Über einfache Dinge, kompliziert. Wir geben das Mädchen Geflügel oder RTFM für die Definition von Kunststoffen zu Hause zurück

Meiner lieben Mutter gewidmet, Teilzeit bester Experte für die getrennte Sortierung von Kunststoffen ...

Wenn Sie, lieber Leser, noch nie in Ihrem Leben die Frage "Was zum Teufel ist dieser Kunststoff so?" Hatten, können Sie den Artikel nicht lesen :) Für alle anderen ist der nächste Artikel in der Reihe "bookmark it!" Heute haben wir ein Thema - "Die Definition von Kunststoffen zu Hause" und ich wikipedia weiterhin Habr mit nützlichen Informationen, die ich nach Abschluss meiner wissenschaftlichen und technischen Projekte hinterlassen habe. Heute können Ökologen, Biotechnologen, Meister der Polymerherstellung, kunststoffverarbeitende Ingenieure und alle, die Kunststoffe, Leimkunststoffe und Lötkunststoffe sortieren mussten - Autoenthusiasten, Selbstgemachte und andere Interessierte - sicher zu kat gehen. Traditionell - ein Minimum an Spaß, maximale Informationen, ein vollständiges russischsprachiges Handbuch über Kunststoffe kann einfach nicht gefunden werden, " Ich garantiere es " :)

... Und schließlich erinnerten sich die Hände an den sowjetischen Kinderroman von 1966, in dem praktische Empfehlungen für ein Kind, das „Chemie mag“, viel mehr sind als in modernen belarussischen Chemielehrbüchern zusammen.

Mein alter chemischer Freund Seryozha kam zu mir und wir sprachen über meine Habrastate. Sie wechselten reibungslos von Lösungsmitteln aus Kunststoffen zu Klebstoffen für dieselben Kunststoffe und plötzlich konnte ich nicht mehr herausfinden, worauf ich antworten sollte, " aber ich habe nicht herausgefunden, welche Art von Kunststoff in der Schreibmaschine meines Sohnes enthalten war, um ihn gemäß Ihren Artikeln zu kleben ". Wie durch ein Wunder, aber vor ungefähr einer Woche, interessierte sich der zweite Seryozha @ansector für dieselbe Frage „mit einer Schreibmaschine“. Der Trend jedoch, und ich beschloss, die Situation zu korrigieren, helfen allen Vätern mit dem Namen Sergey die vor der schwierigen Aufgabe standen, ein chinesisches funkgesteuertes Plastikauto zu reparieren, das ihren Kindern gespendet wurde, und die verfügbaren Informationen über das "Reverse Engineering" von Plastik zu optimieren. Vorgewarnt bedeutet bewaffnet. Um den besten Kleber auszuwählen - Sie müssen wissen, was wir kleben werden :) Übrigens, Genseq Reader empfiehlt auch, mein Werk zu lesen, plötzlich hilft es, den Kunststoff des Nanoporen-Sequenzers zu identifizieren;)

Tatsächlich bin ich als Kind zum ersten Mal auf das Konzept der Analyse von Kunststoffen gestoßen, als ich Vladimir Kiselyovs Buch „Mädchen- und Geflügelzelle “ las (wenn überhaupt, Kinderliteraturverlag, Moskau, 1966 (!)). Ein sehr sauberer und heller Roman, und vor allem mit energischen Laboransätzen für das Kind. Am allermeisten erinnere ich mich an die Episode mit der Destillation von organischem Glas, die ich auch im Text des Artikels erwähnen werde ...

Die Analyse und das "Reverse Engineering" von Polymeren ist ein komplexes, undankbares Geschäft und im Alltag nur schwer umzusetzen. Abhängig von der Art des Kunststoffs und den darin enthaltenen funktionellen Additiven benötigen Sie möglicherweise mindestens ein IR-Fourier- Spektrometer (wie der Leser von CactusKnight in meinem Artikel über Kunststofflösungsmittel feststellte , „ mindestens das einfachste IR-Fourier-Spektrometer, mit dem Sie in 30 Sekunden Spektren von Kunststoffen erhalten können “). ) und vorzugsweise NMR , Massenspektrometrie , Röntgenphasenanalyse oder etwas Schlimmeres. Angesichts der Kosten für solche Geräte (und der Verfügbarkeit von speziell geschultem Personal) wird natürlich klar, dass Vergnügen nicht billig ist. Tatsache ist jedoch, dass es für viele praktische Zwecke häufig ausreicht, zu bestimmen, zu welcher Kunststoffklasse eine unbekannte Probe gehört, ohne auf Weichmacher, Füllstoffe usw. zu analysieren. (obwohl wichtige Eigenschaften von Kunststoff sehr oft davon abhängen). Hierfür kann und sollte man einfache Methoden anwenden, die im Großen und Ganzen nicht einmal spezielle chemische Kenntnisse erfordern. Apropos Einschränkungen: Zusätzlich zu den bereits erwähnten Additiven können wir die Analyse komplexer Copolymere und Polymermischungen erwähnen. Solche Dinge sind sehr schwer zu identifizieren, ohne ernsthafte instrumentelle Analysemethoden zu verwenden.

Einführung in Kunststoffe

Kunststoffe sind hochmolekulare (Polymer) organische Substanzen, die üblicherweise aus niedermolekularen Verbindungen (Monomeren) synthetisiert werden. Sie können sowohl durch chemische Modifizierung von natürlichen Materialien mit hohem Molekulargewicht (Cellulose usw.) als auch aus natürlichen mineralischen Rohstoffen (Öl, Erdgas, Kohle) erhalten werden. Die wichtigsten industriellen Verfahren zur Herstellung von Kunststoffen aus Monomeren können durch den Polymerreaktionsmechanismus klassifiziert werden, beispielsweise Polymerisation oder Kondensation. Da jedoch unterschiedliche chemisch identische Kunststoffe auf unterschiedliche Weise und aus unterschiedlichen Arten von Rohstoffen erhalten werden können, hilft diese Klassifizierung bei der Analyse unbekannter Proben kaum. Andererseits liefern neben chemischen Untersuchungen das Aussehen des Kunststoffs sowie sein Verhalten beim Erhitzen nützliche Informationen für seine genaue Identifizierung.

Für die uns bekannten nützlichen Eigenschaften von Polymeren sind am häufigsten physikalische Wechselwirkungen zwischen einzelnen Makromolekülen verantwortlich, aus denen der "Rahmen" von Kunststoff besteht. Diese Wechselwirkungen sind für den Zusammenhalt der Moleküle und damit für Festigkeit, Härte und Elastizität verantwortlich. Kunststoffe, die aus linearen filamentösen Molekülen bestehen (mehrere hundert Nanometer lang und mehrere Zehntel Nanometer im Durchmesser), deren Makromoleküle lose miteinander gekoppelt (vernetzt) ​​sind, erweichen beim Erhitzen leicht. Wenn das Polymermaterial über eine bestimmte Temperatur erhitzt wird, beginnen Makromoleküle, die bei niedrigen Temperaturen mehr oder weniger relativ zueinander orientiert sind, aneinander vorbei zu gleiten und bilden eine hochviskose Schmelze. Teilkristallisierte (teilweise geordnete und amorphe (ungeordnete) Kunststoffe können in Abhängigkeit vom Ordnungsgrad des Makromoleküls im festen Zustand unterschieden werden. Der Ordnungsgrad beeinflusst das Verhalten des Kunststoffs beim Erhitzen und seine Löslichkeit stark. Das folgende Bild zeigt eine schematische Darstellung der Struktur von Kunststoffen, die drei Hauptstrukturen zeigt Art der makromolekularen Strukturen:

Thermoplaste und Duroplaste

Zur Vereinfachung teilen wir alle Kunststoffe bedingt in Gruppen ein. Polymere, die beim Erhitzen erweichen und in diesem Zustand flüssig sind, werden als Thermoplaste bezeichnet . Beim Abkühlen werden solche Kunststoffe wieder hart. Dieser Vorgang kann viele Male wiederholt werden. Es gibt zwar Ausnahmen, wenn die Temperatur, bei der sich der Kunststoff zu zersetzen beginnt, niedriger ist als die Erweichungstemperatur. Kunststoff hat einfach keine Zeit zum Schwimmen, weil er in chemische Bestandteile zerfällt. Übrigens kann die Löslichkeit in organischen Flüssigkeiten (ausführlich in meinem letzten Artikel ) zusammen mit der Temperatureinwirkung als Indikator für die Linearität / Verzweigung von Polymermakromolekülen dienen. Da Lösungsmittel zwischen den Polymerketten eindringen, werden die Wechselwirkungskräfte zwischen den Makromolekülen verringert und sie können sich relativ zueinander bewegen. Wichtig! Informationen und Lösungsmittelschutz für Kunststoffe können daher übrigens als Indikator für die Bestimmung des Kunststofftyps auf die gleiche Weise wie alle im folgenden Artikel beschriebenen Methoden dienen.

Im Gegensatz zu thermoplastischen Materialien weist eine andere Klasse von Polymeren, die sogenannten duroplastischen Materialien oder Duroplaste, eine hohe thermische Stabilität auf. Solche Substanzen sind dreidimensionale Netzwerke eng vernetzter Makromoleküle, die nicht mehr schmelzen oder sich auflösen können. Vernetzung kann nur durch sehr hohe Temperaturen oder aggressive Chemikalien zerstört werden.

Und schließlich unterscheiden wir in einem separaten Zweig elastische, gummiartige Elastomere , die aus relativ schwach vernetzten Makromolekülen bestehen. Solche Materialien erhalten während der Vulkanisation eine starre Struktur. Aufgrund der vernetzten Struktur schmelzen Elastomere nicht, wenn sie auf eine Temperatur erhitzt werden, die geringfügig unter ihrer Zersetzungstemperatur liegt. Im Gegensatz zu chemisch vernetzten Elastomeren wie chemischem Kautschuk erfolgt die Vernetzung in den sogenannten thermoplastischen Elastomeren (Kautschuk für 3D-Drucker) durch physikalische Wechselwirkungen zwischen Makromolekülen. Beim Erhitzen nehmen die Kräfte der physikalischen Wechselwirkung zwischen den Molekülen der Kette ab, so dass diese Polymere zu gewöhnlichen Thermoplasten werden. Beim Abkühlen, wenn die physikalische Wechselwirkung zwischen den Molekülen stärker wird, verhält sich das Material wieder wie ein Elastomer. In der folgenden Tabelle sind die wichtigsten Eigenschaften der genannten Gruppen von Polymermaterialien aufgeführt. Es ist jedoch zu beachten, dass Pigmente, Weichmacher und verschiedene Füllstoffe (z. B. Ruß oder Glasfaser) zu erheblichen Abweichungen von diesen Eigenschaften führen. Daher ist es nicht immer möglich, polymere Materialien nur anhand dieser Kriterien zu identifizieren. Die Dichte wird als Richtlinie angegeben und ist eine grobe Annäherung mit Schwerpunkt auf festen monolithischen Materialien (da sich die Dichte von geschäumten Kunststoffen deutlich von der von monolithischen Kunststoffen unterscheidet).

Im Sparschwein "physikalische Eigenschaften". Ein ungefährer Indikator für die Härte von Kunststoff ist sein Verhalten beim Kratzen mit einem Nagel: Hartplastik kratzt den Nagel; hornförmige Kunststoffe haben ungefähr die gleiche Härte wie Kunststoff; Flexibler oder elastischer Kunststoff wird mit einem Fingernagel zerkratzt / zusammengedrückt.

Wenn ein Gedankenexperiment unter Verwendung der Tabelle keine Ergebnisse erbracht hat, ist es Zeit, weiterzulesen und radikalere Maßnahmen zu ergreifen.

