Dédié à ma chère mère, meilleure experte à temps partiel en tri séparé des plastiques ...
Si, cher lecteur, vous ne vous êtes jamais posé la question "qu'est-ce que c'est que ce plastique?", Alors vous ne pouvez pas lire l'article :) À l'attention de tout le monde est le prochain article de la série "bookmark it!". Aujourd'hui, nous avons un sujet - "La définition des plastiques à la maison" et je continue à wikipedia Habr avec des informations utiles que j'ai laissées après avoir terminé mes projets scientifiques et techniques. Aujourd'hui, les écologistes, les biotechnologistes, les maîtres de la production de polymères, les ingénieurs de la plasturgie et tous ceux qui ont dû trier les plastiques, les plastiques à coller, les plastiques à souder - les amateurs de voitures, les artisans et les autres personnes intéressées peuvent aller en toute sécurité au kat. Traditionnellement - un minimum de FUN, un maximum d'informations, un manuel complet en russe sur les plastiques ne peut tout simplement pas être trouvé, " Je le garantis " :)
... Et enfin, les mains sont venues se souvenir du roman pour enfants soviétique de 1966, dans lequel les recommandations pratiques pour un enfant «qui aime la chimie» sont bien plus que dans les manuels de chimie biélorusses modernes combinés.
Mon vieil ami chimiste Seryozha est venu me voir ici et nous avons commencé à parler de mes habrastats. Ils sont passés en douceur des solvants des plastiques aux adhésifs pour tous les mêmes plastiques et soudain, je n'ai pas pu savoir à quoi répondre " mais je n'ai pas compris quel type de plastique se trouvait dans la machine à écrire de mon fils pour le coller selon vos articles ". Miraculeusement, mais il y a environ une semaine, le deuxième Seryozha @ansector était intéressé par la même question «avec une machine à écrire». La tendance cependant, et j'ai décidé de rectifier la situation, d'aider tous les pères avec le nom Sergey qui a fait face à la tâche difficile de réparer une voiture radiocommandée chinoise en plastique donnée à leurs enfants et de rationaliser les informations disponibles sur le "reverse engineering" du plastique. Averti signifie armé. Pour choisir la meilleure colle - vous devez savoir ce que nous allons coller :) Au fait, le lecteur genseq recommande également de lire mon opus, du coup cela aidera à identifier le plastique du séquenceur nanopore;)
En fait, j’ai découvert pour la première fois le concept de l’analyse des plastiques lorsque j’étais enfant lorsque j’ai lu le livre de Vladimir Kiselyov « Girl and Poultry Cell » (au moins, Children's Literature Publishing House, Moscou, 1966 (!)). Un roman très propre et brillant, et surtout, avec des approches de laboratoire vigoureuses pour l'enfant. Je me souviens surtout de l'épisode de la distillation du verre organique, que je mentionnerai également dans le texte de l'article ...
À propos de la décomposition du PMMA dans un livre pour enfants<...> Après l'école, je n'ai pas étudié avec Kolya, mais je suis allé à Vita, où nos gars allaient se préparer aujourd'hui à partir d'un dispositif à encre - il existe de tels dispositifs à encre en plastique transparent - le polyméthacrylate de méthyle - une substance chimique très précieuse pour nos expériences. Pour ce faire, il a fallu construire une installation spéciale avec un réfrigérateur et un condenseur du produit fini. Dans le réfrigérateur, j'ai suggéré d'utiliser de la glace carbonique, qui reste toujours avec la sorbetière de notre épicerie, et Vitya a dit que c'était une proposition de rationalisation précieuse <...> En attendant, nous avons préparé un appareil pour distiller des fragments d'un appareil à encre en polyméthacrylate de méthyle. Pour ce faire, nous avons combiné un flacon en verre résistant à la chaleur avec un réfrigérateur, qui a été préparé à partir d'une boîte sous les bottes. Nous mettons de la glace carbonique dans cette boîte. Nous avons connecté le réfrigérateur avec un tube en verre à un condenseur - une bouteille de lait à col large.
