Полимерные пленки

Общие сведения 

Потребители и производители упаковочных материалов периодически сталкиваются с необходимостью распознавания природы полимерных пленок. Хорошо известно, что основные свойства полимеров определяются молекулярной структурой, поэтому для прогнозирования свойств полимерной структуры и ее идентификации достаточно знать, какие функциональные группы входят в состав макромолекул. Молекулы целлюлозы, например, благодаря наличию гидроксильных групп (-ОН), тяготеют к молекулам воды. Это объясняет высокую гигроскопичность целлюлозных пленок и сильное изменение их свойств при увлажнении. В полиамидах содержится относительно небольшое число гидрофильных (амидных) групп, поэтому пленки из них поглощают значительно меньше влаги. Полиэтилентерефталат (лавсан), полиэтилен, полипропилен и полистирол вообще не содержат гидрофильных групп. Именно это объясняет водостойкость пленок из таких полимеров. Функциональные группы можно определить с помощью инструментальных методов исследования (ИК-спектроскопия, спектроскопия КР и др.).

Но 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, существенно облегчая необходимую идентификацию.

Распознавание вида пленок органолептическими методами и по их физическим свойствам

В первую очередь, полимерные пленки внимательно рассматривают, отмечая их внешние особенности . При этом учитывают следующие факторы: o цвет и блеск (наименование тона и оттенка, матовый или блестящий образец), и характер поверхности (маслянистая, гладкая, шероховатая) o прозрачность (прозрачная, полупрозрачная, непрозрачная) o твердость, жесткость или эластичность, гибкость o характер шума при сминании пленки и ее стойкость к раздиру . После этого достаточно просто отнести пленку с тем или иным представленным в таблице полимерам. По оптическим свойствам, т. е. визуально, разделить между собой полимерные пленки достаточно сложно. Поэтому изучают их механические свойства. Пленки ПЭНП, ПЭВП, ПП и неориентированного ПВХ в руках легко растягиваются. Пленки из полиамида, ацетатов целлюлозы, ориентированного ПВХ и ПС нерастяжимы. Пленки на основе искусственных полимеров (целлофан и ацетаты целлюлозы) не стойки к раздиру, легко расщепляются в направлении, перпендикулярном их ориентации и шумят при сминании. Более стойки к раздиру полиамидные и лавсановые пленки (ПЭТФ). Они также шумят при сминании.

В то же время пленки ПЭНП, пластифицированного ПВХ, ПВДХ не создают шума при сминании и обладают высокой стойкостью к раздиру. Поскольку физические свойства полимерных пленок различаются весьма существенно, это позволяет использовать их в качестве тестов для распознавания типа полимера. В значительной степени такое положение касается наиболее распространенных в упаковочных технологиях полиолефинов (ПЭНП, ПЭВП, ПП). Плотность ПЭНП, ПЭВП, ПП меньше единицы. Пленки на их основе плавают в воде, путем погружения в воду ровных полосок полимерных пленок, избегая появления пузырьков воздуха, искажающих опыт, можно сразу отделить полиолефины от иных полимеров. Практически, плотность достаточно просто определяется с помощью обычных технических весов, на одно из плеч которого подвешивается сетчатый цилиндр для пленочных образцов. Плотность рассчитывается по соотношению: Плотность = масса пленки в воздухе/ (масса пленки в воздухе - масса пленки в воде). Тем не менее, этот метод весьма приблизителен и обычно применяется для полимеров небольшой плотности. Для более корректного определения плотности необходимы дополнительные исследования. Методики определения плотности и других физических характеристик полимерных пленок можно найти в соответствующих ГОСТ-ах (технических условиях). В соответствии с величинами плотности полиэтилен высокого давления называют полиэтиленом низкой плотности (ПЭНП), а полиэтилен низкого давления - полиэтиленом высокой плотности (ПЭВП).

Молекулярная структура двух различных по спосо-бам получения видов полиэтилена одинакова, поэтому по внешнему виду и другим при-знакам (табл. 2) оба полиэтилена мало отличаются друг от друга. ПЭНП имеет молекулярные цепи более разветвленные, чем ПЭВП. По этой причине 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, у которого более высокая жесткость и менее эластичные пленки. В то же время проница-емость ПЭВП, примерно, в 5-6 раз ниже, чем у ПЭНП. Поэтому ПЭВП является хорошей преградой влаге. Из табл. 1 можно заметить, что 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 и выдерживают в пла-мени 5-10 секунд, фиксируя следующие свойства: o способность к горению (горит, не горит) o легкость воспламенения (загорается легко или с трудом) o характер горения (горит в пламени и вне его, горит только в пламени, кратковременно вспыхивает и гаснет вне пламени и т. д.) o цвет и характер пламени (яркое, зеленое, голубое, коптящее, с искрами, другое) o запах продуктов горения (острый, сладковатый, фенола, другое) Характерные признаки горения наиболее отчетливо наблюдаются в момент поджигания образцов. В этот период следует быть особенно внимательным. Для установления вида образцов результаты опытов сравнивают с данными о характере поведения полимерных пленок при горении, приведенными в табл. 2. По характеру горения и запаху продуктов горения полиолефины напоминают парафин, так как элементарный химический состав этих веществ один и тот же, различаются они лишь размерами молекулярных цепей. Следовательно, отличить ПЭ от ПП термическими методами (так же, как и с помощью органолептических методов и физических свойств) достаточно сложно. Это возможно только при определенном навыке по запаху продуктов горения, которые у ПП более резкие, напоминая запах жженой резины или горящего сургуча. Окончательное решение о том, из какого материала изготовлена упаковка, принимается по результатам комплексной оценки и по отношению к нагреванию, химическим реакциям.

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. Как правило, к таким методам прибегают при арбитражных спорах, когда природу упаковки невозможно установить иным путем. Для этого полимер могут подвергнуть термическому разложению (пиролизу), определяя в продуктах деструкции наличие характерных для данного полимера атомов (например, азота, хлора, кремния) или групп атомов (фенола, нитрогрупп и др.), склонных к специфическим реакциям, в результате которых имеет место определенный индикаторный эффект. Данные исследования требуют специальных навыков в технике лабораторных работ, знание специальных методик, кото-рые изложены в книге [I]. Качественные реакции на продукты растворения приведены на рис.1. Основой определения типа полимерной пленки по ее растворимости послужила схема из книги[2].

[1] Калинина Л. С. и др. 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 г.