Идентификация полимерных материалов

Размещено на http://www.allbest.ru/

Московский государственный технический университет им. Н.Э. Баумана

Калужский филиал

Методические указания к лабораторной работе

Идентификация полимерных материалов

Калуга, 2014

Введение

химический раствор полимерный

Задача практической идентификации полимера заключается в том, чтобы с достаточной степенью вероятности определить вид полимерного материала. Этого обычно бывает достаточно для решения широкого спектра прикладных задач.

Необходимость практической идентификации вызвана рядом важных причин:

1. При конструировании нового изделия по образцу требуется установить вид материала, из которого изготовлен существующий аналог, и выбрать материал, обеспечивающий новому изделию конкурентное превосходство.

2. При использовании сырья без надлежащих характеристик требуется установление его вида, а лучше марки.

3. Необходимость постоянного контроля входящего сырья на предмет его соответствия технической документации.

4. При переработке вторичного сырья, которое часто оказывается разнородным, необходимо четко установить природу материала.

Примерный алгоритм идентификации полимерного материала выглядит следующими образом.

1. Установление группы, к которой относится материал - термопласт или реактопласт.

2. Установление вида полимерной основы.

3. Оценка содержания и вида наполнителя.

4. Оценка наличия модификаторов.

Существуют два подхода к идентификации в зависимости от уровня сложности используемых методов и достоверности получаемых результатов. Первый подход ограничивается использованием простых методов, в том числе основанных на органолептических признаках. Второй подход основан на использовании сложного лабораторного оборудования и заключается в системном анализе с получением довольно сложных в интерпретации результатов.

Упрощенная оценка включает определение группы полимера (термопласт, реактопласт), определение плотности и испытание на горение. На практике в основном используется тест на горение, а плотность определяют при необходимости.

Распознавание полимеров по характеру поведения при нагревании и горении является довольно простым, и в то же время достаточно точным методом качественного определения природы полимеров. Метод основан на визуальном наблюдении за поведением образца при внесении его в верхнюю часть пламени. По мере нагревания образцы термопластов постепенно размягчаются и плавятся, а реактопласты не размягчаются и не плавятся. Поэтому по отношению к нагреванию можно определить класс полимеров (термопласты или реактопласты). При дальнейшем нагревании образца происходит его загорание. Характер пламени является важным признаком полимера. В ходе сжигания следует обратить внимание на цвет пламени, его яркость, выделение дыма, звук, который сопровождает горение. Например, одни полимеры ярко вспыхивают и интенсивно сгорают (почти без копоти), другие, наоборот, сильно коптят, третьи воспламеняются с трудом. Горение или нагревание сопровождается выделением продуктов разложения, которые обладают специфичным для отдельных полимеров запахом. Таким образом, по набору косвенных признаков, можно идентифицировать полимер.

Схема идентификации приведена в приложении 1.

Ниже приводится характеристика свойств наиболее важных полимеров:



1. Политетрафторэтилен (фторопласт-4, тефлон) - ПТФЭ, PTFE

Белое, в тонком слое прозрачное вещество, по виду напоминающее парафин или полиэтилен. Плотность 2,22 . Обладает высокой тепло- и морозостойкостью, остается гибким и эластичным при температурах от -70 до +270 °C, прекрасный изоляционный материал. Тефлон обладает очень низкими поверхностным натяжением и адгезией и не смачивается ни водой, ни жирами, ни большинством органических растворителей. По своей химической стойкости превосходит все известные синтетические материалы и благородные металлы. Не разрушается под влиянием щелочей, кислот и даже смеси азотной и соляной кислот. Разрушается расплавами щелочных металлов, фтором и трифторидом хлора.

При внесении в пламя наблюдается оплавление и съеживание образца, вне пламени не горит.

2. Фенол-формальдегидная смола и фенопласты - ФФС, PF

Смолы, получаемые поликонденсацией фенола и формальдегида (в избытке фенола) в кислой (новолаки) или (в избытке формальдегида) щелочной среде (резолы). Новолаки - термопласты, которые сами по себе не могут переходить в твердое состояние. Их отверждение происходит при нагревании с дополнительным количеством формальдегида в щелочной среде. Продуктом отверждения новолака является бакелит. Резолы - реактопласты, отверждение происходит при нагревании. После отверждения материал теряет способность к плавлению и растворимости.

