TEMAT ĆWICZENIA:

IDENTYFIKACJA TWORZYW SZTUCZNYCH.

1. CEL ĆWICZENIA:

Celem ćwiczenia jest zidentyfikowanie 7 próbek tworzyw sztucznych za pomocą prostych metod laboratoryjnych oraz zbadanie gęstości, gęstości pozornej i wilgoci tworzyw sztucznych zgodnie z polskimi normami.

1. WSTĘP TEORETYCZNY:

POLIMERY – związki wielkocząsteczkowe syntetyczne lub pochodzenia naturalnego składające się z wielkiej liczby powtarzających się i połączonych ze sobą identycznych elementów podstawowych zwanych merami. Ze względu na pochodzenie, polimery możemy podzielić na trzy grupy:

• Naturalne – czyli występujące w przyrodzie, np. celuloza.

• Otrzymywane z polimerów naturalnych w wyniku modyfikacji ich właściwości metodami chemicznymi.

• Syntetyczne – wytwarzane poprzez reakcję chemiczną związków małocząsteczkowych (monomerów).

POLIMERY USIECIOWANE – związki wielkocząsteczkowe, w których nastąpiło połączenie nieuporządkowanych łańcuchów polimerowych w przestrzenną sieć. Sieciowanie polega na odszczepieniu z łańcuchów polimerowych atomów wodoru dzięki czemu dwa łańcuchy mogą połączyć się za pomocą silnego wiązania co w efekcie tworzy sieć. Polimery usieciowane są nierozpuszczalne, a pod wpływem rozpuszczalników pęcznieją.

POLIMERY IZOTAKTYCZNE – to takie, w których podstawniki merów w łańcuchu leżą w jednej płaszczyźnie.

POLIMERY SYNDIOTAKRYCZNE – to takie, w których podstawniki merów leżą ściśle przemiennie w dwóch płaszczyznach łańcucha.

POLIMERY ATAKTYCZNE – to takie, w których brak jakiejkolwiek regularności w ustawieniu podstawników merów w łańcuchu.

TWORZYWA SZTUCZNE – materiały uzyskiwane z polimerów, ale zawierające również składniki dodatkowe, które nadają mu lepsze właściwości użytkowe.

Podział tworzyw sztucznych ze względu na typ polireakcji, w której powstaje związek wielkocząsteczkowy:

• Tworzywa otrzymywane w wyniku polimeryzacji.

• Tworzywa otrzymywane w wyniku polikondensacji.

• Tworzywa otrzymywane w wyniku poliaddycji.

Podział tworzyw ze względu na właściwości użytkowe i technologiczne:

• Elastomery – tworzywa, które w wyniku przyłożenia siły (rozciągania, ściskania) zmieniają znacznie swój kształt ale po odjęciu siły wracają do poprzednich kształtów, np. kauczuk naturalny.

• Termoplasty – tworzywa o zdolności do wielokrotnego przechodzenia w stan plastyczny w podwyższonej temperaturze. Po oziębieniu zachowują kształt nadany im podczas ogrzewania, np. poliamidy, poliwęglany.

• Duroplasty – tworzywa, które podczas ogrzewania lub działania czynników chemicznych ulegają nieodwracalnemu procesowi sieciowania i nie powracają do stanu plastycznego podczas przeróbki (można je więc kształtować tylko raz). Dzielą się na termoutwardzalne i chemoutwardzalne.

1. WYKONANE DOŚWIADCZENIA:

1. Ocena wyglądu zewnętrznego i badania organoleptyczne próbek tworzyw sztucznych (określamy barwę, przeźroczystość lub przeświecanie, sztywność, elastyczność, twardość itp.)

NUMER PRÓBKI	OBSERWACJE
1.	Tworzywo bardzo twarde, przeźroczyste, sztywne, mało elastyczne, w granulacie przypomina kryształki cukru.
2.	Tworzywo bardzo twarde, sztywne, mało elastyczne, mlecznobiałe, matowe, słabo przeświecające.
3.	Tworzywo dość miękkie, przeźroczyste, elastyczne, o gładkiej powierzchni, w granulacie ma seledynowy odcień.
4.	Tworzywo bardzo twarde, matowe, mlecznobiałe, lekko przeświecające, w granulacie jako mlecznobiałe płaty.
5.	Tworzywo miękkie, bardzo elastyczne, półprzeźroczyste, białe, matowe.
6.	Tworzywo twarde, półprzeźroczyste, odcień białawy, średnio elastyczne.
7.	Tworzywo bardzo twarde, przeźroczyste, odcień pomarańczowy, mało elastyczne.

