INSTYTUT MASZYN I URZĄDZEŃ ENERGETYCZNYCH

Politechnika Śląska w Gliwicach

INSTRUKCJA DO ĆWICZEŃ LABORATORYJNYCH Z WYTRZYMAŁOŚCI MATERIAŁÓW

IDENTYFIKACJA TWORZYW SZTUCZNYCH

Gliwice 2011

Strona 2 z 13

1 Cel ćwiczenia Celem ćwiczenia jest poznanie sposobów identyfikacji tworzyw sztucznych na

podstawie kilku charakterystycznych dla nich cech. Celem zaś badań identyfikacyjnych jest

określenie typu polimeru stanowiącego główny składnik analizowanego tworzywa

sztucznego.

2 Określenie podstawowych zagadnień %

Tworzywo sztuczne jest to materiał użytkowy, którego główną część (często jedyną)

stanowi związek wielkocząsteczkowy. Oprócz związku wielkocząsteczkowego w skład

tworzywa wchodzą substancje modyfikujące czyli nadające tworzywu określone właściwości

np. w celu zwiększenia wytrzymałości mechanicznej, termicznej, lub odporności na procesy

starzenia, czy też w celu nadania odpowiedniej barwy.

Związki wielkocząsteczkowe mogą być pochodzenia naturalnego np. białko, celuloza,

kauczuk naturalny.

Współczesny świat wykorzystuje praktycznie w każdej dziedzinie tworzywa sztuczne,

które podczas eksploatacji, użytkowania ulegają uszkodzeniom, czy zniszczeniu.

W pracach konserwacyjno-naprawczych, prowadzonych z tworzywami sztucznymi,

niezmiernie istotną sprawą jest rozpoznanie, z jakim rodzajem tworzywa ma się do czynienia.

Typ tworzywa bowiem decyduje o doborze rozpuszczalnika, kleju czy lakieru, który można

będzie zastosować.

W przypadku zaś zniszczenia elementy z tworzyw sztucznych zwykle trafiają do

kosza. Wiąże się to jednakże z powstawaniem ogromnej ilości odpadów począwszy od

różnego rodzaju opakowań jednorazowych, poprzez rzeczy codziennego użytku,

a skończywszy na elementach maszyn, urządzeń i konstrukcji. Ponieważ tworzywa sztuczne

należą do materiałów bardzo trudno podlegających procesom rozkładu a wysypiska śmieci

mają ograniczoną pojemność należy poważnie zastanowić się nad problemem ich ponownego

wykorzystania.

Jeśli chcemy wykorzystać odpady z tworzyw sztucznych jako surowce wtórne,

musimy je wcześniej posegregować. Jednak rozpoznanie z jakiego tworzywa został dany

przedmiot wykonany nie jest wcale łatwe. Mechaniczne sposoby rozdziału nie są doskonałe

i nadal pozostają w stadium prób. Zadowalające efekty osiągnięto dotychczas dla mieszanin

dwu- i trójskładnikowych. Chemiczne i fizykochemiczne metody pozwalające dokładnie

określić typ tworzywa są czasochłonne i trudne do mechanizacji. Pozostaje więc segregacja

ręczna - optyczna.

Rozpoznawanie tworzyw sztucznych nie jest niestety sprawą łatwą i wymaga pewnego

doświadczenia. Wyroby z różnych rodzajów tworzyw sztucznych są optycznie do siebie na

ogół bardzo podobne i tylko nieliczne z nich mają cechy zewnętrzne umożliwiające ich

identyfikację. I tak przykładowo polietylen ma „świecową" w dotyku powierzchnię (taką

samą mają jednak polipropylen i teflon wśród tworzyw sztucznych stosowanych

w samochodach). Dość charakterystyczny jest miękki, elastyczny polichlorek winylu.

W wypadku występowania zbrojenia włóknem szklanym, można podejrzewać obecność

poliestrów czy epoksydów. W sumie jednak organoleptyczne określenie typu tworzywa jest

niezmiernie trudne i może dać mylące wyniki. Znacznie pewniejsze jest wykonanie prób

rozpoznawczych, mianowicie próby rozpuszczalności i palności danego, tworzywa.

Aby umożliwić i ułatwić identyfikację, producenci wprowadzili oznaczenia kodowe

dla najczęściej spotykanych plastyków:

PET(E) HDPE (PE-HD) PVC (V) LDPE (PE-LD) PP PS

Strona 3 z 13

Rodzaje tworzyw i ich typowe zastosowanie:

PET - politereftalan etylenu: butelki na napoje i wodę o obj. 1,5 i 2 litry, a ostatnio także 0,33

l, czasem jednolitrowe na tłuszcze.

HDPE (PE-HD) - gęsty (sztywny) polietylen: butelki na domowe chemikalia, nakrętki na

butelki, zazwyczaj cienkie woreczki i folia "szeleszcząca".

PVC (V) - polichlorek winylu, winyl (pcw): butelki na tłuszcze (czasem też na wodę),

opakowania na żywność (np. sałatki), opakowania zabawek.