Фенопласты трудногорючи, не плавятся, а после извлечения из пламени сразу гаснут. Горящий фенопласт дает желтый цвет пламени, коптящий в зависимости от вида наполнителя.

Остаток, извлеченный из пламени, твердый, разбухший, потрескавшийся и обугленный. В процессе горения выделяются фенол и формальдегид с характерным запахом.

3. Меламино-формальдегидная смола и аминопласты - МФС, MF

Смолы, получаемые поликонденсацией меламина с формальдегидом. Термореактивные олигомерные продукты, которые при нагревании в нейтральной или щелочной среде, а также при комнатной температуре в кислой среде, превращаются в нерастворимые и неплавкие продукты - аминопласты.

Образец, внесенный в огонь, начинает гореть не более чем через 1 минуту. Вынутый из пламени, он не гаснет, но горит медленно (в действительности горят наполнители, сама смола негорюча). Огонь имеет желтый цвет (меламиновая смола) или желтый с зеленовато-голубой каймой (карбамидная смола). Остаток после горения растрескавшийся, разбухший и покрыт по краям характерным белым налетом. Во время горения отчетливо чувствуется запах формальдегида и аммиака.

4. Эпоксидные смолы - ЭС, EP

Представляют собой олигомерные продукты чаще всего на основе дифенилолпропана (диана) с функциональними эпокси-группами на концах. Сами по себе не отвердевают. Для перевода в твердое состояние необходимо введение специальной добавки-отвердителя, в качестве которого обычно выступают полиамины. Отвержденная смола представляет собой твердый, прочный материал с высокими прочностными качествами. Плотность изменяется в промежутке от 1,16 до 1,25.

В композиции на основе эпоксидных смол перед отверждением обычно вводят пластификаторы, не содержащие реакционноспособных групп, и различные наполнители - порошки, высокопрочные и высокомодульные сплошные и рубленые волокна из ткани, стекловолокна и др. материалов.

Композиции холодного отверждения используют в качестве клеев, герметиков, заливочных компаундов, эпоксидных лаков, эмалей и др. защитных покрытий в случаях, когда по условиям эксплуатации нежелателен нагрев. Композиции горячего отверждения применяют в качестве связующих для высокопрочных армированных пластиков, композиционных высокотемпературных материалов, дорожных покрытий, клеев, электроизоляционных и некоторых лакокрасочных материалов.

Эпоксидная смола при внесении в пламя трудно загорается и медленно горит (за счет наполнителя), коптит. Горение сопровождается сильным запахом.

5. Поливинилхлорид (ПВХ, PVC)

Продукт полимеризации винилхлорида. В чистом виде не используется, т.к. не обладает достаточной термо- и светостабильностью. Используется в двух формах: винипласт и пластикат. Винипласт - жесткий материал, получаемый нагреванием ПВХ в присутствии стабилизаторов. Пластикат - мягкий, представляет собой композицию, содержащую значительное количество пластификатора.

Трудногорюч (при удалении из пламени самозатухает). При горении сильно коптит, в основании пламени можно наблюдать яркое голубовато-зеленое свечение. Очень резкий, острый запах дыма. При сгорании образуется черное, углеподобное вещество (легко растирается между пальцами в сажу). Растворим в четыреххлористом углероде, дихлорэтане. Плотность: 1,38-1,45 г/см. куб.



6. Полифениленоксид (ПФО, PPO)

Получают конденсацией 2,6-диметилфенола. Теплостойкий аморфный конструкционный материал. Он выпускается под двумя названиями: полифениленоксид (PPO) и полифениленэфир (PPE). Полифениленоксидом и полифениленэфиром называют также сополимер, имеющий практически одинаковые с гомополимером свойства. Чистый PPO (PPE) имеет высокую вязкость и обычно для литья не применяется. Для улучшения перерабатываемости в него добавляют полистирол с которым он хорошо совместим. Смеси обычно называют модифицированным полифениленоксидом (MPPO, PPO-m), модифицированным полифениленэфиром (MPPE, PPE-m) или просто полифениленоксидом, полифениленэфиром. Максимальная температура долговременной эксплуатации: 105 - 150 . Выдерживает кратковременный нагрев до 190 . Температура плавления: 220 - 250 . Температура стеклования: 120 - 234 . Температура хрупкости -40 .

