Общая характеристика полимеров

Полимеры - высокомолекулярные природные и синтетические соединения с молекулярной массой от нескольких тысяч до миллионов, молекулы которых (макромолекулы) состоят из большого числа одинаковых мономерных звеньев, соединенных химическими связями.

Полимеры бывают органическими и неорганическими (не содержащими атомов углерода), природными и искусственными. Природные полимеры - белки, целлюлоза, крахмал, натуральный каучук и др.

По типу мономерных звеньев полимеры подразделяются на:

* гомополимеры - полимеры, состоящие из одинаковых мономерных звеньев: например, полиэтилен (-CH₂-CH₂-)_n, поливинилхлорид (-CH₂-CHCl-)_n;

* сополимеры - полимеры, содержащие несколько типов мономерных звеньев. Например,

-А-В-А-В-А-В-; -АА-В-АА-В-,

где А, В - мономерные звенья.

В зависимости от состава основной цепи полимеры делят на гомоцепные (основная цепь построена из одинаковых атомов) и гетероцепные (в основной цепи содержатся атомы различных элементов).

Синтетические полимеры получают из низкомолекулярных веществ (мономеров) с помощью реакций полимеризации[1], поликонденсации[2], а также путем химических превращений других синтетических или природных полимеров.

Полимеры могут существовать в кристаллическом и аморфном состояниях. Незакристаллизованные полимеры могут находиться в трех физических состояниях: стеклообразном, высокоэластичном и вязкотекучем. Высокоэластичное состояние является специфичным для полимеров и характеризуется большими обратимыми деформациями (порядка 1000%) с очень малым временем релаксации.

Полимеры с низкой (ниже комнатной) температурой перехода из стеклообразного в высокоэластичное состояние называются эластомерами (каучуками), с высокой - пластиками.

Все каучуки подразделяются на натуральные и синтетические.

Натуральный каучук - продукт растительного происхождения, содержащийся в растительном соке (латексе) каучуконосных растений[3].

В 30-х годах прошлого столетия наряду с натуральным каучуком широкое распространение получают синтетические каучуки, которые обычно классифицируются по областям применения на:

* каучуки общего назначения, применяемые в производстве изделий, в которых реализуется основное качество резины - эластичность;

* каучуки специального назначения, применяемые для производства изделий, обладающих наряду с эластичностью стойкостью к действию различных реагентов, тепло- и морозостойкостью или другими специальными свойствами.

Каучуки используются для производства резин - продуктов вулканизации каучуков[4]. Резины отличаются способностью к большим обратимым высокоэластичным деформациям. В их состав входят наряду с каучуком или смесью каучуков вулканизирующие агенты, ускорители вулканизации, наполнители, пластификаторы, антиоксиданты, красители и др.

Основу пластических масс (пластмасс, пластиков) составляют полимеры, находящиеся при формовании изделий в вязкотекучем или высокоэластичном состоянии, а при эксплуатации - в стеклообразном или кристаллическом. Пластмассы способны под влиянием нагревания и давления формоваться и затем сохранять приданную форму.

Пластики обычно состоят из нескольких компонентов: полимера, наполнителей, пластификаторов, стабилизаторов, красителей и других добавок.

В зависимости от поведения при повышенных температурах все пластики подразделяют на термопласты и реактопласты. Термопласты при нагревании размягчаются и становятся вязкожидкими, а при охлаждении переходят в твердое состояние без изменения первоначальных свойств. Реактопласты при нагревании и переработке превращаются в твердые неплавкие и нерастворимые материалы, так как процесс сопровождаются образованием трехмерного полимера с высокой плотностью сетки - отверждением.

Собирание пластмасс и резин

Обнаружение макрообъектов из полимеров на местах происшествий обычно никаких затруднений не вызывает. При поиске микрообъектов аналогичных изделий руководствуются общими правилами работы с микрообъектами. Обнаружение их облегчается теми факторами, что частицы полимеров часто отличаются по цвету, отражательной способности от поверхности следовоспринимающего объекта; пластмасса и резина характеризуются низкой реакционной способностью, поэтому могут быть обнаружены в состоянии, пригодном для успешного экспертного исследования, спустя длительные промежутки времени пребывания на открытой местности, в воде и т.д.

