روش‏ های سریع شناسایی پلاستیک ها

اخبار پلیمری تکنولوژی آزمايشگاه
Print Friendly

یکی از بزرگ­ترین مشکلات مبتلا به صنایع پلیمری و بازیافت پلیمرها، عدم شناخت مراکز تولیدی و یا فروش مواد اولیه از مواد پلیمری است و همین امر سبب می­گردد مواد مناسبی خریداری نشود و یا قطعه تولید شده با افت کیفیت مواجه گردد. معمولا”

  1. پس از اتمام مواد، جایگزینی آن­ها درست انجام نمی شود و خواصّ محصول جدید با مشخصات تولیدات قبلی تفاوت­های محسوسی دارد، حتی اگر جنس و نوع انتخاب شده ساخت همان شرکت قبلی باشد ولی به دلیل متفاوت بودن گونه افت خواصّ زیادی در قطعات جدید بوجود می آید.
  2. مواد پلاستیکی زیادی خریداری می شود بدون تست کردن صحت نوع مواد ادعا شده از طرف فروشنده.برای مثال ادعا می شود که ۱۰ تن فیلم پ.پ است در حالی که پی وی سی است.یا گرانول پلی اتیلن است در حالیکه گرانول پ.پ است.
  3. قطعه ای با خواص عالی برای مثال پ.پ تقویت شده در زمینه کاری ما از شرکت رقیب به دستمان رسیده که می بایست از ماهیت آن مطلع شویم.

پس برای ورود علمی و آگاهانه در این حوزه و جلوگیری از انتخاب غلط مواد پلیمری  باید ابتدا با سه واژه­ی جنس، نوع و گونه پلیمر آشنا شد و سپس از پارامترهای فنی آن­ها اطلاعات لازم را به­دست آورد.

آزمایش

شناسایی پلاستیک ها

برای این منظور سه مبحث زیر بسیار مهم است:

  • روش‌های ساده­ی تشخیص پلاستیک‌ها از لاستیک‌ها
  • روش‌های تشخیص پلاستیک‌های گرمانرم از گرماسخت
  • آزمایش های ساده و کم هزینه برای تشخیص

پلاستیکها از چه موادی تشکیل شده اند؟

یک آمیزه پلاستیکی شامل:

  1. پلیمر پایه (مهمترین جزء)
  2. پرکننده‌ها
  3. نرم کننده 

مهمترین قسمت یک آمیزه، پلیمر پایه آن است بنابراین اگر شناسایی جنس و نوع درست انجام ‌شود، با اهمیت‌ترین بخش فرآیند با موفقیّت صورت ‌پذیرفته است در غیر این حالت اگر تنها افزودنی‌های آمیزه درست شناسایی شده باشند، گزارش­کار گمراه‌کننده و فاقد ارزش خواهد بود.

بنابراین شناسایی کیفی یک قطعه پلاستیکی عبارتست از مشخص نمودن جنس اجزاء اصلی شرکت‌کننده در آمیزه (فرمولاسیون) آن قطعه، که معمولاً جنس پلیمرپایه آن مشخص می­شود (صرف­نظر از مقدار آن در آمیزه).

مراحل اولیه شناسایی کیفی پلاستیک­ها با استفاده از آزمایش های ساده

اولین گام در شناسایی کیفی یک پلاستیک

گام اول برای شناسایی کیفی یک پلاستیک مجهول عبارتست از استفاده از خواصّ ظاهری و مکانیکی است:

به‌عنوان مثال آیا نمونه شفاف است یا کدری؟

انعطاف­پذیر است یا خیر؟

خاصیت  کشسانی‌ دارد؟

سخت است یا نرم؟

دانسیته­ی آن چقدر است؟

و شرایط کارکرد قطعه چیست؟

از هر کدام از این اطّلاعات می‌توان سر نخ‌های اولیه شناسایی کیفی را به دست آورد.

