מאפיינים אופטיים של פוליאתילן

פוליאתילן הוא פלסטיק מסחרי שמצא את דרכו כמעט לכל יישום אפשרי. יותר ממאה מיליארד ק"ג. פוליאתילן הופק בשנת 2000, ויוצר לכל דבר, החל משקיות, פחים, בקבוקים וסחורות אחרות וכלה בפריטים מיוחדים כמו שקעי מפרק תותבות. בחלק מהמקרים התכונות האופטיות של פוליאתילן חשובות מבחינה אסתטית: אריזות מבריקות מושכות יותר מאשר עמומות. במקרים אחרים, העניין הוא מעשי, כמו ביכולת לראות את מפלס הנוזל בתוך בקבוק. בכל המקרים, התכונות האופטיות של דגימת פוליאתילן תלויות במבנה המולקולרי שלה.

ישנם שני סוגים בסיסיים של פוליאתילן, ולדעת ההבדל ביניהם יש חשיבות מכרעת להבנת התכונות האופטיות שלהם. פוליאתילן בצפיפות גבוהה (HDPE) הוא אחיד ברמה המולקולרית, המאפשר למולקולות לארוז בחוזקה וליצור טלאים גבישיים. פוליאתילן בצפיפות נמוכה (LDPE) הוא פחות אחיד ונוטה לא להזמין מבנה פנימי. ניתן לסווג פוליאתילן גם לפי משקל מולקולרי, או לפי האורך הממוצע של שרשראות הפולימר שלו. גורמים אלה ממלאים תפקידים מרכזיים בקביעת התכונות האופטיות העיקריות של פוליאתילן: אובך, שקיפות וברק.

אובך הוא בדיוק איך שזה נשמע: מדד עד כמה מדגם נראה מעונן. ליתר דיוק, אובך הוא מדד לכמות האור המוסטה לכל מרחק שעבר דרך דגימה. כאן ההבחנה בין HDPE ו- LDPE חשובה. הטלאים הגבישיים של HDPE מסיטים אור כמו גרגירי חול בזכוכית. מידת הסטיית האור תלויה בחלקה בגודל הטלאי הגבישי, כך שאובך נוטה לעלות עם צפיפות הפוליאתילן. לשיטת הייצור של דגימת פוליאתילן יש השפעה חזקה על האובך, לא רק בגודל אלא גם גם כיוון הגבישים משפיע על האובך בגלל אינטראקציה של האור עם הגביש מִבְנֶה. ככל שמדגם מקורר במהירות רבה יותר לאחר צורתו, סביר להניח שהוא מעורפל פחות בגלל שרשתות הפולימר צריכות פחות זמן להתארגן מחדש למבנים גבישיים.

בנוסף להתגבשות בתוך הדגימה, חספוס פני השטח גורם להסטת אור ולכן ממלא תפקיד במדידת האובך של דגימת פוליאתילן. במקרה זה, המשקל המולקולרי של הפוליאתילן - כמה זמן שרשראות הפולימר - משחק תפקיד מרכזי. באופן כללי, שרשראות ארוכות יותר מובילות ליותר חספוס פני שטח ויותר אובך על פני השטח. תנאי העיבוד גורמים גם לאובך על פני השטח. דגימת פוליאתילן המועפפת לסרט לובשת את צורתה כמו בועה, ללא עובש או מת שפוגעת במשטח, ונוטה להיות חלקה מאוד. זה מקטין את האובך על פני השטח שלו. לדגימות עבות יותר שעוצבו, מוחצות או יצוקות יכולות להיות אובך שטח פחות או יותר בהתאם לחלקות המיקרוסקופית של המשטחים איתם הם באים במגע.

במילים פשוטות, שקיפות מתייחסת לחפץ ברור. מבחינה טכנית יותר, זהו מדד לכמות האור שעוברת אותו דרך האובייקט מבלי להתפזר או להסיט חלקיקים בתוכו. עבור פוליאתילן, כמו ברוב החומרים, ככל שהדגימה דקה יותר כך השקיפות טובה יותר - יש רק פחות סיכויים לחלקיק להסיט את האור שעובר דרכו. לכן שקיפות קשורה לאובך: ככל שמדגם מעורפל יותר, כך פחות שקוף. עם זאת, בניגוד לאובך, שקיפות היא מדידה "שלמה", והעובי חשוב: אפילו דגימת פוליאתילן נמוכה מאוד לא תהיה שקופה אם האור צריך לנסוע רחוק. על פי "מדריך פוליאתילן", דגימות פוליאתילן בעובי של יותר מ 1/8 אינץ 'אינן שקופות לעיתים נדירות.

בעוד שאובך ושקיפות עוסקים רק בשאלה האם האור מוסט או עובר דרך דגימה, הברק תלוי באופן בו מוסט האור. מדגם שהוא מבריק - המונח פירושו אותו דבר בשפה הטכנית וההדיפה - מסיט את האור "באופן קוהרנטי", כלומר כל זה מוטה באותה צורה. הברק הוא תופעת משטח בלבד, והשגת חלקות פני שטח טובה היא קריטית להשגת ברק גבוה. הברק הוא לא פשוט מונח נוסף לאובך על פני השטח, בכך שהוא תלוי מאוד בזווית בה נראית הדגימה. דגימה מעורפלת יכולה להיות מבריקה, ובמקרה זה נאמר שיש לה "ברק". על פי "המדריך המעשי לפוליאתילן" סוגים חדשים של LDPE זמינים מאז שנות התשעים המאפשרים חומרי אריזה חסונים עם ברק גבוה יותר.