L'analyse et la "rétro-ingénierie" des polymères est une activité complexe, ingrate et assez difficile à mettre en œuvre au quotidien. Selon le type de plastique et les additifs fonctionnels qu'il contient , vous aurez peut-être besoin d'au moins un spectromètre IR Fourier (comme le lecteur de CactusKnight l'a noté dans mon article sur les solvants plastiques , « au moins le spectromètre IR Fourier le plus simple, sur lequel vous pouvez obtenir des spectres de plastiques en 30 secondes » ), et de préférence RMN , spectrométrie de masse , analyse de phase aux rayons X ou quelque chose de pire. Naturellement, étant donné le coût d'un tel équipement (et la disponibilité de personnel spécialement formé), il devient clair que le plaisir n'est pas bon marché. Mais le fait est que le plus souvent à de nombreuses fins pratiques, il suffit souvent de déterminer à quelle classe de plastique appartient un échantillon inconnu, sans analyse des plastifiants, des charges, etc. (bien que les propriétés importantes du plastique en dépendent très souvent). Pour cela, on peut et doit utiliser des méthodes simples qui, dans l'ensemble, ne nécessitent même pas de connaissances chimiques particulières. En parlant de limitations, en plus des additifs déjà mentionnés, on peut citer l'analyse des copolymères complexes et des mélanges de polymères. De telles choses sont très difficiles à identifier sans impliquer de sérieuses méthodes d'analyse instrumentales.
Intro sur les plastiques
Les plastiques sont des substances organiques de haut poids moléculaire (polymère) qui sont généralement synthétisées à partir de composés de faible poids moléculaire (monomères). Ils peuvent être obtenus à la fois par modification chimique de matériaux naturels de haut poids moléculaire (cellulose, etc.) et à partir de matières premières minérales naturelles (pétrole, gaz naturel, charbon). Les procédés industriels les plus importants pour produire des plastiques à partir de monomères peuvent être classés par le mécanisme de réaction des polymères, par exemple, la polymérisation ou la condensation. Mais comme différents plastiques chimiquement identiques peuvent être obtenus de différentes manières et à partir de différents types de matières premières, cette classification n'aidera guère à l'analyse d'échantillons inconnus. Mais d'autre part, en plus des études chimiques, l'apparence du plastique, ainsi que son comportement lorsqu'il est chauffé, fournit des informations utiles pour son identification précise.
Pour les propriétés utiles des polymères qui nous sont familiers, les interactions physiques entre les macromolécules individuelles qui composent le "cadre" plastique sont le plus souvent responsables. Ces interactions sont responsables de la cohésion des molécules, et donc de la résistance, de la dureté, de l'élasticité. Les plastiques, constitués de molécules filamenteuses linéaires (plusieurs centaines de nanomètres de long et plusieurs dixièmes de nanomètre de diamètre), dont les macromolécules sont couplées de manière lâche (réticulées) entre elles, se ramollissent facilement lorsqu'elles sont chauffées. Lorsque le matériau polymère est chauffé au-dessus d'une certaine température, les macromolécules qui sont plus ou moins orientées les unes par rapport aux autres à de basses températures commencent à glisser les unes sur les autres, formant une masse fondue très visqueuse. Les plastiques partiellement cristallisés (partiellement ordonnés et amorphes (désordonnés) peuvent être distingués en fonction du degré de commande de la macromolécule à l'état solide. Le degré de commande affecte considérablement le comportement du plastique au chauffage et sa solubilité. La photo ci-dessous montre une représentation schématique de la structure des plastiques, montrant trois principaux type de structures macromoléculaires:
Thermoplastiques et thermodurcissables
Pour le rendre plus facile, nous divisons conditionnellement tous les plastiques en groupes. Les polymères qui se ramollissent lorsqu'ils sont chauffés et ont une fluidité dans cet état seront appelés thermoplastiques . Lors du refroidissement, ces plastiques redeviennent durs. Ce processus peut être répété plusieurs fois. Certes, il existe des exceptions lorsque la température à laquelle le plastique commence à se décomposer est inférieure à la température de ramollissement. Le plastique n'a tout simplement pas le temps de nager, car il se décompose en composants chimiques. Soit dit en passant, la solubilité dans les liquides organiques (détaillée dans mon dernier article ), ainsi que l'exposition à la température, peuvent servir d'indicateur de linéarité / ramification des macromolécules de polymère. Du fait que les solvants envahissent les chaînes polymères, il réduit les forces d'interaction entre les macromolécules et leur permet de se déplacer les unes par rapport aux autres. Important! Par conséquent, soit dit en passant, les informations et la protection contre les solvants pour les plastiques peuvent servir d'indicateur pour déterminer le type de plastique de la même manière que toutes les méthodes décrites dans l'article ci-dessous.
