Введение
Специфика работы автора связана с идентификацией вида и состава различных объектов, изготовленных в том числе из полимерных материалов. Собственно, этим и объясняется выбор объектов исследования для данной статьи, публикуемой в журнале «Полимерные материалы». Примером служили поступившие на анализ многослойные декоративные автомобильные полимерные пленки (ДАПП), используемые для покрытия кузова автомобилей с начала 2000-х гг. и приобретающие все большую популярность, поскольку с их помощью можно не только быстро защитить кузов от незначительных повреждений, но и изменить внешний облик автомобиля (рис. 1 и титульное фото) [1, 2].
Для подобных целей в настоящее время используются главным образом многослойные ДАПП, в которых основной (несущий) слой, располагаемый снаружи при нанесении на кузов автомобиля и определяющий основные свойства ДАПП, изготавливают экструзией из поливинилхлорида (ПВХ) или, что чаще, из термопластичного полиуретана (ПУ). Полиуретановые ДАПП отличаются высокой прочностью и износостойкостью, сохраняют свойства при низких температурах (до минус 30–40 °С) и восстанавливаются от мелких царапин при нагреве, вновь приобретая блеск и глянцевитость [2]. ДАПП из ПВХ имеют меньшую износо- и морозостойкость, а устранение мелких царапин на их поверхности требует дополнительной операции полирования [2].
Практика показывает, что для идентификации подобных материалов перспективным представляется метод НПВО, являющийся разновидностью ИК-Фурье спектрометрии. Данный метод, будучи неразрушающим, позволяет проводить анализ с очень небольшим количеством вещества или материала, в том числе непрозрачного для ИК-излучения и в различном агрегатном состоянии, а также обходиться без процесса пробоподготовки и использования расходных материалов. Метод основан на многократном отражении ИК-луча на границе раздела двух фаз – кристалла НПВО и исследуемого образца, который прижимается к кристаллу специальным фиксирующим устройством [3].
Технической особенностью получения спектров методом НПВО является нахождение исследуемого образца в тесном контакте с поверхностью кристалла, которая является совершенным зеркалом, а сам кристалл – оптически менее плотной средой. Интенсивность света, многократно отраженного поверхностью кристалла и возвращенного обратно в плотную среду, фиксируется на выходе из кристалла. Нарушение полного внутреннего отражения от границы раздела сред происходит вследствие частичного поглощения света в слое исследуемого образца. При этом спектры отражения полностью совпадают со спектрами пропускания образцов [3]. Идентифицировать неизвестный материал можно, сравнивая его спектр со спектрами известных материалов из библиотеки спектров. В работе предстояло выявить таким способом состав двух многослойных ДАПП, изготовленных, предположительно, с наружным слоем из термопластичного ПУ.
1. Объекты и методики исследования
1.1. Объекты исследования
На исследование были взяты следующие образцы ДАПП:
- образец № 1 – пленка марки Llumar (производство компании из США);
- образец №2 – пленка марки Delta Skin (совместное производство компаний США и Южной Кореи).
1.2. Методики исследования
Предварительный анализ. На первом этапе был проведен качественный анализ цвета и прозрачности представленных образцов с помощью стереоскопического микроскопа модели Carl Zeiss Stemi 2000-C при искусственном освещении (с увеличением от ´6,5 до ´50) (рис. 2, а) по методикам, предназначенным для исследования объектов полимерной природы [4]. Размеры образцов в плане составляли 10´10 мм. Сравнение цвета отдельных образцов проводили при их одновременном размещении в поле зрения микроскопа. Испытание на эластичность осуществляли надавливанием препаровальной иглой. Толщину образцов с их торца также измеряли под микроскопом с помощью штатного окулярного микрометра с ценой деления 0,02 мм по усредненным результатам семи измерений при увеличении ´50.
Забегая вперед, следует заметить, что на этом же этапе исследований было установлено, что в состав обоих образцов ДАПП входят три слоя – наружный (несущий), адгезионный и подложка, которая сравнительно легко (в отличие от наружного слоя) отделяется от адгезионного слоя и выполняет, очевидно, чисто технологическую функцию сохранения липкости адгезионного слоя в процессе хранения ДАПП.
