پلاست 07 - عوامل موثر در اکسید شدن چوب پلاست

عوامل موثر در اکسید شدن تخته چوب پلاست

وجود رطوبت در اکسید شدن تخته چوب پلاست موثر است. آب (باران در محيط ميداني و اسپري آب در جعبة هواديدگي) سبب آبشويي ضد اكسايش‌ها و افزودني‌هاي ديگر مي‌شود و به موجب آن مقاومت پلاستيك يا چندسازه ی چوب پلاست را در برابر تخريب اكسايشي كاهش مي‌دهد. چون چندسازه های چوب پلاست در مقايسه با پلاستيك‌ها آب بسيار بيشتري جذب مي‌كنند، اثر اين آبشويي بر تخريب تسريع شده بايد در چندسازه های چوب پلاست بيشتر باشد. علاوه بر اين ، آب بعضي از ضد اكسايش‌ها را هيدروليز مي‌كند و بدين‌وسيله باعث از بين بردن آن‌ها مي‌شود.

اما، به طور حتم آب نقش مستقيم‌تري در اکسید شدن تخته چوب پلاست ايفا مي‌كند. وقتي چندسازه‌اي بدون ضد اكسايش افزوده و با OIT نزديك به صفر، در جعبة هواديدگي (102 دقيقه نور UV و 18 دقيقه نور UV به همراه اسپري آب) قرار گرفت، بعد از 5 روز سطح تخته چوب پلاست به طور قابل ملاحظه‌اي خرد شده بود. وقتي همين تخته چوب پلاست در همان جعبه هواديدگي، اما بدون اسپري آب (2 ساعت نور UV) قرار گرفت، بعد از 30 روز هيچ خرد‌شدگي در آن ديده نشد.

علاوه بر اين ، دو عامل ديگر قابل ملاحظه‌اند : آب به عنوان كاتاليزر تخريب اكسايشي عمل مي‌كند. يا اسپري آب به تخته چوب پلاست شوكي وارد مي‌كند كه سبب انقباض آن مي‌شود. و بعد از آن تخته چوب پلاست بار ديگر منبسط مي‌شود.

اين انقباض-انبساط پي در پي باعث حركت جلو و عقب تخته چوب پلاست‌ها مي‌شود كه به نوبة خود سبب ايجاد تنش يا فشار در سطوح مشترك بين پلي‌مر و پر‌كننده مي‌شود؛ زيرا اندازة پر‌كننده‌ها به‌طور معمول تحت تاثير انقباض – انبساط قرار نمي‌گيرد. به طور كلي، با جدايي در سطح مشترك بين پر كننده و ماتريس زمينة زير تنش، شكست دائم ايجاد مي‌شود. علاوه بر اين، اكسيژن به درون حفره‌هايي كه با اين عمل ايجاد مي‌شوند، نفوذ مي‌كند. همة اين موارد سبب تسريع تخريب اكسايشي مي‌شوند.

ضد اكسايش‌ها و مقدارشان در چوب پلاست

چندين نوع ضد اكسايش وجود دارند. انواع بسيار رايج آن‌ها در اکسید شدن تخته چوب پلاست «ضد اكسايش‌هاي اوليه» يا «ضد اكسايش ‌هاي شكننده زنجير» و «ضد اكسايش هاي ثانويه» يا «ضد اكسايش‌هاي بازدارنده» هستند.

به طور كلي، ضد اكسايش‌ها يا راديكال‌هاي آزاد را جمع آوري مي‌كنند يا از تشكيل راديكال‌ آزاد جلوگيري مي‌كنند.

به عنوان قانوني كلي، ضد اكسايش با وزن مولكولي كم براي حفاظت از پلاستيك طي فرآوري (اختلاط واكستروژن) به كار مي‌روند. در حالي كه ضد اكسايش‌هاي با وزن مولكولي زياد براي حفاظت بلند مدت تخته چوب پلاست ، مانند تخته چوب پلاست‌هاي چندسازة سكو طي كاربرد در سرويس مفيد به حساب مي‌آيند. دليل اين امر آبشويي كم‌تر ضد‌اكسايش‌هاي با وزن مولكولي زياد با باران، يخ زدن – آب شدن يخ و وقايع مشابه ديگر از پروفيل است.

اگر «ضد اكسايش‌هاي اوليه» براي گرفتن هيدروژن از پليمر با راديكال‌هاي آزاد رقابت كنند و سپس راديكال آزاد ديگري را جمع آوري كند، «ضد اكسايش‌هاي ثانويه» به طور مستقيم هيدروپراكسيدهاي ناپايدار تجزيه كرده و بدان وسيله از تشكيل راديكال‌هاي آزاد جلوگيري مي‌كند.

