Sobre cosas simples, complicadas. Devolvemos las aves de corral o RTFM para la definición de plásticos en el hogar

Dedicado a mi querida madre, la mejor experta a tiempo parcial en clasificación separada de plásticos ...

Si, querido lector, nunca en tu vida tuviste la pregunta "¿qué demonios es este plástico como ese?", Entonces no puedes leer el artículo :) Para la atención de todos los demás es el próximo artículo de la serie "marcarlo como favorito". Hoy tenemos un tema: "La definición de plásticos en el hogar" y continúo en Wikipedia Habr con información útil que me queda después de completar mis proyectos científicos y técnicos. Hoy en día, los ecologistas, los biotecnólogos, los maestros de la producción de polímeros, los ingenieros de procesamiento de plásticos y todos los que han tenido que clasificar plásticos, plásticos adhesivos, plásticos de soldadura: entusiastas de los automóviles, personas hechas en casa y otras personas interesadas pueden ir a Kat. Tradicionalmente: no se puede encontrar un mínimo de DIVERSIÓN, máxima información, un manual completo en ruso sobre plásticos, " lo garantizo " :)

... Y, finalmente, las manos llegaron a recordar la novela infantil soviética de 1966, en la que hay recomendaciones mucho más prácticas para un niño "al que le gusta la química" que en los libros de texto de la química bielorrusa moderna combinados.

Mi viejo amigo químico Seryozha vino a mí aquí y comenzamos a hablar sobre mis habrastats. Cambiaron sin problemas de solventes de plástico a adhesivos para todos los mismos plásticos y, de repente, no pude averiguar a qué responder " pero no supe qué tipo de plástico había en la máquina de escribir de mi hijo para pegarlo de acuerdo con sus artículos ". Milagrosamente, pero hace aproximadamente una semana, el segundo Seryozha @ansector estaba interesado en la misma pregunta "con una máquina de escribir". Sin embargo, la tendencia, y decidí rectificar la situación, ayudar a todos los padres con el nombre de Sergey quienes enfrentaron la difícil tarea de reparar un automóvil chino controlado por radio de plástico donado a sus hijos y racionalizar la información disponible sobre la "ingeniería inversa" del plástico. Prevenido significa armado. Para encontrar el mejor pegamento, necesita saber qué pegaremos :) Por cierto, también recomiendo leer mi opus al lector genseq , de repente ayudará a identificar el plástico del secuenciador de nanoporos;)

De hecho, me encontré por primera vez con el concepto de análisis de plásticos cuando era niño cuando leí el libro de Vladimir Kiselyov " Célula de niñas y aves de corral " (en todo caso, Children's Literature Publishing House, Moscú, 1966 (!)). Una novela muy limpia y brillante, y lo más importante, con enfoques de laboratorio vigorosos para el niño. Sobre todo, recuerdo el episodio con la destilación de vidrio orgánico, que también mencionaré en el texto del artículo ...

El análisis y la "ingeniería inversa" de los polímeros es un negocio complejo, desagradecido y bastante difícil de implementar en la vida cotidiana. Dependiendo del tipo de plástico y los aditivos funcionales presentes en él, es posible que necesite al menos un espectrómetro IR-Fourier (como señaló el lector CactusKnight en mi artículo sobre solventes plásticos , " al menos el espectrómetro IR-Fourier más simple, en el que puede obtener espectros de plástico en 30 segundos " ), y preferiblemente RMN , espectrometría de masas , análisis de fase de rayos X o algo peor. Naturalmente, dado el costo de dicho equipo (y la disponibilidad de personal especialmente capacitado), queda claro que el placer no es barato. Pero el hecho es que más a menudo para muchos propósitos prácticos, a menudo es suficiente determinar a qué clase de plásticos pertenece una muestra desconocida, sin análisis de plastificantes, rellenos, etc. (aunque las propiedades importantes del plástico a menudo dependen de ellos). Para esto, uno puede y debe usar métodos simples que, en general, ni siquiera requieren un conocimiento químico especial. Hablando de limitaciones, además de los aditivos ya mencionados, podemos mencionar el análisis de copolímeros complejos y mezclas de polímeros. Tales cosas son muy difíciles de identificar sin involucrar métodos de análisis instrumentales serios.

Introducción sobre plásticos

Los plásticos son sustancias orgánicas de alto peso molecular (polímeros) que generalmente se sintetizan a partir de compuestos de bajo peso molecular (monómeros). Se pueden obtener tanto por modificación química de materiales naturales de alto peso molecular (celulosa, etc.) como a partir de materias primas minerales naturales (petróleo, gas natural, carbón). Los procesos industriales más importantes para producir plásticos a partir de monómeros se pueden clasificar por el mecanismo de reacción del polímero, por ejemplo, polimerización o condensación. Pero dado que se pueden obtener diferentes plásticos químicamente idénticos de diferentes maneras y a partir de diferentes tipos de materias primas, esta clasificación difícilmente ayudará en el análisis de muestras desconocidas. Pero, por otro lado, además de los estudios químicos, la apariencia del plástico, así como su comportamiento cuando se calienta, proporciona información útil para su identificación precisa.

Para las propiedades útiles de los polímeros que nos son familiares, las interacciones físicas entre las macromoléculas individuales que forman el "marco" plástico son las más responsables. Estas interacciones son responsables de la cohesión de las moléculas y, por lo tanto, de la resistencia, la dureza y la elasticidad. Los plásticos, que consisten en moléculas filamentosas lineales (varios cientos de nanómetros de largo y varias décimas de nanómetro de diámetro), cuyas macromoléculas están unidas (reticuladas) entre sí, se ablandan fácilmente cuando se calientan. Cuando el material polimérico se calienta por encima de una cierta temperatura, las macromoléculas que están más o menos orientadas entre sí a bajas temperaturas comienzan a deslizarse entre sí, formando una masa fundida altamente viscosa. Los plásticos parcialmente cristalizados (parcialmente ordenados y amorfos (desordenados) se pueden distinguir según el grado de orden de la macromolécula en estado sólido. El grado de orden afecta en gran medida el comportamiento del plástico al calentarlo y su solubilidad. La siguiente imagen muestra una representación esquemática de la estructura de los plásticos, que muestra tres principales tipo de estructuras macromoleculares:

Termoplásticos y termoestables

Para hacerlo más fácil, dividimos condicionalmente todos los plásticos en grupos. Los polímeros que se ablandan cuando se calientan y tienen fluidez en este estado se denominarán termoplásticos . Al enfriarse, estos plásticos se vuelven duros nuevamente. Este proceso puede repetirse muchas veces. Es cierto que hay excepciones cuando la temperatura a la que el plástico comienza a descomponerse es inferior a la temperatura de reblandecimiento. El plástico simplemente no tiene tiempo para nadar, porque se descompone en componentes químicos. Por cierto, la solubilidad en líquidos orgánicos (detallada en mi último artículo ), junto con la exposición a la temperatura, puede servir como un indicador de linealidad / ramificación de macromoléculas de polímeros. Debido a que los solventes invaden las cadenas de polímeros, reduce las fuerzas de interacción entre las macromoléculas y les permite moverse entre sí. Importante! Por lo tanto, por cierto, la información y la protección con solventes para plásticos pueden servir como un indicador para determinar el tipo de plástico de la misma manera que todos los métodos descritos en el artículo a continuación.

A diferencia de los materiales termoplásticos, una clase diferente de polímeros, los llamados materiales termoendurecibles, o termoendurecibles, tienen una alta estabilidad térmica. Dichas sustancias son redes tridimensionales de macromoléculas fuertemente reticuladas que ya no pueden fundirse ni disolverse. La reticulación solo puede ser destruida por temperaturas muy altas o productos químicos agresivos.