مثال: از بررسی­های یک نمونه فیلم شفاف نتایج مقدماتی زیر گرفته شده است:

الف. فیلم نمونه مجهول شفاف است

ب. نمونه در برابر حرارت در محدوده حرارتی (۱۱۱ ˚C) ذوب می­شود

پ. در دمای  نمونه فیلمی روی سطح آب شناور باقی می­ماند به عبارت دیگر دانسیته آن کمتر از یک گرم بر سانتیمتر مکعب است

ت. در اثر تماس با آب جذب آب نمی­کند

ث. در اثر ذوب فیلم توده­ای به دست آمد که دارای ظاهری کدر و ابری رنگ می­باشد

ج. هنگام ذوب شدن و خصوصا با بالا رفتن حرارت بعد از ذوب پلاستیک بویی شبیه به موم و واکس از نمونه به مشام می­رسید.

جمع بندی و استفاده از این اطّلاعات در مباحث آینده مطرح خواهد شد

گام دوم آزمون‌های اولیه شناسایی کیفی پلاستیک­ها

آزمایش‌های مقدّماتی که در این مبحث معرفی می­شوند در عین سادگی، ارزانی و امکان انجام سریع، اطّلاعات کلیدی و مهمی را از ماهیّت پلیمر مجهول آشکار می‌سازند.

۲-۱ آزمون­های تجزیه حرارتی

در بررسی­های مقدماتی و غیر کمّی، از دو روش تجزیه حرارتی (پیرولیز) و سوزاندن زیاد استفاده می­شود .

نتایج هر دو روش مکمل هم بوده و برای دستیابی به اطلاعات مورد نیاز به کار می­رود.

نکته قابل تذکر این است که، کاربرد این دو روش، باید قوه تشخیص، حس بویایی قوی، تجربه لازم و صبر و دقت کافی در پردازش اطّلاعات فراوان به دست آمده از این روش­ها را داشته باشد.

۲-۲ تعیین PH گازهای حاصل از تخریب حرارتی پلیمر

قطعه کوچکی از یک پلاستیک به اندازه یک عدس بزرگ را درون یک بوته چینی یا لوله آزمایش کوتاه در معرض هوا، به صورت تماس غیرمسقیم با شعله یک چراغ الکلی، حرارت می‌دهند تا پلیمر به تخریب حرارتی خود برسد و گازهایی که در اثر تخریب و تجزیه حرارتی از عوامل و عناصر سازنده پلاستیک به­وجود آمده‌اند، متصاعد گردند.

در چنین حالتی PH گازهای خارج شده را توسط معرفّ­ها (اندیکاتورها) اندازه‌گیری می‌کنند، در اثر این تجزیه ملکولی، برخی از عناصر کلیدی تشکیل­دهنده زنجیره پلیمر و گروه‌های جانبی آن مشخّص می‌گردند.

بسته به ماهیت اسیدی، خنثی یا بازی بودن PH گازهای متصاعد شده، گروهی که پلیمر مجهول به آن وابسته است مشخص می­شود.

در شکل (۱) یک نمونه پلاستیکی در حال انجام آزمایش PH متری دیده می­شود (هنوز گازهای ناشی از تخریب حرارتی از دهانه لوله به سمت متصاعد نشده­اند).

۲-۳آزمون شعله

آزمون شعله غالباً در راستای شناسایی کیفی پلاستیک‌ها و الیاف کاربرد فراوان دارد، در حقیقت هدف از انجام این آزمایش بررسی و تحقیق پیرامون رفتار و پدیده‌هایی ‌است که یک پلاستیک هنگامی که در داخل شعله قرار می‌گیرد، در درون آتش و پس از خروج از آتش از خود بروز می‌دهد.

از ویژگی‌های آزمون شعله سرعت انجام، سهولت آزمایش و اقتصادی‌بودن آن است ضمن این که مجموعه اطّلاعات به دست آمده، متنوع و بسیار کاربردی هستند.

