آیا می دانستید که ساختار شیمیایی پلاستیک ها در برابر نور UV تغییر می‌کند؟

مقدمه

زمانی که پلاستیک ها در طولانی مدت مقابل نور خورشید و پرتو UV قرار گیرند، دچار تخریب و در نتیجه، تغییر رنگ و افت خواص مکانیکی می‌شوند. با این وجود می توان برای کنترل و کاهش میزان تخریب در پلاستیک ها از مستربچ های UV استفاده کرد. به منظور بررسی میزان عمر و تخریب پلاستیک ها در برابر UV از تست آب و هوا زدگی (Weathering) استفاده می شود. قبلاً اشاره کردیم که برای ارزیابی میزان تخریب پلاستیک ها ناشی از نور یووی تست های مختلفی انجام می شود. هم چنین به اندازه گیری تغییر رنگ پلاستیک ها 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) پلاستیک ها از جمله HDPE در برابر یووی و اثر مستربچ یووی بر تغییر شاخص CI می‌پردازیم.

تغییر ماهیت پلاستیک ها در برابر نور UV

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

شکل ۱- ساختار گروه کربونیل

شاخص کربونیل (Carbonyl Index)

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

همان طور 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 گروه های 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 ۳- طیف FTIR برای PE خالص

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

جدول ۱- ترکیب درصد نمونه‌های مختلف HDPE

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

تمامی نمونه‌ها قبل از قرار گرفتن در معرض یووی دارای CI غیر صفر بوده که این به دلیل تخریب گرمایی و مکانیکی در طول فرایند و یا انبارداری در حضور اکسیژن است. مقدار کم تر شاخص کربونیل برای نمونه‌های حاوی HALS قبل از قرارگیری در یووی بیان گر اثر پایدارکنندگی گرمای HALS است.
هم چنین مشاهده می‌شود که با افزایش درصد HALS تا ۰٫۲ درصد وزنی شاخص کربونیل در همه زمان‌ها کاهش 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 بیان گر مقاومت ماده در برابر پرتو یووی است.

شکل ۴- طیف FTIR برای نمونه PEH-0.05
شکل ۵- طیف FTIR برای نمونه PEH-0.1
شکل ۶- طیف FTIR برای نمونه PEH-0.2

برای آشنایی بیش تر با مستربچ های UV شرکت آریا پلیمر می توانید با کارشناسان این شرکت تماس بگیرید.

منابع:

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 *