Politechnika Warszawska

Wydział Budownictwa Mechaniki i Petrochemii w Płocku

Laboratorium Chemii Budowlanej

Instrukcja do ćwiczenia:

TWORZYWA SZTUCZNE

METODY IDENTYFIKACJI

KIERUNKI ZASTOSOWANIA W BUDOWNICTWIE

Opracowała:

dr inż. Maria Bukowska

Płock, marzec 2007

Spis treści

1. Tytuł ćwiczenia……….………………………………………………………... ....… 3

2. Cel ćwiczenia………………..……….……………………………………..... .…….. 3

3. Podstawy teoretyczne.……………………………………………………...........……… 3

1. Definicja tworzyw sztucznych…………………………………..........……....…….. 3

2. Podział i metody otrzymywania polimerów……………………………......……....... 4

3. Wpływ niektórych czynników na właściwości tworzyw sztucznych……...........…… 6

4. Przetwarzanie tworzyw sztucznych………………………………………...........…....7

5. Analiza jakościowa tworzyw sztucznych -metody identyfikacji polimerów............... 8

6. Zastosowanie tworzyw sztucznych w budownictwie…………………......……......... 9

4. Wykonanie ćwiczenia…..…………………………………………………..…................10

1. Badanie organoleptyczne tworzywa sztucznego, określenie gęstości........................ 10

2. Określenie termoplastycznego lub termoutwardzalnego charakteru tworzywa..........10

3. Określenie palności tworzyw.......................................................................................11

4. Określenie zapachu produktów rozkładu termicznego................................................11

5. Określenie odczynu produktów rozkładu termicznego................................................12

6. Określenie zawartości chloru, próba Beilsteina...........................................................12

5. Opis wykonania ćwiczenia……………………………………………..…………..........12

6. Literatura………………………………………………………………..………..............12

1. Tytuł ćwiczenia: Tworzywa sztuczne, metody identyfikacji, kierunki zastosowania w budownictwie

2. Cel ćwiczenia: Celem ćwiczenia jest zaznajomienie się ze specyfiką właściwości materiałów, które znajdują coraz powszechniejsze zastosowanie w budownictwie, poznanie metod identyfikacji polimerów

3. Podstawy teoretyczne

1. Definicja tworzyw sztucznych

Tworzywami sztucznymi nazywamy materiały zawierające w swoim składzie polimer oraz celowo wprowadzone dodatki, mające wpływ na właściwości użytkowe.

Polimerem, czyli związkiem wielkocząsteczkowym nazywamy zaś związek chemiczny o ciężarze cząsteczkowym powyżej 10000, składający się z wielu merów - t.j. powtarzalnych ugrupowań atomów. W wypadku polimerów pojęcie ciężaru cząsteczkowego nie jest tak jednoznaczne jak w wypadku związków małocząsteczkowych. Cechą charakterystyczną polimerów jest bowiem polidyspersyjność, czyli różna długość łańcucha a tym samym różny ciężar cząsteczkowy dla różnych makrocząsteczek. Dlatego też wprowadzone zostało pojęcie liczbowo średniego ciężaru cząsteczkowego (M_n)

∑ N_iM_i

M_n = -----------------

∑ N_i

gdzie: N_i - liczba makrocząsteczek o ciężarze cząsteczkowym M_i; przy czym i może przyjmować wartości od 1 do j.

Oprócz pojęcia liczbowo średniego ciężaru cząsteczkowego wprowadzono pojęcie wagowo średniego ciężaru cząsteczkowego. W przypadku związków małocząsteczkowych takich jak: tlenki, kwasy, zasady, sole czy niektóre związki organiczne ciężar cząsteczkowy ma ściśle określoną wielkość.

