Качественный анализ полимеров

Использующиеся в промышленности полимеры весьма разнообразны по химической природе и строению. Это в принципе исключает возможность унификации методов анализа полимеров (практически для каждого из них требуется специальная методика).

В некоторых случаях природу конкретного полимера можно определить качественными методами – исследовать поведение вещества при горении, пиролизе, при воздействии серной кислоты и др. Дополнительные сведения можно получить, определяя растворимость полимеров, а также качественными пробами на азот, серу, галогены, фосфор, кремний и т.д.

Многие полимеры в определенных условиях дают характерное окрашивание, что может быть использовано для идентификации.

2.1. Проведение предварительных испытаний

Представление о химической природе полимерного материала можно получить при определении характера его горения, цвета и вида пламени, а также по запаху продуктов пиролиза и их качественным реакциям.

Проба на горение

Ход определения.Пробу полимера (0,2–0,5 г) вносят на кончике шпателя в открытое пламя горелки и наблюдают за процессами разложения и характером пламени. При удалении образца полимера из пламени фиксируют продолжение горения или самозатухание. Ароматические соединения дают коптящее пламя, кислородсодержащие – голубоватое, галогенсодержащие – коптящее с зеленой каймой и т.д. Поведение полимеров при горении представлено в табл. 5.

Таблица 5. Характеристика горения полимеров

№№ п/п	Наличие самога-шения	Воспламе-няемость	Характер пламени	Поведение материала	Запах	Тип полимера
	Да	Легкая	Желтое, черный дым	Разбухает, размягчается	Форма-льдегида	Аминофор-мальдегидная смола
	Да	Легкая	Темно-желтое, немного черного дыма	Плавится и капает	Уксус-ный	Триацетат целлюлозы
	Да	Легкая	Желто-оранжевое, нижний край голубой или пурпурный	Разбухает и остается бес-порядочная рассыпчатая масса	Жженого волоса	Шерсть
	Да	Легкая	Оранжево-желтое, серо-голубой дым	Продолжение табл. 5 Горит спокойно с легким шипением	Жженого волоса	Шелк
	Да	Умеренная	Желтое, серый дым	Разбухает и обугливается	Подго­релого молока, белка	Казеин, белок
	Да	Умеренная до трудной	Желтое, пурпурно-голубое снизу	Разбухает и трескается, выбросы пламени	Горяще-го дерева	Лигнин, целлюлоза
	Да	Умеренная до трудной	Желто-оранжевое, голубое снизу	Плавится, образует желтовато-коричневый шарик	Свежего сельде-рея, горелых растений	Нейлон (полиамид)
	Да	Трудная	Темно-желтое, коптящее	Размягчается	Хлора	Сополимер винилхлорида и винилацетата
	Да	Трудная	Желто-оранжевое, зелено-голубой дым	Сморщива­ется, размяг­чается и плавится	Расплав­ленного припоя	Сополимер винилхлорида и акрилонитрила
	Да	Трудная	Шипящее, снизу зеленое, сверху жел-тое, густой черный дым, комки сажи	Размягчается, не капает		Хлорирован-ный полиэфир
	Да	Трудная	Желто-оранжевое, зеленый край	Сморщива­ется, размягчается и плавится	Гиацинта	Сополимер винилхлорида и винили-денхлорида
	Да	Трудная	Желтое, зеленое по краям, выбрасывает зеленое пламя	Чернеет, остаются черные шарики	Хлора	Поливинили-денхлорид
	Да	Трудная	Желто-оранжевое, зеленый край	Быстро темнеет, размягчается, разлагается	Едкий хлора	Поливинил-хлорид
	Да	Трудная	Зеленый край	Продолжение табл. 5   Разлагается	Едкий HCI	Хлорирован-ный каучук
	Да	Трудная	Желтое	Разлагается	–	Силиконовая смола
	Да	Трудная	Желтое, серый дым	Трескается, горит сухо, белая зола	–	Силиконовый каучук вулканизиро-ванный
	Да	Трудная	Желтое, серый дым	Сохраняет форму	Серово-дорода	Тиомочевина
	Да	Очень трудная	Светло- желтое	Сохраняет форму, может разбухать и растрески-ваться	Форма-льдегида, резкий рыбный	Меламино-формальдегид-ная смола
	Да	Очень трудная	Желтое	Сохраняет форму, может разбухать и растрескива­ться	Форма-льдегида, феноль-ный	Фенолофор-мальдегидная смола
	Да	Очень трудная	Желтое, серый дым	Трескается, горит сухо	–	Силиконовая смола (слоистый стеклопластик)
	Да	Очень трудная	Желтое, серый дым	Незначитель- ная усадка	Очень слабый	Политетра­фторэтилен
	Да	Очень трудная	Желтое, светлое	Размягчается	–	Полифтор-хлорэтилен
	Да	Очень трудная	Желто-оранжевое	Сохраняет форму, может разбухать и растрескиваться	Форма-льдегида	Мочевино-формальде-гидный
	Да	Очень трудная	Желто-оранжевое, зеленый край	Размягчается, тяжелая черная смола	Острый	Поливинили-денхлорид
	Медлен­но	Легкая	Желто-оранжевое, небольшая зеленая зона	Горит сухо, трескается	Острый	Неопрен, вулканизиро-ванный
	Медлен­но	Умеренная	Желтое	Разбухает и трескается	Феноль-ный	Фенольный слоистый пластик
	Медлен­но	Умеренно-трудная	Коптящее	Продолжение табл. 5   Плавится и обугливается	–	Бензилцел-люлоза
	Медлен­но	Умеренно-трудная	Желтое	Разбухает, размягчается становится коричневым, разлагается	Острый	Поливинило­вый спирт
	Медлен­но	Трудная	Желтое	Разбухает, размягчается	Форма-льдегида	Сульфамидо-формальдегид-ная смола
	Нет	Очень легкая	Желтое	Сгорает очень быстро и полностью	Камфор­ный	Нитроцеллю-лозный пластик
	Нет	Очень легкая	Желтое	Сгорает мгновенно и полностью	Едкий	Нитроцеллю-лоза
	Нет	Легкая	Желто-белое	Сгорает быстро до сухой золы	Жженой бумаги	Целлюлоза
	Нет	Легкая	Желто-оранжевое	Плавится и капает	Резкий	Изоцианат
	Нет	Легкая	Желто-оранжевое, голубое снизу	Размягчается	Напоми­нает запах воска	Шеллак
	Нет	Легкая	Темно-желтое	Размягчается, трескается	Напоми­нает запах резины	БСК вулканизир.
	Нет	Легкая	Желтое, черный дым	Размягчается, трескается	Напоми­нает запах резины	Бутилкаучук
	Нет	Легкая	Светящееся	Плавится и разлагается	Слабый, напоми­нает запах резины	Полиизо-бутилен
	Нет	Легкая	Желто-оранжевое, серый дым	Сгорает быстро и полностью	Жженой бумаги	Целлофан
	Нет	Легкая	Желтое, основание голубое	Продолжение табл. 5   Плавится, сго-рает быстро, остаются обугленные черные шарики	Уксус-ной кислоты	Ацетилцеллю-лоза
	Нет	Легкая	Темно-желтое, голубой край, немного черного дыма	Плавится и капает	Масля-ной кислоты	Ацетобутират целлюлозы
	Нет	Легкая	Желтое, голубой край	Плавится и капает	Сладкий	Этилцеллюлоза
	Нет	Легкая	Желто-оранжевый, черный дым	Разбухает, не размягчается	Напоми­нает запах резины	Эбонит
	Нет	Легкая	Желто-зеленое	Плавится и обугливается	Сладко-ватый	Метилцел-люлоза
	Нет	Легкая	Темно-желтое, черный дым	Размягчается сгоревшая часть, клейкая	Запах резины	Натуральный каучук, вулканизиро-ванный
	Нет	Легкая	Желтое, голубое снизу, черный дым	Размягчается, не капает	Сладкий, цветоч­ный, фрукто­вый	Полиметил-метакрилат
	Нет	Легкая	Светящееся	Плавится, разлагается	Острый	Полиакрилат
	Нет	Легкая	Желтое, сильное	Плавится, пузырится, обугливается	Поли-акрило-нитрила	Сополимер стирола и акрилонитрила
	Нет	Легкая	Желто-оранжевый	Размягчается	Сладкий, цветоч­ный	Полистирол
	Нет	Легкая	Темно-желтое, немного дыма	Размягчается	Острый, уксусной кислоты	Поливинил-ацетат
	Нет	Легкая до умеренной	Голубое снизу, желтое сверху, немного белого дыма	Плавится, капает	Горя-щего парафина	Полипропилен
	Нет	Умеренное	Желтое, черный дым, горит устойчиво	Окончание табл. 5 Размягчается	Слабо битуми­нозный	Полиэфир без наполнителя
	Нет	Умеренная до легкой	Желтое, серо-черный дым	Плавится, незначи­тельные выбросы пламени	Слабо битуми­нозный	Эпоксидная смола
	Нет	Умеренная	Темно-желтое, черный дым	Разбухает, трескается по слоям	Напоми-нает запах горящего дерева	Лигниновая слоистая бумага
	Нет	Умеренная	Желтое, серый дым	Сгоревшая часть сухая	Резкий	Полиэфир, наполнитель – стекло
	Нет	Умеренная	Желтое, голубое снизу	Плавится и капает	Горя-щего парафина	Полиэтилен
	Нет	Умеренная	Желто-оранжевое, голубое снизу	Плавится и капает	Прогорк-лого масла	Поливинил-бутираль
	Нет	Умеренная	Светящееся	Плавится, разлагается, возгоняется фталевый ангидрид	Акроле­ина	Алкидная смола
	Нет	Умеренная	Желто-белое	Плавится, разлагается, возгоняется фталевый ангидрид	Сладко­ватый	Поливинил-формаль
	Нет	Умеренная	Фиолетовый ареол	Искрит	Уксус-ный	Поливинил-ацеталь
	Нет	Трудная	Желто-оранжевый	Размягчается плавится, капает	Сладко­ватый, аромат­ный	Полиэтилен-терефталат

Пиролиз

Ход определения.Для проведения пиролиза полимер (0,5–1,0 г) помещают в пробирку из тугоплавкого стекла (рис. 5), соединенную с поглотителем, в который наливают 5–10 мл воды. Быстро нагревают образец и улавливают продукты пиролиза в поглотителе.

Рис. 5. Прибор для пиролитического разложения полимера: 1 – термостойкая пробирка для разложения; 2 – стеклянная трубка; 3 – поглотитель; 4 – образец полимера; 5 – газовая горелка

По окончании пиролиза стенки прибора ополаскивают водой и определяют реакцию раствора по индикаторной бумаге.

В растворе определяют присутствие иона хлора прóбой с нитратом серебра. Положительная реакция на хлор указывает на поливинилхлорид, сополимеры винилхлорида, а также на другие хлорсодержащие смолы. Кислую реакцию могут давать производные целлюлозы, поливинилацетат, карбоксилсодержащие полимеры и сополимеры (полиакрилаты). При щелочной реакции продуктов пиролиза можно предполагать присутствие азотсодержащих смол.

После пиролиза необходимо сделать пробу на присутствие формальдегида. Для этого раствор подкисляют серной кислотой и добавляют несколько капель фуксинсернистой кислоты. Сине-фиолетовое окрашивание раствора подтверждает присутствие формальдегида.

Проба с серной кислотой

Некоторые полимеры можно определить по характерному запаху при слабом нагревании с 25%-ным раствором серной кислоты (табл. 6).

Таблица 6. Характерные признаки разложения полимеров в присутствии серной кислоты

Характеристика взаимодействия	Полимер
1. Нагревание с 25%-ной кислотой	Поливинилацетат, ацетилцеллюлоза
1.1. Запах уксусной кислоты	Бутират целлюлозы
1.2. Запах масляной кислоты	Поливинилбутираль
1.3. Запах масляного альдегида	Бензилцеллюлоза
1.4. Запах бензальдегида	Фенольные, карбамидные смолы
1.5. Запах формальдегида	Поливинилформаль
1.6. Запах камфоры	Нитроцеллюлозный пластик
2. Нагревание с 80%-ной H2S04 Взаимодействие отсутствует	Полиэтилен, полиизобутилен, поливинилхлорид, фторированные углеводороды

Проба на растворимость

Ход определения.В пробирки помещают по 0,2–0,5 г полимера и приливают в каждую из них по 5–10 мл растворителей.

По растворимости полимера в различных растворителях можно судить о принадлежности его к определенному классу смол.