LDPE (PE-LD) - rzadki (miękki) polietylen: plastykowe torby, woreczki ("nieszeleszczące),

butelki do zgniatania (np. z ketchupem).

PP - polipropylen: podobnie do polietylenu.

PS - polistyren: tacki, foremki na jajka, kubki - najczęściej spotykany w formie styropianu

(polistyren spieniony) i dzięki temu łatwy do rozpoznania.

BRAK OZNAKOWANIA - PROBLEM BEZ WYJŚCIA?

3 Poznajemy tworzywa Jeśli na opakowaniu brak jest informacji, z jakiego tworzywa zostało wykonane, to

poza ewidentnymi przypadkami (duże butelki PET) prosta identyfikacja może okazać się

niemożliwa. Możemy jednak wykonać kilka prostych prób:

badanie gęstości względem wody,

badanie gęstości względem roztworu chlorku sodu o gęstości 1,1 g/cm3,

ogrzewanie i badanie w płomieniu.

3.1 Badanie gęstości względem wody. Polietylen (PE) i polipropylen (PP) - w przeciwieństwie do pozostałych tworzyw - są

lżejsze od wody. Jeżeli więc przedmiot wykonany z tworzywa wrzucimy do wody

i stwierdzimy, że nie tonie, to możemy być niemal pewni, że został on wykonany z PE lub PP

(inne tworzywa toną).

Gdy badanym przedmiotem jest butelka należy zadbać, aby w całości była wypełniona

wodą.

3.2 Badanie gęstości względem roztworu chlorku sodu o gęstości 1,1

g/cm3. Tym sposobem możemy sprawdzić, czy przedmiot, który tonął w wodzie, nie jest

wykonany z polistyrenu. Polistyren ma bowiem gęstość ok. 1,07 g/cm3 i w roztworze o gęstości 1,1 g/cm3 nie tonie. Roztwór soli kuchennej o podanej powyżej gęstości ma

stężenie 14%, co oznacza, że aby go przygotować należy 140 g soli rozpuścić w 860 g (860

cm3 ) wody, lub odpowiednio 163 g soli w 1l wody.

Opisane próby nie dotyczą oczywiście tworzyw z gazowymi wypełniaczami, np.

styropianu. Na szczęście jego identyfikacja nie stanowi zwykle problemu.

3.3 Ogrzewanie i badanie w płomieniu. Ogrzewając tworzywo bez kontaktu z płomieniem (tak, aby się nie zapaliło) możemy

podzielić tworzywa na dwie grupy: termoplasty, które pod wpływem temperatury miękną,

odkształcają się i topią i duroplasty, które takich cech nie wykazują. (Wyjątkiem w grupie

termoplastów jest politetrafluoroetylen, który w tej próbie zachowuje się jak duroplast).

Strona 4 z 13

Bardzo ważnym badaniem jest określenie zachowania się tworzyw w otwartym

płomieniu. Podczas tej próby należy ustalić:

palność tworzywa;

kolor płomienia i układ barwy, rodzaj płomienia;

zachowanie tworzywa w płomieniu;

zapach dymów wydzielających się po zgaszeniu próbki.

Podczas wykonywania tej próby istotnym jest badanie zachowania tworzywa

w kontakcie z płomieniem, sprawdzanie palności wewnątrz płomienia i po wyjęciu z niego

badanej próbki, obserwacja kapiących stopionych części (palących się lub nie). Obserwuje się

także wygląd płomienia - barwę na zewnątrz i wewnątrz oraz ewentualne kopcenie. Na

zakończenie próby bada się zapach i odczyn pH oparów tworzywa po zgaszeniu (stłumieniu)

ognia. Odczyn bada się wprowadzając do oparów wilgotny papierek wskaźnikowy.

Chlor w tworzywach (np. polichlorku winylu, kopolimerach chlorku winylu,

polichlorku winylidenu) można wykryć za pomocą tzw. próby chlorowej. W celu jej

przeprowadzenia należy ogrzewać w płomieniu palnika miedziany drut do momentu, aż

płomień stanie się bezbarwny (powróci do barwy pierwotnej). Następnie rozgrzany drut

zagłębiamy w badaną próbkę plastyku, tak aby jego niewielka ilość pozostała na drucie, po

czym na powrót wprowadzamy go do płomienia. Po wypaleniu się tworzywa zwracamy

uwagę na barwę płomienia - jego zielone lub niebieskozielone zabarwienie świadczy

o obecności chloru.

Nie zawsze otrzymane informacje pozwalają na identyfikację tworzywa (chociażby

dlatego, że nie wszystkie tworzywa zostały uwzględnione), nie zawsze uzyskane wyniki

muszą być identyczne dla tych samych polimerów podstawowych. Różnice mogą wywołać

różnego rodzaju dodatki, których celem jest modyfikacja własności plastyku. Mogą być też

wynikiem indywidualnej interpretacji przeprowadzonych obserwacji (np. barwy czy

zapachu). (Stwierdzenia "zapach drażniący, zapach słodkawy, płomień ciemnożółty" są dość

niejasne). Dlatego dla potwierdzenia wyniku analizy wskazane jest wykonanie badania próbki

znanego tworzywa (np. oznaczonego ww. kodem identyfikacyjnym) i porównanie z tym,

które aktualnie badamy.