Wartość ciężaru cząsteczkowego polimerów często wynosi dziesiątki lub setki tysięcy. Między długimi łańcuchami makrocząsteczek występują bardzo silne oddziaływania międzycząsteczkowe decydujące o ich właściwościach, takich jak wytrzymałość mechaniczna, odporność cieplna oraz duża lepkość w stanie stopionym. Uniemożliwiają one również przejście w stan ciekły o niskiej lepkości i stan gazowy. Ze względu na występowanie zjawiska polidyspersyjności polimery nie topią się w jednej temperaturze, lecz miękną w pewnym zakresie temperatur. Ciężar cząsteczkowy związków małocząsteczkowych nie przekracza zwykle wartości kilkaset, dlatego substancje te nie posiadają właściwości konstrukcyjnych, w stanie stopionym są cieczami o niskiej lepkości i mogą parować. Ze względu na jednakową wartość ciężaru cząsteczkowego, związki małocząsteczkowe zmieniają stan skupienia po przekroczeniu określonej temperatury, charakterystycznej dla każdego nich. Tak jak np. tlenek wodoru (H₂O), w temperaturze 0⁰C przechodzi ze stanu stałego (lód) w stan ciekły (woda) a w temp. 100⁰C - w stan gazowy (para wodna).

Do polimeru wprowadza się dodatki, celem uzyskania pożądanych właściwości użytkowych. Polimer + odpowiednie dodatki to właśnie tworzywo sztuczne.

• Napełniacze - substancje zwiększające sztywność tworzyw sztucznych i obniżające ich cenę, mogące zwiększać przewodność elektryczną i odporność termiczną, obniżać ścieralność, palność, wydłużenie cieplne, itd. Są to takie substancje stałe jak: włókno szklane, tkaniny i maty z włókna szklanego, mączki nieorganiczne (kreda, talk) i organiczne (trociny), sproszkowane metale. Napełniacze dodawane są w ilościach rzędu kilku do kilkudziesięciu %.

• Plastyfikatory - substancje obniżające oddziaływanie międzycząsteczkowe i zwiększające elastyczność materiału. Są to zwykle wysokowrzące substancje organiczne nie posiadające tendencji do wypacania. Plastyfikatory dodawane są w ilości od kilku do kilkudziesięciu %.

• Środki ekspandujące, porofory - substancje obniżające gęstość masową materiału poprzez zwiększanie porowatości. Są to substancje rozkładające się z wydzieleniem dużej ilości gazów, takich jak N₂ czy CO₂.

• Pigmenty, barwniki - substancje zmieniające przezroczystość i barwę materiału,

• Stabilizatory: UV, stabilizatory termiczne i antyutleniacze - substancje, które stabilizują właściwości materiału w czasie użytkowania i przetwórstwa. Chronią one materiał przed starzeniem, które objawia się pogorszeniem właściwości wytrzymałościowych, matowieniem, pękaniem i zabarwieniem materiału. Substancje tego rodzaju dodawane są w małych ilościach, mniej niż 1% i na ogół są to produkty wysoko przetworzonej chemii.

1. Podział i metody otrzymywania polimerów

Ze względu na możliwość występowania w przyrodzie, polimery dzieli się na:

• polimery naturalne, występujące w przyrodzie i należą do nich między innymi: celuloza - polimer występujący w drewnie, mleczko kauczukowe - emulsja pochodząca z niektórych drzew, kazeina - polimer występujący w mleku, itd.

• polimery sztuczne, pochodzące z modyfikacji chemicznej polimerów naturalnych z użyciem np. silnych kwasów. Należą do nich pochodne celulozy i kauczuku naturalnego,

• polimery syntetyczne, otrzymywane w polireakcjach z substancji małocząsteczkowych. Surowcami do wytwarzania polimerów syntetycznych są: gaz ziemny, ropa naftowa, różne gatunki węgla. Do polimerów syntetycznych zalicza się: polietylen (PE), polipropylen (PP), polichlorek winylu (PVC), polistyren (PS), polimetakrylan metylu (PMM), poliamid (PA), poliwęglan (PC), epoksydy, poliuretany (PU), żywice poliestrowe, żywice fenolowo-formaldehydowe i wiele innych. Polimery syntetyczne nie występowały w przyrodzie - opracował i wyprodukował je człowiek.