Материал характеризуется высокой прочностью, стойкостью к ударным нагрузкам, высоким сопротивлением ползучести (в том числе при высоких температурах). Имеет малую плотность по сравнению с другими конструкционными термопластами.

Имеет хорошие диэлектрические характеристики. Отличается хорошими адгезионными свойствами. Коэффициент трения по стали: 0.35. Имеет хорошую химическую стойкость. Стоек к кипящей воде, пару, разбавленным и концентрированным кислотам, щелочам. Растрескивается при действии ароматических растворителей. Устойчив к радиоактивности. На поверхности материала не развиваются микроорганизмы. Рекомендуется для точного литья. Имеет высокую размерную стабильность. Обладает низким водопоглощением по сравнению с полиамидами. Может подвергаться металлизации.

При внесении в пламя загорается с трудом, горит медленно желто-оранжевым, коптящим пламенем. Вне пламени затухает.

7. Полихлоропрен (Неопрен, CR)

Разновидность синтетического каучука на основе 2-хлорбутадиена-2,3. Водонепроницаем, эластичен. Мягкий, пористый материал. Цвет -- обычно черный, реже -- темно-коричневый или серый. Может использоваться при температурах от ?55 °C до +90 °C, однако реальный температурный диапазон зависит от конкретного химического состава материала. Стоек к воздействиям солнечного света и химически активным нефтепродуктам.

Загорается труднее других каучуков и быстро затухает вне пламени. Пламя желтое с зеленой каймой.

8. Поликарбонат (ПК, PC)

Термопластичный полимер на основе дифенилолпропана и хлорангидрида угольной кислоты (фосген). Характеризуется высокими прочностными характеристиками, особенно при действии ударных нагрузок, низким водопоглощением, высокими диэлектрическими свойствами, высокой оптической програчностью (светопропускание свыше 80%), широким температурным интервалом эксплуатации от - 100 до +135.

Загорается трудно, горит неспокойным, коптящим, желтым или оранжевым пламенем.

9. Ацетилцеллюлоза (АЦЭ, CA)

Полимер, получаемый ацелированием целлюлозы (хлопок, древесная целлюлоза). Ацетилцеллюлоза обладает высокой светостойкостью, негорючестью, хорошими физико-химическими свойствами. Используется для производства основы фото-, рентгеновской и кинопленки, ацетатного волокна, пластических масс, лаков и др.

Горит медленно, с плавлением, распространяя запах уксусной кислоты.

10. Полиэтилен (ПЭ, PE)

Продукт полимеризации этилена. Обладает комплексом ценных свойств - высокой прочностью, стойкостью к действию агрессивных сред, исключительными диэлектрическими свойствами, работоспособностью в интервале температур от -50 до +70.

В зависимости от способа получения различают два типа полиэтилена:

- полиэтилен высокого давления (ПЭВД), или полиэтилен низкой плотности (ПЭНП, LDPE);

- полиэтилен низкого давления (ПЭНД), или полиэтилен высокой плотности (ПЭВП, HDPE).

ПЭВД (полиэтилен высокого давления, низкой плотности).

Легкий, прочный, гибкий материал с низкой газо- и водопроницаемостью, хороший диэлектрик. Обладает высокой химической стойкостью к органическим растворителям и агрессивным средам, но не устойчив к действию углеводородов (особенно хлорированных) и масел. Находит широчайшее применение во всех сферах деятельности человека. Особенно широко используется для производства самой разнообразной тары и упаковки.

Горит синеватым, светящимся пламенем с оплавлением и горящими потеками полимера. При горении становится прозрачным, это свойство сохраняется длительное время после гашения пламени. Горит без копоти. Горящие капли, при падении с достаточной высоты (около полутора метров), издают характерный звук. При остывании, капли полимера похожи на застывший парафин, очень мягкие, при растирании между пальцами- жирны на ощупь. Дым потухшего полиэтилена имеет запах парафина. Плотность ПЭВД: 0,91-0,92 г/см. куб. Температура плавления 103 - 110.

ПЭНД (полиэтилен низкого давления, высокой плотности). Более жесткий и плотный чем ПЭВД, хрупок. Пленки из ПЭНД более тонкие, меньше тянутся, в определенной степени напоминают бумагу, на ощупь менее жирный. Пленки анизотропны, т.е. прочность их в разных направлениях не одинакова. Температура плавления выше, чем у ПЭВД и лежит в интервале 120 - 140. Проба на горение - аналогична ПЭВД. Плотность: 0,94-0,95 г/см. куб.