توجه: معمولاً تنها با انجام یک آزمایش مانند شعله نمی­توان از صحّت شناسایی کیفی یک پلاستیک مجهول مطمئن شد، همان­طور که در مبحث قبل بیان گردید با تعیین PH گازهای حاصل از یک نمونه مجهول نیز به تنهایی شناسایی جنس پلاستیک مجهول امکان پذیر نبود، با این مقدمه باید اذعان کرد جنس پلاستیک مجهول را با مجموعه­ای از نتایج چند آزمون مختلف که کنار هم گذاشته شوند تا اطمینان کامل از صحّت تشخیص کیفی فراهم گردد.

نتایج حاصل از آزمایش شعله

گرم نمونه را به وسیله اسپاتول فلزی روی لبه خارجی شعله بگیرید. مقدار کمی در حدود نیم

اگر نمونه بلافاصله شعله­ور نشد، به مدت چند ثانیه آن را درون شعله قرار دهید و سپس آن را از شعله دور کنید.

سهولت در شعله وری، بو، خود اطفائی، تغییر رنگ، ذوب و تجزیه نمونه، سوختن نمونه، رنگ شعله باید مورد توجه قرارگیرد.

پس از آن نمونه باید به منظور تعیین جنس خاکستر نیز سوزانده شود.

با پاسخ به سوالات زیر و در نظر داشتن عناصر تشکیل دهنده پلیمر مجهول و جداول پیوست می­توان پلاستیک را تاحدودی شناسایی کرد .

الف- آیا نمونه به حالت مذاب در می­آید؟

ب- آیا پلاستیک به آسانی شعله­ور می­شود؟

پ- آیا ماده به سختی می­سوزد؟

ت- شعله چه رنگی است؟

ث- آیا از نمونه در حال سوختن قطره می­چکد؟

ج- آیا قطرات در حین چکیدن مشتعل هستند؟

چ-  آیا نمونه پس از سوختن از خود خاکستر بجا می­گذارد؟

ح-  آیا نمونه پس از بیرون آمدن از شعله خود به خود خاموش می­شود؟

خ- آیا نمونه ذغالی می­شود؟

د-  چه بویی از سوختن پلاستیک حاصل می­شود؟

هر کدام از این ویژگی­های ده­گانه به عناصر شرکت­کننده در واحد تکرار شونده، ساختار ملکولی و پیوندهای فیزیکی بین زنجیرها بستگی دارد که آشنایی با آن­ها باعث شناسایی کیفی پلاستیک تحت آزمون خواهد شد.

بررسی بوهای متصاعد شده در حین آزمون شعله پلاستیک‌ها

بوهایی که از سوختن پلاستیک‌ها ایجاد می‌شود برانگیخته از ساختار ملکولی و مواد افزودنی آن­ها است، اغلب پلاستیک‌های گرمانرم خالص، در حین سوختن بوهای کاملاً مشخصی تولید می‌کنند.

باید توجه داشت که پرکننده‌های آلی، پایدارکننده‌ها، و سایر افزودنی‌های اضافه شده به آمیزه پلاستیک در حین سوختن روی بوی پلیمر خالص تاثیر می­گذارند، بنابراین هرقدر پلیمر خالص­تر باشد بوی متصاعد شده بهتر قابل تشخیص خواهد بود.

چند مثال برای تشخیص :

بویی که از سوختن پلی‌اتیلن نسبتاً خالص بوجود می‌آید رایحه‌ی پارافین‌ها و واکس‌ها را تداعی می‌کند زیرا با ساختمان ملکولی آن­ها تشابه دارد.

بویی که از سوختن پلی‌استایرن خالص به مشام می­رسد عطر‌ی نسبتاً خوش و شبیه به شکلات دارد که سوختن آن با ایجاد دوده همراه است.

پلی‌آمیدها بخاطر مشابهت ملکولی با پلی‌پپتایدها که پروتئین‌ها از آن­ها مشتق می شوند اغلب بویی شبیه سوختن شاخ حیوانات (دارای پایه پروتئینی هستند) را منتشر می سازند.

۲-۴ آزمون بررسی گستره ذوب پلاستیک‌های گرمانرم

در پدیده ذوب یک پلیمر، حرارت دریافت شده نیروهای بین زنجیرهای پلاستیک را تا آن حد کاهش می‌دهد که زنجیرها می‌توانند روی هم بلغزند و جاری شوند یا تحت تنش وارد بر آن، ملکول‌های پلاستیک مذاب به­حرکت در آیند آن­چه شایان دقّت است پدیده ذوب در پلاستیک­ها فقط در گروه پلاستیک­های بلوری و نیمه بلوری دیده می­شود، و این تغییر حالت فیزیکی پلاستیک در آمورف­ها حتی در زیر دستکاه میکروسکوپ دارای صفحه داغ[۱] چندان ملموس نیست.

چون در فرآیندهای پلیمریزاسیون مواد پلیمری توزیع جرم ملکولی وجود دارد و همه زنجیرها دارای جرم ملکولی یکسان نیستند، در حین ذوب ابتدا زنجیرهای سبک‌تر و سپس سنگین‌تر ذوب می شوند که همین امر موجب به­وجود آمدن پدیده­ی گستره ذوب در پلاستیک­ها می‌شود.  در جدول (۱) گستره ذوب شش پلاستیک مهم ارائه شده است.

جدول (۱) ارائه گستره ذوب شش پلاستیک مهم

گستره ذوب

نام پلاستیک

۱۱۵ ± ۴ °C

LDPE

۱۲۷ ± ۴ °C

HDPE

۱۲۵ ± ۴ °C

LLDPE

۱۶۵ ± ۵ °C

PP

۲۵۵ ± ۵ °C

PET

۳۲۸ ± ۵ °C

PTFE(Teflon)

آزمون تعیین دانسیته

دانسیته یا وزن مخصوص هر قطعه عبارتست از وزن واحد حجم آن، و مقدار آن از فرمول d = M/V gr/cm3محاسبه می‌شود. هر قدر قطعه­ی پلیمری که در نظر است وزن مخصوص آن اندازه­گیری شود خالص‌تر باشد (دارای مواد افزودنی کمتر)، دانسیته آن به مقادیر مندرج در کتب و جداول نزدیک‌تر خواهد بود.

در جدول (۴) دانسیته تقریبی تعدادی از مهمترین پلاستیک­های صنعتی و پرمصرف با‌هم مقایسه شده‌اند.

تعیین دانسیته یک قطعه پلاستیکی از نظر کنترل کیفیت بسیار مهم، ولی از جهت کمک به شناسایی کیفی حائز اهمیت زیادی نیست.

جدول (۴) مقایسه دانسیته تقریبی تعدادی از مهمترین پلاستیک­های صنعتی و پرمصرف

Density (g/cm3)

Material

۰٫۸۵-۰٫۹۲

۰٫۸۹-۰٫۹۳

۰٫۹۴-۰٫۹۸

۱٫۰۴-۱٫۰۶

۱٫۰۴-۱٫۰۸

۱٫۳۴-۱٫۴۰

۱٫۳۸-۱٫۴۱

۲٫۱-۲٫۳

Polypropylene (PP)

High-pressure (low-density) polyethylene (LDPE)

Low-pressure (high-density) polyethylene (HDPE)

Acrylonitrile-butadiene-styrene copolymers (ABS)

Polystyrene (PS)

Polyethylene terephthalate (PET)

Rigid PVC

Polytetrafluoroethylene

آزمون قابلیت انحلال

در آزمون حلالیّت مساله­ی انحلال یا عدم انحلال یک پلاستیک در یک یا چند حلال در دمای محیط یا بالاتر مورد بررسی قرار می­گیرد.

