Sobre coisas simples, complicadas. Devolvemos as aves domésticas ou RTFM para a definição de plásticos em casa

Dedicado à minha querida mãe, melhor especialista em meio período em triagem separada de plásticos ...

Se, caro leitor, você nunca na sua vida fez a pergunta "que raio é esse de plástico?", Então você não pode ler o artigo :) Para a atenção de todos, este é o próximo artigo da série de marcadores. Hoje temos um tópico - "A definição de plásticos em casa" e continuo pesquisando na Habr com informações úteis que me restam depois de concluir meus projetos científicos e técnicos. Hoje, ecologistas, biotecnologistas, mestres na produção de polímeros, engenheiros de processamento de plásticos e todos os que tiveram que separar plásticos, colas, plásticos de solda - entusiastas de automóveis, entusiastas de automóveis, pessoas caseiras e outras pessoas interessadas podem ir com segurança ao kat. Tradicionalmente - um mínimo de DIVERTIMENTO, informações máximas, um manual completo em plástico sobre o russo simplesmente não pode ser encontrado, " Eu garanto " :)

... E finalmente, as mãos lembraram o romance infantil soviético de 1966, no qual as recomendações práticas para uma criança "que gosta de química" são muito mais do que nos livros de química modernos da Bielorrússia combinados.

Meu velho amigo químico Seryozha veio até mim aqui e começamos a conversar sobre meus habrastats. Eles mudaram suavemente de solventes de plástico para adesivos para todos os mesmos plásticos e, de repente, não consegui descobrir o que responder " mas não descobri que tipo de plástico estava na máquina de escrever de meu filho para colá-lo de acordo com seus artigos ". Milagrosamente, mas cerca de uma semana atrás, o segundo Seryozha @ansector estava interessado na mesma pergunta "com uma máquina de escrever". A tendência, no entanto, e resolvi corrigir a situação, ajude todos os pais com o nome Sergey que enfrentaram a difícil tarefa de consertar um carro controlado por rádio chinês de plástico doado a seus filhos e simplificar as informações disponíveis sobre a "engenharia reversa" do plástico. Prevenido significa armado. Para escolher a melhor cola - você precisa saber o que vamos colar :) A propósito, o leitor do genseq também recomenda a leitura da minha obra, de repente isso ajudará a identificar o plástico do seqüenciador de nanoporos;)

De fato, eu me deparei com o conceito de análise de plásticos quando criança quando li o livro de Vladimir Kiselyov, “ Célula de aves e aves ” (se houver, Children's Literature Publishing House, Moscou, 1966 (!)). Um romance muito limpo e brilhante, e mais importante, com abordagens laboratoriais vigorosas para a criança. Acima de tudo, lembro-me do episódio com a destilação do vidro orgânico, que também mencionarei no texto do artigo ...

A análise e a "engenharia reversa" dos polímeros são um negócio complexo, ingrato e bastante difícil de implementar na vida cotidiana. Dependendo do tipo de plástico e dos aditivos funcionais presentes nele, você pode precisar de pelo menos um espectrômetro IV Fourier (como o leitor do CactusKnight observou em meu artigo sobre solventes plásticos , “ pelo menos o espectrômetro IV Fourier mais simples, no qual você pode obter espectros de plásticos em 30 segundos ” ) e, de preferência, RMN , espectrometria de massa , análise de fase de raios-X ou algo pior. Naturalmente, dado o custo de tais equipamentos (e a disponibilidade de pessoal especialmente treinado), fica claro que o prazer não é barato. Mas o fato é que, com mais frequência, para muitos propósitos práticos, é suficiente determinar a qual classe de plástico uma amostra desconhecida pertence, sem análise de plastificantes, cargas, etc. (embora propriedades importantes do plástico muitas vezes dependam deles). Para isso, pode-se e deve-se usar métodos simples, os quais, em geral, nem exigem conhecimento químico especial. Falando em limitações, além dos aditivos já mencionados, podemos citar a análise de copolímeros complexos e misturas de polímeros. Tais coisas são muito difíceis de identificar sem envolver métodos instrumentais de análise sérios.

