Propriétés optiques du polyéthylène

Le polyéthylène est un plastique commercial qui a trouvé sa place dans presque toutes les applications imaginables. Plus de 100 milliards de livres. de polyéthylène ont été produits en 2000, transformés en tout, des sacs, bacs, bouteilles et autres produits aux articles spécialisés comme les prothèses de hanche. Dans certains cas, les propriétés optiques du polyéthylène sont importantes d'un point de vue esthétique: un emballage brillant est plus attrayant que terne. Dans d'autres cas, l'intérêt est pratique, comme de pouvoir voir le niveau de liquide à l'intérieur d'une bouteille. Dans tous les cas, les propriétés optiques d'un échantillon de polyéthylène dépendent de sa structure moléculaire.

Il existe deux types de base de polyéthylène, et connaître la différence entre eux est crucial pour comprendre leurs propriétés optiques. Le polyéthylène haute densité (PEHD) est uniforme au niveau moléculaire, ce qui permet aux molécules de se tasser étroitement et de former des plaques cristallines. Le polyéthylène basse densité (LDPE) est moins uniforme et a tendance à ne pas avoir une structure interne ordonnée. Le polyéthylène peut également être classé par poids moléculaire ou par la longueur moyenne de ses chaînes polymères. Ces facteurs jouent un rôle clé dans la détermination des principales propriétés optiques du polyéthylène: trouble, transparence et brillance.

La brume est exactement ce à quoi cela ressemble: une mesure de l'aspect trouble d'un échantillon. Plus précisément, la brume est une mesure de la quantité de lumière qui est déviée par distance parcourue à travers un échantillon. Ici, la distinction entre HDPE et LDPE est importante. Les plaques cristallines du HDPE dévient la lumière comme des grains de sable dans le verre. Le degré de déviation de la lumière dépend en partie de la taille du patch cristallin, de sorte que le voile a tendance à augmenter avec la densité du polyéthylène. La méthode de fabrication d'un échantillon de polyéthylène a également un effet important sur le trouble, car non seulement la taille mais également l'orientation des cristaux influence la brume due à l'interaction de la lumière avec le cristal structure. Plus un échantillon est refroidi rapidement après sa mise en forme, moins il est susceptible d'être trouble car les chaînes polymères ont moins de temps pour se réarranger en structures cristallines.

En plus de la cristallinité dans l'échantillon, la rugosité de surface provoque une déviation de la lumière et joue donc un rôle dans la mesure du voile d'un échantillon de polyéthylène. Dans ce cas, le poids moléculaire du polyéthylène - la longueur des chaînes polymères - joue un rôle majeur. En général, des chaînes plus longues conduisent à plus de rugosité de surface et à plus de voile de surface. Les conditions de traitement sont également prises en compte dans le voile de surface. Un échantillon de polyéthylène soufflé dans un film prend la forme d'une bulle, sans moule ni matrice empiétant sur la surface, et a tendance à être très lisse. Cela diminue son voile de surface. Les échantillons plus épais qui sont moulés, extrudés ou coulés peuvent avoir plus ou moins de voile de surface en fonction de la douceur microscopique des surfaces avec lesquelles ils entrent en contact.

En termes simples, la transparence fait référence à la clarté d'un objet. Plus techniquement, c'est une mesure de la quantité de lumière qui traverse l'objet sans être dispersée ou déviée par les particules à l'intérieur. Pour le polyéthylène, comme pour la plupart des matériaux, plus l'échantillon est fin, meilleure est la transparence - il y a juste moins de chances qu'une particule dévier la lumière qui la traverse. La transparence est donc liée au trouble: plus un échantillon est trouble, moins il est transparent. Cependant, contrairement à la brume, la transparence est une mesure de « l'ensemble de l'échantillon », et l'épaisseur est importante: même un échantillon de polyéthylène à très faible voile ne sera pas transparent si la lumière doit voyager loin. Selon le « Handbook of Polyethylene », les échantillons de polyéthylène de plus de 1/8 de pouce d'épaisseur sont rarement transparents.

Alors que la brume et la transparence ne concernent que la déviation ou le passage de la lumière à travers un échantillon, la brillance dépend de la manière dont cette lumière est déviée. Un échantillon brillant - le terme signifie la même chose en langage technique et profane - dévie la lumière « de manière cohérente », ce qui signifie que tout est dévié de la même manière. Le brillant est strictement un phénomène de surface, et obtenir un bon lissé de surface est essentiel pour obtenir un brillant élevé. Le brillant n'est pas simplement un autre terme pour le voile de surface, en ce sens qu'il dépend fortement de l'angle sous lequel l'échantillon est observé. Un échantillon trouble peut être brillant, auquel cas on dit qu'il a un « éclat ». Selon le « Guide pratique du polyéthylène », de nouveaux types de LDPE sont devenus disponibles depuis les années 1990, permettant des matériaux d'emballage plus robustes et plus brillants.