تخريب اكسايشي حرارتي و نوري و دوام چوب پلاست
تخته چوب پلاست بسته به شرایط و کیفیت دچار تخريب اكسايشي حرارتي و نوري می شوند. تمام پلاستيك ها و همچنين تمام مواد آلي طي گذشت زمان خواص كاربردي خود را در دورة معيني حفظ مي‌كنند.
مقاومت انواع پليمرهاي تجاري به اكسايش حرارتي به طور معمول با شاخص دماي UL آن‌ها بيان مي‌شود، اين شاخص نشان مي‌دهد كه در چه دماي پيوسته‌اي پليمر 100000 ساعت يا 4/11 سال «دوام » مي‌‌آورد. «دوام» به اين مفهوم يعني تا كي مقاومت به ضربه، يا كرنش در مرحلة شكست، يا ديگر خواص مكانيكي مورد نظر %50 كاهش پيدا مي‌كند.
كاركرد پلي اتيلن بدون حفاظ، در تاريكي در دماي 20، 10-8 سال است و پلي‌اتيلن داراي عامل تثبيت، در آب و هواي معتدل و گرمسيري (حاره‌اي) به ترتيب 20-15 و 5-2 سال است.
به همين دليل پلاستيك‌هاي تجاري به طور معمول مقداري بين 05/0 و %15/0 وزني مواد ضد اكسايش و براي تثبيت %5/0-2/0 پلاستيك‌هاي باز آسياب شده دارند. اين امر سبب افزايش دوام پلاستيك‌ها در مقايسه با پلاستيك‌هاي بدون حفاظ مي‌شود، طوري‌كه بخشي از اين ضداكسايش‌ها طي عمل‌آوري بعدي پلاستيك‌ها در شكل دهي‌شان به آن‌ها افزوده مي‌شود.
به همين دليل پلاستيك‌هاي ورودي به كارخانة توليد چندسازه چوب پلاست به صورت پلت، پودر برحسب توليدكننده‌شان طول عمر متغير دارند. اين ميزان داوم اغلب به صورت مقادير OIT يا زمان اكسايش القايي اندازه‌گيري مي‌شود. OIT دوام يك ماده در يك محفظه پر از اكسيژن خالص وگرم شده تا دماي مشخصي، معمولاً 200-180 است. در اين دما، ماده حدود 10-1 ميليون برابر سريع‌تر از هواي آزاد اكسيد مي‌شود. يعني اگر اكسايش كامل يك ماده در دماي 200، يك دقيقه طول بكشد، اكسايش كامل همين ماده در شرايط محيط طبيعي شايد 2 تا 20 سال طول مي‌كشد.
اكسايش حرارتي، اكسايش نوري، تخريب اكسايشي، خرد شدن و شكست چوب پلاست
چرا بعضي از سكوهاي بدون مقدار كافي ضد اكسايش، ممكن است كم دوام بياورند، يا براي مدت كمي، يا تنها براي چند سالي به كار روند؟ چه اتفاقي طي ساخت سكو و پس از آن رخ مي‌دهد و چرا؟
دليل اصلي شكست (غير از شكست مكانيكي‌شان) تخته چوب پلاست‌هاي چندسازة سكو، تخريب اكسايشي است. اما تخريب اكسايشي ممكن است سبب شكست مكانيكي زودرس چندسازه‌ها شود. تخريب اكسايشي به موجب اكسايش نوري و حرارتي، به خرد شدن تخته چوب پلاست‌هاي چندسازه مي‌انجامد، طوري كه سطح‌شان به آساني با ناخن خراشيده مي‌شود (خش بر مي‌دارد). سطح تخته چوب پلاست سست، پودري و ضعيف مي‌شود. بعد از مدتي نه تنها خراشيده مي‌شود، بلكه تمام لایه‌های تخته چوب پلاست حتي با اعمال نيروي اندكي كنده ميشوند. در تخته چوب پلاست‌هاي توخالي اكسايش حرارتي منجر به تخريب هر دو طرف بيروني و داخلي پروفيل مي‌شود و دير يا زود تخته چوب پلاست فرو مي‌ريزد. در بدترين حالت، به ويژه سكوي مرتفع آسيب اسكلتي مي‌بيند.
