پلاستیک ها دسته ای پرکاربرد از پلیمرها هستند که روز به روز استفاده از آنها در فضاهای بیرونی افزایش می یابد. پلیمرها در شرایط مختلف آب و هوایی و اشعه ماوراء بنفش تحت تغییرات ظاهری یا استفاده قرار می گیرند. به طور معمول، این مواد در معرض نور UV طولانی مدت قرار می گیرند، تغییر در رنگ و خواص مکانیکی مانند کاهش استحکام کششی و مقاومت در برابر ضربه، شکنندگی، ترک خوردگی و پوسته پوسته شدن. تخریب و تخریب پلاستیک در اثر عوامل مختلفی به نام هوازدگی ایجاد می شود. به همین دلیل مقاومت این گونه مواد در برابر شرایط جوی به موضوعی مهم تبدیل شده است. این امر منجر به توسعه مواد پلیمری مقاوم در برابر اشعه ماوراء بنفش و استفاده از مستربچ UV در پلاستیک شد.
در این پست ابتدا توضیح مختصری در مورد هر یک از عوامل جوی مؤثر در تخریب ارائه شده و سپس به معرفی چند مستربچ مقاوم در برابر اشعه ماوراء بنفش و لزوم استفاده از تست اتمسفر تسریع شده اشاره شده است. تا انتها کنار آترین پلیمر باشید.
عوامل منجر به تخریب
مهمترین عواملی که منجر به تخریب به صورت جداگانه یا ترکیبی می شود عبارتند از:
- تابش خورشیدی
- درجه حرارت
- رطوبت
- سایر اثرات جوی
۱) تابش خورشید
قرار گرفتن طولانی مدت در معرض نور خورشید به ویژه اشعه ماوراء بنفش منجر به شکستن زنجیره های پلیمری و پیوندهای شیمیایی و ایجاد رادیکال ها و در نتیجه تضعیف خواص فیزیکی، تغییر رنگ و پوسته پوسته شدن سطوح می شود. در بدترین حالت، محصولات پلاستیکی حتی پس از مدت کوتاهی شکننده شده و تجزیه می شوند. به منظور محافظت از پلاستیک در برابر اثرات مضر اشعه ماوراء بنفش، ترکیبات اساسی باید به اندازه کافی تثبیت شوند.
۲) دما
هنگامی که مواد پلاستیکی برای مدت طولانی در معرض گرما و سرمای شدید یا دماهای بالا قرار می گیرند، ساختار پلیمری ممکن است آسیب فیزیکی ببیند. همچنین تغییرات دمای بالا منجر به تحریک واکنش های شیمیایی و ضعیف شدن مواد پلاستیکی می شود.
از سوی دیگر، دمای استفاده از ماده مورد نظر ممکن است در محدوده ای باشد که همچنان ماده مقاومت خوبی در برابر ضربه و فشار داشته باشد، اما آلودگی هوا ممکن است اثرات نامطلوبی بر این ویژگی ها داشته باشد. علاوه بر این، نور خورشید می تواند دمای سطوح در معرض مستقیم را تا 20 درجه سانتیگراد بالاتر از دمای محیط، بسته به رنگ مواد، افزایش دهد.
۳) رطوبت
اثر اشعه ماوراء بنفش بر روی آب منجر به تولید انواع مختلفی از رادیکال های آزاد می شود. این رادیکال ها می توانند روند تخریب را آغاز کرده و ادامه دهند. همچنین می تواند تخلخل و مهاجرت میکروبی را افزایش دهد. بیشتر فرآیندهای تخریب در آب و هوای خشک بسیار کندتر از آب و هوای مرطوب است.
۴) اثرات دیگر اتمسفری
آلاینده های مختلف جوی مانند خاک و گرد و غبار و همچنین مواد مضر مانند دی اکسید گوگرد (SO2) یا ازن و اسید سولفوریک موجود در باران اسیدی در کاربردهای بیرونی اجتناب ناپذیر هستند. این آلاینده ها می توانند اثرات جوی شدیدتری ایجاد کنند. یکی از مواردی که می توان به آن اشاره کرد، قرار گرفتن شدید در معرض گازهای خاص مانند اگزوز خودرو است که می تواند تخریب مواد را تا حد زیادی تسریع کند و منجر به عملکرد مکانیکی ضعیف شود.
پایدارکننده‌های آب و هوا برای مواد پلاستیکی
حفاظت از مواد پلیمری در برابر اشعه ماوراء بنفش و هوازدگی معمولاً با ترکیب مواد پلیمری با مواد افزودنی انجام می شود. انتخاب یک تثبیت کننده مناسب به زمینه کاربرد، منطقه آب و هوایی، نیازهای ماندگاری و شرایط قرار گرفتن در معرض خاص بستگی دارد. با افزایش شدت اشعه UV و هوازدگی، تثبیت کننده ها باید موثرتر باشند.