Wo soll ich anfangen?

Sie müssen mit einer Sichtprüfung beginnen. Hersteller verwenden fast immer Stempel, um ihren Typ auf Kunststoffprodukten anzugeben. Jeder hat wahrscheinlich irgendwo (oft auf der Unterseite der Plastikverpackung) diese Symbole getroffen:

Dies sind die sogenannten Recycling-Codes - spezielle Zeichen, die das Material angeben, aus dem der Artikel hergestellt wurde, und das Sortierverfahren vereinfachen, bevor es zum Recycling zum Recycling geschickt wird. Im Moment gibt es nicht so viele Codes, die für eine bestimmte Art von Kunststoff charakteristisch sind. Dies liegt daran, dass zunehmend Mischungen verschiedener heterogener Materialien (wie Kunststoff + Folie + Papier) verwendet werden. Das Dreieck, in dem die Zahlen angegeben sind, impliziert die Möglichkeit einer erneuten Verarbeitung. Nun, die Zahlen selbst sind eine Art Plastik. Die Nummern können ohne Dreieck gestempelt werden, aber Kunststoff kann immer noch daran erkannt werden. Dazu verwenden wir die Daten aus der Tabelle unter dem Spoiler mit einer Liste der von IUPAC zugelassenen Abkürzungen für Kunststoffe.

Wenn keine Erkennungszeichen gefunden werden, fahren wir mit physikalischen Tests fort. Erstens das einfachste

Identifizierung von Kunststoff anhand der Dichte

Technisch wird das Konzept der plastischen Dichte sehr selten als beschreibendes Merkmal verwendet. Dies liegt an der Tatsache, dass viele Kunststoffe alle Arten von Hohlräumen, Poren und Defekten enthalten (was direkt von der Produktionskultur abhängt). Die wahre Dichte kann im Prinzip aus Masse und Volumen durch das "Archimedes-Verfahren" bestimmt werden, d.h. Verdrängung eines gleichen Flüssigkeitsvolumens. Diese Methode eignet sich gut für Granulat- oder Pulverproben. Für viele Materialien ist es viel bequemer, das sogenannte zu verwenden Flotationsansatz , wenn die Probe in einer Flüssigkeit mit der gleichen Dichte schwimmt.

Die Dichte der verwendeten Flüssigkeit wird unter Verwendung eines Hydrometers gemessen (allgegenwärtige Alkoholometer sind eine Variation des Hydrometers mit einer Skalenmarkierung in Volumenprozent Alkohol).

Als Modellflüssigkeiten können Sie wässrige Lösungen verwenden
Zinkchlorid oder Magnesiumchlorid. Liegt die Dichte unter 1 g / cm ³ - ist ein Gemisch aus Methanol / Ethanol mit Wasser geeignet. Einschränkung bei der Flotationsmethode: Die Probe darf sich nicht in der Flüssigkeit lösen / quellen. Die Probe sollte vollständig benetzt sein. Die Probe sollte vollständig frei von Luftblasen sein.

Es ist wichtig zu beachten, dass Ruß, Glasfaser und andere Füllstoffe den Dichteindex stark beeinflussen können. Beispielsweise kann die Dichte in Abhängigkeit vom Füllstoffgehalt von 0,98 g / cm ³ (Polypropylengewicht 10% Talk) bis 1,71 g / cm ³ (Polybutylenterephthalat enthaltendes Gewicht 50% Glasfaser) variieren. Geschäumte Polymere sind im Allgemeinen nicht sinnvoll, um den Dichteparameter zu bewerten, es gibt nur Luft.

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Daten zu den in der Tabelle nicht gezeigten Polymeren können in dem Buch A. Krause, A. Lange, M. Ezrin Plastics Analysis Guide ausprobiert werden. Wenn mit dieser Option nichts funktioniert, ist es Zeit, sich der "schweren Artillerie" zuzuwenden.

