Identifikace plastů
Základní identifikace plastů je možná i bez použití analytických přístrojů.
Pro identifikaci plastů můžeme využít základních charakteristických vlastností jednotlivých polymerů jako je vzhled, chování v plameni, hustota či houževnatost.
Vzhled polymeru
Z vnějších vlastností můžeme usuzovat na typ polymeru. Mezi vnější vlastnosti patří také vzhled zkoumaného vzorku polymeru. Vzhled posuzujeme podle
- tvaru
- fólie - nejčastěji obalové materiály; za fólii považujeme materiál do tloušťky 0,25 mm,
- vlákno
- výlisek - veškeré materiály nejruznějších druhů
- lehčený plast - rozumíme materiál obsahující póry, izolační materiály
- povrchu
- voskový - omak materiálu je podobný jako u voskové svíce, zarytím nehtem palce lze na povrchu vytvořit rýhu, ta však nemusí zůstat trvale
- kaučukovitý - materiál má typické vlastnosti kaučuku či pryže (snadná vratná deformace ve všech směrech apod.)
- tvrdý - materiál je na omak tvrdý, nelze do něj nehtem vytlačit rýhu
- zbarvení
- průhledný - je možné přečíst text umístěný za vzorkem
- průsvitný - text umístěný za vzorkem není možné přečíst a současně při pohledu přes vzorek proti světlu světlo prosvítá
- neprůsvitný, světlý - vzorek je neprůhledný, neprůsvitný a má světlý odstín
- neprůsvitný, tmavý - vzorek je neprůhledný, neprůsvitný a má tmavý odstín
Neznámý polymer zařazujeme podle tvaru do čtyř skupin.
Zkouška spočívá v ohmatání vzorku mezi prsty a zarytí nehtem palce do povrchu. Zkouška se nejlépe provádí na hladkém povrchu vzorku. Případná rýha nehtem je obvykle málo viditelná, vzorek je nutné důkladně prohlédnout. Vzhledem k teplotní závislosti mechanických vlastností plastu, je nutné zkoušku provádět při cca 20°C.
Určíme barvu vzorku. Do vzdálenosti asi 1 cm za vzorek plastu umístíme text. Podle viditelnosti pak stanovíme, zda je vzorek:
Chování v plameni
Chování polymeru v plameni je velmi rychlou a průkaznou zkouškou identifikace druhu polymeru.
Postup zkoušky. Vzorek plastu držíme v kleštích, okrajem těsně nad plamenem kahanu (nesvítivý plamen), V případě použití svíčky nesmí dojít k ožehnutí vzorku plamenem svíčky, aby se na něm nevyloučil černý uhlík, který by posléze znesnadnil identifikaci. Sledujeme hoření plastu nad plamenem a následně chování plastu po vyjmutí, nejlépe nad kovovou deskou.Po provedení zkoušky si zapíšeme chování polymeru v ohni
Sledujeme chování plastu v ohni
- snadnost zapálení vzorku
- hořlavost
- po zapálení a vyjmutí z plamene dále hoří - hoří dokud nedohoří nebo se nerozteče
- v plameni hoří, po vyjmutí z plamene postupně uhasíná - plast není schopen trvalého hoření a po vyjmutí z plamene různě rychle uhasne
- v plameni hoří, po vyjmutí z plamene ihned uhasne - plast hoří pouze nad plamenem svíčky, nebo je vidět jeho ubývání, vlastní plamen nemusí být ani viditelný
- zabarvení okraje a jádra plamene
- svítivý plamen, bez základny - plast hoří pouze svítivým plamenem, modrá nebo zelená základna je téměř neznatelná
- svítivý plamen, modrá nebo zelená základna - nad hořícím plastem je nejprve nesvítivá modrá základna a nad tou vlastní svítivý plamen
- nesvítivý modrý plamen - v podstatě pouze modrá základna bez vlastního svítivého plamene
- typ kouře
- tmavý, čadivý se vznikem sazí ve vzduchu - pohledem proti bílé stěně či papíru je patrná tmavá barva čadivého kouře, v němž se vznášejí krátké nitky sazí
- intenzivní, tmavý - pohledem proti bílé stěně či papíru je patrná tmavá barva kouře
- málo zřejmý nebo žádný - z hořícího plastu vychází buď žádný nebo jen nepatrný kouř
- zápach dýmu po uhašení plamene Po vyjmutí vzorku plastu z plamene a případném sfouknutí horícího plastu dochází po krátkou dobu stále k uvolňování plynu, podílejícího se na hoření. Polymery jsou organické sloučeniny a tudíž většina z nich má při hoření charakteristický zápach, podle kterého lze identifikovat zkoušený vzorek. Zápach je většinou tak výrazný, že jej většinou neovlivní ani přidaná aditiva. K plastu, po jeho vyjmutí z plamene, opatrně přičichneme a identifikujeme zápach.