Ustalenie rodzaju polimeru w tworzywach niemodyfikowanych jest czynnością

stosunkowo prostą. Rozróżnienie kopolimerów lub mieszaniny tworzyw sprawia natomiast

wiele trudności i wymaga przeprowadzenia dokładnych badań chemicznych i w wielu

przypadkach użycia specjalistycznej aparatury oraz dobrej znajomości zagadnień

chemicznych. Do badań tych możemy zaliczyć spektroskopię ramanowską i w podczerwieni

(IR), spektroskopię magnetycznego rezonansu jądrowego (NMR), skaningową kalorymetrię

różnicową (DSC) oraz inne opisywane w literaturze [1],[2].

Najczęściej identyfikacji tworzyw sztucznych dokonuje się na podstawie ich wyglądu

zewnętrznego, postaci handlowej, metody formowania, gęstości, zachowania się w otwartym

płomieniu i rozpuszczalnikach oraz temperatury topnienia (mięknienia) polimeru.

Wygląd zewnętrzny tworzywa jest silnie związany z jego charakterem. Można na tej

podstawie ograniczyć rozpoznanie tylko do kilku tworzyw. Szczególną uwagę należy zwracać

na powierzchnię, tzn. czy jest ona błyszcząca, matowa, tłusta czy porowata. Bardzo ważną

rolę odgrywa też w tym przypadku sztywność tworzywa i jego barwa (przezroczysta,

przeświecająca, kolor jasny czy ciemny).

Krąg poszukiwań można zawęzić na podstawie gęstości tworzyw sztucznych. Jest to

niekiedy pierwsza czynność w przypadku badania materiałów nienapełnionych. W przypadku

tworzyw napełnionych należy ustalić najpierw procentową zawartość napełniacza w próbce

(np. przez wypalenie próbki z napełniaczami mineralnymi w temp. 800°C). Na podstawie

znanej gęstości napełniacza określa się następnie gęstość polimeru.

Strona 5 z 13

Wyżej wymienione kryteria pozwalają określić rodzaj polimeru bez lub z użyciem

najprostszych pomocy laboratoryjnych (tabela Tabela 2) [3]. Przy pewnym doświadczeniu

wyniki obserwacji zachowania się tworzyw podczas ogrzewania w probówce szklanej lub

bezpośrednio w ogniu mogą być bardzo pouczające.

Sprawdzenie odporności tworzywa na działanie rozpuszczalników jest w niektórych

przypadkach dość długotrwałe w porównaniu z przedstawionymi powyżej czynnościami. Tę

metodę identyfikacji tworzyw stosuje się w przypadku, gdy poprzednio wykonane próby nie

dają jednoznacznej odpowiedzi. Omawiane badanie polega na potraktowaniu tworzywa

określonym rozpuszczalnikiem i obserwacji zachowania się materiału, aby stwierdzić czy

ulega on pęcznieniu lub rozpuszczaniu [4]. W celu przyspieszenia oddziaływania

rozpuszczalnika badanie przeprowadza się niekiedy w podwyższonej temperaturze.

Wymienione powyżej metody identyfikacji zostały zakwalifikowane do trzech

podstawowych grup:

metody chemiczne – identyfikacja poprzez zdolność do rozpuszczania polimeru,

pirolizę, oznaczenie liczby zmydlania i liczby kwasowej;

metody fizyczne – identyfikacja poprzez oznaczenie gęstości, badania

spektrofotometrii absorpcyjnej, badania chromatograficzne i różnicową analizę

termiczną;

metody chemiczno-fizyczne – identyfikacja poprzez poddanie próbki działaniu

płomienia i obserwację zjawisk zachodzących podczas tego procesu.

4 Metody

4.1 Metoda chemiczno-fizyczna

4.1.1 Zakres stosowanie metody

Metoda stosowana jest do identyfikacji tworzyw sztucznych niezawierających

napełniaczy o dowolnym kształcie próbki.

4.1.2 Opis metody

Metoda polega na spalaniu próbki w otwartym płomieniu oraz ogrzewaniu w probówce i obserwacji zachodzących zjawisk. Obserwuje się sposób palenia, kolor

płomienia, kolor dymu, pozostałości po spaleniu oraz zapach wydzielających się dymów.

4.1.3 Przyrząd pomiarowy

W metodzie badawczej wykorzystuje się:

palnik gazowy,

probówki,

uchwyt do probówek (szczypce),

metalowa łyżeczka.

4.1.4 Wykonanie pomiaru

Ogrzewanie próbki w probówce:

1. Dokonać organoleptycznej oceny próbki.

2. Zapalić palnik gazowy.

3. Wprowadzić do probówki rozdrobnioną próbkę i umieścić probówkę w uchwycie.

4. Probówkę delikatnie ogrzewać nad palnikiem, co chwile wyjmować z ognia i obserwować, co się dzieje wewnątrz (czy próbka topi się, rozkłada się, ciemnieje).