Polimery otrzymuje się za pomocą tzw. polireakcji, do których należą:

• reakcja polimeryzacji, przebiegająca bez wydzielania ubocznych produktów mało-cząsteczkowych. Ulegają jej substancje małocząsteczkowe (monomery) posiadające w swej cząsteczce jedno lub dwa wiązania nienasycone. Przykładem tego typu reakcji jest reakcja polimeryzacji etylenu prowadząca do otrzymania polietylenu:

nCH₂= CH₂ → [—CH₂—CH₂—]_n

n cząsteczek monomeru → makrocząsteczka polimeru

n cząsteczek etylenu → makrocząsteczka polietylenu

gdzie: n - dowolna bardzo duża liczba

Polimeryzacja przebiega z udziałem inicjatorów lub katalizatorów, które inicjują pęknię-

cie wiązania podwójnego, czyli powodują aktywację monomeru. Reakcja polimeryzacji

jest reakcją jednostopniową. Za pomocą tej reakcji otrzymuje się np.: polietylen (PE),

polipropylen (PP), polistyren (PS), polimetakrylan metylu (PMM), polichlorek winylu (PVC lub PCW),

• reakcja polikondensacji, przebiegająca z wydzieleniem ubocznych produktów małoczą-steczkowych, takich jak H₂O. Polikondensacji ulegają związki organiczne, zawierające co najmniej dwie grupy funkcyjne. Poniżej przedstawiono schematycznie przebieg reakcji polikondensacji, pola zakreskowane, grupy funkcyjne:




























produkt główny produkt uboczny

(wielka cząsteczka) (mała cząsteczka)

Do przeprowadzenia polikondensacji stosuje się najczęściej dwa różne rodzaje małych cząsteczek:

• cząsteczki zawierające dwie grupy funkcyjne jednego rodzaju, np.: dwie grupy -OH, dwie grupy -NH₂ lub dwie grupy -COOH. Wówczas różne grupy funkcyjne zawarte w różnych cząsteczkach mogą ze sobą reagować tworząc wielkie cząsteczki,

• cząsteczki zawierające dwie grupy funkcyjne różnego rodzaju (np. aminokwasy zawierające jednocześnie grupę -NH₂ i grupę -COOH), mogące ze sobą reagować tworząc wielkie cząsteczki.

Reakcja polikondensacji przebiega także w obecności katalizatorów, lecz jest reakcją odwracalną, przebiegającą stopniowo i można ją zatrzymać na dowolnym etapie. Za pomocą tej reakcji otrzymuje się: żywice poliestrowe (NP), żywice fenolowo - formaldehydowe (FF), poliamidy (PA), poliwęglany (PC), silikony (S) oraz niektóre żywice epoksydowe (EP).

• reakcja poliaddycji jest reakcją odwracalną, przebiegającą bez wydzielania produktów ubocznych i jej mechanizm jest niezupełnie wyjaśniony. Katalizatorami reakcji poliaddycji są najczęściej woda, kwasy i zasady. W reakcji tej otrzymuje się na przykład niektóre żywice epoksydowe ( EP) i poliuretany (PU).

2. Wpływ niektórych czynników na właściwości tworzyw sztucznych

Właściwości tworzyw sztucznych zależą zasadniczo od czynników wewnętrznych:

1. od rodzaju polimeru - jego składu chemicznego, kształtu łańcucha, wielkości ciężaru cząsteczkowego i struktury fizycznej

2. od wprowadzonych dodatków

oraz od czynników zewnętrznych:

3. od temperatury,

4. od substancji zawartych w środowisku.