Y finalmente, en una rama separada, distinguimos elastómeros elásticos, similares a la goma, que consisten en macromoléculas reticuladas relativamente débiles. Dichos materiales adquieren una estructura rígida durante la vulcanización. Debido a la estructura reticulada, los elastómeros no se funden cuando se calientan a una temperatura ligeramente inferior a su temperatura de descomposición. A diferencia de los elastómeros reticulados químicamente, como el caucho químico, la reticulación en los llamados elastómeros termoplásticos (caucho para impresoras 3D) se produce a través de interacciones físicas entre macromoléculas. Cuando se calienta, las fuerzas de interacción física entre las moléculas de la cadena disminuyen, por lo que estos polímeros se convierten en termoplásticos comunes. Cuando se enfría, cuando la interacción física entre las moléculas se vuelve más fuerte, el material nuevamente se comporta como un elastómero. La siguiente tabla enumera las características más importantes de los grupos mencionados de materiales poliméricos. Sin embargo, debe recordarse que los pigmentos, plastificantes y diversos rellenos (por ejemplo, hollín o fibra de vidrio) conducen a desviaciones significativas de estas propiedades. Por lo tanto, no siempre es posible identificar materiales poliméricos únicamente sobre la base de estos criterios. Las densidades se dan como una guía y son aproximaciones aproximadas con énfasis en materiales monolíticos sólidos (porque los plásticos espumados son sorprendentemente diferentes en densidad de los plásticos monolíticos).

En la alcancía "propiedades físicas". Un indicador aproximado de la dureza del plástico es su comportamiento cuando se rasca con un clavo: el plástico duro rasca el clavo; los plásticos en forma de cuerno tienen aproximadamente la misma dureza que el plástico; El plástico flexible o elástico se raya / aprieta con una uña.

Si un experimento mental usando la tabla no ha dado resultados, entonces es hora de seguir leyendo y pasar a medidas más radicales.

Por donde empezar

Debe comenzar con una inspección visual. Los fabricantes casi siempre usan el estampado para indicar su tipo en productos de plástico. Probablemente todos se encontraron en algún lugar (a menudo en la parte inferior del empaque de plástico) con estos íconos:

Estos son los denominados códigos de reciclaje : signos especiales que se utilizan para indicar el material del que está hecho el artículo y para simplificar el procedimiento de clasificación antes de enviarlo a reciclar para reciclar. Por el momento, no hay tantos códigos que sean característicos de cierto tipo de plástico. Esto se debe al hecho de que se utilizan cada vez más mezclas de diversos materiales heterogéneos (como plástico + papel de aluminio + papel). El triángulo en el que se indican los números implica la posibilidad de volver a procesar. Bueno, los números mismos son un tipo de plástico. Los números se pueden estampar sin un triángulo, pero el plástico aún se puede identificar por ellos. Para hacer esto, utilizamos los datos de la tabla debajo del spoiler, con una lista de abreviaturas aprobadas por IUPAC para plásticos.

Si no se encuentran marcas de identificación, procedemos a las pruebas físicas. Primero, el más simple

Identificación del plástico por densidad.

Técnicamente, el concepto de densidad plástica se usa muy raramente como una característica descriptiva. Esto se debe al hecho de que muchos plásticos contienen todo tipo de huecos, poros y defectos (que depende directamente de la cultura de producción). La densidad verdadera puede, en principio, determinarse a partir de la masa y el volumen mediante el "método de Arquímedes", es decir. desplazando un volumen igual de líquido. Este método es muy adecuado para muestras granulares o en polvo. Para muchos materiales es mucho más conveniente utilizar el llamado enfoque de flotación , cuando la muestra flota en un líquido con la misma densidad.

La densidad del fluido utilizado se mide usando un hidrómetro (los alcoholímetros ubicuos son una variación del hidrómetro con un marcado de escala en porcentaje de volumen de alcohol).

Como modelo de líquidos, puede utilizar soluciones acuosas.
cloruro de zinc o cloruro de magnesio. Si la densidad es inferior a 1 g / cm ³ , es adecuada una mezcla de metanol / etanol con agua. Limitación en el método de flotación: la muestra no debe disolverse / hincharse en el líquido; la muestra debe estar completamente humedecida; la muestra debe estar completamente libre de burbujas de aire.

Es importante tener en cuenta que el hollín, la fibra de vidrio y otros rellenos pueden influir mucho en el índice de densidad. Por ejemplo, la densidad puede variar dependiendo del contenido de relleno de 0,98 g / cm ³ (peso de polipropileno. 10% de talco) a 1,71 g / cm ³ (peso que contiene tereftalato de polibutileno. 50% de fibra de vidrio). Los polímeros espumados generalmente no tienen sentido para evaluar el parámetro de densidad, solo hay aire.

, , ( 20 °C = 0,79 / ³ ), (1 / ³ ), (1,34 / ³ ) (2,01 / ³ ). , . , , , . 1 1575 475 . 1 . " ?" — " ":

— . . , , , , . . , . . . , , , .

