W poszczególnych dziedzinach przemysłu stosuje się ogromną ilość rodzajów tworzyw sztucznych różniących się składem chemicznym i właściwościami. Na pierwszy rzut oka niektóre z nich wydają się być do siebie podobne, w rzeczywistości jednak różnią się w sposób zasadniczy. Nowe techniki, materiały i procesy oraz wzrost dokładności pomiarów powodują powstawanie coraz bardziej zaawansowanych metod i urządzeń. Coraz częściej pojawia się problem określenia złożonych cech strukturalnych znanego materiału lub morfologii jakiejś kompozycji i nie można szybko znaleźć właściwego rozwiązania. Jeżeli już je znajdziemy, to interpretacja uzyskanych wyników również nie jest prosta.
Pełna analiza danego materiału jest trudna, wymaga długiego czasu i odpowiednich urządzeń. Konieczne jest wcześniejsze rozdzielenie tworzywa na poszczególne elementy składowe, takie jak polimer, napełniacze, zmiękczacze, pigmenty i inne. Czasami jednak potrzebna jest jedynie identyfikacja podstawowego składnika tworzywa, jakim jest polimer. Znane są proste metody pozwalające na szybkie zidentyfikowanie najczęściej stosowanych polimerów i zakwalifikowanie tworzywa do określonej grupy. Przyjrzyjmy się zatem poszczególnym metodom identyfikacji tworzyw.
Podstawy identyfikacji tworzyw
Struktura materiałów, w tym tworzyw polimerowych, jest niezwykle szerokim zagadnieniem. Ich identyfikacja jest bardzo istotna z punktu widzenia jakości wyrobów, czy to w zwyczajnej analizie czy też w poszukiwaniu wad i usterek oraz ustalania przyczyn ich powstawania. W pracach konserwacyjno-naprawczych, prowadzonych z tworzywami sztucznymi, niezmiernie istotną sprawą jest rozpoznanie, z jakim rodzajem tworzywa ma się do czynienia. Typ tworzywa decyduje bowiem o doborze rozpuszczalnika, kleju czy lakieru, który będzie można zastosować.
Rozpoznawanie tworzyw sztucznych nie jest niestety sprawą łatwą i wymaga pewnego doświadczenia. Wyroby z różnych rodzajów tworzyw sztucznych są wizualnie 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.
Metody identyfikacji zostały zakwalifikowane do 3 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 itp.
- metody chemiczno-fizyczne - identyfikacja poprzez poddanie próbki działaniu płomienia i obserwację zjawisk zachodzących podczas tego procesu.
Nowoczesne metody i urządzenia stały się obecnie wyspecjalizowane, skomplikowane i zwykle bywają bardzo drogie. Wymagają spełnienia określonych warunków i wysoko kwalifikowanej, przeszkolonej obsługi. Bardzo istotnym, a niezbyt prostym zagadnieniem, jest wybór właściwych metod.
W przypadku tworzyw sztucznych identyfikacja opiera się głównie na analizach metodą spektrometrii w podczerwieni z transformacją Fouriera (FTIR). Uzyskiwane spektrogramy badanego materiału analizowane są pod kątem występowania sygnałów charakterystycznych, zaś wyniki identyfikacji są konfrontowane z szeroką bazą spektrogramów różnych tworzyw. Dodatkowo identyfikacja wspomagana jest również badaniami metodą różnicowej kalorymetrii skaningowej (DSC) oraz termograwimetrii (TGA).
Możliwa jest również analiza gazów wydzielanych w podwyższonej temperaturze metodami chromatograficznymi i w wyniku rozkładu temperaturowego metodą termograwimetrii sprzężonej ze spektrometrią w podczerwieni z transformacją Fouriera (TGA-FTIR). Spektrometr promieniowania X służy do identyfikacji pierwiastków w danej substancji i określenia ich stężenia. Pierwiastki są wykrywane na podstawie charakterystycznej długości fali emisji wtórnego promieniowania rentgenowskiego. Analiza ilościowa (ocena stężenia danego pierwiastka) jest możliwa poprzez pomiar intensywności danej energii (odpowiadającej wybranemu pierwiastkowi). Stężenie konkretnego pierwiastka określane jest za pomocą pomiaru intensywności linii jego charakterystyki.
