Хорошо известно, что основные свойства полимеров определяются их молекулярной структурой, поэтому для прогнозирования свойств полимерных пленок и их идентификации достаточно знать строение макромолекул. Например, молекулы целлюлозы обладают большим сродством к молекулам воды благодаря наличию гидроксильных. групп (-ОН), что объясняет высокую гигроскопичность целлюлозных пленок и сильное изменение их свойств при увлажнении. В полиамидах содержится лишь относительно небольшое число гидрофильных (амидных) групп, поэтому пленки из них поглощают значительно меньше влаги. Полиэтилентерефталат (ПЭТФ) (лавсан), полиэтилен (ПЭ), полипропилен (ПП) и полистирол (ПС) вообще не содержат гидрофильных групп, что объясняет водостойкость пленок из этих полимеров. Молекулярное строение полимеров можно определять с помощью инструментальных методов исследования (ИК-спектроскопия, спектроскопия КР и др.). Однако эти методы требуют лабораторных условий и квалифицированного обслуживания. Простые и быстрые способы распознавания природы полимерных пленок основаны на том, что все они существенно отличаются по физическим и органолептическим свойствам, а также по отношению к нагреванию, характеру горения и химическим реакциям. Это обусловливает область применения полимерных пленок и существенно облегчает их идентификацию. В то же время как потребители, так и производители упаковочных материалов, в своей работе постоянно сталкиваются с необходимостью распознавания природы полимерных пленок и их свойств. Отличительные признаки полимерных пленок, наиболее часто используемых в качестве упаковочных материалов, по механическим, оптическим, термическим и химическим свойствам представлены в таблице.

 

Распознавание вида полимерных пленок органолептическими методами и по их физическим свойствам

В начале полимерные пленки внимательно рассматривают, отмечая их внешние особенности и сравнивая результаты исследования с данными, приведенными в таблице. При этом следует учитывать:

  • цвет и блеск (наименование тона и оттенка, матовый или блестящий образец) и характер
    поверхности (маслянистая, гладкая, шероховатая);
  • прозрачность(прозрачная, полупрозрачная, непрозрачная);
  • твердость, жесткость или эластичность, гибкость;
  • характер шума при сминании пленки и ее стойкость к раздиру.

Результаты этих исследований можно сопоставить с данными таблицы настоящей статьи и в соответствии с этим отнести испытуемую пленку к тому или иному типу полимеров. Однако, только по оптическим свойствам (визуально) разделить между собой полимерные пленки достаточно сложно, поэтому изучают их механические свойства. Пленки полиэтилене низкой плотности (ПЭНП), полиэтилене высокой плотности (ПЭВП), ПП и неориентированного поливинилхлорида (ПВХ) в руках легко растягиваются, а пленки из полиамида (ПА), ацетатов целлюлозы (АЦ), ориентированного ПВХ и ориентированного ПС (ОПС) нерастяжимы. Пленки на основе искусственных полимеров - целлофана и ацетатов целлюлозы - не стойки к раздиру, ввиду их расщепления, в направлении перпендикулярном к ориентации, а также шумят при сминании. Более стойки к раздиру полиамидные и лавсановые пленки, которые также шумят при сминании. В то же время пленки, на основе ПЭНП, пластифицированного ПВХ, поливинилиденхлорида (ПВДХ), поликарбоната (ПК), не создают шума при сминании и обладают высокой стойкостью к раздиру.

Так как физические свойства полимерных пленок существенно различаются, то это также позволяет использовать их в качестве тестов для распознавания типа полимера. В значительной степени это касается наиболее распространенных в упаковочных технологиях полиолефинов (ПЭНП, ПЭВП, ПП). Как видно из таблицы, плотность ПЭНП, ПЭВП, ПП меньше единицы и пленки на их основе могут «плавать» в воде. Поэтому погружая в воду ровные полоски полимерных пленок и избегая появление пузырьков воздуха, искажающих опыт, можно сразу отделить полиолефины от всех других полимеров. Практически плотность достаточно просто определяется с помощью обычных технических весов, на одно из плечкоторого подвешивается сетчатый цилиндр для пленочных образцов. Плотность (r) рассчитывается по соотношению:

r = т/т-т\, где

т-масса пленки в воздухе, т 1-масса пленки в воде.

Однако этот метод весьма приблизителен и может применяться в случае полимеров с плотностью единицы. Поэтому для строгого определения плотности необходимы дополнительные исследования. Методики по определению плотности и других физических характеристик полимерных пленок приводятся в соответствующих ГОСТах (технические условия) и требуют специальной приборов или установок.

В соответствии с величинами плотности полиэтилен высокого давления называют полиэтиленом низкой плотности (ПЭНП), а полиэтилен низкого давления - полиэтиленом высокой плотности (ПЭВП). Молекулярная структура различных по способам получения полиэтиленов одинакова, поэтому по внешнему виду и другим признакам оба типа полиэтилена мало отличаются друг от друга. ПЭНП имеет молекулярные цепи более разветвленные, чем ПЭВП, поэтому последний в большей степени кристалличен и обладает более высокой плотностью. ПЭНП по прочности на разрыв несколько уступает ПЭВП, а по стойкости к многократным деформациям (изгибу) значительно превосходит ПЭВП, которыйимеет менее эластичные пленки. В то же время проницаемость ПЭВП ниже, чем у ПЭНП примерно в 5-6 раз и он является хорошей преградой влаге.

