, можно сразу отделить полиолефины от иных полимеров. Практически, плотность достаточно просто определяется с помощью обычных технических весов, на одно из плеч которого подвешивается сетчатый цилиндр для пленочных образцов.
Плотность рассчитывается по соотношению:

Плотность = масса пленки в воздухе/ (масса пленки в воздухе - масса пленки в воде)

Тем не менее, этот метод весьма приблизителен и обычно применяется для полимеров небольшой плотности. Для более корректного определения плотности необходимы дополнительные исследования. Методики определения плотности и других физических характеристик полимерных пленок можно найти в соответствующих ГОСТ-ах (технических условиях).

В соответствии с величинами плотности полиэтилен высокого давления называют полиэтиленом низкой плотности (ПЭНП), а полиэтилен низкого давления - полиэтиленом высокой плотности (ПЭВП). Молекулярная структура двух различных по способам получения видов полиэтилена одинакова, поэтому по внешнему виду и другим признакам (табл. 2) оба полиэтилена мало отличаются друг от друга. ПЭНП имеет молекулярные цепи более разветвленные, чем ПЭВП.

По этой причине последний в большей степени кристалличен и обладает более высокой плотностью. ПЭНП по прочности на разрыв несколько уступает ПЭВП, а по стойкости к многократным деформациям (изгибу) значительно превосходит ПЭВП, у которого более высокая жесткость и менее эластичные пленки. В то же время проницаемость ПЭВП, примерно, в 5-6 раз ниже, чем у ПЭНП. Поэтому ПЭВП является хорошей преградой влаге.

Из табл. 1 можно заметить, что наряду с физико-механическими свойствами (прочность при растяжении и изгибе, модуль упругости, относительное удлинение при разрыве), все полимерные пленки существенно различаются по термическим свойствам (теплостойкость, температура плавления). На этом основано распознавание вида полимерных пленок пробами на горение.

Таблица 1.

Наименование полимеров
Плотность г/см3
Разрушающее напряжение при растяжении МПа
Относительное удлинение при 
  разрыве  %
Проницаемость водяных паров г/м2
ПЭНП (ПЭВД)
0,90-0,93
9-17
500
15-20
ПЭВП (ПЭНД)
0,94-0,96
17-35
300
5
ПП
0,90-0,93
41
300
10-20
ПВХ, непластифиц.
1,35-1,43
45-55
120
30-40
ПВДХ
1,82-1,87
48-137
20-40
1.5-5.0
ОПС
1,04-1,05
62-73
20
70-150
ПА
1,13-1,15
69-97
250-400
40-80
ПЭТФ (лавсан)
1,33-1,40
150-180
70-110
25-30
ПК
1,2
59
75
77-93
АЦ
1,29-1,33
49-83
15-45
100-320
Гидрат целлюлоза
48-110
15-25
5-15

Таблица 2.

Наименование полимеров
Кислород, проницаемость см3/(м2*атм) за сутки
Углекислый газ, проницаемость см3/(м2*атм) за сутки
Температура плавления,  °С
ПЭНП (ПЭВД)
6500-8500
30000-40000
102-105
ПЭВП (ПЭНД)
1600-2000
8000-10000
125-137
ПП
370
10000
160-176
ПВХ, непластифиц.
150-350
450-1000
150-220
ПВДХ
8-25
50
220
ОПС
4500-6000
13000
180
ПА
500
1900
225
ПЭТФ (лавсан)
40-50
300-350
250-260
ПК
4500
27000
220-270
АЦ
2000-3000
15500
Гидрат целлюлоза
670
985


ПЭНП (ПЭВД) - полиэтилен низкой плотности (высокого давления), ПЭВП (ПЭНД) - полиэтилен высокой плотности (низкого давления)), ПП - полипропилен, ПВХ - поливинилхлорид, ПВДХ - поливинилиденхлорид, ОПС - ориентированный полистирол, ПА - полиамид, ПЭТФ - полиэтилентерефталат, ПК - поликарбонат, АЦ - ацетат целлюлозы.

Определение природы полимера термическими методами

Образец поджигают и выдерживают в пламени 5-10 секунд, фиксируя следующие свойства: 

 Характерные признаки горения наиболее отчетливо наблюдаются в момент поджигания образцов. В этот период следует быть особенно внимательным. Для установления вида образцов результаты опытов сравнивают с данными о характере поведения полимерных пленок при горении.

По характеру горения и запаху продуктов горения полиолефины напоминают парафин, так как элементарный химический состав этих веществ один и тот же, различаются они лишь размерами молекулярных цепей. Следовательно, отличить ПЭ от ПП термическими методами (так же, как и с помощью органолептических методов и физических свойств) достаточно сложно.

Это возможно только при определенном навыке по запаху продуктов горения, которые у ПП более резкие, напоминая запах жженой резины или горящего сургуча. Окончательное решение о том, из какого материала изготовлена упаковка, принимается по результатам комплексной оценки и по отношению к нагреванию, химическим реакциям.

Идентификация полимерных пленок по химическим свойствам

При затруднении в определении наименования полимера по органолептическим признакам, физическим и термическим свойствам производят дополнительные исследования пленок химическими методами. Как правило, к таким методам прибегают при арбитражных спорах, когда природу упаковки невозможно установить иным путем.

Для этого полимер могут подвергнуть термическому разложению (пиролизу), определяя в продуктах деструкции наличие характерных для данного полимера атомов (например, азота, хлора, кремния) или групп атомов (фенола, нитрогрупп и др.), склонных к специфическим реакциям, в результате которых имеет место определенный индикаторный эффект.

Данные исследования требуют специальных навыков в технике лабораторных работ, знание специальных методик, кото-рые изложены в книге [1]. Качественные реакции на продукты растворения приведены на рис.1. Основой определения типа полимерной пленки по ее растворимости послужила схема из книги [2].

Материал:
[1] Калинина Л. С. и др. "Химические методы исследования синтетических смол и пластических масс" - М.: Химия. 1963 г.
[2] Бристон Дж.Х., Катан Л. Л. "Полимерные пленки" - Пер. с англ. - М.: Химия. 1993 г.

Ханчич О.А., д.х.н
Московский государственный университет прикладной биотехнологии
Информационно-аналитический журнал Pakko Graff, 2000, № 1

Редакция сайта может не разделять мнения авторов.