تغییر رنگ پلاستیک‌ها در برابر UV
مقدمه
پلاستیک‌ها در معرض طولانی مدت نور خورشید دچار تخریب می‌شوند. تخریب پلاستیک‌ها خود را بهصورت تغییر رنگ و از دست دادن خواص فیزیکی مکانیکی مورد انتظار نشان می‌دهد. تغییرات شیمیایی در حین تخریب، منجر به تغییر رنگ پلاستیک‌ها می‌شود. تخريب 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، از مستربچ‌های UV استفاده می‌شود. در مقاله قبل به تعداد ساعات قرارگیری نمونه‌های پلاستیکی در دستگاه آب و هواسازی (Weathering) جهت شبیه‌سازی تخریب پلیمر در شرایط آب و هوایی برخی از مناطق ایران اشاره شد. حال سؤال این‌جاست که پس از خروج پلاستیک از دستگاه تست شرایط آب و هوایی تسریع‌یافته، 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 UVرنگ‌سنجی
تغییرات رنگ و براقیت در قطعه پلاستیکی خارج‌شده از دستگاه یووی توسط دستگاه اندازه‌گیری رنگ و براقیت (Colorimeter)، اندازه‌گیری می‌شود.
شکل 2. نمایی از دستگاه رنگ‌سنجی (Colorimeter)سیستم رنگ CIELAB یک فضای رنگی سه بعدی یک‌نواخت است که به‌طور گسترده در صنایع استفاده می‌شود. این سیستم به‌عنوان یک فضای رنگی برای محاسبه تفاوت رنگ طراحی شده است.
شکل 3. فضای رنگی CIELABسیستم رنگ CIELAB برای اندازه‌گیری رنگ سطح در محورهای *L* ،b* ،a (شکل 1) استفاده می‌شود. *L مختصات روشنایی و براقیت را نشان می‌دهد و از 100 (سفید) تا 0 (سیاه) متغیر است. *a نشان‌دهنده مختصات قرمز (*a+) به سبز (*a-) است. و *b نشان‌دهنده مختصات زرد (*b+) به آبی (*b-) است. مقادیر*L* ،a* ،b بهصورت مختصات Y ،X و Z تعریف می‌شود.
تفاوت رنگ (*ΔE) را می‌توان بهصورت زیر طبق استاندارد ISO 7724 محاسبه کرد:
*ΔL* ،Δb* ،Δa بهترتیب تفاوت بین مقادیر اولیه و نهایی *L*،b* ،a 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 سیب 2 که روشنی بیش‌تری دارد، بالاتر از *L در سیب 1 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 بیان‌کننده مقدار زردی کم‌تر در سیب 1 است.
شکل 4. محاسبه اختلاف رنگ دو سیب از طریق سیستم CIELABهمان‌طور که در شکل 5 مشاهده می‌شود، لوله PVC سفید رنگ بعد از 7 روز و 45 روز در معرض نور UV، بهترتیب به رنگ کرمی و مشکی درآمده است.
شکل 5. تأثیر نور یووی بر سطح لوله سفید PVC بعد از 7 روز (a) و 45 روز (b)همان‌طور 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، به‌طور کلی a افزایش می یابد، بنابراین رنگ PVC در معرض UV به قرمزی می‌گراید. 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 همان‌طور که در شکل 9 قابل ملاحظه است، در طول زمان روند افزایشی داشته که نشان‌دهنده از دست دادن رنگ اصلی نمونه است.
شکل 6. 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 8. 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 زمانطبق استاندارد 12291 ملی ایران، در پروفیل‌های پی وی سی سخت برای تولید در و پنجره، باید *b* ،a و *L بهصورت زیر باشند.
هم‌چنین بعد از تست یووی برای این پروفیل‌های UPVC، نباید ΔE و Δb بهترتیب بزرگ‌تر از 5 و بزرگ‌تر 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