Flammenfarbe und Geruch

Schwere Artillerie bedeutet natürlich Zerstörung, dh Rauch, Ruß, Flamme und unangenehme Gerüche, die Sie durchlaufen müssen, um Ihr Polymer zu bestimmen. Traditionell fordere ich bereits alle Untersuchungen auf, entweder in einer Werkstatt mit leistungsfähiger Belüftung mit Vor- und Abluft oder mit einer Halbmaske mit Filterpatronen für „Gase und Dämpfe“ durchzuführen.

Beim Erhitzen unterliegen alle Kunststoffe bestimmten Veränderungen. Durch die Art dieser Änderungen kann man die Art des Polymers ziemlich genau bestimmen. Beispielsweise brennen aromatische Polymere und Oligomere: Polystyrol, Polyethylenterephthalat, Epoxidharze usw. mit einer gelben, stark rauchigen Flamme. Blaue Flamme ist charakteristisch für sauerstoffhaltige Polymere und Oligomere: Polyvinylalkohol, Polyamide, Polyacrylate. Bei der Verbrennung von chlorhaltigen Polymeren wird eine grüne Flamme beobachtet: Polyvinylchlorid, Polyvinylidenchlorid. Eine wunderbare Ergänzung zur Farbe der Flamme kann der Geruch von "verbranntem Kunststoff" sein, unter dem Spoiler einige Beispiele.

In der folgenden Tabelle sehen Sie die Flammenfarbe / Geruchseigenschaften für die gängigsten Kunststoffe

Pyrolyse

Die letzte Stufe, die für den Heimgebrauch zur Verfügung steht, kann die Pyrolyse (Zersetzung bei hoher Temperatur) von Kunststoff ohne Zugang zu Luft sein. Alles, was Sie dazu brauchen, ist ein zuverlässiger Gasbrenner und ein Reagenzglas mit Stopfen (ein solches Gerät wurde 1966 von Kindern mit improvisierten Mitteln gesammelt - siehe Anfang des Artikels).

Etwa 0,1 g einer Probe des untersuchten Kunststoffs werden in ein Reagenzglas (oder eine Art Glasröhrchen) gegeben, der Korken mit einem Gasauslassrohr verschlossen und in einer Brennerflamme erhitzt. In einigen Fällen wird ein mit Wasser angefeuchteter Ball aus Watte / Glaswolle in das offene Ende des Pyrolyserohrs eingeführt. Ein Stück feuchtes pH-Indikatorpapier sollte auf das offene Ende des Röhrchens gelegt werden.

Das Röhrchen wird langsam erhitzt, damit Sie beobachten können, wie sich die Probe verändert, und am Ergebnis riechen Auspuff Gas. Abhängig von der Reaktion der Pyrolysegase mit einem Nassindikator können drei verschiedene Gruppen von Kunststoffen unterschieden werden: sauer, neutral oder alkalisch. Die folgende Tabelle zeigt die Kunststoffe und die Umgebung, in der sich die Gase bilden, wenn sie sich bei Kontakt mit Wasser zersetzen. Abhängig von der Zusammensetzung können einige Kunststoffe im Pyrolysetest in verschiedenen Gruppen schwimmen, beispielsweise Phenol-Formaldehyd-Harze oder Polyurethane

Letzte Prüfung ...

Und schließlich, lieber Leser, wenn Sie bis zum Ende des Artikels lesen, können Sie sicher davon ausgehen, dass Sie den Kurs des „jungen Polymerspezialisten“ bestanden haben, und Sie können problemlos Algorithmen zur Identifizierung von Kunststoffen verwenden, wie den unten dargestellten (das Bild ist anklickbar).

Das ist alles, teile und herrsche ... über deine Polymere! Die Einführung in die Identifizierung von Kunststoffen ist vollständig. Abonnieren Sie meine Facebook / VK- Notizen, um mehr zu erfahren und sich mit den neuesten Forschungsergebnissen zu befassen (oder stellen Sie die Hauptfrage des Lebens, des Universums und all das) !

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