1.IDENTYFIKACJA TWORZYW SZTUCZNYCH
1.1.Wstęp
Identyfikacja tworzyw sztucznych służy do ich rozpoznawania w oparciu o cechy zewnętrzne oraz własności fizyko-chemiczne. Najczęściej identyfikacji dokonuje się na podstawie ich wyglądu zewnętrznego, postaci handlowej, metody formowania, gęstości, zachowania się w otwartym płomieniu i rozpuszczalnikach oraz temperatury topnienia (mięknienia) polimeru. Ponadto stosuje się chemiczne analizy (np.: chromatografia gazowa, spektrometria mas) mające na celu określenie jakie pierwiastki wchodzą w skład polimeru oraz wykrywanie innych charakterystycznych dla danego tworzywa związków chemicznych np. formaldehydu, octanów, styrenu, pochodnych celulozy itp. Stosuje się również nowoczesne metody instrumentalne pozwalające poznać strukturę i budowę wewnętrzną tworzywa, stopień jego krystaliczności. Są to m.in:
spektrometria w podczerwieni (IR) - analiza widm umożliwia wykrycie i zidentyfikowanie charakterystycznych ugrupowań chemicznych oraz pozwala jakościowo badać, z jakich elementów zbudowana jest makrocząsteczka polimeru oraz określić stopień krystaliczności tworzywa.
rentgenografia (szerokopasmowa WAXS, małokątowa SAXS) - mierzy się rozkład intensywności promieniowania ugiętego przez badaną próbkę (nie przenikającego, jak np.: w medycznych badaniach radiologicznych czy określaniu wad spawalniczych) i ewentualnie przez preparaty wzorcowe, w funkcji kąta dyfrakcji. Mając odpowiednie umiejętności, można na uzyskanym dyfraktogramie wydzielić intensywność rozpraszania materiału krystalicznego i amorficznego.
magnetyczny rezonans elektronowy (EPR): rejestruje się natężenie energii promieniowania mikrofalowego podczas rezonansu absorbowanego przez próbkę. Metodę tę stosuje się do wykrywania wolnych rodników w układach polimeryzacyjnych. Można w ten sposób zbadać rozmieszczenie rodników w polimerach oraz ich liczbę,
magnetyczny rezonans jądrowy (NMR): podczas działania zewnętrznego pola magnetycznego powstałego wskutek rezonansu jądrowo-magnetycznego wykonuje się widma polimerów w roztworze.
analiza termiczna (kalorymetria DSC, analiza termiczna TGA) - polegają na pomiarze zmian właściwości fizycznych badanej próbki podczas kontrolowanego ogrzewania i chłodzenia. Znajomość temperatur przemian charakterystycznych dla danego tworzywa pozwala na jego identyfikację,
O składzie polimeru, a wiec często i o klasie połączeń wielkocząsteczkowych, do których można go zaliczyć, wnioskuje się na podstawie szczegółowych prób jakościowych na zawartość chlorowca, azotu, siarki, fosforu, tytanu, krzemu. Dalsze dodatkowe badania chemiczne pozwalające zidentyfikować rodzaj polimeru to oznaczanie wielkości charakterystycznych takich jak: liczba kwasowa, liczba zmydlenia, liczba jonowa czy liczba hydroksylowa.
W przypadku próby identyfikacji kopolimerów (polimerów, które w swoim łańcuchu zawierają min. 2 rodzaje merów) czy tworzyw wieloskładnikowych (mieszaniny różnych tworzyw lub polimerów = blendy), dopiero metody analizy instrumentalnej i specjalne metody analizy chemicznej pozwolą ostatecznie ustalić skład identyfikowanych materiałów. Utrudniona jest też identyfikacja tworzyw z dużą ilością napełniaczy (włóknistych bądź proszkowych, organicznych lub nieorganicznych) i materiałów pomocniczych (np.: barwników i pigmentów, stabilizatorów, poroforów, plastyfikatorów, antypirenów itd.), które mogą zmieniać barwę tworzywa, gęstość, właściwości wytrzymałościowe, palność, modyfikować budowę chemiczną itd.
*Dodatkowo wymagane - podział polimerów i nazewnictwo podstawowych tworzyw termoplastycznych.
1.2.Ćwiczenie
Celem ćwiczenia jest samodzielna identyfikacja tworzywa sztucznego w jego podstawowej bezbarwnej i niemodyfikowanej odmianie na podstawie wyglądu zewnętrznego próbki oraz zewnętrznych obserwacji organoleptycznych (zapach, kolor i wygląd płomienia itd.).
Identyfikację wstępną przeprowadzamy na podstawie wyglądu zewnętrznego. Szczególną uwagę należy zwrócić na powierzchnię tzn. czy jest ona błyszcząca, matowa, tłusta, czy też porowata. Istotną rolę odgrywa sztywność tworzywa i jego barwa oraz twardość, którą wstępnie można określić przy próbie zarysowania powierzchni np. paznokciem.
Na podstawie gęstości tworzyw nie napełnionych można bardziej zawęzić krąg poszukiwań, wstępne określenie gęstości określa się przez zanurzenie w wodzie. Próbki pływające po powierzchni wody (gęstość < 1) to gł.: PE, PP. Ważnym badaniem jest określenie zachowania się tworzywa w otwartym płomieniu. Podczas tej próby należy ustalić: palność tworzywa, kolor płomienia i układ barwy, czy tworzywo się topi (termoplasty) kapie kropelkami, zwęgla się, wytwarza pęcherze, pozwala na wyciągnięcie nitek po zgaszeniu, zapach dymów wydzielających się po zgaszeniu próbki, związany z wydzielaniem się gazowych produktów rozkładu polimeru
Badania stosowane przy podstawowej identyfikacji, pominięte w laboratorium 1 Identyfikacja tworzyw sztucznych:
Sprawdzenie odporności tworzywa na działanie rozpuszczalników, jest niekiedy długotrwałe, polega na potraktowaniu tworzywa określonym rozpuszczalnikiem i obserwację zachowania się materiału, aby stwierdzić czy ulega on pęcznieniu żelowaniu. W celu przyspieszania oddziaływania rozpuszczalnika badanie można przeprowadzić w podwyższonej temperaturze.
Odczyn kwaśny lub alkaliczny produktów rozkładu wykrywa się zwilżonym papierkiem lakmusowym umieszczonym u wylotu probówki z ogrzewaną próbka. Stwierdzenie odczynu kwaśnego wskazuje na obecność w próbce
badanej takich substancji jak polichlorek winylu, polichlorek winylidenu. naturalny i syntetyczny kauczuk, tworzywa polisulfonowe, azotan i octan celulozy, polioctan winylu. Stwierdzenie odczynu alkalicznego produktów rozkładu wskazuje na :możliwość występowania produktów kondensacji: aldehydów z mocznikiem, melaminą. aniliną oraz występowanie poliamidów.
Badania identyfikacyjne poszczególnych typów żywic prowadzi się również wykorzystujac reakcje barwne, specyficzne dla danego polimeru.