1. Próba rozpuszczalności – określamy zachowanie się próbki pod wpływem działania rozpuszczalników.

Wykonanie ćwiczenia:

• Do ćwiczenia używamy 7 tworzyw sztucznych w postaci granulatów (oznaczenia numeryczne tworzyw są takie same podczas każdego doświadczenia, więc numer próbki za każdym razem odnosi się do tego samego tworzywa ) oraz 5 rozpuszczalników.

• Niewielką ilość tworzywa (kilka granulek) umieszczamy w probówce i dodajemy kilka mililitrów rozpuszczalnika ( każde tworzywo zalewamy w kolejnych probówkach każdym z 5 rozpuszczalników tak aby powstało nam 35 próbek ). Następnie próbki zalane rozpuszczalnikami wytrząsamy ręcznie i obserwujemy co dzieje się z próbką. Czas obserwacji próbek – ok. 3 godziny.

• Wyniki próby rozpuszczalności:

(+) – próbka rozpuszcza się

(-) – próbka nie rozpuszcza się

(P) – próbka pęcznieje

NUMER PRÓBKI	ROZPUSZCZALNIK	SYMBOL POLIMERU
	TOLUEN	C2H5OH skażony acetonem
1.	+	-
2.	-	-
3.	P	-
4.	-	-
5.	P	-
6.	P	-
7.	P	+

1. Próba palenia tworzyw sztucznych .

• Określamy zachowanie się próbek w płomieniu palnika gazowego ( umieszczając łopatkę z tworzywa na 10 sekund w płomieniu ) oraz po wyjęciu z płomienia.

• Obserwujemy czy tworzywo się pali, czy gaśnie po wyjęciu z palnika, jaki jest rodzaj i barwa płomienia, czy się topi, jaki jest dym po zgaszeniu oraz jaki ma zapach itp.

• Wyniki próby palenia:

NUMER PRÓBKI	OBSERWACJE	SYMBOL POLIMERU
1.	Żółty płomień, pali się, próbka nie gaśnie po wyjęciu z płomienia, kopci, po zgaszeniu biały dym, topi się, kapie, zapach hiacyntów.	PS
2.	Próbka pali się żółtym płomieniem, nie gaśnie po wyjęciu z płomienia, kopci.	ABS
3.	Próbka kopci, pali się żółtym płomieniem, gaśnie po wyjęciu z palnika, intensywny zapach dymu, zielony płomień po przyłożeniu siatki miedzianej.	PVC
4.	Próbka pali się ale gaśnie po wyjęciu z płomienia, nie kopci, kapie, zapach spalonego białka, ciągnie nitki.	PA
5.	Próbka pali się ale gaśnie po wyjęciu z płomienia, kapie, biały dym, zapach parafiny.	PE
6.	Próbka pali się niebieskim płomieniem, nie gaśnie po wyjęciu z płomienia, nie kopci, kapie, ciągnie nitki, zapach palonych zniczy.	PP
7.	Próbka trudno się pali, nie kopci, po zgaszeniu czarny dym, zapach zmywacza do paznokci.	PMMA

1. Wyznaczanie gęstości tworzyw metodą piknometryczną.

• Wyznaczamy gęstość dla poli(chlorku winylu).

• Ważymy z dokładnością do 0,0002 g pusty piknometr. Następnie napełniamy piknometr całkowicie wodą destylowaną za pomocą pipety, zamykamy korkiem i termostatujemy ok. 30 minut a następnie ponownie ważymy piknometr wraz z wodą.

• Opróżniamy piknometr, suszymy a następnie wprowadzamy ok. 1 g PVC i po termostatowaniu ważymy piknometr wraz z PVC.

• Dopełniamy piknometr wodą, zamykamy korkiem i po termostatowaniu ważymy piknometr z wodą i PVC.

• Wyniki pomiarów:

Masa pustego piknometru = 9,1710 g (m₁)

Masa piknometru z wodą = 19,6410 g (m₂)

Masa piknometru z PVC = 10, 2130 g (m₃)

Masa piknometru z wodą i PVC = 19,7709 g (m₄)

γ_c – ciężar właściwy cieczy ( dla wody w przybliżeniu 1 g/cm³ )

γ = ( m₃ – m₁)γ_c / (m₂ – m₁) – (m₄ – m₃) , [ g/cm³]

γ = $\frac{(\ 10,2130\ g\ \ 9,1710\ g)\ 1,0\ g/cm3\ }{(19,6410\ g\ 9,1710\ g\ )\ \ (19,7709\ g\ \ 10,2130\ g)} =$ 1,1424 g/cm³

1. Wyznaczanie gęstości pozornej tłoczyw.

• Wyznaczamy gęstość pozorną dla żywicy fenolowo – formaldehydowej z mączką drzewną. Metoda ta jest stosowana dla tłoczyw, które można przesypać przez lejek.

• Na statywie w specjalnym uchwycie umieszczamy lejek a pod nim zważony, stalowy cylinder o pojemności 100 ml.

• Zamykamy wylot lejka i wsypujemy do niego próbkę tłoczywa a następnie otwieramy wylot i napełniamy cylinder tłoczywem.

• Nadmiar tłoczywa z cylindra usuwamy nożem a następnie ważymy cylinder wraz z tłoczywem.

• Wyniki pomiarów i obliczenia:

Masa pustego cylindra = 195,94 g

Masa próbki z cylindrem w kolejnych pomiarach:

1. 257,34 g

2. 258,21 g

3. 258,02 g

4. 256,20 g

5. 256,05 g

Średnia masa próbki = $\frac{\mathbf{257,34}\mathbf{g + 258,21}\mathbf{g + 258,02}\mathbf{g + 256,20}\mathbf{g + 256,05}\mathbf{g - (5 \times 195,94}\mathbf{g)}}{\mathbf{5}}\mathbf{= 61,22\ g}$

Gęstość pozorna tłoczywa = $\frac{\mathbf{61,22\ g}}{\mathbf{100\ }\mathbf{\text{cm}}^{\mathbf{3}}}$ = 0,6122 g/cm³

1. Oznaczanie wilgotności tłoczyw.

• Oznaczamy wilgotność dla żywicy fenolowo – formaldehydowej z mączką drzewną.

• Do szklanego naczynka wagowego z pokrywką odważamy 1,0223 g tłoczywa a następnie próbkę suszymy do stałej masy w temperaturze ok. 80⁰C.

• Następnie ochładzamy naczynko z próbką w eksykatorze i ważymy. Suszenie wykonujemy trzykrotnie.

• Wyniki pomiarów i obliczenia:

Masa naczynka wagowego (m₁) = 53,6310 g

Masa naczynka wagowego z próbką (m₂) = 54,8327 g

Masa naczynka z próbką po suszeniu (m₃) = 54,7814 g

W = $\frac{m2 - m3}{m2 - m1} \times 100\% = \frac{54,8327g - 54,7814g}{54,8327g - 53,6310g} \times 100\% = 4,27\%$

1. WNIOSKI:

• Tworzywa, które palą się żółtym kopcącym płomieniem jak np. polistyren palą się z wydzieleniem węglowodorów aromatycznych.

• Te tworzywa, które mało kopcą palą się z wydzieleniem węglowodorów alifatycznych, np. poliamidy.

• Tworzywa, które palą się niebieskim płomieniem zawierają dużą ilość tlenu, np. poli(metakrylan metylu).

• Analiza organoleptyczna, próba rozpuszczalności i palenia pozwala wywnioskować jakimi tworzywami są nasze próbki:

NUMER PRÓBKI	SYMBOL I NAZWA POLIMERU	WZÓR POLIMERU
1.	PS POLISTYREN
2.	ABS AKRYLONITRYL-BUTADIEN-STYREN
3.	PVC POLI(CHLOREK WINYLU)
4.	PA POLIAMID
5.	PE POLIETYLEN
6.	PP POLIPROPYLEN
7.	PMMA POLI(METAKRYLAN METYLU)