Приложение 1. Экспресс-методы определения природы пластмасс

Экспресс-методы определения природы пластмасс

1. Классификация пластмасс и их применение

"Общество пластиковой промышленности" (сокращенно SPI), для облегчения процесса классификации различных видов пластмасс ввело в обиход специальные коды SPI. На дне пластикового изделия цифра внутри треугольника указывает на тип пластмассы для упрощения сортировки и переработки. Также под знаком может присутствовать буквенный код пластика.

ПЭТФ (полиэтилентерафталат).

Впервые полученный в 1940-е годы, ПЭТФ первоначально предназначался для производства волокон, но уже в 1960-е годы начал использоваться для производства плёнки. А в 1973 году в США была запатентована ПЭТФ бутылка. Развитие технологии выдувки из преформ, PET BOTTLE RECYCLING стойкость к ударным нагрузкам, свобода в выборе дизайна и относительно низкая стоимость привели к тому, что бутылки - одно из самых значительных направлений использования ПЭТФ пластиков. ПЭТФ используется для производства бутылок для газированных напитков, минеральной воды, соков, пива, растительных масел, майонеза, косметики, бытовых очистителей и других пищевых и непищевых ёмкостей.

Под изображением обычно ставится буквенный код PETE, иногда PET и цифра 1

ПЭНД (полиэтилен низкого давления, высокой плотности).

Применяется со времен Второй мировой войны, но актуальности не потерял и в наши дни. К 60-м годам полностью заменил целлофан. Используется для изготовления упаковки, фасовочных пакетов (так называемых "шуршунчиков").

Используется буквенный код HDPE и цифра 2.

ПЭВД (полиэтилен высокого давления, низкой плотности)

Наиболее распространенный вид пластмасс. Используется при изготовлении бутылок для моющих средств, игрушек, парниковой пленки, труб. Из него также делали и продолжают делать различные косметические флаконы, бочки, изоляцию в кабеле и т.д. - всего не перечислишь.

Используется буквенный код LDPE и цифра 3.

Поливинилхлорид (ПВХ).

Применяется с 1927 года. Основной материал для изготовления линолеума. Очень ядовит при сжигании! (при недостатке кислорода выделяются фосген, хлор). После ряда публикаций в 1973 году, его использование для пищевой посуды резко сократилось.

Для обозначения используется буквенный код PVC и цифра 4.

Полипропилен (ПП).

Достаточно жесткий и эластичный материал. Из него делают одноразовые шприцы, посуду для горячих блюд, упаковочную ленту, термоусадочную пленку, мешки для сахара и т.д. Достаточно широко используется для изготовления баночек герметизируемых крышечками из фольги. Все изделия из полипропилена выдерживают кипячение и стерилизацию паром.

Используется буквенный код PP и цифра 5.

Полистирол.(ПС)

Одноразовая посуда, стаканчики под йогурт, внутренняя обшивка холодильников, задние стенки отечественных телевизоров, электроизоляционная полистирольная пленка. При производстве полистирола используются химически активные вещества, разрушающие озоновый слой Земли.

Используется буквенный код PS и цифра 6.

Прочие.

Буквенный код отсутствует, а внутри треугольника - прочерк или цифра 7. Чаще всего, это многослойная упаковка или упаковка из нескольких типов пластмасс. Например литровая коробка для сока состоит из картона, фольги и полимера. Такая упаковка практически не поддается вторичной переработке, т.к технологически очень сложно разделить материал упаковки на составляющие. Определить вид пластмассы, если имеется маркировка, достаточно легко - а как быть, если никакой маркировки нет, а узнать, и чего сделана вещь - необходимо?! В большинстве случаев, это достаточно трудно сделать, особенно при схожести физических свойств пластмасс.

2. Определения природы пластмасс на основе анализа

физических свойств.

Мнение о природе пластика можно получить на основе комплексного анализа физических, физико-механических свойств и поведения полимерного материала в пламени горелки, спички, зажигалки.

2.1 Определение природы полимера по внешним признакам

Поскольку отдельным видам полимеров свойственны определенный цвет, прозрачность, характер поверхности, блеск, упругость, эластичность и т.д., то по внешним признакам образцов материалов или изделий можно получить первое представление о природе полимеров. Прежде, чем приступить к выполнению работы по определению полимера, следует детально ознакомиться с соответствующим теоретическим материалом, отобрать образцы полимеров.

Внимательно осмотреть их, подробно охарактеризовать их внешний вид. 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. 1, после чего уже можно сделать некоторые предварительные выводы.

Таблица 1. Внешние признаки

Вид полимера	Механические признаки	Состояние поверхности на ощупь	Цвет	Прозрачность	Блеск
ПЭВД	Мягкая, эластичная, стойкая к раздиру	Мягкая, гладкая	Бесцветная	Прозрачная	Матовая
ПЭНД	Жестковатая, стойкая к раздиру	Слегка маслянистая, гладкая, сладошуршащая	Бесцветная	Полупрозрачная	Матовая
ПП	Жестковатая, слегка эластичная, стойкая к раздиру	Сухая, гладкая	Бесцветная	Полупрозрачная или прозрачная	Средний
ПВХ	Жестковатая, стойкая к раздиру	Сухая, гладкая	Бесцветная	Прозрачная	Средний
ПС	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
Ацетат целлюлозы	Жесткая, не стойкая к раздиру	Сухая, гладкая	Бесцветная	Высокопрозрачная	Высокий
Целлофан	Жесткая, не стойкая к раздиру	Сухая, гладкая	Бесцветная	Высокопрозрачная	Высокий

2.2. Определение природы полимера по плотности

Пластики могут сильно отличаться по плотности. И испытанием «плавучести» образцов пластика в воде, можно часто безошибочно определить природу пластика.

