Οπτικές ιδιότητες πολυαιθυλενίου

Το πολυαιθυλένιο είναι ένα εμπορικό πλαστικό που έχει βρεθεί σε σχεδόν κάθε πιθανή εφαρμογή. Περισσότερα από 100 δισεκατομμύρια λίβρες. από πολυαιθυλένιο παρήχθησαν το 2000, διαμορφώθηκαν σε οτιδήποτε, από σακούλες, κάδους, μπουκάλια και άλλα εμπορεύματα έως εξειδικευμένα είδη όπως προσθετικές πρίζες ισχίου. Σε ορισμένες περιπτώσεις, οι οπτικές ιδιότητες του πολυαιθυλενίου είναι σημαντικές από αισθητική άποψη: Η γυαλιστερή συσκευασία είναι πιο ελκυστική από θαμπό. Σε άλλες περιπτώσεις, το ενδιαφέρον είναι πρακτικό, όπως το να βλέπουμε τη στάθμη υγρού μέσα σε μια φιάλη. Σε όλες τις περιπτώσεις, οι οπτικές ιδιότητες ενός δείγματος πολυαιθυλενίου εξαρτώνται από τη μοριακή του δομή.

Υπάρχουν δύο βασικοί τύποι πολυαιθυλενίου και η γνώση της διαφοράς μεταξύ τους είναι ζωτικής σημασίας για την κατανόηση των οπτικών ιδιοτήτων τους. Το πολυαιθυλένιο υψηλής πυκνότητας (HDPE) είναι ομοιόμορφο στο μοριακό επίπεδο, το οποίο επιτρέπει στα μόρια να συσκευάζονται σφιχτά και να σχηματίζουν κρυσταλλικά επιθέματα. Το πολυαιθυλένιο χαμηλής πυκνότητας (LDPE) είναι λιγότερο ομοιόμορφο και τείνει να μην έχει παραγγείλει εσωτερική δομή. Το πολυαιθυλένιο μπορεί επίσης να ταξινομηθεί κατά μοριακό βάρος ή το μέσο μήκος των πολυμερών αλυσίδων του. Αυτοί οι παράγοντες παίζουν βασικούς ρόλους στον προσδιορισμό των κύριων οπτικών ιδιοτήτων του πολυαιθυλενίου: ομίχλη, διαφάνεια και στιλπνότητα.

Η ομίχλη είναι ακριβώς αυτό που ακούγεται: ένα μέτρο του πόσο θολό εμφανίζεται ένα δείγμα. Πιο συγκεκριμένα, η ομίχλη είναι ένα μέτρο της ποσότητας φωτός που εκτρέπεται ανά απόσταση που διανύεται μέσω ενός δείγματος. Εδώ είναι σημαντική η διάκριση μεταξύ HDPE και LDPE. Τα κρυσταλλικά μπαλώματα του HDPE εκτρέπουν το φως σαν κόκκους άμμου σε γυαλί. Ο βαθμός εκτροπής του φωτός εξαρτάται εν μέρει από το μέγεθος του κρυσταλλικού επιθέματος, οπότε η ομίχλη τείνει να αυξάνεται με την πυκνότητα του πολυαιθυλενίου. Η μέθοδος κατασκευής ενός δείγματος πολυαιθυλενίου έχει επίσης ισχυρή επίδραση στην ομίχλη, όπως όχι μόνο το μέγεθος αλλά Επίσης ο προσανατολισμός των κρυστάλλων επηρεάζει την ομίχλη λόγω της αλληλεπίδρασης του φωτός με τον κρύσταλλο δομή. Όσο πιο γρήγορα ένα δείγμα ψύχεται αφού σχηματιστεί, τόσο λιγότερο θολό είναι πιθανό να οφείλεται στις πολυμερείς αλυσίδες που έχουν λιγότερο χρόνο να αναδιατάξουν σε κρυσταλλικές δομές.

Εκτός από την κρυσταλλικότητα εντός του δείγματος, η τραχύτητα της επιφάνειας προκαλεί ελαφριά εκτροπή και επομένως παίζει ρόλο στη μέτρηση της θολότητας ενός δείγματος πολυαιθυλενίου. Σε αυτήν την περίπτωση, το μοριακό βάρος του πολυαιθυλενίου - πόσο καιρό είναι οι πολυμερείς αλυσίδες - παίζει σημαντικό ρόλο. Γενικά, οι μακρύτερες αλυσίδες οδηγούν σε μεγαλύτερη τραχύτητα στην επιφάνεια και περισσότερη επιφανειακή ομίχλη. Οι συνθήκες επεξεργασίας επηρεάζουν επίσης την επιφανειακή ομίχλη. Ένα δείγμα πολυαιθυλενίου που διοχετεύεται σε μια μεμβράνη έχει το σχήμα του σαν μια φούσκα, χωρίς μούχλα ή μήτρα που προσκρούει στην επιφάνεια, και τείνει να είναι πολύ λείο. Αυτό μειώνει την ομίχλη της επιφάνειας. Τα παχύτερα δείγματα που διαμορφώνονται, εξωθούνται ή χυτεύονται μπορεί να έχουν περισσότερο ή λιγότερο επιφανειακό θόλωμα ανάλογα με τη μικροσκοπική ομαλότητα των επιφανειών με τις οποίες έρχονται σε επαφή.

Με απλά λόγια, η διαφάνεια αναφέρεται στο πόσο σαφές είναι ένα αντικείμενο. Πιο τεχνικά, είναι ένα μέτρο της ποσότητας φωτός που το κάνει μέσω του αντικειμένου χωρίς να διασκορπίζεται ή να εκτρέπεται από σωματίδια μέσα. Για το πολυαιθυλένιο, όπως και με τα περισσότερα υλικά, όσο πιο λεπτό είναι το δείγμα, τόσο καλύτερη είναι η διαφάνεια - υπάρχουν μόνο λιγότερες πιθανότητες για ένα σωματίδιο να εκτρέψει το φως που διέρχεται. Συνεπώς, η διαφάνεια σχετίζεται με την ομίχλη: Όσο πιο θολό είναι ένα δείγμα, τόσο λιγότερο διαφανές. Ωστόσο, σε αντίθεση με την ομίχλη, η διαφάνεια είναι μια μέτρηση «ολόκληρου δείγματος» και το πάχος έχει σημασία: Ακόμα και ένα πολύ χαμηλής ομίχλης δείγμα πολυαιθυλενίου δεν θα είναι διαφανές εάν το φως πρέπει να ταξιδέψει πολύ. Σύμφωνα με το «Εγχειρίδιο πολυαιθυλενίου», δείγματα πολυαιθυλενίου πάχους άνω του 1/8 ίντσας είναι σπάνια διαφανή.

Ενώ η ομίχλη και η διαφάνεια ασχολούνται μόνο με το εάν το φως εκτρέπεται ή διέρχεται από ένα δείγμα, η στιλπνότητα εξαρτάται από τον τρόπο εκτροπής του φωτός. Ένα δείγμα που είναι γυαλιστερό - ο όρος σημαίνει το ίδιο πράγμα σε τεχνική και απλή γλώσσα - εκτρέπει το φως "συνεκτικά", που σημαίνει ότι όλα εκτρέπονται με τον ίδιο τρόπο. Το γυαλιστερό είναι αυστηρά ένα φαινόμενο επιφανείας και η επίτευξη καλής ομαλότητας της επιφάνειας είναι ζωτικής σημασίας για την επίτευξη υψηλής στιλπνότητας. Η στιλπνότητα δεν είναι απλώς ένας άλλος όρος για την επιφανειακή ομίχλη, καθώς εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από τη γωνία με την οποία το δείγμα βλέπει. Ένα θολό δείγμα μπορεί να είναι γυαλιστερό, οπότε λέγεται ότι έχει «γυαλάδα». Σύμφωνα με τον «Πρακτικό οδηγό για το πολυαιθυλένιο», νέοι τύποι LDPE έχουν γίνει διαθέσιμοι από τη δεκαετία του 1990 που έχουν επιτρέψει πιο ανθεκτικά υλικά συσκευασίας με υψηλότερη στιλπνότητα.