Introdução sobre plásticos

Os plásticos são substâncias orgânicas de alto peso molecular (polímero) que geralmente são sintetizadas a partir de compostos de baixo peso molecular (monômeros). Eles podem ser obtidos tanto por modificação química de materiais naturais de alto peso molecular (celulose, etc.), como de matérias-primas minerais naturais (petróleo, gás natural, carvão). Os processos industriais mais importantes para a produção de plásticos a partir de monômeros podem ser classificados pelo mecanismo de reação de formação de polímeros, por exemplo, polimerização ou condensação. Mas como vários plásticos quimicamente idênticos podem ser obtidos de diferentes maneiras e de diferentes tipos de matérias-primas, essa classificação dificilmente ajudará na análise de amostras desconhecidas. Por outro lado, além de estudos químicos, a aparência do plástico, bem como seu comportamento quando aquecido, fornece informações úteis para sua identificação precisa.

Pelas propriedades úteis dos polímeros que nos são familiares, as interações físicas entre as macromoléculas individuais que compõem a "estrutura" plástica são as mais frequentemente responsáveis. Essas interações são responsáveis ​​pela coesão das moléculas e, portanto, pela força, dureza e elasticidade. Os plásticos, constituídos por moléculas filamentosas lineares (várias centenas de nanômetros de comprimento e vários décimos de um nanômetro de diâmetro), cujas macromoléculas são fracamente acopladas (reticuladas) entre si, amolecem facilmente quando aquecidas. Quando o material polimérico é aquecido acima de uma certa temperatura, as macromoléculas que são mais ou menos orientadas uma em relação à outra a baixas temperaturas começam a deslizar umas sobre as outras, formando um derretimento altamente viscoso. Os plásticos parcialmente cristalizados (parcialmente ordenados e amorfos (desordenados) podem ser distinguidos dependendo do grau de ordenação da macromolécula no estado sólido.O grau de ordenação afeta muito o comportamento do plástico durante o aquecimento e sua solubilidade. A figura abaixo mostra uma representação esquemática da estrutura dos plásticos, mostrando três principais tipo de estruturas macromoleculares:

Termoplásticos e termofixos

Para facilitar, dividimos condicionalmente todos os plásticos em grupos. Polímeros que amolecem quando aquecidos e têm fluidez nesse estado serão chamados termoplásticos . Após o resfriamento, esses plásticos se tornam duros novamente. Este processo pode ser repetido várias vezes. É verdade que há exceções quando a temperatura na qual o plástico começa a se decompor é menor que a temperatura de amolecimento. O plástico simplesmente não tem tempo para nadar, porque se decompõe em componentes químicos. A propósito, a solubilidade em líquidos orgânicos (detalhada em meu último artigo ), juntamente com a exposição à temperatura, pode servir como um indicador de linearidade / ramificação das macromoléculas de polímero. Como os solventes invadem as cadeias poliméricas, reduz as forças de interação entre as macromoléculas e permite que elas se movam uma em relação à outra. Importante! Portanto, a propósito, as informações e a proteção de solventes para plásticos podem servir como um indicador para determinar o tipo de plástico da mesma maneira que todos os métodos descritos no artigo abaixo.

Ao contrário dos materiais termoplásticos, uma classe diferente de polímeros, os chamados materiais termoendurecíveis, ou termoendurecíveis, têm alta estabilidade térmica. Tais substâncias são redes tridimensionais de macromoléculas fortemente reticuladas que não podem mais derreter ou dissolver. A reticulação só pode ser destruída por temperaturas muito altas ou produtos químicos agressivos.