Strona 6 z 13

5. W czasie ogrzewania można wykonać dodatkowe badanie – sprawdzić odczyn pH

wydzielających się gazów (zwilżony papierek lakmusowy przyłożyć do wylotu

probówki).

6. Zaobserwowane zjawiska porównać z tabelą Tabela 2 i określić tworzywo, które

zostało zidentyfikowane.

Spalanie próbki w otwartym ogniu:

1. Dokonać organoleptycznej oceny próbki.

2. Zapalić palnik gazowy.

3. Na metalowej łyżeczce umieścić rozdrobnioną próbkę i wprowadzić bezpośrednio w płomieniu palnika, próbkę można wprowadzić również bezpośrednio do płomienia

przy użyciu specjalnych szczypiec.

4. Obserwować zachodzące zjawiska (zdolność do zapalania się tworzywa, kolor

płomienia itp.).

5. Zaobserwowane zjawiska porównać z tabelą Tabela 2 i określić tworzywo, które

zostało zidentyfikowane.

5 Krótkie charakterystyki niektórych tworzyw - właściwości,

zastosowania, obróbka itp.

5.1 Żywica epoksydowa: Została odkryta w Szwajcarii, produkowana jest z epichlorohydryny i dwufenolu.

Utwardzana jest po dodaniu utwardzaczy na gorąco lub na zimno.

Punkty sieciowania powstają przez wbudowanie utwardzacza lub poprzez reakcję

grup epoksydowych między sobą lub z grupą OH z sąsiedniej makrocząsteczki.

W procesie tym nie powstają małocząsteczkowe produkty uboczne.

Właściwości:

Dobra przyczepność do wielu różnych materiałów, dobre własności dielektryczne,

duża praca uderzenia, odporna na wilgoć i korozję.

Zastosowania:

Możemy podzielić je na trzy grupy:

1. Jako lakiery są twarde, ale równocześnie rozciągliwe, nie mają zapachu i barwy.

Lakierowane nimi blachy mogą być głęboko ciągnione, lakiery te stosuje się jako

wewnętrzną warstwę ochronną metalowych opakowań żywności.

2. Jako kleje świetnie łączą blachy lekkich stopów, a otrzymana skleina jest

wytrzymalsza na ścinanie niż połączenie nitowane. Z tego względu stosuje się je do

klejenia ram rowerów i skuterów, w elektrotechnice do klejenia komutatorów oraz

w przemyśle lotniczym.

3. Jako lane żywice stosuje się je głównie w elektrotechnice do zalewania

kondensatorów, cewek, izolatorów itd., jak również do wyrobu laminatów a nawet

szkła odpornego na działanie zasad. Ze względu na ich przyczepność do formy

istnieje konieczność stosowania środków rozdzielających typu: silikon, teflon.

5.2 Polistyren (winylobenzen) Otrzymywany technicznie z benzenu i etylenu, jest bezbarwną cieczą zbliżoną do

zapachu benzenu, dążącą do polimeryzacji w temperaturze pokojowej pod działaniem światła

a jeszcze silniej po ogrzaniu. Może być polimeryzowany dwoma metodami:

1. Polimeryzacja w masie, w wyniku której otrzymujemy przezroczysty kruchy

materiał rozdrabniany na ziarna, który może być formowany wtryskowo

Strona 7 z 13

w temperaturze 150170C. Ze względu na bardzo mały współczynnik strat

dielektrycznych stosowany jest w elektronice i technice wysokich częstotliwości.

Przy około 70C następuje mięknienie.

Z polistyrenu możemy wytwarzać folię o grubości 0.02 do 0.15 mm, giętką

i odporną na rozdarcie stosowaną jako izolacja przewodów elektrycznych i dielektryk (styrofleks)

2. Polimeryzacja emulsyjna, w wyniku której otrzymany polistyren jest wytrzymalszy

mechanicznie i mniej jednolity w kolorze. Charakteryzuje się większą odpornością

na uderzenie, jest odporny na alkohole, oleje, zasady oraz kwasy (z wyjątkiem

azotowego). Polistyren nie jest odporny na rozpuszczalniki organiczne zapala się

łagodnie dając płomień z dużą zawartością sadzy.

Rozróżniamy dwa podstawowe typy polistyrenu : Polistyren S - suspensyjny o właściwościach przeciętnych i Polistyren K - wysokoudarowy , otrzymywany przez

mechaniczne zmieszanie PS suspensyjnego z kauczukiem.

Polistyren S dzieli się na 5 rodzajów:

S C - nieplastyfikowany , o większej odporności cieplnej ,

S F - nieplastyfikowany , do celów elektrotechnicznych ,

S M - plastyfikowany wstrząsoodporny ,

S O - plastyfikowany do ogólnego zastosowania ,

S P - plastyfikowany łatwo płynący.

Polistyren K dzieli się na 4 podstawowe rodzaje i 2 rodzaje produkowane na

zamówienie :

K A - płytowy,

K B - o połysku większym niż pozostałe rodzaje,

K M - do ogólnego zastosowania,

K T - o większej odporności cieplnej,

K O - na obcasy,

K P - o większej płynności.