Марочный ассортимент полиэтилена очень разнообразен. Это и материал без добавок (базовые марки) и многочисленные композиции на его основе с добавлением стабилизаторов, антипиренов, пластификаторов, красителей, механических наполнителей, а также сплавы с другими полимерами.

Различить между собой ПЭВД и ПЭНД часто не просто, особенно если исследованию подвергается не чистый полимер, а тот или иной композит на его основе.

11. Полипропилен (ПП, PP)

Продукт полимеризации пропена (пропилена). В зависимости от условий полимеризации структура полипропилена может быть разной. Полипропилен более жесткий материал, чем полиэтилен, его температура плавления выше (до 170 ), а температурный интервал эксплуатации от -10 до +140.

При внесении в пламя, полипропилен горит сиреневатым пламенем, иногда ярко светящимся. Горение аналогично горению ПЭВД, но запах более острый и кисловатый. При горении образуются потеки полимера. В расплавленном виде - прозрачен, при остывании - мутнеет. Если коснуться расплава спичкой, то можно вытянуть длинную, достаточно прочную нить. Капли остывшего расплава жестче, чем у ПЭВД, твердым предметом давятся с хрустом. Дым с острым запахом жженой резины, сургуча. Плотность полипропилена: 0,9-0,91 г/см.куб. т.е он легче ПЭ и также плавает в воде.

Как и в случае полиэтилена, марочный ассортимент полипропилена чрезвычайно разнообразен.

12. Полистирол (ПС, PS)

К полистирольным пластикам относится собственно полистирол, а также сополимеры стирола с акрилонитрилом и бутадиеном - ABS-пластики.

Полистирол общего назначения - термопласт, получаемый полимеризацией стирола в различных условиях. Отличается высокими диэлектрическими свойствами, оптической прозрачностью, низкой теплостойкостью (до 70) и низкой ударной вязкостью (хрупкий материал).

Применяют при производстве широкого ассортимента изделий электронной, электротехнической, радиотехнической промышленности, товаров народного потребления. Широко используемый пористый и хрупкий упаковочный материал - пенопласт - представляет собой вспененный полистирол.

Ударопрочный полистирол, за счет присутствия каучуковой фазы обладает большей ударной вязкостью и используется при производстве корпусных деталей бытовой техники (холодильники, телевизоры и т.п.), ящиков и коробок, отделочных материалов.

При сгибании полоски полистирола, легко гнется, потом резко ломается с характерным треском. На изломе наблюдается мелкозернистая структура. Горит ярким, сильно коптящим пламенем (хлопья копоти тонкими паутинками взмывают вверх!). Запах сладковатый, цветочный. Полистирол хорошо растворяется в органических растворителях (стирол, ацетон, бензол). Плотность полистирола: от 1,05 до 1,08 г/см. куб.

ABS-пластики получают эмульсионной сополимеризацией стирола с акрилонитрилом в присутствии латекса каучука. По сравнению с ударопрочными марками полистирола ABS-пластики обладают повышенной теплостойкостью, ударной прочностью и химической стойкостью.

ABS-пластики широко используются для производства крупногабаритных изделий в автомобилестроении, приборостроении, для изготовления корпусных деталей бытовой техники.

Характер горения ABS-пластиков напоминает горение полистирола, но продукты сгорания приобретают запах жженой резины. Сам материал более пластичный и менее ломкий.

Все полистирольные пластики легко воспламеняются и являются пожароопасными.

13. Полиметилметакрилат (ПММА, PMMA)

Термопластичный материал, получаемый полимеризацией метилметакрилата или его сополимеризации с другими мономерами акрилового ряда. Отличается исключительно высокой прозрачностью (каэффициент светопропускания до 90-95%), высокой температурой размягчения (90-140), хорошими механическими свойствами, которые могут существенно возрастать при вытяжке. К недостаткам следует отнести склонность к поверхностному растрескиванию (сначала помутнение, затем появление «серебра» на поверхности растрескивания), а также чувствительность механических характеристик к концентраторам напряжений, в частности к отверстиям.

Чаще всего используется в форме листов под названием органическое стекло, или плексиглас. Легко загорается в пламени, горит быстро с характерным треском, немного коптит. Запах продуктов сгорания кисловатый, в разбавленном виде напоминает цветочно-плодовый.



