Proprietà ottiche del polietilene

Il polietilene è una plastica commerciale che ha trovato la sua strada in quasi tutte le applicazioni immaginabili. Più di 100 miliardi di libbre. di polietilene sono stati prodotti nel 2000, formati in qualsiasi cosa, da borse, bidoni, bottiglie e altri prodotti a articoli speciali come prese per protesi dell'anca. In alcuni casi, le proprietà ottiche del polietilene sono importanti da un punto di vista estetico: le confezioni lucide sono più attraenti di quelle opache. In altri casi l'interesse è pratico, come poter vedere il livello del liquido all'interno di una bottiglia. In tutti i casi, le proprietà ottiche di un campione di polietilene dipendono dalla sua struttura molecolare.

Esistono due tipi fondamentali di polietilene e conoscerne la differenza è fondamentale per comprenderne le proprietà ottiche. Il polietilene ad alta densità (HDPE) è uniforme a livello molecolare, il che consente alle molecole di compattarsi strettamente e formare macchie cristalline. Il polietilene a bassa densità (LDPE) è meno uniforme e tende a non avere una struttura interna ordinata. Il polietilene può anche essere classificato in base al peso molecolare o alla lunghezza media delle sue catene polimeriche. Questi fattori giocano un ruolo chiave nel determinare le principali proprietà ottiche del polietilene: foschia, trasparenza e brillantezza.

Haze è esattamente quello che sembra: una misura di quanto appare torbido un campione. Più precisamente, la foschia è una misura della quantità di luce che viene deviata per la distanza percorsa attraverso un campione. Qui la distinzione tra HDPE e LDPE è importante. Le toppe cristalline dell'HDPE deviano la luce come granelli di sabbia nel vetro. Il grado di deviazione della luce dipende in parte dalla dimensione della macchia cristallina, quindi la foschia tende ad aumentare con la densità del polietilene. Anche il metodo di fabbricazione di un campione di polietilene ha un forte effetto sulla foschia, poiché non solo le dimensioni ma anche l'orientamento dei cristalli influenza la foschia dovuta all'interazione della luce con il cristallo struttura. Più rapidamente un campione viene raffreddato dopo che è stato modellato, meno nebuloso è probabile che sia dovuto alle catene polimeriche che hanno meno tempo per riorganizzarsi in strutture cristalline.

Oltre alla cristallinità all'interno del campione, la rugosità superficiale provoca la deflessione della luce e quindi svolge un ruolo nella misurazione dell'opacità di un campione di polietilene. In questo caso, il peso molecolare del polietilene (quanto sono lunghe le catene polimeriche) gioca un ruolo importante. In generale, catene più lunghe portano a una maggiore rugosità superficiale e a una maggiore velatura superficiale. Anche le condizioni di lavorazione tengono conto della foschia superficiale. Un campione di polietilene che viene soffiato in una pellicola assume la forma di una bolla, senza muffe o matrici che urtano sulla superficie e tende ad essere molto liscia. Questo riduce la sua foschia superficiale. I campioni più spessi che vengono stampati, estrusi o colati possono avere una velatura superficiale più o meno a seconda della levigatezza microscopica delle superfici con cui vengono a contatto.

In parole povere, la trasparenza si riferisce a quanto è chiaro un oggetto. Più tecnicamente, è una misura della quantità di luce che attraversa l'oggetto senza essere dispersa o deviata dalle particelle all'interno. Per il polietilene, come per la maggior parte dei materiali, più sottile è il campione, migliore è la trasparenza: ci sono solo meno possibilità per una particella di deviare la luce che attraversa. La trasparenza è quindi correlata alla foschia: più un campione è sfocato, meno trasparente. Tuttavia, a differenza della foschia, la trasparenza è una misurazione "dell'intero campione" e lo spessore è importante: anche un campione di polietilene con foschia molto bassa non sarà trasparente se la luce deve viaggiare lontano. Secondo il "Manuale del polietilene", i campioni di polietilene con uno spessore superiore a 1/8 di pollice sono raramente trasparenti.

Mentre la foschia e la trasparenza riguardano solo se la luce viene deviata o fatta passare attraverso un campione, la lucentezza dipende da come quella luce viene deviata. Un campione che è lucido - il termine significa la stessa cosa in linguaggio tecnico e laico - devia la luce "coerentemente", nel senso che è tutta deviata allo stesso modo. La lucentezza è strettamente un fenomeno superficiale e ottenere una buona levigatezza della superficie è fondamentale per ottenere un'elevata brillantezza. La lucentezza non è semplicemente un altro termine per l'opacità superficiale, in quanto dipende fortemente dall'angolo con cui viene visualizzato il campione. Un campione velato può essere lucido, nel qual caso si dice che abbia una "lucentezza". Secondo la "Guida pratica al polietilene", a partire dagli anni '90 sono diventati disponibili nuovi tipi di LDPE che hanno consentito materiali di imballaggio più robusti con una maggiore brillantezza.