E finalmente, em um ramo separado, distinguimos elastômeros elásticos semelhantes a borracha, consistindo em macromoléculas reticuladas relativamente fracamente. Tais materiais adquirem uma estrutura rígida durante a vulcanização. Devido à estrutura reticulada, os elastômeros não derretem quando aquecidos a uma temperatura ligeiramente inferior à temperatura de decomposição. Ao contrário dos elastômeros quimicamente reticulados, como a borracha química, a reticulação nos chamados elastômeros termoplásticos (borracha para impressoras 3D) ocorre por meio de interações físicas entre macromoléculas. Quando aquecidas, as forças de interação física entre as moléculas da cadeia diminuem, de modo que esses polímeros se tornam termoplásticos comuns. Quando resfriado, quando a interação física entre as moléculas se torna mais forte, o material novamente se comporta como um elastômero. A tabela abaixo lista as características mais importantes dos grupos mencionados de materiais poliméricos. No entanto, deve-se lembrar que pigmentos, plastificante e vários enchimentos (por exemplo, fuligem ou fibra de vidro) levam a desvios significativos dessas propriedades. Portanto, nem sempre é possível identificar materiais poliméricos apenas com base nesses critérios. As densidades são fornecidas como orientação e são aproximações aproximadas, com ênfase em materiais monolíticos sólidos (porque os plásticos espumados são notavelmente diferentes em densidade dos plásticos monolíticos).

No mealheiro "propriedades físicas". Um indicador aproximado da dureza do plástico é o seu comportamento quando arranhado com uma unha: o plástico rígido arranha a unha; plásticos em forma de chifre têm aproximadamente a mesma dureza que o plástico; Plástico flexível ou elástico é arranhado / espremido com uma unha.

Se um experimento mental usando a tabela não produziu resultados, é hora de ler mais e seguir para medidas mais radicais.

Por onde começar?

Você precisa começar com uma inspeção visual. Os fabricantes quase sempre usam estampagem para indicar seu tipo em produtos plásticos. Todos provavelmente encontraram em algum lugar (geralmente na parte inferior da embalagem plástica) estes ícones:

Esses são os chamados códigos de reciclagem - sinais especiais usados ​​para indicar o material do qual o item é feito e para simplificar o procedimento de classificação antes de enviá-lo para reciclagem para reciclagem. No momento, não existem tantos códigos característicos para um determinado tipo de plástico. Isso se deve ao fato de que misturas de vários materiais heterogêneos (como plástico + papel alumínio +) estão sendo cada vez mais usadas. O triângulo em que os números são indicados implica na possibilidade de reprocessamento. Bem, os próprios números são um tipo de plástico. Os números podem ser carimbados sem um triângulo, mas o plástico ainda pode ser identificado por eles. Para isso, usamos os dados da tabela abaixo do spoiler, com uma lista de abreviaturas aprovadas pela IUPAC para plásticos.

Se nenhuma marca de identificação for encontrada, procederemos a testes físicos. Primeiro, o mais simples

Identificação do plástico por densidade

Tecnicamente, o conceito de densidade plástica é usado muito raramente como uma característica descritiva. Isso se deve ao fato de muitos plásticos conterem todos os tipos de vazios, poros e defeitos (o que depende diretamente da cultura da produção). A densidade real pode, em princípio, ser determinada a partir de massa e volume pelo "método de Arquimedes", isto é, deslocando um volume igual de líquido. Este método é adequado para amostras granulares ou em pó. Para muitos materiais, é muito mais conveniente usar o chamado abordagem de flutuação , quando a amostra flutua em um líquido com a mesma densidade.

A densidade do fluido usado é medida usando um hidrômetro (alcoolômetros onipresentes são uma variação do hidrômetro com uma marcação de escala no volume percentual de álcool).

Como líquidos modelo, você pode usar soluções aquosas
cloreto de zinco ou cloreto de magnésio. Se a densidade for inferior a 1 g / cm3 - é adequada uma mistura de metanol / etanol com água. Limitação no método de flotação: a amostra não deve dissolver / inchar no líquido; a amostra deve estar completamente molhada; a amostra deve estar completamente livre de bolhas de ar.

É importante observar que fuligem, fibra de vidro e outras cargas podem influenciar bastante o índice de densidade. Por exemplo, a densidade pode variar dependendo do conteúdo de carga de 0,98 g / cm3 (peso de polipropileno. 10% de talco) a 1,71 g / cm3 (tereftalato de polibutileno contendo peso. 50% de fibra de vidro). Os polímeros com espuma geralmente não fazem sentido para avaliar o parâmetro de densidade, existe apenas ar.

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Os dados sobre os polímeros não mostrados na tabela podem ser tentados no livro A. Krause, A. Lange, M. Ezrin Plastics Analysis Guide . Se nada der certo com essa opção, é hora de passar para a "artilharia pesada".

Cor e cheiro da chama

Artilharia pesada, é claro, significa destruição, o que significa fumaça, fuligem, chamas e odores desagradáveis ​​pelos quais você precisa passar para determinar seu polímero. Tradicionalmente, eu já recomendo que todas as pesquisas sejam realizadas em uma oficina equipada com uma poderosa fonte de alimentação e ventilação de exaustão ou com uma meia máscara com cartuchos de filtro para “gases e vapores”.

Assim, quando aquecidos, todos os plásticos passam por certas alterações. Pela natureza dessas alterações, é possível determinar com bastante precisão o tipo de polímero. Por exemplo, polímeros e oligômeros aromáticos: poliestireno, tereftalato de polietileno, resinas epóxi, etc. queimam com uma chama amarela e altamente enfumaçada.A chama azul é característica dos polímeros e oligômeros que contêm oxigênio: álcool polivinílico, poliamidas, poliacrilatos. Uma chama verde é observada durante a combustão de polímeros contendo cloro: cloreto de polivinil, cloreto de polivinilideno. Uma adição maravilhosa à cor da chama pode ser o cheiro de "plástico queimado", sob o spoiler alguns exemplos.

Na tabela abaixo, você pode ver as características de cor / odor da chama dos plásticos mais comuns

Pirólise

O estágio final disponível para uso doméstico pode ser a pirólise (decomposição a alta temperatura) de plástico sem acesso ao ar. Tudo o que você precisa fazer é ter um queimador de gás confiável e um tubo de ensaio com uma rolha (um dispositivo como esse em 1966, crianças coletadas por meios improvisados ​​- consulte o início do artigo).

Cerca de 0,1 g de uma amostra do plástico estudado é colocado em um tubo de ensaio (ou algum tipo de tubo de vidro), fecha a cortiça com um tubo de saída de gás e aquece na chama do queimador. Em alguns casos, uma bola de algodão / lã de vidro umedecida com água é inserida na extremidade aberta do tubo de pirólise. Um pedaço de papel indicador de pH úmido deve ser colocado na extremidade aberta do tubo.

O tubo é aquecido lentamente, para que você possa observar como a amostra muda e cheira a esgotar gás. Dependendo da reação dos gases de pirólise com um indicador úmido, é possível distinguir três grupos diferentes de plásticos: ácido, neutro ou alcalino. A tabela abaixo mostra os plásticos e o ambiente que os gases que se formam quando se decompõem quando em contato com a água se formam. Dependendo da composição, alguns plásticos podem flutuar no teste de pirólise em diferentes grupos, por exemplo, resinas fenol-formaldeído ou poliuretanos

Último exame ...

E, finalmente, caro leitor, se você ler o final do artigo, poderá se considerar com segurança como tendo passado no curso do “jovem especialista em polímeros” e usar facilmente algoritmos de identificação de plásticos, como o apresentado abaixo (a imagem é clicável).

Isso é tudo, divida e governe ... sobre seus polímeros! A introdução à identificação de plásticos está completa, assine minhas notas do Facebook / VK para saber mais e estar no assunto das pesquisas mais recentes (ou faça a pergunta principal da vida, do universo e tudo isso) !

PS : ao trabalhar com polímeros e procurar informações sobre suas propriedades, uso os bancos de dados MatWeb: Recurso de informações de materiais on-line , Banco de dados de propriedades de polímeros , Informações de materiais AZOM , MatMatch e, é claro, as referências listadas na lista de literatura usada. O que eu te desejo também! :)

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