Идентификация полимерных пленок
Распознавание природа полимерных плёнок – это занятие, с которым периодически сталкиваются производители, и даже потребители упаковочных материалов.
Для того чтобы правильно определить природу происхождения плёнки, её основные свойства и структуру, специалисты должны узнать список функциональных групп, которые входят в состав материала. Это позволит провести идентификацию полимера и узнать её молекулярную структуру.
Функциональные группы в составе макромолекул и их свойства
Высокую водостойкость плёнок объясняет низкая гигроскопичность, а именно наличие гидрофильных групп. Чем меньше таких молекул, тем сильнее материал может противостоять увлажнению. Большое количество гидроксильных групп в целлюлозе, например, объясняет её подверженность изменению под влиянием воды. Так бумажные пакеты не подходят для упаковки продукции, которая будет подвергаться намоканию, пребыванию в воде. А вот плёнки из полиамидов поглощают гораздо меньше влаги, лавсан, полиэтилен или полистирол – это материалы, которые вообще не содержат гидрофильных групп и не взаимодействуют с водой.
Это и объясняет такое широкое применению данного материала в упаковке сегодня.
Конечно же, сами функциональные группы можно определить только инструментальными методами, которые требуют квалифицированного вмешательства и лабораторных условий.
Наиболее простые способы распознавания, не требующие временных затрат, определяются распознавание реакции определённого материала на тот или иной раздражитель. Например, разные классы полимеров имеют различные показатели горючести, нагревания, химических взаимодействий.
Органолептические методы распознавания видов плёнок и по их физические свойства
Как и любой другой материал, полимерные плёнки в сначала поддаются внимательному изучению внешних особенностей. Учитываются такие показатели, как:
- цвет и блеск;
- характер поверхности;
- прозрачность;
- твердость или мягкость;
- жесткость или эластичность;
- звуки при загибании;
- стойкость к образованию трещин;
После этого, плёнку бывает сразу же достаточно легко отнести к какой-либо подходящей группе полимеров, что облегчает дальнейшее распознавание.
Но стоит помнить, что визуально разделить материал достаточно трудно. Именно поэтому стоит продолжить изучение, на этот раз, определив механические свойства плёнки. Например, материал из неориентированного ПВХ или ПЭНП, ПЭВП, ПП очень легко растягивается в руках, в отличие от плёнок из полиамида, ацетатов целлюлозы или ориентированного ПВХ. Они достаточно неэластичны и плохо реагируют на растяжение.
Такое положение в значительной степени касается и наиболее востребованных в упаковочных технологиях полиолефинов (ПП, ПЭНП, ПЭВП). Плотность их ниже единицы. Созданные на их основе пленки плавают в воде. Погружая в нее ровные полоски материала, избегая появления воздушных пузырьков (могут исказить опыт), полиолефины можно сразу отделить от прочих полимеров. Плотность легко определить при помощи обыкновенных технических весов, на одно из плечиков которого подвешивают сетчатый цилиндр, предназначенный для пленочных образцов.
Однако, данный метод достаточно приблизителен, поэтому применяют его для полимеров небольшой плотности. Чтобы результат был более корректным, применяют другие методики исследования, которые прописаны в соответствующих ГОСТах.
Исходя из величин плотности, полиэтилен низкого давления является полиэтиленом высокой плотности (ПЭВП); а полиэтилен высокого давления - полиэтиленом низкой плотности (ПЭНП). При этом молекулярная их структура одинакова, поэтому по ряду характеристик и внешнему виду они практически неотличимы. ПЭВП имеет менее разветвленные молекулярные цепи, чем ПЭНП. Первый обладает более высокой плотностью и в большей степени кристалличен. ПЭВП по прочности на разрыв превосходит ПЭНП, однако уступает ему по стойкости к многократным деформациям. Проницаемость же ПЭВП, примерно в 6 раз ниже, чем у ПЭНП.
Важно отметить, что все полимерные пленки имеют и существенные различия по термическим свойствам. Это видно из таблицы.
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 |
ПЭВП (ПЭНД) - полиэтилен высокой плотности (низкого давления)), ПЭНП (ПЭВД) - полиэтилен низкой плотности (высокого давления), ОПС - ориентированный полистирол, ПП - полипропилен, ПВДХ - поливинилиденхлорид, ПВХ - поливинилхлорид, ПЭТФ - полиэтилентерефталат, ПА - полиамид, ПК - поликарбонат, АЦ - ацетат целлюлозы.
Термические методы определения природы полимера
Подожженный образец выдерживают в пламени в течение 5-10 секунд. При этом фиксируют следующие свойства:
- легкость воспламенения (загорается легко или с трудом)
- цвет и характер пламени (яркое, голубое, зеленое, коптящее, с искрами, прочее)
- запах продуктов горения (сладковатый, острый, фенола, другое)
- характер горения (горит только в пламени, горит в пламени и вне его, кратковременно вспыхивает и гаснет вне пламени и т. д.)
Наиболее отчетливо характерные признаки горения наблюдаются в момент поджигания образцов. Важно быть особенно внимательным. Чтобы установить вид образцов, результаты опытов сравниваются с данными о том, как показали себя полимерные пленки при горении.
Характер горения, а также запах продуктов горения полиолефинов напоминает парафин, так как элементарный химический состав данных веществ одинаковый, различия заключаются только в размерах молекулярных цепей. Отличить ПП от ПЭ термическими методами довольно сложно. Возможно это при определенном навыке: запах продуктов горения у ПП более резкий (напоминает жженую резину).
Дать окончательный ответ о том, из какого материала создана упаковка, можно дать только после того, как будет проведена комплексная оценка.
В случаях, когда определить наименование полимера затруднительно, проводится дополнительные исследования по физическим, органолептическим и термическим свойствам химическими методами. Самые частые случаи – это арбитражные споры, когда установить природу упаковки иными путями невозможно.
Полимер подвергается пиролизу (термическому разложению), что помогает определить в продуктах деструкции наличие атомов, характерных только для данного полимера, и групп атомов, которые склонны к специфическим реакциям, дающим определенный индикаторный эффект.
Подобные исследования требуют наличия специальных навыков и четкого знания техники и методики лабораторных работ.
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:
- Калинина Л. С. и др. "Химические методы исследования синтетических смол и пластических масс" - М.: Химия. 1963 г.
- 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