ИК-Фурье спектрометрическое исследование. Спектры слоев представленных образцов ДАПП, имеющих габаритные размеры 5´5 мм, регистрировали в режиме пропускания на ИК-Фурье спектрометре модели ФТ-801 фирмы ООО НПФ «Симекс» с приставкой НПВО-А (с алмазным кристаллом) в диапазоне волновых чисел 4000–550 1/см (см. рис. 2, б). Разрешение составляло 8 см–1, число сканирований – 50. Образец плотно прижимали держателем к алмазному кристаллу наружным слоем вниз (т.е. к кристаллу). Сначала снимали спектр наружного слоя, затем образец переворачивали, отделяли подложку и снимали спектр адгезионного слоя, а после этого – спектр самой подложки.
2. Результаты исследований
Предварительное исследование образцов двух ДАПП показало, что обе представляют собой трехслойные пленки различной толщины. Данные о толщине, цвете, прозрачности и эластичности отдельных слоев приведены в таблице. Общая толщина слоев образца № 1 составила около 280 мкм, образца № 2 – около 240 мкм.
В результате спектрофотометрического исследования образцов ДАПП было установлено, что полученные спектры их наружных и адгезионных слоев, а также подложки, представленные на рис. 3, характерны для спектров ПУ, полибутилакрилата и полиэтилентерефталата (ПЭТ) соответственно. Основанием для этого вывода послужили результаты сравнения основных полос поглощения, их формы и относительной интенсивности со спектрами известных материалов, приведенными в источнике [5].
Выводы
На основании комплекса исследований представленных образцов ДАПП методами оптической микроскопии и НПВО установлено, что данные пленки состоят из наружного слоя ПУ, под которым имеется адгезионный слой материала на основе полибутилакрилата, а также химически нейтральная подложка из ПЭТ, надежно защищающая адгезионный слой в процессе хранения ДАПП вплоть до начала эксплуатации. И если речь идет, например, об импортозамещении данных зарубежных ДАПП, то полученные результаты могут быть предпосылкой для дальнейших работ в этом направлении.
Следует заметить, однако, что возможности НПВО не ограничиваются, конечно, идентификацией типа полимерного материала, а могут помочь решать и другие задачи. Таковыми могут быть, например, определение гомогенности исследуемых материалов или их дефектоскопия [6]. Впрочем, в данной работе такие задачи не стояли.
Литература
- Дерябина О. В., Киселевич Е. И. Практический опыт исследования некоторых видов декоративных автомобильных полимерных пленок // Вестник Юридического института МИИТ. – 2024. – № 2. – С. 24–32.
- Автомобильные пленки: виды и различия [Электронный ресурс] // URL: https://www.drive2.ru/b/461708023321068571/ (дата обращения: 24.05.2023).
- Нечипоренко А.П., Орехова С.М., Плотникова Л.В. и др. Специализированный практикум по физико-химическим методам анализа: электронная и ИК-спектроскопия отражения, люминесцентная и рентгенофлуоресцентная спектроскопия, рефрактометрия, термометрия, кинетическая рН-метрия, индикаторный метод – РЦА. Теория и практика. Часть II. Учебно-методическое пособие. – СПб.: университет ИТМО, 2016. – 181 с.
- Типовые экспертные методики исследования вещественных доказательств. Ч. II / Под ред. А. Ю. Семенова. Общая редакция канд. техн. наук В. В. Мартынова. – М.: ЭКЦ МВД России, 2012. – 800 с.
- Купцов А. Х., Жижин Г. Н. Фурье-КР и Фурье-ИК спектры полимеров. – М.: Техносфера, 2013. – 696 с.
- Паламарчук Д. В., Мяленко Д. М., Тарасюк В. Т. Применение ИК-Фурье микроскопии для исследования полимерных материалов // Полимерные материалы. – 2015. – № 5. – С. 42–46.
Experience in the Study of Polymer Films by the Method of Disturbed Total Internal Reflection
O. V. Deryabina
The layered structure of the presented samples of polyurethane decorative car polymer films by optical microscopy is considered, the layered composition of the presented samples of polyurethane decorative car polymer films from different manufacturers by the method of disturbed total internal reflection is established.
Опубликовано в журнале «Полимерные материалы» № 10 (305) 2024 г., с. 24-27.