تخته چوب پلاست‌هاي چندسازة سكو در مقايسه با پلاستيك خالص به تخريب اكسايشي بسيار حساس‌اند. از اين رو، به مقدار زيادي ضد اكسايش و ديگر تثبيت كننده‌ها نياز دارند.
به طور معمول، تخته چوب پلاست‌هاي چندسازة سكو متخلخل‌اند. منافذ شان به وسيله بخار و تركيبات آلي فرار (VOC) طي اكستروژن تشكيل ميشوند. تخته چوب پلاست‌هاي چندسازه تاحدودي مجوف و متخلخل توليد ميشوند و منافذشان به طور معمول باز و به يكديگر متصل‌اند كه زنجيره‌اي از منافذ را تشكيل مي‌دهند. به همين دليل چوب پلاستها بر خلاف بسياري از پلاستيك‌ها، آب جذب مي‌كنند. اكسيژن هوا از طريق اين منافذ به داخلشان نفوذ كرده و به طور موثري به ويژه در دماهاي بالا سبب اكسايش چندسازه از داخل مي‌شود كه اين امر اغلب در سكوهاي ساخته شده از چندسازه‌ها رخ مي‌دهد. آبي كه هميشه در چندسازه‌ها ديده مي‌شود، در اكسايش، نقش كاتاليزر دارد. فلزاتي كه در چندسازه‌های چوب پلاست وجود دارند (به عنوان جزء ساختاري رنگ كننده‌ها، روان كننده‌ها ، مواد حفاظتی، پر كننده‌ها)، نيز بهعنوان كاتاليزري موثر براي تخريب اكسايشي چندسازه‌ها عمل مي‌كند. به همين دليل سرعت تخريب اكسايشي در چندسازه‌ها 100-50 برابر سريع‌تر از پلاستيك زمينةشان است.
علاوه براكسايش حرارتي، اكسايش نوري تخريب اكسايشي تخته چوب پلاست‌هاي سكوي چندسازه را تسريع مي‌كند. اثر اكسايش نوري دو برابر است. نخست اين كه با افزايش گرمادهي به ماده، اكسايش حرارتي آن تسريع مي‌شود. دوم اين‌كه با ايجاد راديكال‌هاي آزاد در سطح تخته چوب پلاست سبب تخريب شيميايي اضافي (بيشتر) چندسازه مي‌شود، كه مي‌تواند تا عمقي در چندسازه نفوذ كند. از اين رو، زير نور داغ خورشيد، اكسايش حرارتي و نوري توأم (با هم) عمل مي‌كنند، كه عمل همديگر را تشديد كرده و سبب خرد شدن، تخريب كردن، ضعيف كردن، سرانجام شكست تخته چوب پلاست ميشوند.
مجموعه واكنش‌هاي تخريب با راديكال آزاد به تبديل سريع زنجير بلند پليمري مادة چندسازه به اجزاي بسيار كوتاه پليمري منجر مي‌شود و به موجب آن تخته چوب پلاست چندسازة سكو سست، خرد، ضعيف شده و سرانجام از لحاظ مكانيكي و ظاهري فرو مي‌ريزد.
در واقع تمام واكنش‌هايي كه به تشكيل راديكال‌هاي آزاد منجر ميشوند، برگشت پذيرند. علاوه بر اين راديكال‌هاي ماكروآلكيل اوليه دوباره تشكيل ميشوند (از راه بين مولكولي يا درون مولكولي)، كه به شاخه‌دار شدن و ايجاد اتصال عرضي مي‌انجامد. اغلب اين واكنش‌ها در مراحل اوليه اكسايش به كاهش شاخص جريان مذاب منجر مي‌شود (در مراحل اولية اكسايش به نظر مي‌رسد خواص مكانيكي متاثر از ايجاد اتصال عرضي نباشد)، و سپس با كاهش فزاينده وزن مولكولي پليمر به سبب قطع (برش) زنجير، شاخص جريان مذاب افزايش مي‌يابد.و به طور همزمان ، خواص مكانيكي پلاستيك يا چندسازه كاهش مي‌يابد. سرانجام ، ماده به دليل تردي، ضعيف بودن، و نابودي پلاستيك به مرحله شكست خسارت‌زا مي‌رسد.