Zastosowania:

Polistyren S znajduje się w handlu pod postacią perełek lub granulatu ; ponadto do

celów poligraficznych produkuje się Relopol, charakteryzowany granulacją i przesiewem.

Ze względu na dobre własności, łatwość formowania wtryskowego możliwość

formowania plastycznego powyżej 70C i niską cenę, polistyren jest jednym z najczęściej stosowanych tworzyw sztucznych. Stosować go można do wytwarzania

takich wyrobów jak: nakrętki tub, obsadki piór, zabawki, szczotki, obudowy sprzętu

AGD, sztućce, naczynia, pojemniki, wewnętrzne okładziny lodówek, korpusy cewek,

cokoły lamp, listwy zaciskowe, folie izolacyjne, materiały elektroizolacyjne, uchwyty

narzędzi itp.

Ogólne właściwości polistyrenu:

Po otrzymaniu jest przeźroczysty, około 90% przepuszcza światła, doskonale daje się

barwić, jedno z tworzyw posiadające niskie przewodnictwo cieplne. Temperatura mięknienia

700C. Przy otrzymywaniu większych przedmiotów przeprowadza się sezonowanie. Przedmiot

taki wygrzewa się przez kilkadziesiąt godzin w temperaturze 70-800C, wychładza do

temperatury 600C, a następnie gwałtownie do 20

0C.

Strona 8 z 13

Umieszczony w płomieniu polistyren zapala się gwałtownie, a po wyjęciu z płomienia

pali się żółto-pomarańczowym silnie kopcącym płomieniem. Dymy mają zapach hiacyntów.

Polistyren jest odporny na działanie kwasów (z wyjątkiem azotowego), zasad,

węglowodorów, olejów mineralnych i roślinnych. Rozpuszcza się w benzenie, toluenie,

styrenie, dwusiarczku węgla i w rozpuszczalniku tri.

5.3 Polichlorek winylu (PCW)

Monomer chlorku winylu kondensuje w temperaturze -14C w przezroczystą ciecz, a uzyskiwany jest technicznie np. przez katalityczną syntezę kwasu solnego z acetylenem

(pod ciśnieniem), który polimeryzuje w postaci emulsji w cieczy. Zasadniczy wpływ na

stopień polimeryzacji i własności PCW ma temperatura.

PCW mięknie w temperaturze ok. 80C, ale formować go można dopiero w temperaturach przy których zaczyna się rozkład z wydzieleniem HCl.

Proszek przerabia się w temperaturze ok. 170C na plastyczne krążki, z których w tej

samej temperaturze przy wysokim ciśnieniu, poprzez prasowanie, wyciskanie, walcowanie

wytwarza się płyty, kształtki, rury, pręty i folie.

PCW powinien być przetrzymywany w tej temperaturze w jak najkrótszym czasie, aby

zapobiec jego rozkładowi.

Ze względu na obecność tzw. plastyfikatorów PCW dzielimy na dwie główne

odmiany:

1. twardy - nie zawierający plastyfikatorów (zmiękczaczy),w temperaturze pokojowej

twarde i mało sprężyste, przy niższej temperaturze kruszeją, dobrze nadaje się do

klejenia i spawania, pali się powierzchniowo i szybko gaśnie, odporny na kwasy,

zasady, alkohole, oleje mineralne i benzynę. Pod działaniem benzenu, estrów

i eteru ulega spęcznieniu.

Zastosowanie:

w przemyśle chemicznym - do rur i wykładzin zbiorników, jako izolator, do

obudów akumulatorów, powłok, płyt gramofonowych, głęboko tłoczonych na

gorąco - naczyń odpornych na oleje i tłuszcze, folii rozciąganych wzdłuż na

taśmy klejące i magnetofonowe.

Kopolimery:

astralon - kopolimer PCW z dodatkiem 20% akrylanu metylu, jako szkło

organiczne podobny do pleksiglasu, posiadający zdolność przepuszczania i

odporność na działanie światła (nie żółknie). Stosuje się go do wyrobu szyb

pojazdów, naczyń, opakowań, materiałów kreślarskich.

2. miękki - zawierający plastyfikatory, czyli środki spęczające, nie mogące zmieniać

własności w zakresie temperatur pracy, (np. estry olejopodobne). Proszek PCW

miesza się w temperaturze pokojowej z płynnym plastyfikatorem, otrzymując

mieszaninę, która po ugniataniu w mieszalnikach walcowych jest następnie

formowana walcowaniem lub wyciskaniem na folie lub rury.

Wraz ze wzrostem zawartości plastyfikatora (2050%) obniża się temperatura

mięknienia lub zeszklenia, a materiał uzyskuje własności podobne do miękkiej

skóry i niewielką sprężystość.

Dzięki plastyfikatorom rozkład i wydzielenie HCL odbywa się w wyższych

temperaturach, ale dłuższe ogrzewanie powyżej 70C powoduje wzrost kruchości.

Chemiczna odporność tego tworzywa jest gorsza niż twardego PCW i jego

polimerów.