14. Полиамид (ПА, PA)

Термопластичные полимеры, содержащие в основной цепи амидные группы - NH - CO - . Впервые были получены в середине 30-х годов в США (найлон) и Германии (перлон) как высококачественные волокно образующие полимеры.

В настоящее время распространенными являются полиамид-6 (капрон, на основе капролактама), полиамид-6.6 (на основе адипиновой кислоты и гексаметилендиамина), полиамид-6.10 (на основе гесаметилендиамина и себациновой кислоты), полиамид-12 (на основе додекалактама).

Полиамиды относятся к конструкционным термопластам. Характеризуются высокими физико-химическими показателями (особенно в условиях ударных нагрузок), высокой устойчивостью к действию масел, углеводородов, поэтому используются в топливопроводах, высокой химической стойкостью (особенно в щелочных средах), низким коэффициентом трения и высокой износостойкостью. К недостаткам следует отнести размерную нестабильность в условиях эксплуатации, что связано со значительным водопоглощением (от 1 до 4,2% во влажной атмосфере и от 1,5 до 11% в воде).

Горит голубоватым пламенем. При горении разбухает, "пшикает", образует горящие потеки. Дым с запахом паленого волоса и кости. Застывшие капли очень твердые и хрупкие. Полиамиды растворимы в растворе фенола, концентрированной серной кислоте. Плотность: 1,1-1,13 г/см. куб.

15. Полиэтилентерефталат (ПЭТA, PETF)

Термопластичный полиэфир, получаемый поликонденсацией диметилового эфира терефталевой кислоты и этиленгликоля. Применяют для изготовления полиэфирного волокна (лавсан) и пленки. Для получения литьевых марок ПЭТФ модифицируют полиамидом или полиэтиленом.

Полиэтилентерефталат характеризуется высокими жесткостью и твердостью, длительной прозрачностью, хорошими диэлектрическими свойствами, повышенной теплостойкостью (температура эксплуатации до 150), высокой атмосферостойкостью. Обладает значительным водопоглощением.

Находит широкое применение в производстве различных видов тары, а также в электротехнике, электронике, машино- и автомобилестроении (шестерни, подшипники, кулачки, ролики и т.п.).

При внесении в пламя легко загорается и быстро горит с искрами, слегка коптит. Запах продуктов сгорания сладковатый.

16. Полиуретан (ПУ, PU)

Получают взаимодействием соединений, содержащих изоцианатные группы с би- и полифункциональными гидроксилсодержащими производными. В качестве изоцианатов используются толуилендиизоцианаты (2,4- и 2,6-изомеры или их смесь в соотношении 65:35), 4,4'-дифенилметандиизоцианат, 1,5-нафтилен-, гексаметилендиизоцианаты, полиизоцианаты, трифенилметан-триизоцианат, биуретизоцианат, изоциануратизоцианаты, димер 2,4-толуилендиизоцианата.

Строение исходного изоцианата определяет скорость уретанообразования, прочностные показатели, световую и радиационную стойкость, а также жёсткость полиуретанов.

Гидроксилсодержащими компонентами являются:

- олигогликоли -- продукты гомо- и сополимеризации тетрагидрофурана, пропилен- и этиленоксидов, дивинила, изопрена;

- сложные полиэфиры с концевыми группами ОН -- линейные продукты поликонденсации адипиновой, фталевой и других дикарбоновых кислот с этилен-, пропилен-, бутилен- или другими низкомолекулярным гликолями;

- разветвленные продукты поликонденсации перечисленных кислот и гликолей с добавкой триолов (глицерина, триметилолпропана), продукты полимеризации е-капролактона.

Гидроксилсодержащий компонент определяет, в основном, комплекс физико-механических свойств полиуретанов.

Для удлинения и структурирования цепей применяются гидроксилсодержащие вещества (например, вода, гликоли, моноаллиловый эфир глицерина, касторовое масло) и диамины (4,4'-метилен-бис-(о-хлоранилин), фенилендиамины). Эти агенты определяют молекулярную массу линейных полиуретанов, густоту вулканизационной сетки и строение поперечных химических связей, возможность образования доменных структур, то есть комплекс свойств полиуретанов и их назначение (пенопласты, волокна, эластомеры и т. д.).

В качестве катализаторов для процесса уретанообразования используют третичные амины, хелатные соединения железа, меди, бериллия, ванадия, нафтенаты свинца и олова, октаноат и лауринат олова. При процессе циклотримеризации катализаторами являются неорганические основания и комплексы третичных аминов с эпоксидами.