برخی از افزودنی های مقاوم در برابر UV و مستربچ های تثبیت کننده اشعه ماوراء بنفش در زیر ذکر شده اند.
برای مشاهده محصولات کلیک نمایید.
جاذب‌های نور UV
جاذب ها اشعه ماوراء بنفش را جذب می کنند و آنها را به اشعه مادون قرمز یا انرژی گرمایی تبدیل می کنند. سپس این گرما از طریق ماتریس پلیمری منتشر می شود. به طور کلی جذب کننده های نور در شرایط آب و هوایی سخت عملکرد خوبی ندارند.
کربن بلک یکی از جاذب های بسیار موثر و ارزان است که به عنوان یک افزودنی استاندارد برای قطعات خاکستری و مشکی استفاده می شود. بنابراین، قطعات سیاه در حال حاضر مقاومت خوبی در برابر اشعه ماوراء بنفش در آب و هوای معتدل دارند. اما از طرفی رنگ مشکی برای شرایط آب و هوایی شدید یا در مواردی که رنگ های دیگری مورد نظر است مناسب نیست.
علاوه بر این، دی اکسید تیتانیوم (TiO2) به طور گسترده ای به عنوان یک جاذب نور برای محصولات PVC استفاده می شود و در حال حاضر در برابر اشعه UV بسیار مقاوم است. این ماده عمدتاً برای قطعات رنگی سفید (به غیر از سیاه) استفاده می شود.
پایدارکننده‌های نور UV
تثبیت کننده ها با واکنش با رادیکال ها فرآیند تخریب را متوقف می کنند. این مواد برای پلاستیک ها و کاربردهای خاصی ساخته شده اند. فرمول تثبیت کننده به ویژه بسته به موقعیت جغرافیایی، شرایط آب و هوایی، نوع کاربرد، و مدت زمان قرار گرفتن در معرض متغیر است. از جمله این تثبیت‌کننده‌ها می‌توان به تثبیت‌کننده‌های نوری با آمین مانع (HALS) اشاره کرد.
چه طور می‌توان از مقاومت پلاستیک ها در برابر UV اطمینان حاصل کرد؟
با توجه به موارد ذکر شده در بالا، تولیدکنندگان مواد پلاستیکی باید مقاومت محصولات خود را در برابر عوامل مختلف جوی بررسی کنند، زیرا خواص مکانیکی این مواد با گذشت زمان در معرض نور خورشید، دمای بسیار بالا یا بسیار پایین، رطوبت و آلودگی هوا ضعیف می شود. اکنون از آنجایی که این تحقیق در شرایط واقعی محیطی به دلیل دخالت متغیرهای زیاد و نیاز صنعت به آزمایش محصولات در مدت زمان کوتاه امکان پذیر نیست، از آزمایش اتمسفر تسریع شده برای این منظور استفاده می شود. متغیرهای مختلف در فضای باز عبارتند از:
- چرخه نور/تاریکی روزانه و تغییرات آب و هوا
- عرض جغرافیایی منطقه نوردهی (هرچه به خط استوا نزدیکتر باشد، UV بیشتر است)
- ارتفاع (هرچه قطعه به خورشید نزدیکتر باشد UV بیشتر است)
- شرایط محلی (به عنوان مثال نمونه های آزمایشی خشک شدن باد ثابت)
- تغییرات تصادفی آب و هوا از سالی به سال دیگر (وخامت می تواند در یک مکان در سال های متوالی بسیار متفاوت باشد).
- تغییرات فصلی (در زمستان ممکن است تخریب کمتری نسبت به تابستان وجود داشته باشد)
- جهت نمونه
- خواص متغیر مواد آزمایشی
تست آب و هوای شتاب دارای متغیرهای کمتری است. این آزمایش را می توان با روش های عملیاتی و نگهداری مناسب کنترل کرد:
- چرخه وظیفه تجهیزات آزمایشگاهی (چرخه نور/تاریکی/رطوبت معمولاً توسط استاندارد تعریف می شود)
- دمای مورد استفاده در آزمایش آزمایشگاهی (گرمتر سریعتر است)
- تغییر منبع نور برای تجهیزات تست (کنترل تابش دستی یا خودکار، عمر لامپ و فیلتر)
- خواص متغیر مواد آزمایشی
بهترین روش تأیید نتایج به دست آمده پس از آزمایش هوازدگی تسریع شده با قرار دادن نمونه در شرایط واقعی است.
جمع بندی
حال وقت آن هست که شما با دانستن نکات گفته شده در این پست جلوی آسیب دیدن پلاستیک را در برابر اسیب های ناشی از نور خورشید بگیرید.