Полимерные добавки. Идентификация полимерных компаундов. Принципы и характеристики

Также ситуация может осложняться тем, что, например, огнестойкие марки полимеров просто не будут гореть. Некоторые учёные описывали простые методы идентификации пластмасс, такие как идентификация по внешнему виду, исследование срезов микротом, испытания на горение / нагрев (с анализом запахов, возникающих при воспламенении), цветовые реакции и другие специфические реакции идентификации, испытания на гетероатомы и другие предварительные испытания (например, на растворимость, плотность). Цветовые реакции для гомополимеров довольно трудоёмки и лучше всего рассматриваются как подтверждающие тесты для идентификации полимеров, достигнутой другими способами.

Классификация по растворимости в равной степени имеет ограниченную ценность, особенно применительно к сополимерам. Многие материалы или сополимеры не могут быть идентифицированы такими простыми средствами. Более успешные методы идентификации неизвестного полимера состоят в сравнении его физических характеристик со спектроскопическими (такими методам, как FTIR, NMR), масс-спектрометрическими (PyMS, PyGC-MS) или тепловыми (по температуре стеклования, Tg или температуре плавления, Tm) данными. Инфракрасная спектроскопия является основным инструментом для идентификации полимеров и резины. Инфракрасного анализа обычно достаточно для идентификации пластикового материала при условии отсутствия осложнений из-за помех от тяжёлых добавок, таких как пигменты или наполнители.

Поскольку добавки могут препятствовать однозначному определению пластика, часто необходимо отделить пластик от добавок. Например, сильно пластифицированный ПВХ может содержать до 60% пластификатора, который необходимо удалить до попытки идентификации полимера. Также сложноэфирный пластификатор, содержащийся в нитрильном каучуке, может затруднить идентификацию полимера. Поскольку типичные резиновые смеси содержат только около 50% полимера, прямой спектроскопический анализ FTIR редко дает однозначный ответ. Обычно необходимо сначала эффективно устранить помехи от различных других основных компонентов, например, с помощью экстракции растворителем.

Можно также ссылаться на известную базу данных Hummel / Sadtler Polymer, которая содержит данные 1920 спектров. Идентификация компонентов в смеси может быть выполнена с использованием: (1) методов подбора кривой; и (2) систем, основанных на реальных знаниях. Методы, основанные на аппроксимации кривой, требуют, чтобы составной спектр можно было аппроксимировать линейной комбинацией спектров компонентов, что не всегда верно для твёрдых смесей, таких как смеси полимеров или сополимеров. В системах, основанных на знаниях формул материалов, процесс интерпретации человеком более близок. Состав и структура макромолекул также могут быть выяснены путём анализа летучих продуктов пиролиза (PyGC, PyMS), которые являются достаточно большими, чтобы обладать существенными структурными элементами исходного полимера.

Идентификация по формулам полимеров может использовать технологию PyGC MS, которая основывается на сравнении масс-спектров выделившихся газов неизвестных и эталонных образцов (данные библиотеки). Идентификация пиков при этом не требуется. Для идентификации полимеров обычно рекомендуются температуры пиролиза от +500 до +800 °С в течение 10 секунд. Пиролизный анализ позволяет идентифицировать тип полимера в образце каучука. Метод может быть применен либо к извлеченной части образца, либо к полученному образцу. Для идентификации полимеров с помощью PyGC был подготовлен стандарт ISO 7270. Проведена сравнительная оценка оптических процессов быстрой идентификации полимеров и процессов, основанных на обнаружении продуктов пиролиза.

Что касается термических методов, то метод DSC также может ответить на многие вопросы и полезен в качестве быстрого метода проверки природы полимеров (температуры стеклования Tg, температуры плавления Tm и энтальпии плавления). Сообщалось также, что при помощи DSC можно хорошо идентифицировать полиэтиленовые пленки HDPE (пакеты для приготовления пищи), композитные пленки LDPE (упаковочный материал для колбас и сыра) и LDPE / EVAL / PA6 (используемые в пищевой промышленности). Тем не менее, результаты могут снова быть неубедительными из-за широкого спектра производимых полимеров, особенно с учётом сополимеров и с учётом аддитивных (то есть происходящих из-за добавок) помех. Для количественного определения полимерного компонента в каучуке проще всего использовать метод TGA. Был проведён обзор быстрой идентификации пластмасс спектроскопическим и рентгеновским методами. На эту тему вышло несколько монографий, правда все они на английском языке.