تغییر رنگ پلاستیک ها در برابر UV

مقدمه

پلاستیک ها در معرض طولانی مدت نور خورشید دچار تخریب می‌شوند. تخریب پلاستیک ها خود را به صورت تغییر رنگ و از دست دادن خواص فیزیکی مکانیکی مورد انتظار نشان می دهد. تغییرات شیمیایی در پلاستیک ها در حین تخریب، منجر به تغییر رنگ می‌شود. تخريب ناشی از UV در سطح ماده متمرکز می‌شود. بنابراین سطح سریع تر تخریب می گردد و همان طور که ساختار سطح شکسته می‌شود، براقیت سطح نیز از بین می‌رود. برای کاهش این اثرات و نیز افزایش مقاومت پلاستیک در برابر یووی، از مستربچ های UV استفاده می‌شود. در مقاله قبل به تعداد ساعات قرارگیری نمونه های پلاستیکی در دستگاه آب و هواسازی (Weathering) جهت شبیه سازی تخریب پلیمر در شرایط آب و هوایی برخی از مناطق ایران اشاره شد. حال سؤال این جاست که پس از خروج پلاستیک از دستگاه تست شرایط آب وهوایی تسریع یافته چه تست هایی 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.

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 گسترده‌ در صنایع استفاده می‌شود. این سیستم به عنوان یک فضای رنگی برای محاسبه تفاوت رنگ طراحی شده است.

سیستم رنگ CIELAB برای اندازه گیری رنگ سطح در محورهای *L*، a*، b (شکل 1) استفاده می‌شود. *L مختصات روشنایی و براقیت را نشان می دهد و از 100 (سفید) تا 0 (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 می دهد. برای مثال اختلاف رنگ دو سیب زیر از همین فرمول محاسبه شده است.همان طور که مشخص است *L در سیب2 که روشنی بیش تری دارد، بالاتر از *L در سیب 1 است. *a نشانگر قرمزی سیب بوده که در سیب اول این مقدار بیش تر است. هم چنین در سیب اول مقدار *b کم تر از سیب دوم است که بیان کننده مقدار زردی کم تر در سیب 1 است.

همان طور که در شکل 5 مشاهده می‌شود لوله PVC سفید رنگ بعد از 7 روز و 45 روز در معرض نور UV به ترتیب به رنگ کرمی و مشکی درآمده است.

همان طور که در شکل 6 مشخص است براقیت نمونه‌های مختلف PVC سفید در معرض نور UV در دستگاه ودرینگ، در کل روند کاهشی دارند. در شکل 7 نیز در طول زمان تست weathering به طور کلی a  افزایش می یابد، بنابراین رنگ PVC در معرض UV به قرمزی می گراید. طبق شکل 8 پی وی سی با گذشت زمان درون دستگاه یووی زردتر می‌شود که این با افزایش b نمایان شده است. درنهایت ΔE نمونه‌ها همان طور که در شکل 9 قابل ملاحظه است، در طول زمان روند افزایشی داشته که نشان دهنده از دست دادن رنگ اصلی نمونه است.

طبق استاندارد 12291 ملی ایران، در پروفیل‌های پی وی سی سخت برای تولید در و پنجره باید *L* ، a و *b به صورت زیر باشند.

هم چنین بعد از تست یووی برای این پروفیل‌های UPVC، نباید ΔE و Δb به ترتیب بزرگ تر از 5 و بزرگ تر از 3 باشند.

منابع:

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.

گردآورنده: اسما نورمحمد