Ad. a) ze względu na skład chemiczny polimery są materiałami lekkimi, najlżejsze z nich mają gęstość poniżej 1 g/cm³ (PP - 0,92, PE - 0,96). Jeżeli polimer zawiera w swoim składzie tylko pierwiastki takie jak C, H, O - to zwykle jest to polimer palny. Polimery zawierające w swoim składzie takie pierwiastki jak Cl, Br czy Si są polimerami samogasnącymi. Polimery są dielektrykami - występuje w nich zjawisko elektryczności statycznej, czyli gromadzenia ładunku pod wpływem tarcia połączone z możliwością wyładowania elektrycznego. Polimery liniowe, zwykle mogą ulegać stopieniu w podwyższonej temperaturze, przechodząc w stan cieczy o wysokiej lepkości (stan plastyczny) i rozpuszczać się w rozpuszczalnikach organicznych. Właściwości te są bardzo zróżnicowane - są polimery odporne w temperaturze pokojowej praktycznie na wszystkie rozpuszczalniki, np. PTFE (teflon) lub polietylen, inne są rozpuszczalne już w temperaturze pokojowej, np. polistyren. Polimery usieciowane nie są topliwe i nie ulegają rozpuszczeniu w w.w. rozpuszczalnikach. Polimery o wyższym ciężarze cząsteczkowym posiadają większą sztywność, twardość i topią się w wyższych temperaturach. Także polimery krystaliczne posiadają wyższą wytrzymałość i są trudniej rozpuszczalne niż polimery bezpostaciowe.

Ad. b) rola dodatków już częściowo została omówiona. Ogólnie można stwierdzić, że dodatki nieorganiczne obniżają palność tworzywa sztucznego, mogą zwiększać jego przewodność cieplną i elektryczną.

Ad. c) temperatura wpływa w dużym stopniu na właściwości wytrzymałościowe i reologiczne polimeru i tym samym wykonanego z niego tworzywa sztucznego. W zakresie temperatur minus 20⁰C plus 350⁰C ten sam polimer może być materiałem kruchym, następnie elastycznym oraz plastycznym, czyli wysokolepką masą o konsystencji miodu. W tym samym zakresie temperatur metal, ceramika budowlana czy beton pozostają sztywnymi materiałami o prawie niezmienionych właściwościach wytrzymałościowych. Wśród polimerów są:

• elastomery - czyli polimery charakteryzujące się wydłużeniem dochodzącym do 2000% i tzw. elastycznym powrotem (brak odkształceń trwałych),

• plastomery - czyli polimery charakteryzujące się trwałym wydłużeniem dochodzącym do 200%, zachowujące się w czasie użytkowania jak szkło lub materiał elastyczny. Plastomery, ze względu na podatność na odkształcenia cieplne dzieli się na: termoplastyczne, mięknące pod wpływem ogrzewania i twardniejące po ostudzeniu (proces dotyczy polimerów liniowych, jest odwracalny i powtarzalny) i utwardzalne (termo- i chemoutwardzalne), nietopliwe po utwardzeniu, czyli usieciowaniu.

Ad. d) zasadniczo polimery należą do materiałów odpornych na korozję w takich środowiskach, w których ulegają korozji tradycyjne materiały konstrukcyjne. Jednak niektóre z nich wykazują wysoką podatność na działanie wybranych rozpuszczalników organicznych zawartych w środowisku. Wówczas nawet niewielka zawartość takiego rozpuszczalnika w środowisku może powodować pogorszenie właściwości wytrzymałościowych polimeru.

Właściwie tworzywa sztuczne należą do najtrudniej zniszczalnych materiałów. Nie są atakowane przez mikroorganizmy w takim stopniu jak to ma miejsce w wypadku drewna, nie są również atakowane przez rdzę ani nie poddają się wietrzeniu jak materiały kamienne.