Contrairement aux matériaux thermoplastiques, une classe différente de polymères, les matériaux dits thermodurcissables, ou thermodurcissables, ont une stabilité thermique élevée. Ces substances sont des réseaux tridimensionnels de macromolécules étroitement réticulées qui ne peuvent plus fondre ni se dissoudre. La réticulation ne peut être détruite que par des températures très élevées ou des produits chimiques agressifs.
Enfin, dans une branche distincte, nous distinguons des élastomères élastiques, semblables à du caoutchouc, constitués de macromolécules relativement faiblement réticulées. Ces matériaux acquièrent une structure rigide lors de la vulcanisation. En raison de la structure réticulée, les élastomères ne fondent pas lorsqu'ils sont chauffés à une température légèrement inférieure à leur température de décomposition. Contrairement aux élastomères réticulés chimiquement, comme le caoutchouc chimique, la réticulation dans les élastomères thermoplastiques (caoutchouc pour imprimantes 3D) se produit par le biais d'interactions physiques entre les macromolécules. Lorsqu'ils sont chauffés, les forces d'interaction physique entre les molécules de la chaîne diminuent, de sorte que ces polymères deviennent des thermoplastiques ordinaires. Lorsqu'il est refroidi, lorsque l'interaction physique entre les molécules devient plus forte, le matériau se comporte à nouveau comme un élastomère. Le tableau ci-dessous répertorie les caractéristiques les plus importantes des groupes mentionnés de matériaux polymères. Cependant, il ne faut pas oublier que les pigments, le plastifiant et divers agents de remplissage (par exemple, la suie ou la fibre de verre) entraînent des écarts importants par rapport à ces propriétés. Par conséquent, il n'est pas toujours possible d'identifier les matériaux polymères uniquement sur la base de ces critères. Les densités sont données à titre indicatif et sont des approximations approximatives en mettant l'accent sur les matériaux monolithiques solides (car les plastiques en mousse ont une densité étonnamment différente des plastiques monolithiques).
Dans la tirelire "propriétés physiques". Un indicateur approximatif de la dureté du plastique est son comportement lorsqu'il est gratté avec un clou: le plastique dur raye le clou; les plastiques en forme de corne ont approximativement la même dureté que le plastique; Le plastique flexible ou élastique est rayé / pressé avec un ongle.
Si une expérience de pensée utilisant le tableau n'a pas donné de résultats, il est temps de lire plus loin et de passer à des mesures plus radicales.
Par où commencer?
Vous devez commencer par une inspection visuelle. Les fabricants utilisent presque toujours l'estampage pour indiquer leur type sur les produits en plastique. Tout le monde a probablement rencontré quelque part (souvent au bas de l'emballage en plastique) ces icônes:
Ce sont les soi-disant codes de recyclage - des signes spéciaux qui sont utilisés pour indiquer le matériau à partir duquel l'article est fabriqué et pour simplifier la procédure de tri avant de l'envoyer pour recyclage pour recyclage. À l'heure actuelle, il n'y a pas tellement de codes caractéristiques d'un certain type de plastique. Cela est dû au fait que des mélanges de divers matériaux hétérogènes (tels que plastique + feuille + papier) sont de plus en plus utilisés. Le triangle dans lequel les chiffres sont indiqués implique la possibilité d'un retraitement. Eh bien, les chiffres eux-mêmes sont un type de plastique. Les numéros peuvent être estampillés sans triangle, mais le plastique peut toujours être identifié par eux. Pour ce faire, nous utilisons les données du tableau sous le spoiler, avec une liste d' abréviations approuvées par l' UICPA pour les plastiques.
Codes numériques pour les plastiques par IUPAC Si aucune marque d'identification n'est trouvée, nous procédons à des tests physiques. Tout d'abord, le plus simple
Identification du plastique par densité
Techniquement, le concept de densité plastique est très rarement utilisé comme caractéristique descriptive. Cela est dû au fait que de nombreux plastiques contiennent toutes sortes de vides, pores et défauts (qui dépendent directement de la culture de production). La densité réelle peut, en principe, être déterminée à partir de la masse et du volume par la "méthode d'Archimède", c'est-à-dire déplacer un volume égal de liquide. Cette méthode convient bien aux échantillons granulaires ou en poudre. Pour de nombreux matériaux, il est beaucoup plus pratique d'utiliser ce que l'on appelle approche par flottation , lorsque l'échantillon flotte dans un liquide de même densité.
La densité du fluide utilisé est mesurée à l'aide d'un hydromètre (les alcoolomètres omniprésents sont une variation de l'hydromètre avec une marge d'échelle en pourcentage en volume d'alcool).
Hydromètre pour électrolyte / antigel En tant que modèles liquides, vous pouvez utiliser des solutions aqueuses
chlorure de zinc ou chlorure de magnésium. Si la densité est inférieure à 1 g / cm 3 - un mélange de méthanol / éthanol avec de l'eau convient. Limitation de la méthode de flottation: l'échantillon ne doit pas se dissoudre / gonfler dans le liquide; l'échantillon doit être complètement mouillé; l'échantillon doit être totalement exempt de bulles d'air.
Il est important de noter que la suie, la fibre de verre et d'autres charges peuvent grandement influencer l'indice de densité. Par exemple, la densité peut varier en fonction de la teneur en charge de 0,98 g / cm 3 (poids de polypropylène. 10% de talc) à 1,71 g / cm 3 (poids de poly (téréphtalate de butylène) contenant 50% de fibre de verre). Les polymères moussés n'ont généralement pas de sens pour évaluer le paramètre de densité, il n'y a que de l'air.
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Les données sur les polymères non présentés dans le tableau peuvent être essayées dans le livre A. Krause, A. Lange, M. Ezrin Plastics Analysis Guide . Si rien ne fonctionne avec cette option, il est temps de passer à «l'artillerie lourde».
Couleur et odeur de flamme
L'artillerie lourde, bien sûr, signifie la destruction, ce qui signifie la fumée, la suie, les flammes et les odeurs désagréables que vous devez traverser pour déterminer votre polymère. Traditionnellement, je préconise déjà que toutes les enquêtes soient effectuées soit dans un atelier équipé d'une puissante ventilation d'alimentation et d'évacuation, soit d'un demi-masque avec cartouches filtrantes pour «gaz et vapeurs».
Ainsi, lorsqu'ils sont chauffés, tous les plastiques subissent certains changements. De par la nature de ces changements, on peut déterminer assez précisément le type de polymère. Par exemple, les polymères et oligomères aromatiques: polystyrène, polyéthylène téréphtalate, résines époxy, etc. brûlent avec une flamme jaune très fumée. La flamme bleue est caractéristique des polymères et oligomères contenant de l'oxygène: alcool polyvinylique, polyamides, polyacrylates. Une flamme verte est observée lors de la combustion des polymères chlorés: chlorure de polyvinyle, chlorure de polyvinylidène. Un merveilleux ajout à la couleur de la flamme peut être l'odeur de "plastique brûlé", sous le becquet quelques exemples.
