آیا می‌دانستید که ساختار شیمیایی پلاستیک‌ها در برابر نور UV تغییر می‌کند؟
مقدمه
زمانی که پلاستیک‌ها 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، می‌توان برای کنترل و کاهش میزان تخریب در پلاستیک‌ها از مستربچ‌های UV استفاده کرد. به‌منظور بررسی میزان عمر و تخریب پلاستیک‌ها در برابر نور UV از تست آب و هوازدگی (Weathering) استفاده می‌شود. قبلاً اشاره کردیم که برای ارزیابی میزان تخریب ناشی از نور یووی پلاستیک‌ها، تست‌های مختلفی انجام می‌شود. هم‌چنین به اندازه‌گیری 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 UV
با قرار گرفتن پلاستیک‌ها در برابر تابش خورشید و فضای باز، گروه‌های کربونیل به‌تدریج در ساختار پلیمر ایجاد می‌شود که این به‌دلیل اکسید شدن پلیمر است.
شکل 1. ساختار گروه کربونیلشاخص 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، استر و غیره می‌کند، این شاخص به طرق مختلف تعریف می‌شود. 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 1710-1730 cm-1، توسط پیک جذب آلکان C–H stretching در 2915-2925 cm-1 که در طول تخریب پلی‌اتیلن سنگین ثابت است، تعیین می‌شود. برای به‌دست آوردن ارتفاع پیک جذب گروه‌های مختلف موجود در ساختار شیمیایی مواد، از تست FTIR استفاده می‌شود. به‌طور نمونه طیف FTIR پلی‌اتیلن خالص، قبل و بعد از قرارگیری در معرض UV (بعد از 500 و 1000 ساعت) در شکل 3 آورده شده است.
شکل 2. طیف FTIR برای PE خالصبهعنوان مثال شاخص کربونیل نمونه‌های HDPE مختلف (با مقدار مستربچ آنتی یووی متفاوت که در جدول 1 ترکیب درصد آن‌ها نشان داده شده) قبل و بعد از قرارگیری در معرض یووی در جدول 2 آورده شده است.
جدول 1- ترکیب درصد نمونه‌های مختلف HDPE
جدول 2- 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 به‌دلیل تخریب گرمایی و مکانیکی در طول فرآیند و یا انبارداری در حضور اکسیژن است. مقدار کم‌تر شاخص کربونیل برای نمونه‌های حاوی HALS، قبل از قرارگیری در یووی، بیانگر اثر پایدارکنندگی گرمای HALS است. هم‌چنین مشاهده می‌شود که با افزایش درصد HALS تا 0.2 درصد وزنی، شاخص کربونیل در همه زمان‌ها کاهش می‌یابد. بر طبق نتایج CI، نمونه خالص پلی‌اتیلن سنگین برای 500 و 1000 ساعت در معرض یووی، به‌ترتیب حدود 131 و 236 درصد افزایش یافت. اضافه کردن 0.05 درصد وزنی هالس منجر به CI کم‌تر می‌شود؛ از 0.0638 به 0.0286 و 0.0931 به 0.0324 برای 500 و 1000 ساعت در معرض نور UV در مقایسه با PE خالص تغییر کرده است. افزایش مقدار هالس از 0.05 تا 0.1 درصد وزنی، CI را حدود 12.6 و 14.1 درصد برای 500 و 1000 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 پرتو یووی است.
شکل 4. طیف FTIR برای نمونه PEH-0.05
شکل 5- طیف FTIR برای نمونه PEH-0
شکل 6. طیف FTIR برای نمونه PEH-0.2برای آشنایی بیشتر با مستربچ‌های UV شرکت آریا پلیمر، می‌توانید 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
