Выдувная экструзия. Глава № 3

Глава 3. Идентификация полимерных пленок

 

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.
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 др. 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 табл. 15, после чего уже можно сделать некоторые предварительные выводы.
Однако, как нетрудно уяснить из анализа данных, приведенных в табл. 16, 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 табл. 16, 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 (табл. 16 ). Кроме того, как видно из анализа данных, приведенных в табл. 16, 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 табл. 17.
Как видно из данных, приведенных в табл. 17 , 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.

Таблица 15

Вид полимера	Внешние признаки
	Механические	Состояние поверх-ности на ощупь	Цвет	Прозрачность	Блеск
ПЭВД	Мягкая, эластичная, стойкая к раздиру	Маслянистая, гладкая	Бесцветная	Прозрачная	Матовая
ПЭНД	Жестковатая, стойкая к раздиру	Слегка масляни-стая, гладкая, сла-бо 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, слабо стойкая к раздиру	Сухая, гладкая	Бесцветная или светло-желтая	Полупрозрачная	Слабый
ПЭТФ	Жесткая, слабо стойкая к раздиру	Сухая, гладкая, сильно шуршащая	Бесцветная или с голубоватым оттенком	Прозрачная	Средний
ПК	Жесткая, слабо стойкая к раздиру	Сухая, гладкая, сильно шуршащая	Бесцветная, с желтоватым или голубоватым оттенком	Высокопро-зрачная	Высокий
АЦ	Жесткая, не стойкая к раздиру	Сухая, гладкая	Бесцветная	Высокопро-зрачная	Высокий
Целлофан	Жесткая, не стойкая к раздиру	Сухая, гладкая	Бесцветная	Высокопро-зрачная	Высокий

Таблица 16

Вид полимера	Физико-механические характеристики при 20 ° C
	Плотность, кг/м3	Прочность при разрыве, МПа	Относи-тельное удлинение при разрыве,%	Проницае-мость по водяным парам, г/м2 за 24 часа	Проницае-мость по кислороду, см3/(м2 × атм) за 24 часа	Проницае-мость по CO 2 , см3/(м2 × атм) за 24 часа	Темпе-ратура плавле-ния, ° 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

Таблица 17

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 воспламе-няется и гаснет	Зеленоватая с копотью	Хлористого водорода	Хорошая	Хорошая
ПВДХ	Трудно воспламе-няется 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 само-затухает	Голубая, желтова-тая по краям	Жженого рога или пера	Плохая	Хорошая
ПЭТФ	Трудно воспламе-няется и гаснет	Светящаяся	Сладковатый	Отличная	Отличная
ПК	Трудно воспламе-няется 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