تشخیص پلیمرهای مختلف از روی سوختن آن‌ها

خب شما یک قطعه پلاستیکی دارید ومیخواهید بدانید که از چه چیزی ساخته شده است، اما نمی دانید چه پلاستیکی است!

این می تواند یک کار چالش‌برانگیز باشد.

تشخیص پلیمرهای مختلف از روی سوختن آن‌ها ، بسیاری از پلاستیک‌ها شبیه به هم هستند، اما ما در اینجا نگاهی دقیق‌تر به برخی از روش‌های استفاده از تست سوزاندن خواهیم داشت.

 لطفا توجه داشته باشید، این آزمایش باید در محیط صنعتی انجام شود و نه در خانه، زیرا باید پروتکل ایمنی مناسب رعایت شود. سوختن پلاستیک‌ها می تواند بخارات سمی ایجاد کند و قطرات پلاستیک بسیار داغ هستند.

ممکن است جستجوی خود را با استفاده از موارد زیر محدود کنید:

• رنگ
• احساس
• بافت
• آیا وقتی شعله احتراق گاز برداشته می شود، مواد آزادانه در هوا می سوزد یا خیر؟
• رنگ شعله
• بو
• وجود قطرات مذاب و رنگ یا خواص دود
• آیا شناور خواهد شد؟
• تغییر رنگ خط چین

اولین کاری که باید انجام دهید این است که تعیین کنید آیا این ماده یک ترموپلاستیک (گرما نرم ) است یا یک ترموست (گرما سخت یا مقاوم به گرما) ، به یاد داشته باشید که کار در یک منطقه با تهویه مناسب بسیار مهم است.

برای این کار ، یک میله فلزی یا شیشه ای، برای مثال یک میله همزن را تا دمای 500 درجه فارنهایت 260 درجه سانتیگراد گرم کنید. آن را روی نمونه فشار دهید. اگر ترموپلاستیک باشد ذوب می شود اما اگر گرماسخت باشد ذوب نمی شود.

روش‌های تشخیص جنس قطعات پلاستیکی

در این مقاله به اهمیت شناخت مواد ، روش‌ها ، آزمون‌های مختلف تشخیص جنس مواد و قطعات پلاستیکی می‌پردازیم.

اهمیت شناخت مواد

یكی از بزرگ‌ترین مشكلات صنایع پلیمری و بازیافت پلیمرها، عدم شناخت مراكز تولیدی و یا فروش مواد اولیه مناسب پلیمری است و همین امر سبب می‌گردد مواد مناسبی خریداری نشود و یا قطعه تولید شده با افت کیفیت مواجه گردد.

شرکت پلاستو ایران در زمینه مشاوره نوع مواد ، تعیین گرید و تامین آن در خدمت شماست.

برای مثال گاهی :

• پس از اتمام مواد، جایگزینی آن‌ها درست انجام نمی شود و خواص محصول جدید با مشخصات تولیدات قبلی تفاوت‌های محسوسی دارد، حتی اگر جنس و نوع انتخاب شده ساخت همان شرکت قبلی باشد ولی به دلیل متفاوت بودن گونه افت زیادی در خواص قطعات جدید بوجود می آید.
• ممکن است بدون تست کردن صحت اداعاهای فروشنده در مورد مطابقت کامل با گرید قبلی مقدار زیادی مواد اولیه تهیه شود که پس از ورود به خط تولید و عدم مطابقت، با مقدار زیادی مواد اولیه بی‌مصرف مواجه خواهیم شد که احتمالا قابل مرجوع شدن هم نیستند.

برای ورود علمی و آگاهانه در این حوزه و جلوگیری از انتخاب غلط مواد پلیمری باید ابتدا با سه واژه‌ی جنس، نوع و گونه پلیمر آشنا شد و سپس از پارامترهای فنی آن‌ها اطلاعات لازم را به‌دست آورد.

هفت دسته پلاستیك : پلی‌اتیلن سنگین، پلی‌اتیلن سبک، پی‌وی‌سی، پلی‌استایرن، پت, پلی‌پروپیلن و ABS از اهمیت صنعتی و بازرگانی بسیار بالایی برخوردار هستند.

در این مقاله به بررسی روش‌های شناسایی كیفی این پلاستیك‌ها پرداخته می‌شود.

برای این منظور سه مبحث زیر بسیار مهم است:

1. روش‌های ساده‌ی تشخیص پلاستیك‌ها از لاستیك‌ها
2. روش‌های تشخیص پلاستیك‌های گرمانرم از گرماسخت
3. آزمایشهای ساده و کم هزینه برای تشخیص

پلاستیک ها از چه موادی تشکیل شده اند؟

یك آمیزه‌ی پلاستیكی معمولا از اجزای زیر تشکیل شده است:

• پلیمر پایه (مهمترین جزء آن قطعه است.)
• پركننده‌ها
• نرم كننده (در صورت امكان)

مهمترین قسمت یك آمیزه، پلیمر پایه ی آن است بنابراین اگر شناسایی جنس و نوع آن درست انجام ‌شود، با اهمیت‌ترین بخش فرآیند با موفقیت صورت ‌پذیرفته است در غیر این صورت اگر تنها، افزودنی‌های آمیزه درست شناسایی شده باشند، گزارش كار گمراه‌ كننده و فاقد ارزش خواهد بود.

بنابراین شناسایی كیفی یك قطعه پلاستیكی عبارتست از مشخص نمودن جنس اجزاء اصلی شركت‌كننده در آمیزه (فرمولاسیون) آن قطعه، كه معمولاً جنس پلیمرپایه آن را مشخص می‌کند (صرف‌نظر از مقدار آن در آمیزه).

ترموپلاستیک ها

در اینجا چند ترموپلاست رایج و راه‌هایی که ممکن است بتوانید آنها را شناسایی کنید، آورده شده است.

ABS

ABS وقتی از منبع گرما استفاده می شود بوی تند می دهد. شعله آن زرد‌رنگ با لبه‌های آبی است و نمی‌چکد. هنگامی که منبع شعله برداشته شود، بوی تند ادامه می‌یابد و ABS به سوختن ادامه می‌دهد، رنگ شعله همان زرد با لبه های آبی است سپس مواد مذاب از قطعه شعله‌ور فرو می چکد.، سرعت سوختن آهسته است و دود سیاه همراه با دوده وارد هوا می شود.

پلی‌آمید 6.6

پلی‌آمید 6.6 یک ماده پلاستیکی مایل به سفید است. نسبتاً سخت است و نمی توان آن را با ناخن خدشه‌دار کرد. وقتی می‌سوزد بوی پشم یا موی سوخته می‌دهد. شعله آبی با نوک مایل به زرد است. علاوه بر این، هنگام نزدیک کردن شعله، مواد چکه می کند. پس از برداشتن منبع شعله نیز قطعه به آرامی سوختن را ادامه خواهد داد.

پلی‌کربنات

پلی‌کربنات بوی استر معطر ضعیف و شیرینی می دهد،هنگام سوختن رنگ شعله آن نارنجی است ، هنگامی که شعله‌ور است شروع به چکیدن می‌کند و دوده سیاهی از آن به هوا برمی‌خیزد.

پلی‌پروپیلن

هنگام شعله‌ور شدن رنگ شعله آن زرد است، پلی‌پروپیلن بوی تند می‌دهد. پس از برداشتن منبع شعله به سوختن ادامه می دهد و بوی شیرینی از آن خارج می شود. شعله در این نقطه آبی با نوک زرد است،PP در حالی که به آرامی به سوختن خود ادامه می‌دهد قطرات مذاب ایجاد می‌کند. هنگام خم شدن، روی خط تای ورق پلی‌پروپیلن سفید می شود. ضمنا از خصوصیات PP شناوری در آب است و لازم به ذکر است ، پلی‌پروپیلن دارای گریدهای مختلف از جمله PPZ30S– PPC30S – PP440L – PP440G و ……میباشد .

PTFE

این ماده یک فولوروکربن است ، بسیار سفید است و حالتی مومی و نسبتا نرم دارد. می توانید آن را با ناخن شصت خود بخراشید. یک تکه PTFE بدون استفاده از شعله، بوی ضعیف موهای سوخته را می دهد و هنگام شعله‌ور شدن ، مواد چکه نمی کند. PTFE یکی از کمترین ضرایب اصطکاک را در بین تمام ترموپلاستیک‌ها دارد. هنگامی که به سطحی مالش می شود، به راحتی می‌لغزد اما به‌راحتی ساییده نمی‌شود.

ترموست‌ها ( مواد پلاستیک گرماسخت)

در زیر به دو دسته از مواد پلاستیک گرماسخت پر مصرف و طرز شناخت آنها با استفاده از خصوصیات ظاهری و نوع سوختن آن‌ها اشاره می‌کنیم .

پلی‌استرها وقتی می‌سوزند، بوی اسید هیدروکلریک (جوهر نمک) می‌دهند و شعله آن‌ها به رنگ زرد است. قطره مذابی از آن نمی‌چکد.

پلی استرها ضد شعله هستند و در مقابل سوختن مقاومت می‌کنند، اما اگر شعله‌ور شدند وقتی منبع شعله برداشته شود، مواد به سوختن ادامه خواهند داد. بوی آن به بوی جوهر نمک نزدیک است اما شعله به رنگ زرد با لبه های آبی است.قطره ای وجود ندارد و مواد به آرامی می سوزند. برخی پلی استرها با نزدیک کردن شعله ترک خورده و می‌شکنند.

فنولیک‌ها به تنهایی و بدون شعله بوی ملایم فنل و فرمالین می‌دهند و وقتی منبع شعله به آن نزدیک شود بوی فنل و چوب یا کاغذ از خود متصاعد می‌کنند. وقتی شعله‌ور می‌شوند رنگ شعله زرد است و مواد چکه نمی‌کند. منبع گرما ممکن است باعث ترک خوردن فنولیک شود.

اولین گام در شناسایی كیفی یك پلاستیك

اولین گام استفاده از خواص ظاهری و مكانیكی است، به ‌عنوان مثال:

• آیا نمونه شفاف است یا كدر؟
• انعطاف پذیر است یا خیر؟
• آیا خاصیت كشسانی‌ دارد؟
• سخت است یا نرم؟
• دانسیته‌ی آن چقدر است؟
• و شرایط كاركرد قطعه چیست؟

از هر كدام از این اطلاعات می‌توان سر نخ‌های اولیه شناسایی كیفی را به دست آورد.

مثال: از بررسی‌های یک نمونه فیلم شفاف نتایج مقدماتی زیر گرفته شده است:

1. فیلم نمونه مجهول ، شفاف است.
2. نمونه در برابر حرارت در محدوده حرارتی (111) ˚Cذوب می‌شود.
3. فیلم نمونه روی سطح آب شناور باقی می‌ماند به عبارت دیگر دانسیته آن کمتر از یک گرم بر سانتیمتر مکعب است.
4. در اثر تماس با آب ، آب را جذب نمیکند.
5. در اثر ذوب فیلم توده‌ای به دست می آید که دارای ظاهری کدر و ابری رنگ می‌باشد.
6. هنگام ذوب شدن و خصوصا با بالا رفتن حرارت بعد از ذوب پلاستیک بویی شبیه به موم و واکس از نمونه به مشام می‌رسید.

جمع بندی و استفاده از این اطلاعات کمک زیادی در شناسایی مواد اولیه بکار رفته در این نمونه و فرآیند تولید آن به ما خواهد کرد.

گام دوم آزمون‌های اولیه شناسایی كیفی پلاستیك‌ها

آزمایش‌های مقدماتی كه در این مبحث معرفی می‌شوند در عین سادگی، ارزانی و امكان انجام سریع، اطلاعات كلیدی و مهمی را از ماهیت پلیمر مجهول آشكار می‌سازند.

آزمون‌های تجزیه حرارتی

در بررسی‌های مقدماتی و غیر کمی، از دو روش تجزیه حرارتی (پیرولیز) و سوزاندن زیاد استفاده می‌شود .

نتایج هر دو روش مکمل هم بوده و برای دستیابی به اطلاعات مورد نیاز به کار می‌رود.

نکته قابل تذکر این است که، در کاربرد این دو روش، فرد باید قوه تشخیص، حس بویایی قوی، تجربه لازم ، صبر و دقت کافی در پردازش اطلاعات فراوان به دست آمده از این روش‌ها را داشته باشد.

تعیینPHگازهای حاصل از تخریب حرارتی پلیمر

قطعه كوچكی از یك پلاستیك به اندازه یك عدس بزرگ را درون یك بوته چینی یا لوله آزمایش كوتاه در معرض هوا، به صورت تماس غیرمسقیم با شعله‌ی یك چراغ الكلی، حرارت می‌دهند تا پلیمر به تخریب حرارتی خود برسد و گازهایی كه در اثر تخریب و تجزیه حرارتی از عوامل و عناصر سازنده پلاستیك به‌وجود آمده‌اند، متصاعد گردند.

در چنین حالتی PH گازهای خارج شده را توسط معرف ها (اندیكاتورها) اندازه‌گیری می‌كنند، در اثر این تجزیه ملكولی، برخی از عناصر كلیدی تشكیل دهنده زنجیره‌ی پلیمر و گروه‌های جانبی آن مشخص می‌گردند.

بسته به ماهیت اسیدی، خنثی یا بازی بودن PH گازهای متصاعد شده، گروهی كه پلیمر مجهول به آن وابسته است مشخص می‌شود.

آزمون شعله

آزمون شعله غالباً در راستای شناسایی كیفی پلاستیك‌ها و الیاف كاربرد فراوان دارد، در حقیقت هدف از انجام این آزمایش بررسی و تحقیق پیرامون رفتار و پدیده‌هایی ‌است كه یك پلاستیك هنگامی كه در داخل شعله قرار می‌گیرد، در درون آتش و پس از خروج از آتش از خود بروز می‌دهد.

از ویژگی‌های آزمون شعله سرعت انجام، سهولت آزمایش و اقتصادی‌بودن آن است ضمن این كه مجموعه اطلاعات به دست آمده، متنوع و بسیار كاربردی هستند.

توجه: معمولاً تنها با انجام یك آزمایش مانند شعله نمی‌توان از صحت شناسایی كیفی یك پلاستیك مجهول مطمئن شد، همان‌طور كه در مبحث قبل بیان گردید با تعیین PH گازهای حاصل از یك نمونه مجهول نیز به تنهایی شناسایی جنس پلاستیك مجهول امكان پذیر نبود، با این مقدمه باید اذعان كرد برای اطمینان از جنس پلاستیك مجهول باید مجموعه‌ای از نتایج چند آزمون مختلف كنار هم گذاشته شوند تا اطمینان نسبی از صحت تشخیص آن فراهم گردد.

نتایج حاصل از آزمایش شعله

چند گرم نمونه را به وسیله اسپاتول فلزی روی لبه خارجی شعله بگیرید. مدت کمی در حدود نیم دقیقه ،اگر نمونه بلافاصله شعله‌ور نشد، به مدت چند ثانیه آن را درون شعله قرار دهید و سپس آن را از شعله دور کنید.

در این آزمون سهولت در شعله‌وری، بو، خود اطفائی، تغییر رنگ، ذوب و تجزیه نمونه، سوختن نمونه و رنگ شعله باید مورد توجه قرارگیرد.

پس از آن نمونه باید به منظور تعیین جنس خاکستر نیز سوزانده شود.

با پاسخ به سوالات زیر و در نظر داشتن عناصر تشکیل دهنده پلیمر مجهول و جداول پیوست می‌توان پلاستیك را تاحدودی شناسایی کرد .

1. آیا نمونه به حالت مذاب در می‌آید؟
2. آیا پلاستیك به آسانی شعله‌ور می‌شود؟
3. آیا ماده به سختی می‌سوزد؟
4. شعله چه رنگی است؟
5. آیا از نمونه در حال سوختن قطره می‌چكد؟
6. آیا قطرات در حین چكیدن مشتعل هستند؟
7. آیا نمونه پس از سوختن از خود خاکستر بجا می‌گذارد؟
8. آیا نمونه پس از بیرون آمدن از شعله خود به خود خاموش می‌شود؟
9. آیا نمونه ذغالی می‌شود؟
10. چه بویی از سوختن پلاستیك حاصل می‌شود؟

هر كدام از این ویژگی‌های ده‌گانه به عناصر شركت كننده در واحد تكرار شونده، ساختار مولكولی و پیوندهای فیزیكی بین زنجیرها بستگی دارد كه آشنایی با آن‌ها باعث شناسایی كیفی پلاستیك تحت آزمون خواهد شد.

بررسی بوهای متصاعد شده در حین آزمون شعله پلاستیك‌ها

بوهایی كه از سوختن پلاستیك‌ها ایجاد می‌شود برانگیخته از ساختار مولكولی و مواد افزودنی آن‌ها است، اغلب پلاستیك‌های گرمانرم خالص، در حین سوختن بوهای كاملاً مشخصی تولید می‌كنند.

باید توجه داشت كه پركننده‌های آلی، پایداركننده‌ها، و سایر افزودنی‌های اضافه شده به آمیزه پلاستیك در حین سوختن روی بوی پلیمر خالص تاثیر می‌گذارند، بنابراین هرقدر پلیمر خالص‌تر باشد بوی متصاعد شده بهتر قابل تشخیص خواهد بود.

چند مثال برای تشخیص :

بویی كه از سوختن پلی‌اتیلن نسبتاً خالص بوجود می‌آید رایحه‌ی پارافین‌ها و واكس‌ها را تداعی می‌كند زیرا با ساختمان ملكولی آن‌ها تشابه دارد.

بویی كه از سوختن پلی‌استایرن خالص به مشام می‌رسد عطر‌ی نسبتاً خوش و شبیه به شكلات دارد كه سوختن آن با ایجاد دوده همراه است.

پلی‌آمیدها بخاطر مشابهت ملكولی با پلی‌پپتایدها كه پروتئین‌ها از آن‌ها مشتق می‌شوند اغلب بویی شبیه سوختن شاخ حیوانات (دارای پایه پروتئینی هستند) را منتشر می‌سازند.

آزمون بررسی گستره ذوب پلاستیك‌های گرمانرم

در پدیده ذوب یك پلیمر، حرارت دریافت شده، نیروهای بین زنجیرهای پلاستیك را تا آن حد كاهش می‌دهد كه زنجیرها می‌توانند روی هم بلغزند و جاری شوند یا تحت تنش وارد بر آن، ملكول‌های پلاستیك مذاب به‌حركت در آیند. شایان دقّت است پدیده ذوب در پلاستیك‌ها فقط در گروه پلاستیك‌های بلوری و نیمه بلوری دیده می‌شود، و این تغییر حالت فیزیكی پلاستیك در آمورف‌ها حتی در زیر دستگاه میكروسكوپ دارای صفحه داغ نیز چندان ملموس نیست.

چون در فرآیندهای پلیمریزاسیون مواد پلیمری، توزیع جرم مولكولی وجود دارد و همه زنجیرها دارای جرم مولكولی یكسان نیستند، در حین ذوب ابتدا زنجیرهای سبك‌تر و سپس سنگین‌تر ذوب می شوند كه همین امر موجب به‌وجود آمدن پدیده‌ی گستره ذوب در پلاستیك‌ها می‌شود.