2. Przetwarzanie tworzyw sztucznych

Wybór metody przetwórstwa tworzyw sztucznych zależy od tego czy tworzywo sztuczne ma właściwości termoplastyczne czy też jest tworzywem utwardzalnym. Dla tworzyw termoplastycznych zwykle stosowane jest ogrzewanie materiału do temperatury powyżej temperatury płynięcia, formowanie wyrobu i schłodzenie. Formuje się w ten sposób wyroby przy użyciu procesu wytłaczanie czy wtrysku wykorzystując odpowiednie narzędzia formowania (ustniki, formy wtryskowe). W wypadku tworzyw termoutwardzalnych, formowanie odbywa się poprzez prasowanie surowca, jakim jest żywica polikondensacyjna lub poliaddycyjna z dodatkiem utwardzacza i aktywatora w odpowiednich formach. Tworzywo termo- lub chemoutwardzalne na krótki okres czasu, wystarczający do wypełnienia formy, ulega stopieniu a następnie ulega utwardzeniu. Ten proces jest nieodwracalny.

W przetwórstwie tworzyw sztucznych nie stosuje się raczej obróbki skrawaniem (toczenie, frezowanie), lecz gwinty czy kołnierze formowane są podczas wytłaczania lub wtrysku. Ze względu na specjalne właściwości tworzyw sztucznych wprowadzone zostały także inne sposoby łączenia rurociągów, np. przez zgrzewanie, łączenie za pomocą elastycznych uszczelek czy też kleju.

Charakterystyczny dla przetwórstwa tworzyw sztucznych jest ściśle określony dla danego rodzaju tworzywa zakres temperatur, w którym ono osiąga odpowiednią lepkość umożliwiającą wypełnienie formy przy danym ciśnieniu. Różne tworzywa topią się w różnych temperaturach, mają różną lepkość i nie mieszają się w stanie stopionym. Dlatego dużym problemem jest ponowne, ekonomicznie uzasadnione, przetwarzanie odpadów tworzyw sztucznych zwanych potocznie „plastykiem”. Wymagana jest w tym wypadku segregacja tworzyw ze względu na rodzaj. Ułatwia to znakowanie tworzyw sztucznych odpowiednią cyfrą i skrótem nazwy np: 1 -PET (politereftalan etylenu), 2 - HDPE (PE dużej gęstości), 3 - PVC (polichlorek winylu), 4 - LDPE (PE małej gęstości), 5 - PP (PP), 6 - PS (PS), 7 - OTHER (inne tworzywa, w tym wielowarstwowe). Ponadto utylizacja rosnącej ilości tworzyw sztucznych ze względu na ochronę otaczającego środowiska może być przeprowadzana także poprzez spalenie z odzyskiem energii. Podczas niewłaściwego spalania niektórych tworzyw wydzielają się jednak trujące substancje, dlatego spalanie tworzyw sztucznych wymaga odpowiednich palenisk i urządzeń oczyszczających gazy spalinowe. Innym sposobem pozbycia się kłopotliwych odpadów jest ich składowanie na wysypisku śmieci (wymagają bardzo dużo miejsca ze względu na niską gęstość), lub wprowadzanie do tworzyw odpowiednich domieszek czyniących je zdolnymi do zniszczenia przez mikroorganizmy, promienie UV i tlen. Istnieją również inne sposoby utylizacji tworzyw sztucznych.

5. Analiza jakościowa tworzyw sztucznych - metody identyfikacji polimerów

Celem analizy jakościowej tworzyw sztucznych jest określenie typu polimeru, który stanowi główny składnik analizowanego tworzywa. Najwłaściwszą metodą jest przeprowadzenie systematycznych badań, przy wykorzystaniu opracowanych schematów analizy polimerów, dostępnych w literaturze. Pełna analiza wymaga polimerów reguły potwierdzenia uzyskanych wyników za pomocą kilku metod. W badaniach analitycznych tworzyw sztucznych, zwykle stosuje się metody:

- fizykochemiczne, polegające na określeniu topliwości, palności, rozpuszczalności czy ciężaru właściwego,

- chemiczne, polegające na wykrywaniu obecności heteroatomów (Cl, N, Br) lub przeprowadzaniu barwnych reakcji charakterystycznych,

- instrumentalne, takie jak metody spektroskopii w podczerwieni, dyfrakcji rentgenowskiej, fluorescencji rentgenowskiej, spektroskopii masowej, czy chromatografii gazowej.