ضد اكسايش ها كاتاليزر نيستند، بلكه آن‌ها با حفاظت پليمر از اكسايش، مصرف مي‌شوند. ضداكسايش‌ها به ایجاد پراكسيد پايدار مي‌انجامند، به عنوان ضد اكسايش اكسيد شده، يا مانند ساختارهاي پايدار ديگر در مي‌آيند. پيش بيني دقيق این که چه مدت مقدار مشخصي از ضد اكسايش‌ها به فرم معيني در چندسازه‌اي مانند چندسازة چوب پلاست سكو ماندگاري دارد، در عمل ممكن نيست. اگر هم  شرايط توليد به نسبت پايدار باشد، شرايط محيط ميداني در دامنة وسيعي از دما، اشعة خورشيد، رطوبت و از جمله اين‌ها تغيير مي‌كند.

وقتي كه پروفيل چوب پلاست از واحد توليد خارج مي‌شود، آنچه در محيط و در سرويس بر سرش مي‌آيد، غير قابل كنترل و غير قابل پيش‌بيني است. از اين رو هدف اصلي انتخاب ضد اكسايش ها و مقدارشان حفاظت از محصول در بدترين شرايطي كه محصول در آن نصب مي‌شود، حداقل طي دورة تضمين خسارت به طور معمول 20-10 سال و كاهش هزينة افزودن ضداكسايش‌ها با همان كارآيي است.

اين تعبير درست نيست كه بعضي از ضد اكسايش‌ها تنها طي فرآوري از چندسازه چوب پلاست حفاظت مي‌كنند و طي سرويس در محيط ميداني موثر نيستند و برعكس، بعضي از ضد اكسايش‌هايي كه در سرويس در محيط ميداني موثرند، طي فرآوري كارآيي حفاظتي ندارند. به طور كلي اين امر درست نيست. اگر ضد اكسايش‌ها در خنثي كردن راديكال‌هاي آزاد در رقابت با پليمرها براي دادن هيدروژن، و در جلوگيري از تشكيل راديكال آزاد موفق باشند، در هر جايي، هم در فرآوري با دماي بالا و هم در محيط ميداني، طي بلند مدت در سرويس، در دماهاي به نسبت كم، اما در معرض نور UV كه سبب توليد راديكال آزاد در چندسازه مي‌شود، نيز موفق خواهند بود.

اين بدان مفهوم نيست كه تمام ضداكسايش ها از نظر عملكرد و دوام در چندسازه‌های چوب پلاست يا پلاستيك‌ها برابرند. ضد اكسايش‌هاي با وزن مولكولي كم در سرويس طی بلند مدت، به ويژه در سطح بيروني  چندسازه چوب پلاست با تخلخل زياد ( با دانسيته يا جرم ويژة كم) آبشويي مي‌شوند. از اين رو ضداكسايش‌هاي با وزن مولكولي زياد براي بعد از توليد در شرايط سرويس برتري دارند.

ضد اكسايش‌هايي كه در دماهاي زياد فرارند، ترجيح كاربرد ندارند. با اين که اين ضد اكسايش‌ها انرژي فعال‌سازي كمي براي خنثي كردن راديكال‌هاي آزاد دارند و اگرچه گفته مي‌شود آن‌ها در دماهاي كم در حفاظت چندسازه های چوب پلاستي سكو موثرند، در دماهاي فرآوري بالا به نسبت تجزيه مي‌شوند. گزارش شده است كه بعضي از ضد اكسايش‌ها (مانند سولفيدهاي فنول) بعد از خنك شدن مذاب، محلول اشباع شدة شان در شبكه چندسازه چوب پلاست به صورت بلور يا كريستال در مي‌آيند و در نتيجه به مقدار زيادي از ظرفيت‌شان به عنوان تثبيت كننده‌ها كاسته مي‌شود.

به عبارت ديگر، مكانيسم اصلي عمل ضد اكسايش‌ها در دماهاي فرآوري و در سرويس در محيط ميداني يكي است. ولي عوامل ديگري هم در عملكرد واقعي‌شان موثرند و اين عوامل در انتخاب نوع ضد اكسايش براي نوع خاصي از فراوري و شرايط بلند مدت سرويس حائز اهميت هستند. همچنين ضد اكسايش‌هاي اوليه و ثانويه اغلب اثر هم افزايي (همسويي) دارند و به اين دليل است كه توليدكنندگان پلاستيك‌ها و چندسازه های چوب پلاست از تركيبي از دو يا چندين نوع ضد اكسايش استفاده مي‌كنند.

