Споживачі і виробники пакувальних матеріалів періодично стикаються з необхідністю розпізнавання природи полімерних плівок. Добре відомо, що основні властивості полімерів визначаються молекулярною структурою, тому для прогнозування властивостей полімерної структури і її ідентифікації досить знати, які функціональні групи входять до складу макромолекул.
Молекули целюлози, наприклад, завдяки наявності гідроксильних груп (-ОН), тяжіють до молекул води. Це пояснює високу гігроскопічність целюлозних плівок і сильна зміна їх властивостей при зволоженні. У полиамидах міститься відносно невелике число гідрофільних (амідних) груп, тому плівки з них поглинають значно менше вологи. Поліетилентерефталат (лавсан), поліетилен, поліпропілен і полістирол взагалі не містять гідрофільних груп.
Саме це пояснює водостійкість плівок з таких полімерів. Функціональні групи можна визначити за допомогою інструментальних методів дослідження (ІК-спектроскопія, спектроскопія КР і ін.). Але ці методи вимагають лабораторних умов і кваліфікованого обслуговування.
Прості і швидкі способи розпізнавання природи полімерних плівок засновані на тому, що всі вони істотно відрізняються за фізичними та органолептичними властивостями, а також по відношенню до нагрівання, характером горіння і хімічним реакціям. Це обумовлює область застосування полімерних плівок, істотно полегшуючи необхідну ідентифікацію. В Таблиці 1 наведені основні показники фізичних властивостей полімерних плівок, найбільш часто використовуваних в якості упаковки. У Таблиці 2 представлені характерні ознаки полімерних плівок.
Розпізнавання виду плівок органолептичними методами і за їхніми фізичними властивостями
В першу чергу, полімерні плівки уважно розглядають, відзначаючи їх зовнішні особливості і порівнюючи результати дослідження з даними, наведеними в табл.2. При цьому враховують такі чинники: o колір і блиск (найменування тони і відтінки, матовий або блискучий зразок), і характер поверхні (масляниста, гладка, шорстка) o прозорість (прозора, напівпрозора, непрозора) o твердість, жорсткість або еластичність, гнучкість o характер шуму при смінаніі плівки і її стійкість до раздиру Результати отриманих досліджень можна зіставити з даними табл. 2.
Після цього досить просто віднести плівку з тим чи іншим представленим в таблиці полімерів. За оптичними властивостями, т. Е. Візуально, розділити між собою полімерні плівки досить складно. Тому вивчають їх механічні властивості. Плівки ПЕНП, ПЕВП, ПП і неорієнтованого ПВХ в руках легко розтягуються. Плівки з поліаміду, ацетатів целюлози, орієнтованого ПВХ і ПС нерозтяжна.
Плівки на основі штучних полімерів (целофан і ацетати целюлози) не стійкі до раздиру, легко розщеплюються в напрямку, перпендикулярному їх орієнтації і шумлять при смінаніі. Більш стійкі до раздиру поліамідні і лавсанові плівки (ПЕТФ). Вони також шумлять при смінаніі. У той же час плівки ПЕНП, пластифікованого ПВХ, ПВДХ не створюють шуму при смінаніі і мають високу стійкість до раздиру. Оскільки фізичні властивості полімерних плівок розрізняються досить істотно, це дозволяє використовувати їх в якості тестів для розпізнавання типу полімеру.
Значною мірою таке положення стосується найбільш поширених в пакувальних технологіях поліолефінів (ПЕНП, ПЕВП, ПП). Як видно з табл. 1, щільність ПЕНП, ПЕВП, ПП менше одиниці. Плівки на їх основі плавають у воді, шляхом занурення в воду рівних смужок полімерних плівок, уникаючи появи бульбашок повітря, які деформують досвід, можна відразу відокремити полиолефини від інших полімерів. Практично, щільність досить просто визначається за допомогою звичайних технічних терезів, на одне з плечей якого підвішується сітчастий циліндр для плівкових зразків.
Щільність розраховується за співвідношенням:
Щільність = маса плівки в повітрі / (маса плівки в повітрі - маса плівки у воді)
Проте, цей метод досить приблизний і зазвичай застосовується для полімерів невеликої щільності. Для більш коректного визначення щільності необхідні додаткові дослідження. Методики визначення щільності та інших фізичних характеристик полімерних плівок можна знайти у відповідних ГОСТ-ах (технічних умов).
Відповідно до величинами щільності поліетилен високого тиску називають поліетиленом низької щільності (ПЕНЩ), а поліетилен низького тиску - поліетиленом високої щільності (ПЕВЩ). Молекулярна структура двох різних за способами отримання видів поліетилену однакова, тому за зовнішнім виглядом та іншими ознаками (табл. 2) обидва поліетилену мало відрізняються один від одного. ПЕНП має молекулярні ланцюга більш розгалужені, ніж ПЕВП.
З цієї причини останній більшою мірою кристалічної і володіє більш високою щільністю. ПЕНП по міцності на розрив трохи поступається ПЕВП, а по стійкості до багаторазових деформацій (вигину) значно перевершує ПЕВП, у якого більш висока жорсткість і менш еластичні плівки. У той же час проникність ПЕВП, приблизно, в 5-6 разів нижче, ніж у ПЕНЩ. Тому ПЕВП є хорошою перешкодою волозі.
З табл. 1 можна помітити, що поряд з фізико-механічними властивостями (міцність при розтягуванні і вигині, модуль пружності, відносне подовження при розриві), все полімерні плівки істотно розрізняються по термічним властивостям (теплостійкість, температура плавлення). На цьому засновано розпізнавання виду полімерних плівок пробами на горіння.
ПЕНП (ПЕВТ) - поліетилен низької щільності (високого тиску), ПЕВП (ПЕНД) - поліетилен високої щільності (низького тиску)), ПП - поліпропілен, ПВХ - полівінілхлорид, ПВДХ - полівініліденхлорид, ОПС - орієнтований полістирол, ПА - поліамід, ПЕТФ - поліетилентерефталат, ПК - полікарбонат, АЦ - ацетат целюлози.
Визначення природи полімеру термічними методами
Зразок підпалюють і витримують у полум'ї 5-10 секунд, фіксуючи такі властивості:
- здатність до горіння (горить, не горить)
- легкість займання (загоряється легко або важко)
- характер горіння (горить в полум'ї і поза ним, горить тільки в полум'я, короткочасно спалахує і гасне поза полум'ям і т. д.)
- колір і характер полум'я (яскраве, зелене, блакитне, закіптюжений, з іскрами, інше) o запах продуктів горіння (гострий, солодкуватий, фенолу, інше).
Характерні ознаки горіння найбільш чітко спостерігаються в момент підпалу зразків. У цей період слід бути особливо уважним. Для встановлення виду зразків результати дослідів порівнюють з даними про характер поведінки полімерних плівок при горінні.
За характером горіння і запаху продуктів горіння полиолефини нагадують парафін, так як елементарний хімічний склад цих речовин один і той же, розрізняються вони лише розмірами молекулярних ланцюгів. Отже, відрізнити ПЕ від ПП термічними методами (так само, як і за допомогою органолептичних методів і фізичних властивостей) досить складно.
Це можливо тільки при певному навику по запаху продуктів горіння, які у ПП різкіші, нагадуючи запах паленої гуми або палаючого сургучу. Остаточне рішення про те, з якого матеріалу виготовлена упаковка, приймається за результатами комплексної оцінки і по відношенню до нагрівання, хімічних реакцій.
Ідентифікація полімерних плівок за хімічними властивостями
При скруті в визначенні найменування полімеру за органолептичними ознаками, фізичним і термічним властивостям виробляють додаткові дослідження плівок хімічними методами. Як правило, до таких методів вдаються при арбітражних спорах, коли природу упаковки неможливо встановити іншим шляхом.
Для цього полімер можуть піддати термічного розкладання (піролізу), визначаючи в продуктах деструкції наявність характерних для даного полімеру атомів (наприклад, азоту, хлору, кремнію) або груп атомів (фенолу, нітрогрупп і ін.), Схильних до специфічних реакцій, в результаті яких має місце певний індикаторний ефект.
Дані дослідження вимагають спеціальних навичок в техніці лабораторних робіт, знання спеціальних методик, кото-які викладені в книзі [1]. Якісні реакції на продукти розчинення наведені на рис.1. Основою визначення типу полімерної плівки по її розчинності послужила схема з книги [2].