- po parafinu - typický zápach (PE,PP)
- kyselý - typický zápach (PVC)
- po styrenu - typický zápach (PS,ABS, HIPS)
- po dentakrylu - typický zápach (PMMA)
- medový - typický zápach po medu (PET)
- fenolický - typický zápach (PC)
- po spálené rohovině - zápach, jenž cítíme při hoření nebo broušení rohoviny, nehtu (PA)
- štiplavý - nepříjemný, štiplavý nebo dusivý zápach (POM)
- po žluklém másle - typický zápach (PVB)
- po aminech - typický zápach (UF,MF)
- fenolický a jako doutnající dřevo - zápach doutnajícího dřeva a zápach po fenolu (bakelit)
- jako doutnající papír - zápach, jenž cítíme po zhasnutí papíru (celuloza)
- neurčitý - nelze přiřadit k žádnému předchozímu zápachu (SIK)
- charakter zbytku vzorku
- hladký, nahnědlé barvy - při přejíždění prsty cítíme hladký povrch, v ohořelé části převládá původní nebo nahnědlá barva
- drsný, nahnědlé barvy - při přejíždění prsty cítíme různě drsný povrch, v ohořelé části převládá původní nebo nahnědlá barva
- černý - v ohořelé části převládá černá barva
- očazený - na prsty se otírají černé saze z povrchu vzorku
- doutná a zanechává popel - na místě plamene po jeho zhasnutí nebo sfouknutí vidíme červené žhnutí a přitom zůstává popel, připomíná žhnutí dřeva
- chování taveniny
- tavenina odkapává
- tavenina neodkapává
- placka, lze mírně ohnout - při mírném ohybu v prstech se chová pružně
- placka, mírným ohybem praskne - při mírném ohybu v prstech se chová křehce
- šupina se zdvihlými okraji, zmáčknutím praskne - jejím přitlačením k podložce praskne
- kuličky nebo pecky - tvar koule, kapek, půlpecek apod.
Každá horlavá látka má podle své struktury charakteristické vlastnosti plamene. Sledujeme barvu plamene a jeho základny. U zhasínajícího vzorku po vyjmutí z plamene, u hořícího vzorku v době po rozhoření a před případným odkapáváním taveniny. Může nastat následující situace:
Typ a množství kouře vznikajícího při hoření polymeru záleží zejména na chemické struktuře polymeru a použitých aditiv. Ve většině případů platí pravidlo, že polymery s benzenovým jádrem v retezci (PS, PETP, PC) produkují hustý, černý kouř se sazemi. Naopak polymery s jednoduchou uhlovodíkovou strukturou bez dvojných vazeb (např. polyolefiny) neuvolňují při hoření témeř žádný kouř. Možné typy kouře:
Druh plastu je možné posoudit také podle vzhledu ohořelé části vzorku a jejím porovnáním s neporušeným zbytkem. Vzhled ohořelého zbytku je výrazně ovlivněn chemickou strukturou polymeru.
Polymery s jednoduchou uhlovodíkovou strukturou bez dvojných vazeb snadno depolymerují a tají (PO). Jejich ohořelý zbytek se proto nebude výrazně lišit od puvodního, bude jen zeskelnený a otavený.
U některých plastů bývá depolymerace tak výrazná, že povrch ohořelého materiálu je drsný až napěněný(unikajícím plynem, např. PMMA).
Polymery s benzenovým jádrem v řetězci (PS, PETP, PC) produkují při hoření saze, které se usazují na materiálu a mění tak jeho vzhled.
Při hoření je může vznikat také popel. Žhnoucí načervenalý popel vzniká při hoření polysacharidů. V prípade SIK odpadává sloučenina podobnou křemenu, má pouze jinou krystalickou mrížku.
Postup zkoušky. Po zhasnutí nebo sfouknutí plamene zjistíme, zda vzorek doutná a zda přitom zanechává světlý popel. Po vychladnutí si vzorek důkladně prohlédneme, přičemž si všímáme barvy ohořelé části, zjistíme, zda se otírají saze a hmatem určíme povrch.
Vzorek držíme nad kovovou deskou hořící stranou šikmo dolů. Sledujeme, zda po vyjmutí z plamene u zhasínajícího vzorku, nebo po rozhoření u hořícího vzorku odkapává tavenina. Pokud ano, necháme na různá místa kovové podložky dopadnout z výšky asi 20-30 cm několik kapek a poté hořící plast sfoukneme. Následně určíme, zda:
V případě, že tavenina odkapává, pak určíme tvar a vyzkoušíme uvedené vlastnosti slouplé kapky.