يكي از اختلاط رايج ضد اكسايش­ها Irganox B225 است كه مخلوطي 1 به 1 از Irganox1010 (نوع اوليه، ضد اكسايش فنولي بازدارنده با فراريت كم، با وزن مولكولي بيش از Da1178 (دالتون) و Irgafos 168 (نوع ثانويه، ضد اكسايش فسفيت، پايدار در برابر تجزيه، با وزن مولكولي كم‌تر از Da647 (دالتون) است. باور بر اين است كه Irgafos  به طور عمده‌اي چندسازه چوب پلاست را طي فرآوري و Irganox 1010 طي بلند مدت در سرويس محافظت مي‌كند، اما هر دوي آن‌ها به نسبت در هر دو شرايط موثرند.

دليل ديگر كاربرد توأم  ضد اكسايش‌ها اينست كه آن‌ها اغلب اثر هم سويي دارند. ضد اكسايش‌هاي ثانويه از تشكيل راديكال‌هاي آزاد جلوگيري مي‌كنند و ضد اكسايش‌هاي اوليه از انتشار راديكال‌هاي آزاد جلوگيري مي‌كنند. به طور كلي هر ماده‌اي، پلاستيك يا چندسازه چوب پلاست به مخلوط بهينه‌اي از ضد اكسايش نياز دارد، كه بهينه‌سازي شامل نوع ضد اكسايش‌ها، مقدار هر يك در مخلوط، و هزينه كل است. داشتن توأمي از ضد اكسايش در چندسازه كه به طور كامل كار جلوگيري از تشكيل و انتشار راديكال‌هاي آزاد را انجام دهد، اندكي از واقعيت بدور است.

علاوه بر اثر همسويي، بعضي از ضد اكسايش‌ها (يا به طور كلي، پايدار كننده‌ها) بين يكديگر اثر ناسازگاري ايجاد مي‌كنند. براي مثال، دوده به عنوان ضد اكسايش ضعيف و يك پايداركننده موثر به UV عمل مي‌كند. وقتي كه دوده مخلوط با ضد اكسايش‌هاي گوگرد پايه به كار مي‌رود، اثر همسويي ايجاد مي‌كند. اما وقتي كه مخلوط با آمين‌هاي بازدارنده و بعضي از ضد اكسايش‌هاي فنولي به كار می‌‌رود. از ميزان حفاظت از پلي اتيلن مي‌كاهد.

به طور كلي راديكال‌هاي آزاد كه عمل‌شان سبب تخريب پلاستيك‌ها و چندسازه‌هاي پلاستيك پايه مانند چوب پلاست مي‌شود، با افزودن ضد اكسايش‌ها خنثی می‌شوند. ضد اكسايش‌ها يا از تشكيل راديكال‌ آزاد جلوگيري مي‌كنند يا راديكال‌هاي آزاد را به مشتقات پايدار تبديل مي‌كنند و بنابراين پيوند شيميايي پايداري ايجاد مي‌كنند.

ضد اكسايش‌ها نمي‌توانند آسيب‌هاي وارد شده به پلاستيك (به طور معمول، زنجيرهاي پليمري كوتاه، اتصال عرضي بين زنجيرهاي پليمر، خواص مكانيكي ضعيف‌تر، تردی بيشتر) را برگردانند (جبران كنند)، ولي مي‌توانند آن‌ها را كاهش داده و يا در عمل از توسعه بيشتر تخريب اكسايشي و صدمات ايجاد شده جلوگيري كنند. راديكال‌هاي آزاد عمر كمي دارند و آن‌ها يا به طور دائم منتشر شوند يا غيرفعال شوند، از مكانيسم تشريح شدة در بالا پيروي مي‌كنند.

تابش خورشيد (نور UV) در اکسید شدن تخته چوب پلاست

تابش خورشيد به طور معمول با گرم كردن سطح ماده همراه است. نور «خنك» نور خورشيد به ندرت روي مي‌دهد، مگر در مناطق كوهستاني. از اين رو، تفكيك اثر تابش خورشيد با اثرات حرارتي بر پلاستيك‌ها و چندسازه‌هاي پلاستيك پايه مانند چوب پلاست مشكل است. دماهاي سطح سكو زير تابش نور مستقيم خورشيد و در سايه به نسبت با يكديگر متفاوتند. در سايه، دماي سطح سكو برابر با دماي هوا (محيط) است. زمانی كه دماي سطح سكو زير تابش مستقيم نور خورشيد در مناطق معتدل 5/4 و در مناطق گرم 10 از دماي هوا بيشتر است، از اين رو، در عمل اثر تابش خورشيد هميشه با اثر حرارت همراه است.