Mimo, że pełna identyfikacja tworzyw sztucznych jest zagadnieniem dość trudnym i skomplikowanym, w szeregu przypadków, szczególnie w odniesieniu do tworzyw sztucznych szeroko stosowanych, możliwe jest przeprowadzenie analizy jakościowej metodami stosunkowo prostymi, z pominięciem pracochłonnych badań systematycznych.

6. Zastosowanie tworzyw sztucznych w budownictwie

Zastosowanie tworzyw sztucznych w budownictwie jest coraz powszechniejsze, ze względu na ich różnorodne właściwości fizykochemiczne pozwalające, na zastępowanie takich tradycyjnych materiałów jak: drewno, metale czy nawet naturalne i sztuczne materiały kamienne. Porównanie właściwości różnych materiałów budowlanych przedstawia tablica 1.

Tablica 1. Porównanie właściwości tworzyw sztucznych i materiałów tradycyjnych

Właściwość	Tworzywa sztuczne	Metale	Materiały kamienne	Drewno
Gęstość, g/cm^3	0,9 - 1,6	kilkakrotnie wyższa	wyższa	porównywalna
Gęstość pozorna, g/cm^3	0,01-0,15	wyższa	wełna mineralna - wyższa	wyższa
Przewodność ciepła	niska	wysoka	wysoka	niska
Przewodność elektryczna	izolatory	przewodniki	izolatory	izolator
Wydłużenie cieplne	wysokie, kilkakrotnie wyższe niż metali i mat. kamiennych	niskie	niskie	niski
Palność	palne; nie podtrzymują palenia silikony, PVC	niepalne	niepalne	palne
Odporność cieplna (w stosunku do tworzyw sztucznych)	zależy od rodzaju tworzywa, w temp.300-400^0C wszystkie ulegają rozkładowi	(wyższa)	(wyższa)	(wyższa)
Właściwości mechaniczne (w stosunku do tworzyw sztucznych)	zależą od rodzaju tworzywa, ciężaru cząsteczkowego, stopnia krystaliczności; wyższe dla napełnionych włóknami szklanymi i węglowymi poliestrów	(wytrzymałość na rozciąganie, zginanie, ściskanie i twardość - wyższe)	(wytrzymałość na ściskanie, twardość - wyższe)	(zależne od rodzaju drewna i od kierunku przyłożenia siły)
Odporność na starzenie	ulegają starzeniu zależnie od rodzaju tworzywa	nie ulegają	nie ulegają	nie ulegają
Podatność na korozję w środowiskach wodnych	mała	zależy od metalu	zależy od materiału	mała
Podatność na działanie rozpuszczalników organicznych	zależy od rodzaju tworzywa, niektóre nierozpuszczalne	nierozpuszczalne	nierozpuszczalne	nierozpuszczalne

Kierunki zastosowania tworzyw sztucznych:

1. Rurociągi do przesyłania gazu (PEdg, PVC), rurociągi do wody pitnej lub wody grzewczej (PEdg, PVC, PP).

2. Folie do izolacji przeciwwilgociowych i przeciwwodnych (PE, PVC).

3. Materiały podłogowe - rulonowe, płytki (PVC), dywanowe (PP).

4. Materiały ścienne - tapety zmywalne i samoprzylepne, panele, siding, systemy odwodnienia dachów, rurki drenarskie (PVC).

