Właściwości optyczne polietylenu

Polietylen jest komercyjnym tworzywem sztucznym, które znalazło zastosowanie w prawie każdym możliwym zastosowaniu. Ponad 100 miliardów funtów. polietylenu wyprodukowano w 2000 roku, formując wszystko, od toreb, pojemników, butelek i innych towarów po przedmioty specjalistyczne, takie jak protezy stawu biodrowego. W niektórych przypadkach właściwości optyczne polietylenu są ważne z estetycznego punktu widzenia: błyszczące opakowanie jest bardziej atrakcyjne niż matowe. W innych przypadkach zainteresowanie jest praktyczne, ponieważ można zobaczyć poziom płynu w butelce. We wszystkich przypadkach właściwości optyczne próbki polietylenu zależą od jej budowy cząsteczkowej.

Istnieją dwa podstawowe typy polietylenu, a poznanie różnicy między nimi ma kluczowe znaczenie dla zrozumienia ich właściwości optycznych. Polietylen o wysokiej gęstości (HDPE) jest jednorodny na poziomie molekularnym, co umożliwia ciasne upakowanie cząsteczek i tworzenie krystalicznych łat. Polietylen o małej gęstości (LDPE) jest mniej jednorodny i zwykle nie ma uporządkowanej struktury wewnętrznej. Polietylen można również podzielić na kategorie według masy cząsteczkowej lub średniej długości jego łańcuchów polimerowych. Czynniki te odgrywają kluczową rolę w określaniu głównych właściwości optycznych polietylenu: zamglenia, przezroczystości i połysku.

Haze jest dokładnie tym, na co brzmi: miarą tego, jak mętna jest próbka. Dokładniej, zamglenie jest miarą ilości światła, które jest odchylane na odległość przebytą przez próbkę. Tutaj ważne jest rozróżnienie między HDPE a LDPE. Krystaliczne łaty HDPE odbijają światło jak ziarenka piasku w szkle. Stopień ugięcia światła jest częściowo zależny od wielkości plamki krystalicznej, więc zamglenie ma tendencję do zwiększania się wraz z gęstością polietylenu. Metoda wytwarzania próbki polietylenowej ma również silny wpływ na zamglenie, ponieważ nie tylko wielkość, ale również orientacja kryształów wpływa na zamglenie ze względu na interakcję światła z kryształem Struktura. Im szybciej próbka jest schładzana po jej ukształtowaniu, tym mniej jest prawdopodobnie zamglona, ​​ponieważ łańcuchy polimerowe mają mniej czasu na przekształcenie się w struktury krystaliczne.

Oprócz krystaliczności w próbce, chropowatość powierzchni powoduje ugięcie światła i dlatego odgrywa rolę w pomiarze zamglenia próbki polietylenu. W tym przypadku główną rolę odgrywa masa cząsteczkowa polietylenu – jak długie są łańcuchy polimerowe. Ogólnie rzecz biorąc, dłuższe łańcuchy prowadzą do większej chropowatości powierzchni i większego zamglenia powierzchni. Warunki przetwarzania również wpływają na zamglenie powierzchni. Próbka polietylenu, która jest wdmuchiwana w folię, przybiera kształt bańki, bez pleśni lub matrycy uderzającej o powierzchnię i jest bardzo gładka. Zmniejsza to zamglenie powierzchni. Grubsze próbki, które są formowane, wytłaczane lub odlewane, mogą mieć mniej lub bardziej zamglone powierzchnie, w zależności od mikroskopijnej gładkości powierzchni, z którymi się stykają.

Mówiąc prościej, przezroczystość odnosi się do tego, jak przejrzysty jest obiekt. Mówiąc bardziej technicznie, jest to miara ilości światła, która przechodzi przez obiekt bez rozpraszania lub odchylania przez cząsteczki znajdujące się wewnątrz. W przypadku polietylenu, podobnie jak w przypadku większości materiałów, im cieńsza próbka, tym lepsza przezroczystość — jest po prostu mniejsze prawdopodobieństwo, że cząstka odbije przechodzące światło. Przejrzystość jest zatem związana z zamgleniem: im bardziej zamglona jest próbka, tym mniej przezroczysta. Jednak w przeciwieństwie do zamglenia, przezroczystość jest miarą „całej próbki”, a grubość ma znaczenie: nawet próbka polietylenu o bardzo niskim zamgleniu nie będzie przezroczysta, jeśli światło będzie musiało podróżować daleko. Według „Podręcznika polietylenu” próbki polietylenu o grubości większej niż 1/8 cala rzadko są przezroczyste.

Podczas gdy zamglenie i przezroczystość dotyczą tylko tego, czy światło jest odchylane, czy przepuszczane przez próbkę, połysk zależy od tego, jak to światło jest odchylane. Próbka, która jest błyszcząca — termin oznacza to samo w języku technicznym i laickim — odbija światło „spójnie”, co oznacza, że ​​wszystkie są odchylane w ten sam sposób. Połysk jest zjawiskiem ściśle związanym z powierzchnią, a osiągnięcie dobrej gładkości powierzchni ma kluczowe znaczenie dla osiągnięcia wysokiego połysku. Połysk nie jest po prostu kolejnym terminem określającym zmętnienie powierzchni, ponieważ silnie zależy od kąta patrzenia na próbkę. Mętna próbka może być błyszcząca, w takim przypadku mówi się, że ma „połysk”. Zgodnie z „Praktycznym przewodnikiem po polietylenie”, Od lat 90. dostępne stały się nowe rodzaje LDPE, które umożliwiły stosowanie wytrzymalszych materiałów opakowaniowych o wyższym połysku.