هر چه دانسيته تخته چوب پلاست بيشتر باشد، تيمار گرمايي فقط اثر غير مشهودي بر سلامت كمي و كيفي پلاستيك آن خواهد داشت. اما هرچه دانسيتة تخته چوب پلاست كم‌تر باشد، اثرات تخريبي تيمار گرمايي بر طول زنجير پليمري و خواص مكانيكي تخته چوب پلاست بيشتر است. بديهي است كه هرچه دانسيته كم تر باشد، فضاي داخلي بيشتري براي نفوذ اكسيژن و اكسايش سريع ماده فراهم است.
جذب کنندههای UV و مقدارشان در چندسازه‌های چوب پلاست
جذب کننده های UV بهطورکلی تخریب اکسایشی پلاستیکها و چندسازه‌های پلاستیک پایه را کاهش میدهند. اما، همیشه رنگ باختگی مواد چوب پلاست را بهطور مشهودی تغییر نمیدهند. اما اغلب اوقات جذب کنندههای UV (یا تثبیت کنندههای UV) رنگ باختگی را بهطور قابل ملاحظه کاهش میدهند.
رنگدانهها و مقدارشان در چندسازه‌های چوب پلاست
رنگدانهها بهطور معمول رنگ باختگی مواد چوب پلاست را کاهش میدهند. رنگدانههای دارای 2TiO اغلب رنگ باختگی را افزایش میدهند، زیرا 2TiO یک کاتالیزگر موثر در تخریب اکسایش پلاستیکها و فرآیند اکسایش در سطح است.
ضداکسایشها و مقدارشان در چندسازه‌های چوب پلاست
ضداکسایشها و مقدارشان در تخریب اکسایشی تودۀ پلاستیک و چندسازه‌های پلاستیک پایه مؤثرند. اما در بسیاری از موارد تأثیرشان بر رنگ باختگی مواد چوب پلاست چشمگیر نیست.
سابقۀ پلاستیک (بکر، بازیافت) در چندسازه‌های چوب پلاست
این موضوع بهمقدار ضداکسایشها در چوب پلاست بستگی دارد. تأثیر پلاستیک بازیافتی (دوباره آسیاب شده) بر رنگ باختگی بهطور معمول به رنگ چوب پلاست بستگی دارد. مقادیر ضداکسایش و پلاستیک بازیافتی یا بکر، بر رنگ باختگی تأثیری ندارد. عوامل دیگری مانند رنگ چندسازه‌ها بر رنگ باختگی مؤثرند.
اثرات رطوبت در چندسازه‌های چوب پلاست
علاوه بر اثر تابش UV، اثر رطوبت از قرار معلوم بسیار مهم است. از آنجا که آب کاتالیزر تخریب اکسایشی مواد چندسازه است، کاتالیزر رنگ باختگی سطح هم میباشد. در پلیاولفینهای خالص تأثیر آب بر تخریب اکسایشی خیلی کم است، زیرا پلیاولفینها در عمل آب جذب نمیکنند. چوب پلاستها که بهدلیل تخلخلشان آب بسیار بیشتری (100-10برابر) جذب میکنند، تأثیر رطوبت در تخریب اکسایشی (و رنگ باختگی) چوب پلاست بسیار چشمگیر است.
مقدار و نوع الیاف سلولزی پرکننده در چندسازه‌های چوب پلاست
در شرایط یکسان هرچه مقدار الیاف سلولزی در چندسازه بیشتر باشد، رنگ باختگی آن بیشتر خواهد بود.
چندسازه‌های اکسترود شده و قالب تزریقی
اختلاف زیادی بین رنگ باختگی پروفیلهای اکسترود شده و قالب تزریقی از یک چوب پلاست وجود ندارد. دانسیتۀ این دو پروفیل اغلب متفاوت است، اما دانسیته بهطور معمول عاملی تأثیرگذار بر رنگ باختگی نیست.
(ابراهیمی، ق. رستمپور، ا. 1389. در ترجمه چندسازۀ چوب و پلاستیک. آناتول آ، کلیوسوف. تهران. دانشگاه تهران. موسسه انتشارات. 886 صفحه.)
تمام پلاستيك ها و همچنين تمام مواد آلي طي گذشت زمان خواص كاربردي خود را در دورة معيني حفظ مي‌كنند.
مقاومت انواع پليمرهاي تجاري به اكسايش حرارتي به طور معمول با شاخص دماي UL آن‌ها بيان مي‌شود، اين شاخص نشان مي‌دهد كه در چه دماي پيوسته‌اي پليمر 100000 ساعت يا 4/11 سال «دوام » مي‌‌آورد. «دوام» به اين مفهوم يعني تا كي مقاومت به ضربه، يا كرنش در مرحلة شكست، يا ديگر خواص مكانيكي مورد نظر %50 كاهش پيدا مي‌كند.
كاركرد پلي اتيلن بدون حفاظ، در تاريكي در دماي 20، 10-8 سال است و پلي‌اتيلن داراي عامل تثبيت، در آب و هواي معتدل و گرمسيري (حاره‌اي) به ترتيب 20-15 و 5-2 سال است.
به همين دليل پلاستيك‌هاي تجاري به طور معمول مقداري بين 05/0 و %15/0 وزني مواد ضد اكسايش و براي تثبيت %5/0-2/0 پلاستيك‌هاي باز آسياب شده دارند. اين امر سبب افزايش دوام پلاستيك‌ها در مقايسه با پلاستيك‌هاي بدون حفاظ مي‌شود، طوري‌كه بخشي از اين ضداكسايش‌ها طي عمل‌آوري بعدي پلاستيك‌ها در شكل دهي‌شان به آن‌ها افزوده مي‌شود.
به همين دليل پلاستيك‌هاي ورودي به كارخانة توليد چندسازه چوب پلاست به صورت پلت، پودر برحسب توليدكننده‌شان طول عمر متغير دارند. اين ميزان داوم اغلب به صورت مقادير OIT يا زمان اكسايش القايي اندازه‌گيري مي‌شود. OIT دوام يك ماده در يك محفظه پر از اكسيژن خالص وگرم شده تا دماي مشخصي، معمولاً 200-180 است. در اين دما، ماده حدود 10-1 ميليون برابر سريع‌تر از هواي آزاد اكسيد مي‌شود. يعني اگر اكسايش كامل يك ماده در دماي 200، يك دقيقه طول بكشد، اكسايش كامل همين ماده در شرايط محيط طبيعي شايد 2 تا 20 سال طول مي‌كشد.
اكسايش حرارتي، اكسايش نوري، تخريب اكسايشي، خرد شدن و شكست چوب پلاست
چرا بعضي از سكوهاي بدون مقدار كافي ضد اكسايش، ممكن است كم دوام بياورند، يا براي مدت كمي، يا تنها براي چند سالي به كار روند؟ چه اتفاقي طي ساخت سكو و پس از آن رخ مي‌دهد و چرا؟
دليل اصلي شكست (غير از شكست مكانيكي‌شان) تخته چوب پلاست‌هاي چندسازة سكو، تخريب اكسايشي است. اما تخريب اكسايشي ممكن است سبب شكست مكانيكي زودرس چندسازه‌ها شود. تخريب اكسايشي به موجب اكسايش نوري و حرارتي، به خرد شدن تخته چوب پلاست‌هاي چندسازه مي‌انجامد، طوري كه سطح‌شان به آساني با ناخن خراشيده مي‌شود (خش بر مي‌دارد). سطح تخته چوب پلاست سست، پودري و ضعيف مي‌شود. بعد از مدتي نه تنها خراشيده مي‌شود، بلكه تمام لایه‌های تخته چوب پلاست حتي با اعمال نيروي اندكي كنده ميشوند. در تخته چوب پلاست‌هاي توخالي اكسايش حرارتي منجر به تخريب هر دو طرف بيروني و داخلي پروفيل مي‌شود و دير يا زود تخته چوب پلاست فرو مي‌ريزد. در بدترين حالت، به ويژه سكوي مرتفع آسيب اسكلتي مي‌بيند.