5. Stolarka okienna i drzwiowa (PVC).

6. Obudowy lamp jarzeniowych, świetliki, ścianki przeświecające (PMM, PC).

7. Armatura sanitarna, galanteria elektryczna - gniazda wtykowe, wyłączniki (PS wysoko udarowy, tworzywa termoutwardzalne).

8. Izolacja przewodów podtynkowych (PVC).

9. Izolacja cieplna (PS spieniony, pianki PVC, PE, PP, PU).

10. Podłogi bezspoinowe lub wylewane (PVC, żywice poliestrowe).

11. Uszczelnienia (PU, S).

12. Lekkie konstrukcje typu płyty faliste (żywice poliestrowe zbrojone włóknem szklanym).

13. Kleje konstrukcyjne i różne środki hydrofobizujące (epoksydy, PU, roztwory i emulsje polimerowe, wyroby rulonowe, roztwory i emulsje bitumiczne).

Zgodnie z wymogami ochrony środowiska wymienione wyroby posiadają odpowiednie oznaczenie, jednoznacznie określające, z jakiego rodzaju tworzywa sztucznego zostały wykonane. Takie oznaczenie pozwala określić właściwości tworzywa (palne, samogasnące, temperatura użytkowania, rozpuszczalność w rozpuszczalnikach).

Stosując tworzywa sztuczne należy przestrzegać wszystkich, nawet niezrozumiałych dla użytkownika, zaleceń producenta wyrobu, które wynikają z właściwości tworzyw sztucznych pamiętając, że ich właściwości znacznie różnią się od właściwości materiałów tradycyjnych.

4. Wykonanie ćwiczenia

Student dostaje w próbówkach oznaczonych numerami 1 - 3 próbki tworzyw sztucznych. W celu zidentyfikowania próbek tworzyw wykonuje się kolejno następujące doświadczenia.

1. Badanie organoleptyczne tworzywa sztucznego, określenie gęstości

Należy obejrzeć tworzywa zawarte w próbówkach i określić:

• jaka jest ich postać - czy jest to proszek, granulki, czy też kawałek wyrobu,

• czy tworzywa są spienione,

• jaka jest ich barwa.

Do zlewki z wodą należy wrzucić granulkę lub kawałek tworzywa i sprawdzić, czy pływa na powierzchni wody czy tonie. Jeżeli tworzywo tonie, to znaczy, że posiada gęstość większą niż 1 g/cm³, jeżeli pływa - to jego gęstość jest mniejsza od 1. Porównać wyniki z tablicą 2.

2. Określenie termoplastycznego lub termoutwardzalnego charakteru tworzywa

Łyżeczkę stalową wypalić w płomieniu palnika do momentu, aż nie będzie zawierała żadnych osadów. Jedną lub dwie granulki tworzywa położyć na schłodzonej łyżeczce i powoli ogrzewać w płomieniu palnika obserwując, czy tworzywo ulega stopieniu. Jeżeli tworzywo ulegnie stopieniu to znaczy, że jest termoplastem, jeżeli nie ulegnie stopieniu - to znaczy, że jest tworzywem utwardzalnym. Porównać wyniki z tablicą 2.

Tablica 2. Właściwości tworzyw sztucznych i polimerów uwzględniane przy identyfikacji. Oznaczenie: Cl - zawartość chloru