در پلاستيك‌ها و چندسازه ‌هاي پلاستيك پايه مانند چوب پلاست عامل مخرب اصلي تابش خورشيد نورUV است. وقتي كه نورUV خورشيد، كه بسيار پرانرژي است به سطح سكو برخورد مي‌كند، راديكال آزاد توليد مي‌كند، مانند روشي كه تيمار حرارتي عمل‌ مي‌كند. تنها اختلاف در اينست كه حرارت سبب ايجاد راديكال هاي آزاد در تودة (حجم) ماده مي‌شود، در حالي كه نورUV فقط در سطح ماده راديكال آزاد ايجاد مي‌كند. نورUV ماهيتي دوگانه دارد، يعني همزمان هم موج است و هم ذره. وقتي كه موج و ذرات پر انرژي‌شان به سطح سكو برخورد مي‌كنند، سبب شكست زنجيرهاي پليمري و تشكيل راديكال‌هاي آزاد مي‌شود.

در حقيقت، فقط حدود %6 از تابش خورشيد داراي نورUV با طول موج كم‌تر از 400 نانومتر است، كه انرژي كافي براي شكستن پيوند‌هاي كوالانسي دارد. نور UV خورشيد با طول موج 300 نانومتر مي‌توانند قوي‌ترين پيوند كوالانسي را بشكند. هرچه تابش خورشيد عمودي‌تر باشد، با طول موج كوتاه‌تري به سطح سكو مي­تابد و اثرات مخرب نورUV و دما بيشتر خواهد بود. هرچه ارتفاع (از سطح دريايي آزاد) بيشتر باشد، نورUV قوي‌تر است و نورUV با طول موج كوتاه و با انرژي بيشتري به سطح سكو مي‌تابد.

مولكول‌هاي پليمر شكسته شده و فرآورده‌هاي با وزن مولكولي كم (مانند هيدروپراكسيد‌ها) سبب انتشار راديكال‌هاي آزاد به مولكول‌هاي مجاورشان مي‌شوند. اين واكنش مانند واكنش‌هاي زنجيري راديكال‌هاي آزاد (خطي يا شاخه‌دار) به عمق چندسازه نفوذ مي‌كند.

در واقع، اثر تابش خورشيد بر پلاستيك­ها و چندسازه های چوب پلاست نتايج متعددي در بر دارد. به طور كلي، اما نه هميشه، نور UV سبب بي‌رنگ كردن يا رنگ باختگي پلاستيك‌ها و چندسازه‌هاي پلاستيك پايه مي‌شود. اين رنگ باختگي نتيجه تخريب اكسايشي در سطح است. اين امر ممكن است به تودۀ چندسازه آسيب وارد كند يا نكند. همة اين‌ها به مقدار ضد اكسايش در تودة ماده بستگي دارد. چندسازۀ چوب پلاست داراي مقدار زيادي ضد اكسايش رنگ باخته مي‌شود (به ويژه،‌ اگر آن‌ها رنگ دانه نداشته باشند)، اما طي دورة زماني مشخصي خواص مكانيكي‌شان راحفظ مي‌كنند. چندسازه های چوب پلاستي ديگر مي‌توانند رنگ‌شان را حفظ كنند (به ويژه آن‌هايي كه رنگ دانة زيادي دارند)، ولي اگر ضد اكسايش كافي نداشته باشند به واسطه تخريب اكسايشي خرد مي‌شوند.

مقدار افزودن بازآسياب در اکسید شدن تخته چوب پلاست 

افزودن باز آسياب كه تا حدودي با تخريب اكسايشي طي فرآوري يا در محيط ميداني آسيب ديده‌اند (وقتي ضايعات آسيب شده (بازآسياب) از مواد چندسازه چوب پلاست باشند)، به چندسازه عاملي تخريب كننده نيست. باز آسياب­شده­ها راديكال‌هاي آزاد ندارند. زيرا راديكال‌هاي آزاد عمر كوتاهي دارند و يا به طور دائم منتشر شده (نفوذ كرده) و يا فعاليت‌شان متوقف مي‌شود. اما، افزودن بازآسياب به چندسازه چوب پلاست اگر به مقدار زياد باشد، مقاومت و سفتي (مدول خمشي) پروفيل حاصل را كاهش مي‌دهد، اما اگر به آن مقداري كافي ضد اکسايش اضافه شود، تخريب اکسايشي چندسازة حاصل را تسريع نمي‌كند.

اما اگر به مخلوط پلاستيك، پر كننده، افزودني، بازآسياب هيچ ضد اكسايشي اضافه نشود، دوام چندسازة چوب پلاست حاصل در مقايسه با فرمولاسيوني مشابه بدون بازآسياب اندكي كم­تر خواهد بود.

(ابراهیمی، ق. رستم­پور، ا. 1389. در ترجمه چندسازۀ چوب و پلاستیک. آناتول آ، کلیوسوف. تهران. دانشگاه تهران. موسسه انتشارات. 886 صفحه.)

بدون دیدگاه

دیدگاهتان را بنویسید