تخته چوب پلاست‌هاي چندسازة سكو در مقايسه با پلاستيك خالص به تخريب اكسايشي بسيار حساس‌اند. از اين رو، به مقدار زيادي ضد اكسايش و ديگر تثبيت كننده‌ها نياز دارند.
به طور معمول، تخته چوب پلاست‌هاي چندسازة سكو متخلخل‌اند. منافذ شان به وسيله بخار و تركيبات آلي فرار (VOC) طي اكستروژن تشكيل ميشوند. تخته چوب پلاست‌هاي چندسازه تاحدودي مجوف و متخلخل توليد ميشوند و منافذشان به طور معمول باز و به يكديگر متصل‌اند كه زنجيره‌اي از منافذ را تشكيل مي‌دهند. به همين دليل چوب پلاستها بر خلاف بسياري از پلاستيك‌ها، آب جذب مي‌كنند. اكسيژن هوا از طريق اين منافذ به داخلشان نفوذ كرده و به طور موثري به ويژه در دماهاي بالا سبب اكسايش چندسازه از داخل مي‌شود كه اين امر اغلب در سكوهاي ساخته شده از چندسازه‌ها رخ مي‌دهد. آبي كه هميشه در چندسازه‌ها ديده مي‌شود، در اكسايش، نقش كاتاليزر دارد. فلزاتي كه در چندسازه‌های چوب پلاست وجود دارند (به عنوان جزء ساختاري رنگ كننده‌ها، روان كننده‌ها ، مواد حفاظتی، پر كننده‌ها)، نيز بهعنوان كاتاليزري موثر براي تخريب اكسايشي چندسازه‌ها عمل مي‌كند. به همين دليل سرعت تخريب اكسايشي در چندسازه‌ها 100-50 برابر سريع‌تر از پلاستيك زمينةشان است.
علاوه براكسايش حرارتي، اكسايش نوري تخريب اكسايشي تخته چوب پلاست‌هاي سكوي چندسازه را تسريع مي‌كند. اثر اكسايش نوري دو برابر است. نخست اين كه با افزايش گرمادهي به ماده، اكسايش حرارتي آن تسريع مي‌شود. دوم اين‌كه با ايجاد راديكال‌هاي آزاد در سطح تخته چوب پلاست سبب تخريب شيميايي اضافي (بيشتر) چندسازه مي‌شود، كه مي‌تواند تا عمقي در چندسازه نفوذ كند. از اين رو، زير نور داغ خورشيد، اكسايش حرارتي و نوري توأم (با هم) عمل مي‌كنند، كه عمل همديگر را تشديد كرده و سبب خرد شدن، تخريب كردن، ضعيف كردن، سرانجام شكست تخته چوب پلاست ميشوند.
مجموعه واكنش‌هاي تخريب با راديكال آزاد به تبديل سريع زنجير بلند پليمري مادة چندسازه به اجزاي بسيار كوتاه پليمري منجر مي‌شود و به موجب آن تخته چوب پلاست چندسازة سكو سست، خرد، ضعيف شده و سرانجام از لحاظ مكانيكي و ظاهري فرو مي‌ريزد.
در واقع تمام واكنش‌هايي كه به تشكيل راديكال‌هاي آزاد منجر ميشوند، برگشت پذيرند. علاوه بر اين راديكال‌هاي ماكروآلكيل اوليه دوباره تشكيل ميشوند (از راه بين مولكولي يا درون مولكولي)، كه به شاخه‌دار شدن و ايجاد اتصال عرضي مي‌انجامد. اغلب اين واكنش‌ها در مراحل اوليه اكسايش به كاهش شاخص جريان مذاب منجر مي‌شود (در مراحل اولية اكسايش به نظر مي‌رسد خواص مكانيكي متاثر از ايجاد اتصال عرضي نباشد)، و سپس با كاهش فزاينده وزن مولكولي پليمر به سبب قطع (برش) زنجير، شاخص جريان مذاب افزايش مي‌يابد.و به طور همزمان ، خواص مكانيكي پلاستيك يا چندسازه كاهش مي‌يابد. سرانجام ، ماده به دليل تردي، ضعيف بودن، و نابودي پلاستيك به مرحله شكست خسارت‌زا مي‌رسد.