Nazwa tworzywa	Gęstość, g/cm^3	Charakter tworzywa	Palność	Wygląd płomienia	Zapach produktów rozkładu	Odczyn produktów rozkładu
Polietylen, PE	< 1	termoplast	palny	lekko świecący	parafinowy	obojętny
Polichlorek winylu miękki, PVC	>1	termoplast	może być palny i samogasnący	żółto-zielony	ostry	kwaśny Cl
Polichlorek winylu twardy, PVC	>1	termoplast	samogasnący	żółto-zielony	ostry	kwaśny Cl
Polistyren, PS	>1	termoplast	palny	pomarań-czowy, kopcący	kwiatowy	obojętny
Polistyren spieniony, PS	<1	termoplast	palny	pomarań-czowy, kopcący	kwiatowy	obojętny
Poliamid, PA	>1	termoplast	palny	niebieski z żółtym brzegiem	palącego rogu, grzybów	zasadowy
Polimetakrylan metylu, PMM	>1	termoplast	palny	żółty świecący z niebieskim rąbkiem	owocowy	obojętny
Żywica fenolowo- formaldehydowa, ŻFF	>1	tworzywo utwardzalne	samogasnący, zachowuje kształt zwęglając się	-	fenolu	zasadowy
Żywica poliestrowa zbrojon, NP	>1	tworzywo utwardzalne	samogasnący, zwęgla się i widoczne włókno szklane pozostaje	-
Poliuretan, PU spieniony	<1	tworzywo utwardzalne	palny	świecący	ostry, nieprzyjemny	zasadowy

3. Określenie palności tworzyw

Dalej trzymać w płomieniu łyżeczkę z tworzywem i sprawdzić, czy tworzywo ulega zapaleniu i jakim płomieniem się pali. Czy jest to płomień bezbarwny, czerwony, kopcący czy niekopcący, czy spalanie jest powolne, czy widoczne są pęcherzyki wydzielającego gazu. Następnie należy powoli wyjąć łyżeczkę z palącym tworzywem z płomienia i sprawdzić, czy pali się nadal (czy jest palne) czy też czy uległo zgaszeniu (czy jest samogasnące). Porównać wyniki z tablicą 2.

4. Określenie zapachu produktów rozkładu termicznego

Po zgaszeniu płomienia (jeżeli tworzywo podtrzymywało palenie należy płomień zdmuchnąć) należy powąchać zapach jaki wydzielają produkty rozkładu termicznego. Czy jest to zapach parafinowy, ostry czy słodki, kwiatowy. Porównać wyniki z tablicą 2.

5. Określenie odczynu produktów rozkładu termicznego

Zwilżyć papierek uniwersalny wodą destylowaną i wprowadzić go do dymu wydzielającego się po zgaszeniu płomienia. Sprawdzić, czy papierek zabarwi się na czerwono (pH<7), czy barwa jego pozostaje niezmieniona (6<pH<8) lub czy zabarwia się na niebiesko lub zielono (pH>7). Porównać wyniki z tablicą 2.

6. Określenie zawartości chloru, próba Beilsteina

Oczyścić mechanicznie za pomocą papieru ściernego drut miedziany, ująć go w szczypce drewniane i ogrzewać w płomieniu palnika. Na rozgrzany do czerwoności drut położyć granulkę tworzywa i powoli ogrzewać w płomieni aż do spalenia i pełnego rozkładu. Pojawienie się zielonej poświaty wokół drutu świadczy o obecności chloru w tworzywie. Porównać wyniki z tablicą 2.

5. Opis wyników ćwiczenia

Wynik oznaczenia należy podać w postaci tablicy 3.

Tablica 3. Wyniki identyfikacji tworzyw sztucznych

Wykonywana próba	Wyniki próby
		Tworzywo 1	Tworzywo 2	Tworzywo 3	Tworzywo 4	Tworzywo 5
Wygląd (postać, barwa)
Gęstość, g/cm^3
Próba stapiania
Próba palności (kolor płomienia)
Zapach produktów rozkładu
Odczyn produktów rozkładu
Zawartość chloru
Nazwa tworzywa
Zastosowanie tworzywa w budownictwie

6. Literatura

1. L. Czarnecki, T. Broniewski, O. Henning: Chemia w budownictwie. Arkady,

Warszawa 1995.

2. A. Bukowski: Technologia tworzyw sztucznych. WSiP, Warszawa 1975.

3. T. Paryjczyk, W.K. Jóźwiak, J. Rynkowski: Laboratorium chemiczne dla studentów budownictwa. Wyd. Politechniki Łódzkiej, Łodź 1990.

12

+

+

+

---