Zastosowania:

folie na zasłony, ceraty, torby, opakowania, węże do wody, natryskiwana

izolacja przewodów elektrycznych, wykładzina poręczy schodów, podeszwy

Strona 9 z 13

butów, wykładziny podłogowe, niektóre elementy codziennego użytku, zabawki

i pojemniki.

5.4 Tworzywo kazeinowe (galalit) Otrzymuje się pod działaniem formaliny na kazeinę podpuszczkową. Jako materiał

białkowy ma własności podobne do własności naturalnego rogu. Utwardzanie

homogenizowanej przez mieszanie masy przeprowadza się , po jej plastycznym uformowaniu,

w kąpieli formalinowej (5-proc. roztwór). Czas hartowania w zależności od grubości

dochodzi nawet do kilku miesięcy. Występuje w postaci: rur, płyt, prętów, w różnych

kolorach. Ponadto w mniejszych ilościach występują jako nieutwardzone kształtki wstępne,

które po ostatecznym ukształtowaniu utwardza się roztworami formaldehydu.

Własności: duża giętkość i wytrzymałość, łatwa obróbka mechaniczna, zbyt duża

wodochłonność (przeciętna zawartość wody ok. 10%, w stanie nasycenia 30%) i w jej

następnie znaczne zmiany wymiarów uniemożliwiają stosowanie galalitu do wyrobu

artykułów technicznych. Z drugiej strony umożliwia ona barwienie galalitu wodnymi

rozworami barwników. Do farbowania na zimno stosuje się barwniki anilinowe w ok. 50%

roztworach kwasu octowego. Obróbka plastyczna galalitu , jak np. gięcie jest możliwa po

zanurzeniu w gorącej wodzie , oleju lub glicerynie (temp. 100-1200C).

Wytrzymałość na zginanie 100-180 MPa, udarność 2- 4 kJ/m2.

Odporność chemiczna: galalit jest odporny na działanie alkoholu , eteru i innych

rozpuszczalników organicznych , natomiast nie jest odporny na działanie kwasów i alkaliów.

Zastosowanie: guziki, żetony do gry, artykuły użytkowe i galanteria, elementy, od

których nie wymaga się szczególnej stałości wymiarów.

6 Opracowanie wyników Po wykonaniu ćwiczenia student zobowiązany jest do przedstawienia sprawozdania z

przebiegu wykonanego doświadczenia.

Powinno ono zawierać:

opis metody identyfikacji tworzyw sztucznych,

wyniki obserwacji zestawione w tabeli,

wnioski.

Tabela 1. Przykład tabeli pomiarów i wyników

Wygląd próbki

po ocenie organoleptycznej

Gęstość [g/cm3]

Zachowanie

się w wodzie

Zachowanie

się w 14% roztworze

ChCl

Temperatura topnienia

(mięknienia) polimeru

[°C]

Zachowanie

się tworzywa w

płomieniu

Wygląd płomienia

Zapach

dymów po zgaszeniu

próbki

Tworzywo zidentyfikowane

1 2 3 4 5 6 7 8 9

7 Literatura [1] Scheating: Tworzywa sztuczne- poradnik, WNT, Warszawa 2000

[2] T. Broniewski, J. Kapko, W. Płaczek, J. Thomalla: Metody badań i ocena właściwości

tworzyw sztucznych, WNT, Warszawa 2000

[3] K. Dobrosz, A. Matysiak: Tworzywa sztuczne, WSiP, Warszawa 1990

[4] D. Żuchowska: Polimery konstrukcyjne, WNT, Warszawa1995

Strona 10 z 13

8 Informacje dodatkowe

Tabela 2. Identyfikacja wybranych tworzyw sztucznych na podstawie: gęstości, temperatury topnienia

(mięknienia) polimeru, zachowania się w płomieniu oraz w rozpuszczalniku

Tworzywo Gęstość

[g/cm3]

Temperatura topnienia

(mięknienia) polimeru [°C]

Zachowanie się

tworzywa w płomieniu Wygląd płomienia

Zapach dymów po

zgaszeniu próbki

Zachowanie się tworzywa w

rozpuszczalniku

1 2 3 4 5 6 7

Polipropylen 0,89-0,91 160-170 Po zapaleniu pali się dalej samo, topi się i

spływa kroplami (kapie)

świecący z niebieskim

rdzeniem

Słaby, palonej

parafiny

Rozpuszcza się we wrzącym toluenie, wytrąca się po

ochłodzeniu

Polietylen

0,91-1,00

0,92-0,94 0,94-0,96

100-110

110-120 130-140

Po zapaleniu pali się

dalej samo, topi się i spływa kroplami (kapie)

świecący z

niebieskim rdzeniem

Słaby, palonej

parafiny

Rozpuszcza się we wrzącym

toluenie

Poliamid 12

Poliamid 11 Poliamid 6

Poliamid 6.6

1,01-1,04

1,03-1,05 1,12-1,15

1,13-1,16

170-180

180-190 215-225

250-260

Po zapaleniu pali się

dalej samo, kapie, tworzą się pęcherze i

ciągnące się nitki

świecący,

niebieskawy z żółtym obrzeżem,

silnie kopcący

Palonego rogu Rozpuszczalny w stężonym

kwasie mrówkowym i fenolu

Polistyren 1,04-1,08 60(90)-110 Zapalony, pali się dalej i

mięknie świecący, silnie

kopcący Słodko-kwiatowy

Rozpuszcza się w benzenie,

tri (trichloroetylenie), chlorku metylu

(dichlorometanie) i acetonie

Kopolimery styrenu 1,02-1,09 - Po zapaleniu pali się

dalej samo, mięknie

świecący, silnie

kopcący

Słodko-kwiatowy

oraz palonej gumy lub drapiący

Podobnie jak polistyren; zależnie od rodzaju

kopolimeru rozpuszczalność

może być mniejsza

Żywice poliestrowe Żywice poliestrowe z

włóknem szklanym

1,10-1,40 1,80-2,30

- -

Po zapaleniu pali się

dalej samo, zwęgla się świecący, kopcący

Podobnie jak polistyren: słodko-

kwiatowy

Praktycznie nierozpuszczalne (słabo rozpuszczalne w

acetonie)

Żywice epoksydowe Żywice epoksydowe z

włóknem szklanym

1,10-1,40 1,80-2,30

- -

Po zapaleniu pali się

dalej samo świecący, kopcący

Najpierw mało charakterystyczny,

potem fenolu

Praktycznie nierozpuszczalne (pęcznieje nieco w acetonie i

estrach)

Octanomaślan celulozy 1,11-1,22 125-175 Po zapaleniu pali się dalej samo, topi się i

spływa kroplami (kapie)

świecący, żółty,

iskrzący

kwasu octowego i masłowego,

palonego papieru

Rozpuszczalne w acetonie,

dioksanie i octanie etylu; przy ogrzewaniu w 30%

kwasie siarkowym występuje zapach octu i kwasu

masłowego

Poli(metakrylan metylu) 1,16-1,20 160-190 Po zapaleniu pali się dalej samo, mięknie

świecący,

trzaskający, żółty z niebieskim

środkiem

Owocowy

Rozpuszczalne w acetonie,

benzenie, dioksanie, octanie

etylenu

Poli(chlorek winylu)-

zmiękczony Poli(chlorek winylu)-

twardy

1,19-1,41

1,38-1,41

-

140-160

Pali się w płomieniu, gaśnie poza płomieniem,

mięknie, następnie ulega

rozkładowi barwiąc się na brązowo lub czarno

Żółty z zielonym

obrzeżem, białe dymy,

ewentualnie iskry

Chlorowodoru

(charakterystyczny dla tworzyw

winylowych)

Rozpuszczalny w

cykloheksanie i

tetrahydrofuranie

Poliwęglan 1,20-1,22 220-230

Pali się w płomieniu,

gaśnie poza płomieniem,

po zapaleniu topi się, ulega rozkładowi,

zwęgla się i staje się

kruchy

świecący, kopcący Zbliżony do fenolu

Rozpuszczalny w dimetyloformamidzie,

chloroformie, cykloheksanie,

chlorku metylu, cykloheksanonie i krezolu

Poliuretan usieciowany

1,20-1,26

-

Po zapaleniu pali się

dalej samo, topi się i

kapie, szybko się zwęgla Świecący Nieprzyjemny, ostry

Rozpuszczalny w

dimetyloformamidzie, poza tym prawie nierozpuszczalny Poliuretan usieciowany–

pianka -

Po zapaleniu pali się dalej samo, nie topi się

Politetrafluoro-etylen 2,10-2,20 325-335 Nie pali się, w płomieniu

staje się przezroczysty - - Nierozpuszczalny

Azotan celulozy

Spala się całkowicie i

bardzo szybko, trudne do

zgaszenia

Żółty, bardzo jasny

Kamfory Rozpuszczalny w acetonie,

octanie etylu i cykloheksanie

Octan celulozy 1,22-1,32 125-175

Po zapaleniu pali się

dalej samo, topi się i

kapie

Żółto-zielony, iskrzący

Kwasu octowego i palonego papieru

Rozpuszczalny w acetonie, dioksanie i octanie etylu;

przy ogrzewaniu w 30%

kwasie siarkowym występuje zapach octu

Żywice fenolowe 1,26-1,28 -

Pali się słabo w

płomieniu, gaśnie poza płomieniem

Jasny, kopcący Fenolu i

formaldehydu

Rozpuszczalne w stężonym

ługu, alkoholu i acetonie (tylko w przypadku żywic)

Poliuretan liniowy - Po zapaleniu pali się Świecący Silnie Rozpuszczalny w

Strona 11 z 13

twardy dalej samo, topi się i ciemnieje

drażniący fenolu na gorąco

Tworzywa

termoutwardzalne

fenolowe

-

Pali się słabo w

płomieniu, gaśnie poza płomieniem, zwęgla się i

pęka

Żółty Fenolu Nie rozpuszcza się

Tworzywa

termoutwardzalne melaminowe

-

Pali się słabo w

płomieniu, gaśnie poza płomieniem

Żółty Formaliny,

amoniaku Nie rozpuszcza się

Poliestry

termoplastyczne poli(terftalanetylenu)

poli(tereftalanbutylenu)

