آیا میدانستید که ساختار شیمیایی پلاستیک‌ها در برابر نور UV تغییر می‌کند؟

آیا میدانستید که ساختار شیمیایی پلاستیک‌ها در برابر نور UV تغییر می‌کند؟

آیا میدانستید که ساختار شیمیایی پلاستیک‌ها در برابر نور UV تغییر می‌کند؟

مقدمه

زمانی که پلاستیک‌ها در طولانی مدت مقابل نور خورشید و اشعه uv قرار گیرند، دچار تخریب و در نتیجه از دست دادن، تغییر رنگ و افت خواص مکانیکی می‌شوند. با این وجود می‌توان برای کنترل و کاهش میزان تخریب از مستربچ‌های uv در پلاستیک‌ها استفاده کرد. به منظور بررسی میزان عمر و تخریب پلاستیکها در برابر UV از تست آبو هوازدگی weathering استفاده می‌شود. قبلا اشاره کردیم که به منظور ارزیابی میزان تخریب پلاستیک‌ها ناشی از نور یووی تست‌های مختلفی انجام می‌شود. در نوشته‌های قبل به اندازه گیری تغییر رنگ پلاستیکها در برابر آفتاب، افت خواص مکانیکی در برابر uv از جمله استحکام کششی و خمشی اشاره کردیم. حال در این مقاله، به بررسی تغییر شاخص کربونیل (CI) پلاستیکها از جمله HDPE در برابر یووی و اثر مستربچ یووی بر تغییر شاخص CI می‌پردازیم.

تغییر ماهیت پلاستیکها در برابر نور یووی

با در معرض قرار گرفتن پلاستیک‌ها در برابر تابش خورشید و فضای باز به تدریج در ساختار پلیمر گروه‌های کربونیل ایجاد می‌شود، که این به دلیل اکسید شدن پلیمر می‌باشد.

شکل 1: ساختار گروه کربونیل

شکل ۱: ساختار گروه کربونیل

شکل ۲ مکانیزم ایجاد گروه کربونیل بر اثر قرار گرفتن پلی اتیلن در برابر نور یووی و اکسیژن را نشان می‌دهد. واکنش‌های فتواکسیداسیون نزدیک به سطح نمونه رخ داده که روی تخریب پلاستیک اثر می‌گذارد.

شکل 2: مکانیزم تخریب پلی اتیلن

شکل ۲: مکانیزم تخریب پلی اتیلن

شاخص کربونیل (carbonyl index)

شاخص کربونیل معیاری برای بیان افزایش گروه‌های کربونیل است. بسته به نوع پلیمر و اینکه در معرض اکسیژن هوا تولید کدام یک از کربونیل، آلدهید، کتون، کربوکسیلیک اسید و استر و غیره  می‌کند، این شاخص به طریق مختلف تعریف می‌شود. حال برای مثال اگر پلیمر HDPE باشد، شاخص CI از معادله زیر حساب می‌شود.

همانطور که در معادله مشخص است، شاخص کربونیل از طریق نرمالایز کردن پیک جذب گروه کربونیل در ۱۷۱۰-۱۷۳۰ cm-1  توسط پیک جذب آلکان C–H stretching  در ۲۹۱۵-۲۹۲۵ cm-1 که در طول تخریب پلی اتیلن سنگین ثابت است، تعیین می‌شود. برای به دست آوردن ارتفاع پیک جذب گروه‌های مختلف موجود در ساختار شیمیایی مواد از تست FTIR استفاده می‌شود. به طور نمونه طیف FTIR پلی اتیلن خالص قبل و بعد از قرارگیری در معرض UV (بعد از ۵۰۰ و ۱۰۰۰ ساعت) در شکل ۳ آورده شده است.

شکل 3: طیف FTIR از PE خالص

شکل ۳: طیف FTIR از PE خالص

به عنوان مثال شاخص کربونیل نمونه‌های HDPE مختلف (با مقدار مستربچ آنتی یووی متفاوت که در جدول ۱ترکیب درصد آن‌ها نشان داده شده) قبل و بعد از قرارگیری در معرض یووی در جدول ۲ آورده شده است.

جدول 1: ترکیب درصد نمونه‌های مختلف HDPE

جدول ۱: ترکیب درصد نمونه‌های مختلف HDPE

جدول 2: شاخص کربونیل نمونه‌های HDPE در زمان‌های مختلف قرارگیری در معرض UV

جدول ۲: شاخص کربونیل نمونه‌های HDPE در زمان‌های مختلف قرارگیری در معرض UV

تمامی نمونه‌ها قبل از قرار گرفتن در یووی دارای CI غیر صفر بوده که این به دلیل تخریب گرمایی و مکانیکی در طول فرایند و یا انبارداری در حضور اکسیژن می‌باشد. مقدار کمتر شاخص کربونیل برای نمونه‌های حاوی HALS قبل از قرارگیری در یووی بیانگر اثر پایدارکنندگی گرمای HALS می‌باشد.

همچنین مشاهده می‌شود که با افزایش درصد HALS تا ۰٫۲ درصد وزنی شاخص کربونیل در همه زمان‌هاکاهش می‌یابد. بر طبق نتایج CI نمونه خالص پلی اتیلن سنگین برای ۵۰۰ و ۱۰۰۰ ساعت در معرض یووی به ترتیب حدود ۱۳۱ و ۲۳۶ درصد افزایش یافت. اضافه کردن ۰٫۰۵ درصد وزنی هالس منجر به CI کمتر می‌شود؛ از ۰٫۰۶۳۸ به ۰٫۰۲۸۶ و ۰٫۰۹۳۱ به ۰٫۰۳۲۴ برای ۵۰۰ و ۱۰۰۰ ساعت در معرض نور UV در مقایسه با PE خالص تغییر کرده است. افزایش مقدار هالس از ۰٫۰۵ تا ۰٫۱  درصد وزنی CI را حدود ۱۲٫۶ و ۱۴٫۱ درصد برای ۵۰۰ و ۱۰۰۰ ساعت در معرض نور آفتاب کاهش داد.

در نتیجه می‌توان گفت اضافه کردن HALS علاوه بر کاهش CI، سرعت افزایش شاخص کربونیل را نیز کاهش می‌دهد که این بیانگر مقاومت ماده در برابر اشعه یووی می‌باشد.

شکل 4:طیف FTIR از نمونه PEH-0.05

شکل ۴:طیف FTIR از نمونه PEH-0.05

شکل 5: طیف FTIR از نمونه PEH-0.1

شکل ۵: طیف FTIR از نمونه PEH-0.1

شکل 6: طیف FTIR از نمونه PEH-0.2

شکل ۶: طیف FTIR از نمونه PEH-0.2

جهت آشنایی بیشتر با مستربچ های UV شرکت آریا پلیمر می توانید با کارشناسان این شرکت تماس بگیرد.

مراجع

Javadi, Y., M.S. Hosseini, and M.K.R. Aghjeh, The effect of carbon black and HALS hybrid systems on the UV stability of high-density polyethylene (HDPE). Iranian Polymer Journal, 2014. 23(10): p. 793-799.

Eshraghi, A., H. Khademieslam, and I. Ghasemi, Effect of weathering on physical and mechanical properties of hybrid nanocomposite based on polyethylene, woodflour and nanoclay. Maderas. Ciencia y tecnología, 2016. 18(4): p. 617-626.

Krehula, L.K., et al., Weathering of high-density polyethylene-wood plastic composites. Journal of  wood chemistry and technology, 2014. 34(1): p. 39-54

گردآورنده:

اسما نورمحمد

 

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *