روش های تشخیص جنس قطعات پلاستیکی
روش های تشخیص جنس قطعات پلاستیکی
با تشخیص جنس قطعات پلاستیکی پر مصرف می توانید به وسیله دستگاه تزریق پلاستیک، بهترین محصولات را تولید کرد. در مقاله روش های تشخیص جنس قطعات پلاستیکی به بررسی انواع این روش ها می پردازیم.
لوازم پلاستیکی پر مصرف
یكی از بزرگترین مشكلات مبتلا به صنایع پلیمری و بازیافت پلیمرها، عدم شناخت مراكز تولیدی و یا فروش مواد اولیه از مواد پلیمری است و همین امر سبب می گردد مواد مناسبی خریداری نشود و یا قطعه تولید شده با افت کیفیت مواجه گردد. برای مثال گاهی:
- پس از اتمام مواد، جایگزینی آنها درست انجام نمی شود و خواص محصول جدید با مشخصات تولیدات قبلی تفاوت های 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.
- قطعات پلاستیکی پر مصرف زیادی خریداری می شود بدون تست کردن صحت نوع مواد ادعا شده از طرف فروشنده.
برای مثال ادعا می شود که ۱۰ تن فیلم پ.پ است در حالی که در واقع مواد پی وی سی است و یا بجای گرانول پلی اتیلن گرانول پ.پ ارسال می گردد.
برای ورود علمی و آگاهانه در زمینه تشخیص جنس قطعات پلاستیکی و جلوگیری از انتخاب غلط مواد پلیمری باید ابتدا با سه واژه ی جنس، نوع و گونه پلیمر آشنا شد و سپس از پارامترهای فنی آنها اطلاعات لازم را به دست آورد.
هفت پلاستیک پلی اتیلن سنگین، پلی اتیلن سبک، پی وی سی، پلی استایرن، پت, پلی پروپیلن و ABS از اهمیت صنعتی و بازرگانی بسیار بالایی برخوردار هستند .
در این مقاله به بررسی روش های شناسایی كیفی این پلاستیك ها پرداخته می شود.
برای این منظور سه مبحث زیر بسیار مهم است:
- روش‌های ساده ی تشخیص پلاستیک ها از لاستیک ها
- روش‌های تشخیص پلاستیک های گرمانرم از گرماسخت
- آزمایشهای ساده و کم هزینه برای تشخیص
پلاستیک ها از چه موادی تشکیل شده اند؟
یک آمیزه پلاستیكی معمولا از اجزای زیر تشکیل شده است:
- پلیمر پایه (مهمترین جزء آن قطعه است.)
- پركننده‌ها
- نرم كننده (در صورت امكان)
مهمترین قسمت یک آمیزه، پلیمر پایه ی آن است بنابراین اگر شناسایی جنس و نوع درست انجام شود، با اهمیت ترین بخش فرآیند با موفقیت صورت پذیرفته است در غیر این صورت اگر تنها، افزودنی های آمیزه درست شناسایی شده باشند، گزارش كار گمراه‌كننده و فاقد ارزش خواهد بود.
بنابراین شناسایی كیفی قطعات پلاستیکی پر مصرف عبارتست از مشخص نمودن جنس اجزاء اصلی شركت كننده در آمیزه (فرمولاسیون) آن قطعه، كه معمولاً جنس پلیمر پایه آن مشخص می شود (صرف نظر از مقدار آن در آمیزه).
آزمایش کیفی مواد پلاستیک
اولین گام در شناسایی كیفی یک پلاستیک
استفاده از خواص ظاهری و مكانیكی است، به عنوان مثال:
- آیا نمونه شفاف است یا كدر؟
- انعطاف پذیر است یا خیر؟
- خاصیت كشسانی دارد؟
- سخت است یا نرم؟
- دانسیته ی آن چقدر است؟
- و شرایط كاركرد قطعه چیست؟
از هر كدام از این اطلاعات میتوان سر نخ های اولیه شناسایی كیفی را به دست آورد.
مثال: از بررسی های یک نمونه فیلم شفاف نتایج مقدماتی زیر گرفته شده است:
- فیلم نمونه مجهول، شفاف است.
- نمونه در برابر حرارت در محدوده حرارتی (۱۱۱) ˚C ذوب می شود.
- فیلم نمونه روی سطح آب شناور باقی می ماند به عبارت دیگر دانسیته آن کمتر از یک گرم بر سانتیمتر مکعب است.
- در اثر تماس با آب، آب را جذب نمی کند.
- در اثر ذوب فیلم تودهای به دست می آید که دارای ظاهری کدر و ابری رنگ می باشد.
- هنگام ذوب شدن و خصوصا با بالا رفتن حرارت بعد از ذوب پلاستیک بویی شبیه به موم و واکس از نمونه به مشام می رسید.
جمع بندی و استفاده از این اطلاعات در مباحث آینده مطرح خواهد شد.
گام دوم آزمونهای اولیه شناسایی كیفی پلاستیک ها
آزمایشهای مقدماتی كه در این مبحث معرفی می شوند در عین سادگی، ارزانی و امكان انجام سریع، اطلاعات كلیدی و مهمی را از ماهیت پلیمر مجهول آشكار می‌سازند.
۲-۱- آزمونهای تجزیه حرارتی
در بررسی های مقدماتی و غیر کمی، از دو روش تجزیه حرارتی (پیرولیز) و سوزاندن زیاد استفاده می شود.
نتایج هر دو روش مکمل هم بوده و برای دستیابی به اطلاعات مورد نیاز به کار می رود.
نکته قابل تذکر این است که، در کاربرد این دو روش، فرد باید قوه تشخیص، حس بویایی قوی، تجربه لازم و صبر و دقت کافی در پردازش اطلاعات فراوان به دست آمده از این روش ها را داشته باشد.
۲-۲- تعیین PH گازهای حاصل از تخریب حرارتی پلیمر
قطعه كوچكی از یک پلاستیک به اندازه یک عدس بزرگ را درون یک بوته چینی یا لوله آزمایش كوتاه در معرض هوا، به صورت تماس غیرمسقیم با شعله یک چراغ الكلی، حرارت می دهند تا پلیمر به تخریب حرارتی خود برسد و گازهایی كه در اثر تخریب و تجزیه حرارتی از عوامل و عناصر سازنده پلاستیک به وجود آمده اند، متصاعد گردند.
در چنین حالتی PH گازهای خارج شده را توسط معرف ها (اندیكاتورها) اندازه گیری می كنند، در اثر این تجزیه ملكولی، برخی از عناصر كلیدی تشكیل دهنده زنجیره پلیمر و گروه های جانبی آن مشخص می گردند.
بسته به ماهیت اسیدی، خنثی یا بازی بودن PH گازهای متصاعد شده، گروهی كه پلیمر مجهول به آن وابسته است مشخص می شود.
۲-۳- آزمون شعله
آزمون شعله غالبا در راستایتشخیص جنس قطعات پلاستیکی و الیاف كاربرد فراوان دارد، در حقیقت هدف از انجام این آزمایش بررسی و تحقیق پیرامون رفتار و پدیده هایی است كه یک پلاستیک 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 جنس پلاستیك مجهول را با مجموعه ای از نتایج چند آزمون مختلف كه كنار هم گذاشته شوند تا اطمینان كامل از صحت تشخیص كیفی فراهم گردد.
نتایج حاصل از آزمایش شعله
چند گرم نمونه را به وسیله اسپاتول فلزی روی لبه خارجی شعله بگیرید. مقدار کمی در حدود نیم دقیقه
اگر نمونه بلافاصله شعله ور نشد، به مدت چند ثانیه آن را درون شعله قرار دهید و سپس آن را از شعله دور کنید.
سهولت در شعله وری، بو، خود اطفائی، تغییر رنگ، ذوب و تجزیه نمونه، سوختن نمونه، 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 قطعات پلاستیکی پر مصرف را تاحدودی شناسایی کرد .
- آیا نمونه به حالت مذاب در میآید؟
- آیا پلاستیك به آسانی شعله ور میشود؟
- آیا ماده به سختی میسوزد؟
- شعله چه رنگی است؟
- آیا از نمونه در حال سوختن قطره میچكد؟
- آیا قطرات در حین چكیدن مشتعل هستند؟
- آیا نمونه پس از سوختن از خود خاکستر بجا میگذارد؟
- آیا نمونه پس از بیرون آمدن از شعله خود به خود خاموش میشود؟
- آیا نمونه ذغالی میشود؟
- چه بویی از سوختن پلاستیك حاصل میشود؟
هر كدام از این ویژگی های 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 قطعات پلاستیکی پر مصرف تحت آزمون خواهد شد.
بررسی بوهای متصاعد شده در حین آزمون شعله پلاستیک ها
بوهایی كه از سوختن پلاستیک ها ایجاد می شود برانگیخته از ساختار مولكولی و مواد افزودنی آن ها است، اغلب پلاستیک های گرمانرم خالص، در حین سوختن بوهای كاملا مشخصی تولید می كنند. این روش یک از راهکارهای تشخیص جنس قطعات پلاستیکی می باشد.
باید توجه داشت كه پركننده های آلی، پایداركننده ها، و سایر افزودنی های اضافه شده به آمیزه پلاستیک در حین سوختن روی بوی پلیمر خالص تاثیر می گذارند، بنابراین هرقدر پلیمر خالص تر باشد بوی متصاعد شده بهتر قابل تشخیص خواهد بود.
چند مثال برای تشخیص :
بویی كه از سوختن پلی‌اتیلن نسبتا خالص به وجود میآید رایحه‌ی پارافین ها و واكس ها را تداعی می كند، زیرا با ساختمان مولكولی آنها تشابه دارد.
بویی كه از سوختن پلی استایرن خالص به مشام می رسد عطر‌ی نسبتا خوش و شبیه به شكلات دارد كه سوختن آن با ایجاد دوده همراه است.
پلی‌آمیدها بخاطر شباهت مولكولی با پلی پپتایدها كه پروتئین ها از آن ها مشتق می شوند، اغلب بویی شبیه سوختن شاخ حیوانات (دارای پایه پروتئینی هستند) را منتشر می سازند.
۲-۴ آزمون بررسی گستره ذوب پلاستیک های گرمانرم
در پدیده ذوب یک پلیمر، حرارت دریافت شده، نیروهای بین زنجیرهای پلاستیک را تا آن حد كاهش می دهد كه زنجیرها می توانند روی هم بلغزند و جاری شوند یا تحت تنش وارد بر آن، مولكول‌های پلاستیک مذاب به حركت در آیند. شایان دقت است پدیده ذوب در پلاستیک ها فقط در گروه پلاستیک های بلوری و نیمه بلوری دیده میشود، و این تغییر حالت فیزیكی پلاستیک 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 سبكک تر و سپس سنگین تر ذوب می شوند كه همین امر موجب به وجود آمدن پدیده ی گستره ذوب در پلاستیک ها میشود. در جدول (۱) گستره ذوب شش پلاستیک مهم ارائه شده است.
جدول (۱) ارائه گستره ذوب شش پلاستیک مهم
| گستره ذوب | نام پلاستیك |
| ۱۱۵ ± ۴ °C | LDPE |
| ۱۲۷ ± ۴ °C | HDPE |
| ۱۲۵ ± ۴ °C | LLDPE |
| ۱۶۵ ± ۵ °C | PP |
| ۲۵۵ ± ۵ °C | PET |
| ۳۲۸ ± ۵ °C | PTFE(Teflon) |
آزمون تعیین دانسیته
دانسیته یا وزن مخصوص هر قطعه عبارتست از جرم واحد حجم آن، و مقدار آن از فرمول d = M/V gr/cm۳ محاسبه میشود. هر قدر قطعه ی پلیمری كه در نظر است وزن مخصوص آن اندازه گیری شود، خالص‌تر باشد (دارای مواد افزودنی كمتر)، دانسیته آن به مقادیر مندرج در كتب و جداول نزدیك‌تر خواهد بود.
در جدول (۲) دانسیته تقریبی تعدادی از مهمترین پلاستیکهای صنعتی و پرمصرف با‌هم مقایسه شده‌اند.
تعیین دانسیته یك قطعه پلاستیكی از نظر كنترل كیفیت بسیار مهم، ولی از جهت كمك به شناسایی كیفی حائز اهمیت زیادی نیست.
جدول (۲) مقایسه دانسیته تقریبی تعدادی از مهمترین پلاستیک های صنعتی و پرمصرف
| Density (g/cm (۳ | Material |
| ۰.۸۵-۰.۹۲۰.۸۹-۰.۹۳
۰.۹۴-۰.۹۸ ۱.۰۴-۱.۰۶ ۱.۰۴-۱.۰۸ ۱.۳۴-۱.۴۰ ۱.۳۸-۱.۴۱ ۲.۱-۲.۳ |
Polypropylene (PP)High-pressure (low-density) polyethylene (LDPE)
Low-pressure (high-density) polyethylene (HDPE) Acrylonitrile-butadiene-styrene copolymers (ABS) Polystyrene (PS) Polyethylene terephthalate (PET) Rigid PVC Polytetrafluoroethylene |
آزمون قابلیت انحلال
در آزمون حلالیت مساله ی انحلال یا عدم انحلال یک پلاستیک در یک یا چند حلال در دمای محیط یا بالاتر مورد بررسی قرار می گیرد.
حلالیت نه تنها به اجزای تشکیل دهنده یک پلیمر بلکه به درجه پلیمرشدن، میزان شاخه ای بودن، شبکه ای بودن و ایزومری ، نظم فضایی، و بلورینگی مواد پلیمری بستگی دارد.
در آزمون انحلال، باید موارد زیر یادداشت شود و بر مبنای این مشاهدات نتیجه گیری به عمل آید:
- آیا پلیمر در حلال متورم میشود؟
- آیا مقدار کمی از پلیمر حل میشود؟
- آیا محلول گرانرو میشود؟
- آیا تغییری در رنگ محلول ایجاد میشود؟
- آیا محلول کدر میشود؟
در صورت بروز هرگونه شبهه درباره مواد حل شده، محلول باید برای تعیین مواد حل شده تبخیر شود. 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 تشخیص جنس قطعات پلاستیکی پر مصرف این است که به محض دیدن یك قطعه پلیمری با استفاده از ابتدایی‌ترین حركات و آزمون‌ها مانند بازتاب قطعه در برابر كشیدن، خم كردن، پیچاندن، فشار دادن آن بین دو ناخن، ارزیابی برجهندگی و عكس‌العمل آن در اثر برخورد با زمین، شفافیت ظاهری و سایر آزمایش های اولیه نظیر دانسیته، پی هاش متری 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 مجموعه ی پلاستیک ها جای دارند و لاستیك‌ها از نظر تعداد در مقایسه با پلاستیك‌ها بسیار محدودترند، بنابراین ضروری است كه کاربر پلیمر، اطلاعات وسیع در زمینه‌های مختلف پلاستیك‌ها داشته باشد.
منابع و مآخذ
- Hawley G G., The Condensed Chemical Dictionary, Van Nostrand Reinhold Comp., 1981.
- Polymers, identification and analysis preliminary test method, ISIRI 8391, 1st edition, 1384.
- Braun D., Identification of plastics, Hanser publication, Germany, 1984.
- .۴ كراوس آ، لانگ آ، آشنایی با تجزیه شیمیایی پلاستیك ها (تئوری و عملی) ، ترجمه دكتر محمود محراب زاده، مركز نشر دانشگاهی، چاپ اول، ۱۳۶۵.
- ۵.نعمتی سعید ، آنالیز و شناسایی کیفی و کمی پلیمرها (تئوری و عملی) ، جهاد دانشگاهی امیرکبیر، چاپ اول، ۱۳۹۱
سوال خود را از ما بپرسید
در گفتگو ها شرکت کنید.