آزمون تعیین دانسیته

دانسیته یا وزن مخصوص هر قطعه عبارتست از جرم واحد حجم آن، و مقدار آن از فرمول d = M/V   gr/cm3 محاسبه می‌شود. هر قدر قطعه‌ی پلیمری كه در نظر است وزن مخصوص آن اندازه‌گیری شود، خالص‌تر باشد (دارای مواد افزودنی كمتر)، دانسیته آن به مقادیر مندرج در كتب و جداول نزدیك‌تر خواهد بود.

آزمون قابلیت انحلال

در آزمون حلالیت مساله‌ی انحلال یا عدم انحلال یک پلاستیک در یک یا چند حلال در دمای محیط یا بالاتر مورد بررسی قرار می‌گیرد.

حلالیت نه تنها به اجزای تشکیل دهنده یک پلیمر بلکه به درجه پلیمرشدن، میزان شاخه ای بودن، شبکه‌ای بودن و ایزومری ، نظم فضایی، و بلورینگی مواد پلیمری بستگی دارد.

در آزمون انحلال، باید موارد زیر یادداشت شود و بر مبنای این مشاهدات نتیجه‌گیری به عمل آید:

1. آیا پلیمر در حلال متورم می‌شود؟
2. آیا مقدار کمی از پلیمر حل میشود؟
3. آیا محلول گرانرو می‌شود؟
4. آیا تغییری در رنگ محلول ایجاد می‌شود؟
5. آیا محلول کدر می‌شود؟

در صورت بروز هرگونه شبهه درباره مواد حل شده، حلال تبخیر و مواد حل شده در آن بررسی می‌گردد ، با پاسخ به سوالات یک تا پنج و با استفاده از جداول مربوطه میتوان پلیمر مجهول را تاحدودی شناسایی کرد.

آزمون رنگ

آزمون رنگ، بر اساس واکنش پلیمر بامعرف است که منجر به تشکیل رنگ ناشی از تولید فراورده می‌شود .

واکنش‌های تشکیل رنگ هنوز مفیدترین آزمون برای شناسایی مشخصات ساختاری و گروههای عاملی حتی در آزمایشگاه‌هایی که دارای تجهیزات پیشرفته هستند، می‌باشد . از مزایای آزمون رنگ، می‌توان به حساسیت، مهارت، صرفه اقتصادی، زمان، مکان و حداقل تجهیزات با کاربری آسان اشاره نمود.

نتیجه گیری:

هدف از طرح مباحث فوق این است که به محض دیدن یك قطعه پلیمری با استفاده از ابتدایی‌ترین مشاهدات و آزمون‌ها مانند عکس العمل قطعه در برابر كشیده شدن، خم كردن، پیچاندن، فشار دادن آن بین دو ناخن، ارزیابی جهش و عكس‌العمل آن در برخورد با زمین، شفافیت ظاهری و سایر آزمایش های اولیه نظیر دانسیته، پی هاش و حلالیت بتواند به‌سرعت تشخیص دهد که پلیمر مجهول به كدام یك از خانواده‌های پلاستیك یا لاستیك وابسته است و در ادامه بتواند استنباط كند که مجهول مورد نظر به کدام یک از گروه‌های پلاستیک‌ها تعلق دارد و متناسب با ماهیت آن باید راهكارهای عملی را برای تشخیص نوع آن در پیش گیرد.

بیشتر پلیمرها در دسته‌ی پلاستیك‌ها جای دارند و لاستیك‌ها از نظر تعداد در مقایسه با پلاستیك‌ها خانواده بسیار کوچکتری را تشکیل می‌دهند، بنابراین ضروری است كه کسی که با پلیمرها کار میکند، اطلاعاتی در زمینه‌های مختلف کار با پلاستیك‌ها و خصوصیات آنها داشته باشد.