1,38-1,41

250-260

220-230

Po zapaleniu pali się

dalej samo, mięknie, topi

się i kapie

Świecący, kopcący

Słodkawy, aromatyczny

Rozpuszcza się w fenolu oraz

mocnych kwasach i zasadach; ulega hydrolizie

we wrzącej wodzie

Tworzywa acetalowe 1,41-1,43 165-185 Po zapaleniu pali się dalej samo, topi się i

rozkłada

Świecący,

niebieskawy Ostry, formaldehydu

Rozpuszczalne w

trietanoloaminie

Amonoplasty z

napełniaczem organicznym

1,47-1,52 - Pali się bardzo słabo,

gaśnie poza płomieniem

Jasny, często z

białymi brzegami

Amoniaku i

formaldehydu

Nierozpuszczalne w

rozpuszczalnikach organicznych

Tabela 3. Podstawowe właściwości materiałowe

Oznaczenie Właściwości materiałowe

B kopolimer blokowy

C kopolimer chlorowany

E polimer emulsyjny

G żywica lana

H homopolimer

HD o dużej gęstości

HMW polimer o dużym ciężarze cząsteczkowym

J prepolimer

L kopolimer szczepiony

LD o małej gęstości

LLD liniowy o małej gęstości

M polimer otrzymywany w masie

MD średnia gęstość

N żywica nowolakowa

P plastyfikowany

R kopolimer statystyczny

S polimer suspensyjny

VLD o bardzo małej gęstości

X usieciowany, podatny na sieciowanie

Z trwale antyelektrostatyczny

Strona 12 z 13

Tabela 4. Skróty nazw najważniejszych polimerów

Oznaczenie Nazwa materiału polimerowego Oznaczenie Nazwa materiału polimerowego

AF anilina - formaldehyd PHA akrylan fenylu

CA octan celulozy PI poliimid

CAB octanomaślan celulozy PIB poliizubutylen

CF żywica krezolowo-formaldehydowa PMI metakryloimid

CMC karboksymetyloceluloza PMMA poli(metakrylan metylu)

CN azotan celulozy PO poliolefina

CP propionian celulozy POB poli-p-hydroksybenzoesan

CSF żywica kazeinowo-formaldehydowa POM polioksymetylan

EC etyloceluloza PP polipropylen

EP żywica epoksydowa PPE poli(eter fenylenu)

MC metyloceluloza PPO polifenylon eter

PA poliamid PPOX poli(tlenek propylenu)

PAE poliaryloeter PPS poli(siarczek fenyleu)

PAEK poliryloeteroketon PPSU poli(sulfon fenylenu)

PAI poliamidoimid PS polistyren

PAN poliakrylonitryl PSU polisulfon

PAR poliarylan PTFE politetrafluoroetylen

PB poli-1-butel PUR poliuretan

PBA poli(akrylan butylu) PVAC poli(octan winylu)

PBI polibenzimidazol PVAL poli(alkohol winylowy)

PBMI polibismaleimid PVC poli(chlorek winylu)

PBT poli(teraftalan butylenu) PVDC poli(chlorek winylidenu)

PC poliwęglan PVF poli(fluorek winylu)

PCTFE polichlorotrifluoroetylen PVFM poliwinyloformal

PE polietylen PVK poliwinylokarbazol

PEEK polieteroeteroketonoketon PVP poliwinylopirolidon

PEI polieteroimid SI silikon

PEK politeroketon SP poliester nasycony

PES poliaryloetorosulfon UP poliester nienasycony

PF żywica fenolowo-formaldehydowa

Tabela 5. Rodzaje i ilość substancji pomocniczych

Udział ilościowy Pojedynczy napełniacz Napełniacz hybrydowy

Nie podany GF (GF + K)

Wartość stała GF30 (GF25 + K5)

Zakres od ... do GF30 - 5 (GF20-5 + K10-5)

Udział łączny - (GF + K) 40

Strona 13 z 13

Tabela 6. Przykładowe zastosowania tworzyw polimerowych Nazwa tworzywa Przykładowe zastosowanie Zdjęcia produktów

PET (politereftalan etylu) butelki, wypełniacze do poduszek

LDPE (miękki polietylen -

mała gęstość)

Low Density PoliEthylene

folia do miękkich opakowań

spożywczych, torby na zakupy, worki na

odpady

HDPE (twardy polietylen -

duża gęstość)

High Density PoliEthylene

pojemniki na filmy do aparatów

fotograficznych, opakowania do jogurtu

"actimel", nakrętki do butelek

PVC (polichlorek winylu)

rury wodociągowe, wykładziny, okna,

parapety, ceraty

PP (polipropylen) torebki na chipsy, pojemniki na jogurty,

pojemniki na śmieci

PS (polistyren): spieniona

wersja polistyrenu to

styropian)

tacki do pakowania mięsa, kubki do

gorących napojów, opakowania

PC (poliwęglan)

płyty CD