حلالیت نه تنها به اجزای تشکیل دهنده یک پلیمر بلکه به درجه پلیمرشدن، میزان شاخه ای بودن، شبکه­ای بودن و ایزومری ، نظم فضایی، و بلورینگی مواد پلیمری بستگی دارد.

در آزمون انحلال، باید موارد زیر یادداشت شود و بر مبنای این مشاهدات نتیجه­گیری به عمل آید:

الف – آیا پلیمر در حلال متورم می­شود؟

ب – آیا مقدار کمی­ از پلیمر حل میشود؟

پ – آیا محلول گرانرو می­شود؟

ت – آیا تغییری در رنگ محلول ایجاد می­شود؟

ث – آیا محلول کدر می­شود؟

در صورت بروز هرگونه شبهه درباره مواد حل شده، محلول باید روی یک شیشه ساعت برای تعیین مواد حل شده تبخیر شود. با پاسخ به سوالات یک تاپنج و با استفاده از جداول مربوطه میتوان پلیمر مجهول را تاحدودی شناسایی کرد.

آزمون رنگ

آزمون رنگ، بر اساس واکنش پلیمر بامعرف است که منجر به تشکیل رنگ ناشی از تولید فراورده می­شود .

واکنش­های تشکیل رنگ هنوز مفیدترین آزمون برای شناسایی مشخصات ساختاری و گروههای عاملی حتی در آزمایشگاه­هایی که دارای تجهیزات پیشرفته هستند، می­باشد . از مزایای آزمون رنگ، می­توان به­ حساسیت، مهارت، صرفه اقتصادی، زمان، مکان و حداقل تجهیزات با کاربری آسان اشاره نمود.

نتیجه­گیری:

هدف از طرح مباحث فوق این است که به محض دیدن یک قطعه پلیمری با استفاده از ابتدایی‌ترین حرکات و آزمون‌ها مانند بازتاب قطعه در برابر کشیدن، خم کردن، پیچاندن، فشار دادن آن بین دو ناخن، ارزیابی برجهندگی و عکس‌العمل آن در اثر برخورد با زمین، شفافیّت ظاهری و سایر آزمایش های اولیه نظیر دانسیت ,پ هاش متری و حلالیت بتواند به‌سرعت تشخیص دهد که پلیمر مجهول به کدام یک از خانواده‌های پلاستیک یا لاستیک وابسته است و در ادامه بتواند استنباط کند که مجهول مورد نظر به کدام یک از گروه­های پلاستیک­ها تعلق دارد و متناسب با ماهیت آن باید راه‌کارهای عملی را برای تشخیص نوع آن در پیش گیرد.

بیشتر پلیمرها در مجموعه­ی پلاستیک‌ها جای دارند و لاستیک‌ها از نظر تعداد در مقایسه با پلاستیک‌ها بسیار محدودترند، بنابراین ضروری است که کاربر پلیمر، اطّلاعات وسیع در زمینه‌های مختلف پلاستیک‌ها داشته باشد.

منابع و مآخذ

  1. Hawley G G., The Condensed Chemical Dictionary, Van Nostrand Reinhold Comp., 1981.
  2. Polymers, identification and analysis preliminary test method, ISIRI 8391, 1st edition, 1384.
  3. Braun D. , Identification of plastics, Hanser publication, Germany, 1984.

۴٫ کراوس آ، لانگ آ، آشنایی با تجزیه شیمیایی پلاستیک­ها(تئوری و عملی)، ترجمه دکتر محمود محراب­زاده، مرکز نشر دانشگاهی، چاپ اول، ۱۳۶۵٫

۵٫ نعمتی سعید ، آنالیز و شناسایی کیفی و کمّی  پلیمرها(تئوری و عملی)، جهاد دانشگاهی امیرکبیر، چاپ اول، ۱۳۹۱

برچسب ها: روشهای سریع شناسایی پلاستیک های پرمصرف ،

0
telegram.png

نظر ۱

نظر بگذارید