Наряду с физико-механическими свойствами (прочность при растяжении и изгибе, модуль упругости, относительное удлинение при разрыве), все полимерные пленки существенно различаются по термическим свойствам (теплостойкость, температура плавления). На этом основано распознавание вида полимерных пленок пробами на горение.

 

Определение природы полимера термическими методами

Образец поджигают выдерживают в пламени 5-10 секунд и фиксируют следующие свойства:

  • способность к горению (горит, не горит);
  • легкость к воспламенению (загорается легко или с трудом);
  • характер горения (горит в пламени и вне его. горит только в пламени, кратковременно
    вспыхивает и гаснет вне пламени, и т.д.);
  • цвет и характер пламени (яркое, зеленое, голубое, коптящее, с искрами и др.);
  • запах продуктов горения (острый, сладковатый, фенола и др.).

Многие характерные признаки горения наиболее отчетливо наблюдаются в момент поджигания образцов и в этот период следует быть особенно внимательными. Для установления вида образцов результаты опытов сравнивают с данными о характере поведения полимерных пленок при горении, приведенными в таблице. Следует отметить, что по характеру горения и запаху продуктов горения полиолефины напоминают парафин, так как элементарный химический состав их один и тот же, а различаются они лишь размерами макромолекул. Поэтому, например, отличить ПЭ от ПП термическими методами (так же, как и с помощью органолептических методов и физических свойств) достаточно сложно. Это возможно лишь при определенном навыке по запаху продуктов горения, которые у ПП более резкие и напоминают запах жженой резины или горящего сургуча. Обычно окончательное решение о том, из какого материала изготовлена упаковка, принимается по результатам комплексной оценки внешних признаков пленки (цвет, прозрачность, эластичность и т.д.), а также по отношению к нагреванию, характеру горения, химическим реакциям и др.

 

Идентификация полимерных пленок по химическим свойствам

При затруднении в определении наименования полимера по органолептическим признакам, физическим и термическим свойствам производят дополнительные исследования пленок химическими методами. Обычно к таким методам прибегают при арбитражных спорах, когда природу упаковки иным путем установить невозможно. Для этого полимер подвергают термическому разложению (пиролизу) и в продуктах горения определяют наличиехарактерных для данного полимера атомов (например, азота, хлора, кремния) или групп атомов (фенола, нитрогруппы и др.), склонных к специфическим реакциям, в результате которых имеет место определенный индикаторный эффект. Такие исследования требуют специальных навыков в технике лабораторных работ и знания специальных методик, которые изложены в книге [1]. Более простые способы определения полимерных пленок основаны на их растворимости. За основу определения типа полимерной пленки по ее растворимости взята схема из книги [2].

 

ЛИТЕРАТУРА

1 .Калинина Л.С. и другие. Химические методы исследования синтетических смол и

пластических масс. М.:Химия. 1963 г.

2.Бристон Дж.Х., Катан Л.Л. Полимерные пленки. Пер. с англ. -М.:Химия. 1993. -381с.

 

Таблица 1

Показатели физических свойств полимерных пленок

(при фиксированной толщине 25 мкм)


л/л
Наименование полимеров Плотность,
г/см3
Прочность прирастяжении, 
МПа
Относительное удлинение при разрыве, 
%
1. Полиэтилен низкой плотности (ПЭНП) 0,90-0,93 9-17 500
2. Полиэтилен высокой плотности (ПЭВП) 0,94-0,96 17-35 300
3. Полипропилен (ПП) 0,90-0,93 41 300
4. Поливинилхлорид (ПВХ) непластифицированный 1,35-1,43 45-55 120
5. Поливинилиденхлорид (ПВДХ) 1,82-1,87 48-138 20-40
6. Ориентированный полистирол (ОПС) 1,04-1,05 62-73 20
7. Полиамид (ПА) 1,13-1,15 69-97 250-400
8. Полиэтилен-терефтдлат (ПЭТФ, лавсан) 1,33-1,40 150-180 70-110
9. Поликарбонат (ПК) 1,2 59 75
10. Ацетат целлюлозы 1,29-1,33 49-83 15-45
11. Гидрат целлюлоз, (целлофан)   48-110 15-25

 

Проницаемость водяных
паров, г/м2 
(за 24 ч при 90°С
и относительной влажности 90%)
Кислородо-проницаемость,
см3/ (м2 атм.) 
за 24 ч
Проницаемость 
СО2
см3/(м2 атм.) 
за 24 ч
Температура
плавления, 
°С
15-20 6500-8500 30000-40000 102-105
5 1600-2000 8000-10000 125-137
1 0-20 3700 10000 160-176
30-40 150-350 450-1000 150-220
1,5-5,0 8-25 50 220
70-150 4500-6000 13000 180   
40-80 500 1900 225
25-30 40-50 300-350 250-260 
77-93 4500 27000 220-270
100-320 2000-3000 15500                 
5-15 670 985