Quelle est l'odeur de brûler du plastique pour vous ... Dans le tableau ci-dessous, vous pouvez voir les caractéristiques de couleur / odeur de flamme pour les plastiques les plus courants
Pyrolyse
La dernière étape disponible pour un usage domestique peut être la pyrolyse (décomposition à haute température) du plastique sans accès à l'air. Tout ce dont vous avez besoin pour cela est d'avoir un brûleur à gaz fiable et un tube à essai avec un bouchon (un tel appareil en 1966, des enfants recueillis par des moyens improvisés - voir le début de l'article).
Environ 0,1 g d'un échantillon du plastique étudié est placé dans un tube à essai (ou une sorte de tube en verre), fermez le bouchon avec un tube de sortie de gaz et chauffez-le dans une flamme de brûleur. Dans certains cas, une boule de coton / laine de verre humidifiée avec de l'eau est insérée dans l'extrémité ouverte du tube de pyrolyse. Un morceau de papier indicateur de pH humide doit être placé sur l'extrémité ouverte du tube.
Un autre indicateur de papier en option Le tube est chauffé lentement afin que vous puissiez observer comment l'échantillon change et renifler le résultat échappement gaz. En fonction de la réaction des gaz de pyrolyse avec un indicateur humide, trois groupes différents de plastiques peuvent être distingués: acide, neutre ou alcalin. Le tableau ci-dessous montre les plastiques et l'environnement que les gaz qui se forment lorsqu'ils se décomposent au contact de l'eau se forment. Selon la composition, certains plastiques peuvent flotter dans le test de pyrolyse dans différents groupes, par exemple, les résines phénol-formaldéhyde ou les polyuréthanes
Dernier examen ...
Et enfin, cher lecteur, si vous lisez jusqu'à la fin de l'article, vous pouvez vous considérer comme ayant franchi le cap du «jeune spécialiste des polymères» et utiliser facilement des algorithmes d'identification plastique, comme celui présenté ci-dessous (l'image est cliquable).
C'est tout, divisez pour régner ... sur vos polymères! L'introduction à l'identification des plastiques est terminée, abonnez-vous à mes notes Facebook / VK pour en savoir plus et faire l'objet des dernières recherches (ou posez la question principale de la vie, de l'univers et tout ça) !
PS : lorsque je travaille avec des polymères et que je recherche des informations sur leurs propriétés, j'utilise les
bases de données
MatWeb: Online Materials Information Resource ,
Polymer Properties Database ,
AZOM Materials Information ,
MatMatch et bien sûr les références répertoriées dans la liste de la littérature utilisée. Ce que je te souhaite aussi! :)
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Littérature utiliséeLui, J., Chen, J., Hellwich, K., et al. (2014). Abréviations des noms de polymère et directives pour abréger les noms de polymère (Recommandations IUPAC 2014). Chimie pure et appliquée, 86 (6), pp. 1003-1015.
Vydrina T.S. Méthodes d'identification des polymères Iekaterinbourg, 2005
A. Krause, A. Lange, M. Ezrin Plastics Analysis Guide. Hanser Publishers, 1983.
Bark, L. S., Allen, N. S. Analyse des systèmes polymères. Applied Science Publishers Ltd., Londres, 1982.
Compton, T. R. Chemical Analysis of Additives in Plastics, 2 e éd. Pergame, Oxford, New York, 1977.
Ullmann's Polymers and Plastics: Produits et procédés: Wiley-VCH
Haslam, J., Willis, H. A., Squirrel, D. C. M. Identification and Analysis of Plastics, 2 e éd. Butterworth, Londres, 1972
Mitchell, J. Jr. Analyse et caractérisation appliquées des polymères. Hanser Publishers, Munich, Vienne, 1987.
Dietrich B. Méthodes d'identification des plastiques. Hanser
Schröder, E., Müller, G., Arndt K.-F. Caractérisation des polymères. Hanser Publishers, Munich, New York, 1989.
Verleye, GAL, Roeges, NPG, De Moor, MO Identification facile des plastiques et du caoutchouc. Rapra Technology Ltd., Strawbury, 2001.