Zkoušky pro identifikaci termoplastů

3.1.5.2 Zkoušky pro identifikaci termoplastů

Ing. Miloš Sova, CSc.

Zkoušky pro identifikaci termoplastů, které lze provádět bez větších nároků na experimentální vybavení, umožňují pokud ne přímou identifikaci, pak alespoň zařazení neznámého termoplastu do užší, charakteristické skupiny polymerů. Sled kroků analýzy neznámého vzorku termoplastu znázorňuje schéma.

Schéma sledu kroků analýzy neznámého vzorku termoplastu:

Plasty se v naprosté většině případů zpracovávají na finální výrobky ve směsi s přísadami - plnivy, změkčovadly, barvivy, stabilizátory apod. Základní identifikační zkoušky plastů nejsou ve většině případů přítomností těchto přísad ovlivněny. Pokud ovšem identifikace materiálu vyplývající z kombinací výsledků základních testů není jednoznačná, je nutné uvážit i vliv přísad. Pro spolehlivé přiřazení neznámého vzorku alespoň do charakteristické skupiny polymerů se pak změkčovadla, barviva a stabilizátory zpravidla odstraňují extrakcí (vylouhováním) vhodnými rozpouštědly. Naopak plniva se obvykle separují ze vzorku po rozpuštění polymeru.

Nezbytným předpokladem úspěšné, reprodukovatelné analýzy plastu je homogenní vzorek. Pro některé základní zkoušky může být materiál použit ve formě granulí, odstřižků, soustružin nebo přímo částí výrobku. V řadě případů je však výhodnější jemněji dezintegrovaný materiál, nejlépe prášek.

Základní charakterizaci neznámého vzorku termoplastu umožňuje zkouška chování plastu v plameni a pyrolýza.

Při vložení vzorku plastu do otevřeného plamene dochází k oxidaci, jejíž průběh a produkty jsou určeny chemickou strukturou materiálu. Zkouška se provádí tak, že se vzorek plastu, s výhodou ve formě proužku (pásku), vkládá pomocí pinzety (kleští) do okraje nesvítivého plamene kahanu, viz obrázek.

Obrázek zkoušky chování plastu v plameni:

Pozoruje se:

a) jak snadno se vzorek zapaluje, zda po vyjmutí z plamene hoří i nadále, nebo zda nehoří vůbec,

b) zbarvení okraje a jádra plamene,

c) zápach dýmu po uhašení plamene,

d) charakter příškvarku na vzorku, případně chování taveniny.

Chování běžných typů technických plastů v plameni shrnuje Tabulka rychlé identifikace plastů.

Působením tepelné energie se plasty rozkládají za uvolňování plynných zplodin (produktů). Reakce (pH) rozkladných produktů různých plastů pak umožňuje rozdělit testované materiály do tří základních skupin: plasty s neutrálně, kysele a zásaditě reagujícími rozkladnými produkty. K indikaci slouží univerzální indikátorové papírky, které lze zakoupit v některých drogeriích. Neutrálně reagující produkty barví navlhčený indikátorový papírek žlutozeleně (pH = 7), kyselé přes barvu žlutou do různých odstínů červené (pH < 7) a zásadité přes zelenou do modrých odstínů (pH > 7). Světlejší odstíny červené, resp. modrozelené indikují slabě kyselou, resp, slabě zásaditou reakci. Stupnice pH s příslušnými barevnými odstíny je uvedena na každém obalu indikátorových papírků. Pyrolýzní zkouška se provádí tak, že se malé množství vzorku plastu (cca 0,2 g) ve zkumavce opatrně zahřívá malým plamenem (nejlépe Bunsenův kahan nebo propan-butanový plynový hořák). Zbarvení navlhčeného univerzálního indikátorového papírku (pH papírek), který se přiloží k ústí zkumavky indikuje pH reakci par rozkladných produktů. Zahřívání musí být pomalé, aby změny vzorku byly dobře pozorovatelné. Stejně jako při zkoušce hořlavosti i při pyrolýze plastů je třeba dbát náležité opatrnosti, protože páry a uvolněné plyny mohou být toxické. Tabulka Reakce rozkladných produktů termoplastů uvádí dělení běžných termoplastických materiálů.

Reakce rozkladných produktů termoplastů:

pH reakce rozkladných produktů

a) silně kyselá reakce

b) silně zásaditá reakce

c) slabě kyselá až neutrální reakce

d) slabě alkalická reakce u některých vzorků

Zvláštním případem tepelného odbourávání plastů je depolymerace, tj. postupné odštěpování molekul monomeru od konce polymerního řetězce. Depolymerace se projeví kondenzací kapiček monomeru na chladných stěnách zkumavky. Z běžných polymerů depolymerují polymethylmethakryláty a částečně polystyrén.

Doplňkovým testem pro identifikaci je rozpouštění termoplastů. K zúžení výběru rozpouštědel pro test rozpustnosti neznámého vzorku je třeba zkombinovat výsledek předchozího pyrolýzního testu a chování vzorku v plameni. Touto kombinací je možné z dalších úvah vždy vyloučit celé skupiny polymerů. Rozpustnost polymerů sice souvisí především s jejich chemickou strukturou, ale je ovlivněna i velikostí makromolekul - molární hmotností. Zesíťované polymery nejsou rozpustné v žádných rozpouštědlech, nanejvýš botnají, čili pohlcují rozpouštědlo a zvětšují tím svůj objem.

Zkouška se provádí tak, že se malý kousek vzorku (velikosti hrášku) převrství ve zkumavce asi 5 ml zvoleného rozpouštědla. Rozpouštění polymerů probíhá pomalu na rozdíl od rozpouštění nízkomolekulárních látek, jako je třeba cukr. Pozorujeme-li zhruba po dvou hodinách zaoblování a zprůsvitňování okrajů vzorku, vzorek se rozpouští, případně bobtná. Rozpouštění lze ostatně urychlit opatrným zahříváním, je však třeba dbát zvýšené opatrnosti, protože většina rozpouštědel jsou hořlaviny! Rozpustnost některých termoplastů ve vybraných rozpouštědlech uvádí následující tabulka.

Rozpustnost běžných termoplastů ve vybraných rozpouštědlech:

Na základě samotného zjištění, zda vzorek je či není rozpustný v charakteristických rozpouštědlech, nelze vždy jednoznačně přiřadit neznámý vzorek do užší skupiny polymerů.

Chování polymerů při zahřívání je podmíněno nejen chemickou strukturou makromolekul polymeru, ale také jejich vzájemným uspořádáním. Termoplasty s neuspořádanou neboli amorfní strukturou při zahřívání měknou ve více či méně ostře ohraničeném rozmezí teplot. Teplota měknutí polymeru však jen výjimečně umožňuje jeho identifikaci, protože může být významně ovlivněna tepelnou historií vzorku (výrobku) a navíc i způsobem stanovení teploty měknutí. Krystalizující termoplasty mají z části uspořádanou krystalickou strukturu. Pro jejich krystaly je charakteristická teplota tání, která může sloužit jako doplňkový údaj pro identifikaci. Uvádí je tabulka Teploty tání vybraných krystalizujících termoplastů. Význam těchto hodnot pro identifikaci materiálu ovšem nelze…