Опустив в стакан с водой кусочек полимера можно определить его плотность:

· полимер тонет в воде, его плотность больше 1;

· полимер плавает в воде, его плотность меньше 1.

Таблица 2

Показатели физических свойств полимерных пленок

· (при фиксированной толщине 25 мкм)

№ л/л	Наименование полимеров	Плотность, г/см3	Прочность при растяжении, МПа	Относительное удлинение при разрыве, %	Температура плавления, °С
1.	Полиэтилен низкой плотности (ПЭНП)	0,90-0,93	9-17		102-105
2.	Полиэтилен высокой плотности (ПЭВП)	0,94-0,96	17-35		125-137
3.	Полипропилен (ПП)	0,90-0,93			160-176
4.	Поливинилхлорид (ПВХ)	1,35-1,43	45-55		150-220
5.	Ориентированный полистирол (ОПС)	1,04-1,05	62-73
6.	Полиамид (ПА)	1,13-1,15	69-97	250-400
7.	Полиэтилен-терефталат (ПЭТФ)	1,33-1,40	150-180	70-110	250-260

8.	Поликарбонат (ПК)	1,2			220-270
9.	Ацетат целлюлозы	1,29-1,33	49-83	15-45
10.	Гидрат целлюлозы, (целлофан)		48-110	15-25	—

2.3. Определения природы полимера методом сжигания

Распознавание полимеров по характеру поведения при нагревании и горении является довольно простым и в то же время достаточно точным методом качественного определения природы полимеров.

Метод основан на визуальном наблюдении за поведением образца при внесении его в верхнюю часть пламени. По мере нагревания образцы термопластов постепенно размягчаются и плавятся, а реактопласты не размягчаются и не плавятся. Поэтому по отношению к нагреванию можно определить класс полимеров (термопласты или реактопласты). При дальнейшем нагревании образца происходит его загорание, сопровождающееся выделением продуктов разложения, которые обладают специфичным для отдельных полимеров запахом, позволяющим определять вид полимеров.

Методика. Образец следует внести в пламя спички, зажигалки или горелки и провести наблюдение за нагреванием, размягчением и загоранием полимерного материала. При загорании образца, его необходимо удалить из пламени горелки; если он плавится и съеживается, выдержать в огне до воспламенения.

В процессе наблюдений за загоревшимся материалом вне пламени горелки, следует определить

· окраску пламени,

· характер горения (спокойное, интенсивное, с копотью, прекращение горения и т.д.),

· отметить запах продуктов горения и

· дополнительные признаки (например, способность вытягиваться в нити).

Для определения запаха продуктов следует погасить пламя и легким движением кисти рук направить воздух от потушенного образца к носу.

3. Определения природы полимера по химической стойкости

Химическая стойкость является одной из важных характеристик пластмасс, поскольку от нее во многом зависит выбор основных областей применения. Большинство пластмасс отличаются высокой химической стойкостью и превосходят в этом отношении традиционные природные материалы: металлы, дерево и др.

Химическая стойкость обусловлена особенностями строения полимеров, наличием или отсутствием функциональных групп, способных претерпевать превращения в среде различных реагентов, наличием и частотой поперечных сшивок и др.

Наибольшей химической стойкостью по отношению к действию кислот и щелочей отличаются полимеризационные карбоцепные полимеры, не имеющие активных функциональных групп:

· полиолефины;

· полистирол;

· галоидсодержащие полимеры (поливинилхлорид, перхлорвинил, фторопласты).

Последние по своей химической стойкости превосходят наиболее стойкий к агрессивным средам металл - золото, которое растворяется в "царской водке" (смеси азотной и соляной кислот), в то время как фторопласты выдерживают без заметных изменений 24-часовое кипячение в этом реагенте.

Поликонденсационные полимеры обычно имеют в основной цепи гетероатомы и обладают более низкой стойкостью в химических средах, что обусловлено взаимодействием полимера с реагентами, сопровождающимися разрушением цепи. Так, в полиамидах в кислой среде происходит гидролиз амидной группы в сильных кислотах и щелочах.

Химическая стойкость карбоцепных полимеров с функциональными группами зависит от химической активности последних. В таких полимерах под действием химических агентов происходит взаимодействие функциональных групп при сохранении основной цепи:

· полиакрилонитрил неустойчив в концентрированных кислотах и щелочах из-за омыления нитрильной группы и образования полиакриловой кислоты;

· полиметилметакрилат, вследствие гидролиза сложных групп превращается в полиметакриловую кислоту;

· поливинилацетат в аналогичных условиях переходит в поливиниловый спирт.

Растворимость полимеров, как и химическая стойкость, зависит от:

· особенностей химического строения (наличия разветвлений, поперечных сшивок, присутствия полярных групп, длины макромолекулы);

· физических факторов (температуры, концентрации вещества, времени контакта, механической нагрузки и т.д.).

Чем меньше разветвлений в макромолекуле, больше ее длина и больше полярных групп, тем выше степень межмолекулярного взаимодействия и ниже растворимость полимеров. Растворимость уменьшается при увеличении упорядоченности макромолекул и повышении частоты поперечных сшивок. Кристаллические полимеры, как правило, обладают меньшей растворимостью, чем аморфные того же химического строения. Отвержденные термореактивные смолы обычно не растворяются и даже не набухают в растворителях.

Пластические массы, используемые как конструкционные материалы, должны обладать высокой химической стойкостью по отношению к тем средам, с которыми изделия контактируют в процессе эксплуатации: мыльно-содовым растворам, растворителям, растворам кислот, пищевым средам. Поэтому знание химической стойкости пластических масс является обязательным для специалиста. Оно позволяет установить правильность выбора пластмасс для изготовления тех или иных изделий.