, 1966 , %username% :)

- . .

, .

, . "" . , , . (, , ) . , ( , ..). , — 33454-2015 . — .. , 2-3 °C. — , :) (. — , , )

, , , . (, ).

Los datos sobre los polímeros que no se muestran en la tabla se pueden probar en el libro A. Krause, A. Lange, M. Ezrin Plastics Analysis Guide . Si nada funciona con esta opción, es hora de pasar a la "artillería pesada".

Flame color y olor

La artillería pesada, por supuesto, significa destrucción, lo que significa humo, hollín, llamas y olores desagradables por los que tiene que pasar para determinar su polímero. Tradicionalmente, ya insto a que todas las encuestas se realicen en un taller equipado con una potente ventilación de suministro y escape, o con una media máscara con cartuchos de filtro para "gases y vapores".

Entonces, cuando se calienta, todos los plásticos experimentan ciertos cambios. Por la naturaleza de estos cambios, se puede determinar con bastante precisión el tipo de polímero. Por ejemplo, los polímeros y oligómeros aromáticos: poliestireno, tereftalato de polietileno, resinas epoxídicas, etc., se queman con una llama amarilla y altamente humeante. La llama azul es característica de los polímeros y oligómeros que contienen oxígeno: alcohol polivinílico, poliamidas, poliacrilatos. Se observa una llama verde durante la combustión de polímeros que contienen cloro: cloruro de polivinilo, cloruro de polivinilideno. Una maravillosa adición al color de la llama puede ser el olor a "plástico quemado", debajo del alerón algunos ejemplos.

En la tabla a continuación puede ver las características de color / olor de la llama de los plásticos más comunes.

Pirólisis

La etapa final disponible para uso doméstico puede ser la pirólisis (descomposición a alta temperatura) de plástico sin acceso al aire. Todo lo que necesita hacer es tener un quemador de gas confiable y un tubo de ensayo con tapón (tal dispositivo en 1966, niños recolectados de medios improvisados; vea el comienzo del artículo).

Se colocan aproximadamente 0,1 g de una muestra del plástico estudiado en un tubo de ensayo (o algún tipo de tubo de vidrio), se cierra el corcho con un tubo de salida de gas y se calienta en una llama de quemador. En algunos casos, se inserta una bola de algodón / lana de vidrio humedecida con agua en el extremo abierto del tubo de pirólisis. Se debe colocar un trozo de papel indicador de pH húmedo en el extremo abierto del tubo.

El tubo se calienta lentamente para que pueda observar cómo cambia la muestra y oler el resultado agotar gas Dependiendo de la reacción de los gases de pirólisis con un indicador húmedo, se pueden distinguir tres grupos diferentes de plásticos: ácidos, neutros o alcalinos. La siguiente tabla muestra los plásticos y el ambiente que forman los gases que se forman cuando se descomponen al entrar en contacto con el agua. Dependiendo de la composición, algunos plásticos pueden flotar en la prueba de pirólisis en diferentes grupos, por ejemplo, resinas de fenol-formaldehído o poliuretanos.

Último examen ...

Y, por último, querido lector, si lee hasta el final del artículo, puede considerarse que ha superado el curso del "joven especialista en polímeros" y utilizar fácilmente algoritmos de identificación de plástico, como el que se presenta a continuación (se puede hacer clic en la imagen).

Eso es todo, divide y gobierna ... ¡sobre tus polímeros! La introducción a la identificación de plásticos está completa, suscríbase a mis notas de Facebook / VK para saber más y estar en el tema de las últimas investigaciones. (o haga la pregunta principal de la vida, el universo y todo eso) !

PD : cuando trabajo con polímeros y busco información sobre las propiedades de estos, utilizo las bases de datos de MatWeb: Recursos de información de materiales en línea , Base de datos de propiedades de polímeros , Información de materiales de AZOM , MatMatch y, por supuesto, las referencias que figuran en la lista de literatura utilizada. ¡Lo que también te deseo! :)

Importante! Todas las actualizaciones y notas provisionales a partir de las cuales los artículos habr se forman sin problemas ahora se pueden ver en mi canal de telegramas lab66 . Suscríbete para no esperar el próximo artículo, sino para estar inmediatamente informado sobre toda la investigación :)