Таким образом, полиуретаны являются довольно сложными полимерами.

Механические свойства полиуретанов изменяются в очень широких пределах и зависят от природы и длины участков цепи между уретановыми группами, структуры цепей (линейная или сетчатая), молекулярной массы и степени кристалличности. Полиуретаны могут быть вязкими жидкостями или являться твёрдыми веществами в аморфном или кристаллическом состоянии. Их свойства варьируются от высокоэластичных мягких резин до жёстких пластиков.

Благодаря разнообразию механических свойств различных типов полиуретана, он применяется практически во всех сферах промышленности, для изготовления самых разнообразных уплотнений, эластичных форм для изготовления декоративных камней, защитных покрытий, лакокрасочных изделий, клеев, герметиков, деталей маломощных машин (валов, роликов, пружин и т. п.), изоляторов, имплантатов и прочих изделий. Из полиуретана, благодаря его чрезвычайно высокой износостойкости, изготавливаются подошвы обуви, спортивные шины, втулки и прокладки для фиксации абразивных камней в промышленности, причем в последнем случае полиуретановая втулка более долговечна, чем металлическая. Растворы полиуретана в органических растворителях -- высокопрочные клеи. Из полиуретана изготавливают отбойники для автомобильных амортизаторов. Однако, использование полиуретанов значительно ограниченно температурным диапазоном применения (?60 °С..+80 °С).

Полиуретаны горят коптящим, светящимся пламенем. У основания пламя голубое. При горении образуются горящие капли-потеки. После остывания, эти капли - липкое, жирное на ощупь вещество. Полиуретан растворим в ледяной уксусной кислоте.

Оценка плотности полимера.

Талица 1. Рабочие растворы

№ п/п	Состав раствора	Плотность раствора, г/см3
1		1
2	70 г, 60 мл	1,11
3	25%	1,21

В спорных случаях рекомендуется оценить плотность полимера. Наиболее простым способом является оценка плавучести образца в различных жидкостях с известной плотностью. Наиболее часто используется вода и растворы некоторых солей (см. табл. 1).

Значения плотности важнейших полимеров приведены в таблице 2.

Таблица 2. Плотность полимеров

№ п/п	Полимер	Плотность, г/см3
1	LDPE	0,91
2	HDPE	0,94 - 0,97
3	PP	0,90 - 0,91
4	PTFE	2,1 - 2,2
5	PS	1,04 - 1,06
6	PVC (винипласт)	1,38 - 1,4
7	PMMA	1,18 - 1,19
8	PA-6	1,12
9	PC	1,2
10	PETF	1,38 - 1,4
11	PBT	1,31
	Реактопласты
1	ЭС	1,2 - 1,25
2	НПЭФ	1,25
3	ФФС (новолачный)	1,32
4	ФФС (резольный)	1,32

Следует отметить, что современные пластики представляют собой сложные композитные материалы, которые могу содержать в своем составе несколько полимеров, наполнители, пластификаторы, красители и другие добавки. Все эти вещества изменяют свойства материала (плотность, характер горения, твердость и др.). Поэтому идентификация пластика часто оказывается не простым делом.

ИК -спектроскопия.

В значительной мере идентификацию облегчает использование ИК-спектроскопии. Этот метод основан на изучении спектров поглощения веществ в инфракрасной области спектра. ИК-излучение вызывает колебательные движения атомов и групп. Каждая группа имеет максимумы поглощения в определенных областях спектра. Каждое вещество обладает исключительно индивидуальным и неповторимым спектром. Нет двух различных веществ, которые имели бы одинаковые ИК-спектры поглощения во всем спектральном диапазоне. Даже если одно и тоже вещество находится в разных фазовых состояниях, ИК-спектры этих состояний будут немного различаться.

В ИК-спектрах органических соединений можно выделить три основные области:

1. 4000 - 2500 см^-1. Область валентных колебаний простых связей X - H: O - H; N - H; C - H; S - H.

2. 2500 - 1500 см^-1. Область валентных колебаний кратных связей X=Y; X?Y: C=C; C=O; C=N; C?C; C?N.