Hustota materiálu
Hustotu materiálu můžeme rychle zjistit podle chování vzorku ve vodě. Principem zkoušky je porovnání měrné hmotnosti vzorku plastu a hustoty vody. Zkoumaný vzorek při laboratorní teplotě ponoříme pod hladinu vody v nádobě. Mohou nastat dva případy:
- vzorek po ponoření nebo vhození do nádoby s vodou vyplave na hladinu
- vzorek po ponoření nebo vhození do nádoby s vodou klesne ke dnu
Z běžných plastů mají pouze polyolefiny nižší hustotu než voda, tudíž jako jediné budou na vodě plavat a lze je tímto jednoduše identifikovat.
Tímto způsobem můžeme pouze posoudit, zda má materiál vyšší či nižší (případně stejnou) hustotu než voda. Přesné stanovení hustoty plastů se zjišťuje titrační či pyknometrickou zkouškou dle platných norem.
Stanovení tvrdosti vpichem hrotu
Zkouškou obecně stanovíme mechanické vlastnosti materiálu. Jedná se zejména o tvrdost (odolnost materiálu proti vnikání cizích teles), dále pak modul pružnosti a elasticitu. Další vlastností je modul pružnosti, který popisuje zejména tuhost materiálu. Čím větší je modul pružnosti, tím je tuhost materiálu vyšší. Poslední duležitou vlastností je elasticita (vratná deformace), což je schopnost materiálu odolávat bez porušení velkým deformacním silám. Podle uvedených vlastností mužeme všechny polymerní materiály rozdelit do tří skupin:
- Elastomery a měkčené termoplasty. Tyto materiály, zvláště elastomery, vykazují vysokou elasticitu, ale nízký modul pružnosti a malou tvrdost.
- Polymery s nízkým modulem. Tvrdost mají mnohem vyšší než elastomery a měkčené termoplasty, ale žádná elasticita. Typickými predstaviteli jsou polyolefiny.
- Polymery s vyšším až vysokým modulem a vysokou tvrdostí, bez elastického chování. Jedná se zejména o konstrukční materiály.
Postup zkoušky. Pokud možno na hladkou plochu vzorku provedeme kolmý vpich kovového hrotu (např. kružítka) do hloubky alespoň 3 mm. Vzorky tenší než 3 mm propíchneme. Po vytáhnutí hrotu sledujeme, zda se otvor zacelí.
- vpich nelze provést nebo se otvor nezacelí - vpichu brání tvrdost materiálu, nebo po jeho provedení a vytáhnutí hrotu se otvor nezacelí
- otvor se zacelí - vpich lze provést, po vytáhnutí hrotu se otvor zacelí
Přesné měření tvrdosti plastů se provádí statickými a dynamickými metodami, které jsoou popsány v kapitole zkoušení plastů.
Houževnatost
Jednou z významných mechanických vlastností tuhých materiálu je jejich houževnatost, což je schopnost odolávat bez porušení velkým mechanickým napetím a deformacím v oblasti plastické deformace. Dle této vlastnosti usuzujeme, zda je zkoušený materiál houževnatý nebo naopak křehký. Z fyzikálního hlediska lze definovat houževnatost definovat jako celkovou energii, která je potřebná k porušení tělesa. Houževnatost lze měřit dvěma způsoby, tj. podle Charpyho nebo metodou Izod. V případě opatření vzorku vrubem měříme tzv. vrubouvou houževnatost. Houževnatost lze odhadnout také z jiných veličin. V případě modulu pružnosti platí pravidlo, že s rostoucím modulem houževnatost klesá a naopak. Houževnatost plastů je silně závislá na teplotě. V rámci základní identifikace plastů si postačíme s jednoduchou náhradou metod dle Charpyho a Izoda. V tomto případě posuzovat houževnatost dle možnosti odříznutí třísky ze vzorku a její vlastnosti.
Postup zkoušení. Z okraje vzorku výlisku se pokusíme odříznout nožem tenkou třísku o šířce asi 1mm a délce cca 1 cm. Místo nože je možné v některých případech použít nůžky.
- lze provést - je možné odříznout třísku požadovaných rozměrů v celku
- nelze provést - třísku nelze odříznout tříska nebo se při odebírání láme na velmi krátké části (velmi křehké materiály)
- při ohybu tříska nepraskne - houževnatý materiál
- při ohybu tříska praskne - křehký materiál
V případě, že lze provést odříznutí třísky, pak ji uchopíme v polovině její délky mezi špici nehtu palce a ukazovák ruky tak, aby svírala s nehtem úhel 90°. Nyní třísku prsty druhé ruky přes nehet přehneme a k němu přitlačíme, čímž se zohnutá polovina třísky dostane s nehtem do rovnoběžné polohy. Reakce třísky na mechanické namáhání: