A polietilén optikai tulajdonságai

A polietilén egy kereskedelmi műanyag, amely szinte minden elképzelhető alkalmazásban megtalálható. Több mint 100 milliárd font. polietilént gyártottak 2000-ben, a táskáktól, kukáktól, palackoktól és egyéb árucikkektől kezdve a speciális termékekig, például a csípőprotézisekig. Egyes esetekben a polietilén optikai tulajdonságai esztétikai szempontból fontosak: A fényes csomagolás vonzóbb, mint unalmas. Más esetekben az érdeklődés praktikus, például az, hogy láthassuk a folyadék szintjét egy palack belsejében. A polietilén minta optikai tulajdonságai minden esetben a molekula szerkezetétől függenek.

A polietilénnek két alapvető típusa van, és a köztük lévő különbség ismerete elengedhetetlen az optikai tulajdonságaik megértéséhez. A nagy sűrűségű polietilén (HDPE) molekuláris szinten egységes, ami lehetővé teszi a molekulák szoros csomagolását és kristályos foltok kialakulását. Az alacsony sűrűségű polietilén (LDPE) kevésbé egyenletes, és általában nincs rendezett belső szerkezete. A polietilént molekulatömeg vagy polimerláncainak átlagos hossza szerint is kategorizálhatjuk. Ezek a tényezők kulcsfontosságú szerepet játszanak a polietilén főbb optikai tulajdonságainak meghatározásában: homályosság, átlátszóság és fényesség.

A köd pontosan olyan, amilyennek hangzik: annak mértéke, hogy mennyire zavaros a minta. Pontosabban: a köd annak a fénymennyiségnek a mértéke, amely egy mintán keresztül megtett távolságra elhajlik. Itt fontos a HDPE és az LDPE megkülönböztetése. A HDPE kristályos foltjai úgy terelik a fényt, mint a homokszemek az üvegben. A fényhajlás mértéke részben függ a kristályos folt méretétől, így a homály a polietilén sűrűségével növekszik. A polietilén minta előállítási módszere is erősen befolyásolja a ködöt, mivel nemcsak a méret, hanem a a kristályok orientációja is befolyásolja a ködöt a fény és a kristály kölcsönhatása miatt szerkezet. Minél gyorsabban hűl le egy minta az alakítása után, annál kevésbé homályos annak a következménye, hogy a polimerláncoknak kevesebb idő áll rendelkezésre a kristályos szerkezetekké való átrendeződésre.

A mintán belüli kristályosság mellett a felületi érdesség fényhajlást okoz, ezért szerepet játszik a polietilén minta homályosságának mérésében. Ebben az esetben a polietilén molekulatömege - a polimerláncok hossza - játszik nagy szerepet. Általánosságban elmondható, hogy a hosszabb láncok nagyobb felületi érdességhez és nagyobb felületi ködhöz vezetnek. A feldolgozási körülmények a felületi párát is figyelembe veszik. A fóliába fújt polietilén minta buborékként formát ölt, anélkül, hogy penész vagy szerszám ütközne a felületre, és általában nagyon sima. Ez csökkenti a felszíni ködöt. Az öntött, extrudált vagy öntött vastagabb mintáknak többé-kevésbé homályos lehet a felületük mikroszkopikus simaságától függően, amelyekkel érintkezésbe kerülnek.

Egyszerűen fogalmazva: az átlátszóság azt jelzi, hogy egy tárgy mennyire tiszta. Technikailag ez a fénymennyiség mértéke, amely átjut a tárgyon anélkül, hogy a benne lévő részecskék szétszórnák vagy elhárítanák. A polietilénhez hasonlóan, mint a legtöbb anyagnál, minél vékonyabb a minta, annál jobb az átlátszóság - csak kevesebb esély van arra, hogy egy részecske eltérítse az áthaladó fényt. Az átlátszóság tehát a homályhoz kapcsolódik: Minél homályosabb a minta, annál kevésbé átlátszó. A homálytól eltérően azonban az átlátszóság „egész minta” mérés, és a vastagság számít: Még egy nagyon alacsony páratartalmú polietilén minta sem lesz átlátszó, ha a fénynek messzire kell utaznia. A „Polietilén kézikönyve” szerint a több mint egy hüvelyk vastagságú polietilén minták ritkán átlátszók.

Míg a homályosság és az átlátszóság csak arra vonatkozik, hogy a fény elhajlik-e vagy átmegy-e egy mintán, a fényesség attól függ, hogy ez a fény elhajlik-e. Egy fényes minta - a kifejezés ugyanazt jelenti a technikai és a laikus nyelvben - „koherensen” tereli a fényt, vagyis mindegyik ugyanúgy elhajlik. A fényesség szigorúan felületi jelenség, és a jó felületi simaság elérése kritikus fontosságú a magas fényesség eléréséhez. A fényesség nem egyszerűen a felszíni köd kifejezés, mivel erősen függ a minta szögétől. A ködös minta fényes lehet, ebben az esetben azt mondják, hogy „fényes”. A „Gyakorlati útmutató a polietilénhez” szerint az 1990-es évek óta új típusú LDPE-k váltak elérhetővé, amelyek lehetővé tették a szilárdabb, magasabb fényű csomagolóanyagokat.