3. 1500 - 500 см^-1. Область валентных колебаний простых связей X - Y: C - C; C - N; C - O и деформационных колебаний простых связей X - H: C - H; O - H; N - H. Эта область также называется "областью отпечатков пальцев", т.к. положение и интенсивность полос поглощения в этой области исключительно индивидуальны для каждого конкретного органического вещества. Только по полному совпадению частот и интенсивностей линий в этой области ИК-спектра можно говорить об идентичности сравниваемых объектов.

При интерпретации ИК-спектров наиболее информативными являются области 2500 - 1500 см^-1 и 4000 - 2500 см^-1. Поэтому рекомендуется начинать рассмотрение ИК-спектров именно с этих двух областей. При обнаружении в них характерных полос валентных колебаний определенных типов связей рекомендуется дополнительно найти полосы соответствующих деформационных колебаний в области 1500 - 500 см^-1.

Следует заметить, что интерпретация ИК-спектра часто представляет собой трудную задачу и достоверность результата во многом определяется тренировкой и опытом экспериментатора. При расшифровке спектров необходимо учитывать следующие моменты:

а) отсутствие характеристической полосы поглощения является более надежным доказательством отсутствия структурной группы, чем доказательство ее наличия на основании появления полосы поглощения;

б) не все полосы в спектре можно интерпретировать;

в) выводы, получаемые из спектров, часто остаются более или менее обоснованными предположениями и часто требуют подтверждения альтернативными методами анализа, в частности химическими.

Для регистрации ИК-спектров полимеров используется метод запрессовки образца в таблетку из бромида калия. Это вещество прозрачно в ИК-области. Подготовка пробы включает высушивание бромида калия и измельчение компонентов (образца полимера и бромида калия). Размер частиц в измельченной пробе должен составлять около 10 мкм. Растертый образец прессуется в специальном прессе в таблетку, которая получается прозрачной или полупрозрачной в зависимости от тщательности приготовления пробы. Для получения ИК-спектра необходимо всего от 1 до 10 мг исследуемого вещества.

На рисунках 1, 2 и 3 приведены ИК-спектры полистирола (PS), полипропилена (PP) и полиэтилентерефталата (PETF) соответственно.

Рисунок 1. ИК-спектр полистирола (PS)



Рисунок 2. ИК-спектр полипропилена (PP)

Рисунок 3. ИК-спектр полиэтилентерефталата (PETF)

17. Практическая часть

Цель: изучить характер горения и остатков после сгорания различных полимеров. Составить таблицу свойств для качественного определения полимеров.

Оборудование и реактивы: образцы полимеров, тигельные щипцы (пинцет), стеклянная палочка, спиртовка (газовая горелка), чашка с песком.

Ход работы.

Захватив образец тигельными щипцами или пинцетом, внесите его в пламя горелки; затем проведите наблюдение за нагреванием, размягчением и загоранием. При загорании образца удалите его из пламени горелки; если он плавится и съеживается, выдержите в огне до воспламенения, но не более 2 минут (если образец в течение этого времени не загорается, его считают не горючим). Проведите наблюдения за загоревшимся материалом вне пламени горелки, определить окраску пламени, характер горения (спокойное, интенсивное, с копотью, прекращение горения и т.д.), отметьте запах продуктов горения и дополнительные признаки (например, способность вытягиваться в нити). Для определения запаха продуктов следует погасить пламя и легким движением кисти рук направить воздух от потушенного образца к носу.

Окончательно гасить образцы в чашке с песком.



Литература

1. Семчиков Ю.Д. Высокомолекулярные соединения: учебник для ВУЗов/Ю.Д. Семчиков - М.: Академия ИЦ, 2010. - 368 с.

2. Крыжановский В.К. Инженерный выбор и идентификация пластмасс. - СПб.: Научные основы и технологии, 2009

3. Производство изделий из полимерных материалов: Учеб. Пособие/В.К. Крыжановский, М.Л. Кербер, В.В. Бурлов, А.Д. Паниматченко. - СПб.: Профессия, 2008

4. Шах. В. Справочное руководство по испытаниям пластмасс и анализу причин их разрушения./В. Шах; пер. с англ. под ред. А.Я. Малкина - СПб.: Научные основы и технологии, 2009. - 732 с.

5. Композиционные материалы. Физико-химические свойства: учеб. пособие/ Н.Н. Двуличанская, Л.Е. Слынько, В.Б. Пясецкий. - М.: МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2008. - 48 с.

Размещено на Allbest.ru

...