تغییر رنگ پلاستیکها در برابر UV

مقدمه

پلاستیک‌ها در معرض طولانی مدت نور خورشید دچار تخریب می‌شوند. تخریب پلاستیکها خود را به صورت تغییر رنگ و از دست دادن خواص فیزیکی مکانیکی مورد انتظار نشان می‌دهد. تغییرات شیمیایی در پلاستیکها در حین تخریب، منجر به تغییر رنگ می‌شود. تخریب ناشی از UV در سطح ماده متمرکز می‌شود. بنابراین سطح سریع‌تر تخریب می‌گردد و همانطور که ساختار سطح شکسته می‌شود، براقیت سطح نیز از بین می‌رود. برای کاهش این اثرات و نیز افزایش مقاومت پلاستیک در برابر یووی، مستربچ‌های uv درون پلیمر استفاده می‌شود. در نوشته قبل به تعداد ساعات قرارگیری نمونه‌های پلاستیکی در دستگاه ودرینگ جهت شبیه سازی تخریب پلیمر در شرایط آب و هوایی برخی از مناطق ایران اشاره شد. حال سوال اینجاست که پس از خروج پلاستیک از دستگاه تست شرایط آب وهوایی تسریع یافته چه تستهایی جهت ارزیابی میزان تخریب قطعه پلیمری انجام می‌شود؟ در این نوشته و نوشته بعدی دو تست رایج در این زمینه، تست رنگ سنجی و تست‌های مکانیکی مورد بررسی قرار می‌گیرد.

شکل 1: زرد شدن نمونه پلاستیکی بعد از قرار گرفتن در نور UV

شکل ۱: زرد شدن نمونه پلاستیکی بعد از قرار گرفتن در نور UV

رنگ سنجی

تغییرات رنگ و براقیت در قطعه پلاستیکی خارج شده از دستگاه یووی توسط دستگاه اندازه گیری رنگ و براقیت (colorimeter)، اندازه گیری می‌شود.

سیستم رنگ CIELAB یک فضای رنگی سه بعدی یکنواخت است که به طور گسترده‌ای در صنایع استفاده می‌شود. این سیستم به عنوان یک فضای رنگی برای محاسبه تفاوت رنگ طراحی شده است.

شکل 3: فضای رنگی CIELAB

شکل ۳: فضای رنگی CIELAB

سیستم رنگ CIELAB برای اندازه گیری رنگ سطح در محورهای *L*، a*، b (شکل ۱) استفاده می‌شود. *L مختصات روشنایی و براقیت را نشان می دهد و از ۱۰۰ (سفید) تا ۰ (سیاه) متغیر است. *a نشان دهنده مختصات قرمز (*a+) به سبز (*a-) است. و *b نشان دهنده مختصات زرد (*b+) به آبی (*b-) است. مقادیر*L*، a*، b به صورت مختصات X، Y و Z تعریف می‌شود.

تفاوت رنگ (*ΔE) را می‌توان به صورت زیر طبق استاندارد ISO 7724 محاسبه کرد:

*ΔL* ،Δa*،Δb به ترتیب تفاوت بین مقادیر اولیه و نهایی *L*، a*، b را نشان می‌دهند. مقدار *ΔE کم، اختلاف رنگ کم را نشان می‌دهد.برای مثال اختلاف رنگ دو سیب زیر از همین فرمول محاسبه شده است.همانطور که مشخص است *L در سیب۲ که روشنی بیشتری دارد، بالاتر از *L در سیب ۱ است. *a نشانگر قرمزی سیب بوده که در سیب اول این مقدار بیشتر است. همچنین در سیب اول مقدار *b کمتر از سیب دوم است که بیان کننده مقدار زردی کمتر در سیب ۱ است.

شکل 4: محاسبه اختلاف رنگ دو سیب از طریق سیستم CIELAB

شکل ۴: محاسبه اختلاف رنگ دو سیب از طریق سیستم CIELAB

همانطور که در شکل ۵ مشاهده می‌شود لوله PVC سفید رنگ بعد از ۷ روز و ۴۵ روز در معرض نور UV به ترتیب به رنگ کرمی و مشکی درآمده است.

شکل 5:تأثیر نور یووی بر سطح لوله سفید PVC بعد از a) هفت روز و b) چهل و پنج روز

شکل ۵:تأثیر نور یووی بر سطح لوله سفید PVC بعد از a) هفت روز و b) چهل و پنج روز

همانطور که در شکل ۶ مشخص است براقیت نمونه‌های مختلف PVC سفید در معرض نور UV در دستگاه ودرینگ، در کل روند کاهشی دارند. در شکل ۷ نیز در طول زمان تست weathering به طور کلی a  افزایش می‌یابد، بنابراین رنگ PVC در معرض UV به قرمزی می‌گراید. طبق شکل ۸ پی وی سی با گذشت زمان درون دستگاه یووی زردتر می‌شود که این با افزایش b نمایان شده است. درنهایت ΔE نمونه‌ها همانطور که در شکل ۹ قابل ملاحظه است، در طول زمان روند افزایشی داشته که نشان دهنده از دست دادن رنگ اصلی نمونه می‌باشد.

شکل 6: تغییر براقیت (L) نمونه‌های مختلف پانل PVC در دستگاه تست ودرینگ با گذشت زمان

شکل ۶: تغییر براقیت (L) نمونه‌های مختلف پانل PVC در دستگاه تست ودرینگ با گذشت زمان

شکل 7: تغییر قرمزی (a) نمونه‌های مختلف پانل PVC در دستگاه تست ودرینگ با گذشت زمان

شکل ۷: تغییر قرمزی (a) نمونه‌های مختلف پانل PVC در دستگاه تست ودرینگ با گذشت زمان

شکل 8: تغییر زردی (b) نمونه‌های مختلف پانل PVC در دستگاه تست ودرینگ با گذشت زمان

شکل ۸: تغییر زردی (b) نمونه‌های مختلف پانل PVC در دستگاه تست ودرینگ با گذشت زمان

شکل 9: تغییر dE نمونه‌های مختلف پانل PVC در دستگاه تست ودرینگ با گذشت زمان

شکل ۹: تغییر dE نمونه‌های مختلف پانل PVC در دستگاه تست ودرینگ با گذشت زمان

طبق استاندارد ۱۲۲۹۱ ملی ایران، در پروفیل‌های پی وی سی سخت برای تولید در و پنجره باید *L* ، a و *b به صورت زیر باشند.

همچنین بعد از تست یووی برای این پروفیل‌های UPVC، نباید ΔE و Δb به ترتیب بزرگتر از ۵ و بزرگتر از ۳ باشند.

مراجع

Saad, N., et al., The effect of several service and weathering parameters on tensile properties of PVC pipe materials. Materials Sciences and Applications, 2012. 3(11): p. 784.

Butylina, S., M. Hyvärinen, and T. Kärki, Weathering of wood-polypropylene composites containing pigments. European Journal of Wood and Wood Products, 2012. 70(5): p. 719-726

Kamişli, F. and C. Turan, A study on usability of magnesium oxide with titanium dioxide in PVC door and window profiles. Journal of Materials Processing Technology, 2005. 159(1): p. 40-47.

http://standard.isiri.gov.ir/StandardView.aspx?Id=2485

 

گردآورنده:

اسما نورمحمد

دیدگاهتان را بنویسید

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