Изъятие объектов из пластмасс и резин обычно также затруднений не вызывает. Исключение составляет случай необходимости изъятия резины со следа торможения транспортного средства на сухом асфальтовом покрытии. В подобной ситуации резину отделяют от асфальта при помощи чистой щетки с коротким жестким ворсом, сметая ее на лист чистой бумаги.

Изъятию подлежат все обнаруженные фрагменты изделий из пластмассы, резины. Следовые количества полимеров изымают вместе с предметом или подложкой. В последнем случае, если предмет-носитель изъять невозможно, с его поверхности в области следа-наслоения полимера делают соскобы, одновременно изымают образец материала подложки.

Выбирая способ изъятия и материал упаковки необходимо помнить о необходимости обеспечить сохранность не только основного материала изымаемых частиц, но и самых различных загрязнений, имеющихся на их поверхности, так как результаты их исследования могут иметь самостоятельное значение.

Предварительное исследование пластмасс и резин

Предварительное исследование пластмасс и резин проводится с целью установления принадлежности обнаруженных частиц к полимерам, ориентировочного определения их родовой, групповой принадлежности, ориентировочного установления общей родовой, групповой принадлежности материала сравниваемых объектов. Разрушающие методы в ходе предварительного исследования могут применяться лишь при достаточном количестве обнаруженных частиц и возможности направления их абсолютного большинства на экспертное исследование.

В ходе предварительного исследования пластмасс и резин применяются методы оптической микроскопии, в отдельных случаях определяется цвет их люминесценции, поведение при обработке органическими растворителями и поведение при нагревании и воздействии открытого огня.

Микроскопическим исследованием пластмасс и резин выявляются признаки внешней и внутренней морфологии сравниваемых объектов для выявления следующих характеристик: цвета, прозрачности, толщины, однородности материала, однослойности или многослойности, наличия наполнителей, включений, загрязнений, следов рельефа обрабатывающих инструментов и следов иного механического воздействия, дефектов технологического характера, а также механических свойств - твердости, пластичности, упругости, эластичности и пр.

Для установления принадлежности обнаруженной частицы к термопластичным полимерам можно использовать метод локального нагревания, прикасаясь к ней раскаленным концом препаровальной иглы; в случае термопластичных полимеров наблюдается подплавление нагретого участка.

В случае наличия достаточного количества объекта при предварительном исследовании пленок можно провести испытание материала на растяжение с целью определения типа полимера:

* легко растягивающиеся полимеры - полиэтилен, неориентированный полипропилен, мягкий поливинилхлорид, гидрохлорированный каучук;

* плохо растягивающиеся полимеры - ориентированный полипропилен, жесткий поливинлхлорид, полистирол, полиэтилентерефталат, найлон.

При наличии достаточного количества образца можно провести пробу на горение (проба Бельштейна). Для этого на медную сетку, предварительно прокаленную на спиртовой горелке до обесцвечивания пламени, помещают образец и сжигают его. Результаты пробы на горение приведены в следующей таблице.

Результаты пробы на горение

Наблюдаемая при сгорании картина	Полимер
Сгорают ярким коптящим пламенем без остатка	Углеводородные полимеры (полиэтилен, полипропилен)
Окрашивают пламя в зеленый цвет	Хлорсодержащие полимеры
Универсальная индикаторная бумага, смоченная каплей воды и внесенная в образующиеся при горении пары, приобретает красноватую окраску, что указывает на кислую реакцию	Фторопласты и полиамиды
Сгорание сопровождается сильным стирольным запахом	Полистирол
Частицы сгорают с большим трудом после “вспучивания” и значительного увеличения объема за счет выделения углекислого газа при разложении полимера	Поликарбонат
Частицы полимеров сначала плавятся, а потом горят ярким коптящим пламенем	Полиуретаны и полиамиды
Частицы полимеров сгорают с сильным запахом жженой пластмассы	Фенопласты
Частицы пластмассы загораются с большим трудом, а после сгорания оставляют на сетке обугленные частицы той же формы, что и исходный материал, легко рассыпающиеся до мелкодисперсного порошка черного цвета	Полиимиды

Предварительное исследование полимерных пленок с целью ориентировочного установления типа полимера может быть произведено по схеме, представленной на рисунке 1.