هر چه دانسيته تخته چوب پلاست بيشتر باشد، تيمار گرمايي فقط اثر غير مشهودي بر سلامت كمي و كيفي پلاستيك آن خواهد داشت. اما هرچه دانسيتة تخته چوب پلاست كم‌تر باشد، اثرات تخريبي تيمار گرمايي بر طول زنجير پليمري و خواص مكانيكي تخته چوب پلاست بيشتر است. بديهي است كه هرچه دانسيته كم تر باشد، فضاي داخلي بيشتري براي نفوذ اكسيژن و اكسايش سريع ماده فراهم است.
جذب کنندههای UV و مقدارشان در چندسازه های چوب پلاست
جذب کننده های UV بهطورکلی تخریب اکسایشی پلاستیکها و چندسازه‌های پلاستیک پایه را کاهش میدهند. اما، همیشه رنگ باختگی مواد چوب پلاست را بهطور مشهودی تغییر نمیدهند. اما اغلب اوقات جذب کنندههای UV (یا تثبیت کنندههای UV) رنگ باختگی را بهطور قابل ملاحظه کاهش میدهند.
رنگدانهها و مقدارشان در چندسازه های چوب پلاست
رنگدانهها بهطور معمول رنگ باختگی مواد چوب پلاست را کاهش میدهند. رنگدانههای دارای 2TiO اغلب رنگ باختگی را افزایش میدهند، زیرا 2TiO یک کاتالیزگر موثر در تخریب اکسایش پلاستیکها و فرآیند اکسایش در سطح است.
ضداکسایشها و مقدارشان در چندسازه های چوب پلاست
ضداکسایشها و مقدارشان در تخریب اکسایشی تودۀ پلاستیک و چندسازه‌های پلاستیک پایه مؤثرند. اما در بسیاری از موارد تأثیرشان بر رنگ باختگی مواد چوب پلاست چشمگیر نیست.
سابقۀ پلاستیک (بکر، بازیافت) در چندسازه های چوب پلاست
این موضوع بهمقدار ضداکسایشها در چوب پلاست بستگی دارد. تأثیر پلاستیک بازیافتی (دوباره آسیاب شده) بر رنگ باختگی بهطور معمول به رنگ چوب پلاست بستگی دارد. مقادیر ضداکسایش و پلاستیک بازیافتی یا بکر، بر رنگ باختگی تأثیری ندارد. عوامل دیگری مانند رنگ چندسازه‌ها بر رنگ باختگی مؤثرند.
اثرات رطوبت در چندسازه های چوب پلاست
علاوه بر اثر تابش UV، اثر رطوبت از قرار معلوم بسیار مهم است. از آنجا که آب کاتالیزر تخریب اکسایشی مواد چندسازه است، کاتالیزر رنگ باختگی سطح هم میباشد. در پلیاولفینهای خالص تأثیر آب بر تخریب اکسایشی خیلی کم است، زیرا پلیاولفینها در عمل آب جذب نمیکنند. چوب پلاستها که بهدلیل تخلخلشان آب بسیار بیشتری (100-10برابر) جذب میکنند، تأثیر رطوبت در تخریب اکسایشی (و رنگ باختگی) چوب پلاست بسیار چشمگیر است.
مقدار و نوع الیاف سلولزی پرکننده در چندسازه‌های چوب پلاست
در شرایط یکسان هرچه مقدار الیاف سلولزی در چندسازه بیشتر باشد، رنگ باختگی آن بیشتر خواهد بود.
چندسازه‌های اکسترود شده و قالب تزریقی
اختلاف زیادی بین رنگ باختگی پروفیلهای اکسترود شده و قالب تزریقی از یک چوب پلاست وجود ندارد. دانسیتۀ این دو پروفیل اغلب متفاوت است، اما دانسیته بهطور معمول عاملی تأثیرگذار بر رنگ باختگی نیست.
(ابراهیمی، ق. رستمپور، ا. 1389. در ترجمه چندسازۀ چوب و پلاستیک. آناتول آ، کلیوسوف. تهران. دانشگاه تهران. موسسه انتشارات. 886 صفحه.)
بدون دیدگاه