اکسایش نوری و رنگ باختگی چندسازه ­های چوب پلاست

همراه با اکسایش حرارتی، اکسایش نوری با ایجاد رادیکال‏های آزاد در سطح تخته، سبب تخریب شیمیایی بیشتر می‏شود، که به درون ماده گسترش پیدا می‏کند. جذب کننده‏های UV و پایدارکننده‏های UV تخریب اکسایشی مواد چوب پلاست را کند می‏کنند.

رنگ‏باختگی چگونه اندازه‌گیری می‏شود

بین مهندسان و محققان چوب پلاست مقیاس رنگ Hunter و رنگ سنج Hunter معروف است.

فضای مقیاس رنگ Hunter با روش ساده‏ای ساماندهی می‏شود. محور L، مانند روشنی از بالا به پایین حرکت می‏کند. مقدار حداکثر L، 100 «سفید مطلق» یا انعکاس دهنده‌اي با پخش‌كنندگي کامل است. مقدار حداقل برای L، صفر «سیاه مطلق» است. صد واحد در مقیاس کامل مفهوم عملی خوبی دارد. هر واحد در واحدهای L در فرم ساده‌شده‏اش مقداری است که چشم غیرمسلح می‏تواند ببیند، یعنی اختلاف بین 45=L و 46=L را چشم می‏تواند تشخيص دهد.

فضای رنگ Hunter به ‏شکل مکعب که براساس تئوری رنگ‏های مخالف است. در این تئوری فرض بر این است که چشم انسان رنگ را به‏صورت جفت‏های مخالف می‏بیند، یعنی
روشن- تیره، قرمز- سبز، زرد- آبی.

برای اغلب تخته‏ های چوب پلاست تجاری سکو، مقدار اولیه L بین 40 و 55 است.

وقتی که تخته ‏های چندسازۀ سکو رنگ می‏بازند، روشنی بعضی از آن‌ها به 85 یا بیشتر می‏رسد. به‏طورکلی، برای اغلب تخته‏ های چندسازۀ سکو مقدار L فقط بعد از 1000 ساعت در جعبۀ هوادیدگی، از مقدار اولیۀ 55-40 به 70-60 می‏رسد.

رنگ باختگی یا تغییر رنگ‌هاي دیگر سبب تغییر L، a و b (یا بعضی از آن‌ها) می‏شود. رنگ باختگی همیشه سبب افزایش روشنی (L) و کاهش زردی (b) می‏شود. این تغییرات به‏صورت LΔ، aΔ و bΔ بیان می‏شوند. این اعداد به‏همراه مقادیر رواداری متناظر آن‌ها اغلب در کنترل کیفیت واحدهای تولید به‏کار می‏روند.

تغییر رنگ کلی، یا جمع تفاوت رنگ اغلب به‏ صورت EΔ بیان می‏شود که ریشه دوم جمع مربع هریک از این تغییرها است:

واضح است که مقدار EΔ در مقایسه با LΔ و bΔ و aΔ بیشتر است، یا حداقل برابر یا بیشتر از هرکدام از تغییرات رنگی به‏تنهایی است (وقتی دوتای دیگر صفر باشد).

مواد چندسازه وقتی که در معرض UV قرار می‏گیرند، رنگ می‏بازند. دلیل این امر شکستن زنجیره‏های پلی‏مری و ترکیبات آلی دیگر در سطح، توسط نور UV پرانرژی است (خواه به‏صورت موج‏هایی در میدانی الکترومغناطیسی، یا به‏‎صورت جریانی از ذرات بدون جرم به نام فوتون باشد). این‏ها اغلب طوری می‏شکنند که رادیکال‏های آزاد تشکیل شده و منتشر می‏شود، تا این‏که رادیکال‏های آزاد به‏وسیله خودشان (برای مثال به‏دلیل ترکیب شدن دوباره)، یا با ضداکسایش‏های اضافه شده خاتمه پیدا می‏کنند.

اگر سطح درحال باختگی را زیر میکروسکوپ نوری (با بزرگنمایی 100-20) نگاه کنیم، ترک‏های ریزی در آن مشاهده می‏شود که با گسترش باختگی درحال توسعه ‏اند. رنگ باختگی با تجزیۀ شیمیایی رنگ‌دانه‏های آلی، مواد استخراجی چوب، و رنگ‏سازهای دیگر در لایۀ سطحی مواد چندسازه هم ایجاد می‏شود، اما رنگ باختگی پلاستیک‏ها و چوب پلاستها اغلب با تخریب پلاستیک ایجاد می‏شود (یا همراه است). مثال‏هایی از رنگ‏سازها می‏توانند گروه‌های کربونیل باشند که طی فرآوری پلاستیک‏ها ایجاد می‏شوند، لیگنین موجود در چوب پلاست، که تخریب نوری آن در nm400-350 سبب زردشدن می‏شود. اما تغییر رنگ چندسازه‏های سکو در واقع خیلی پیچیده است، و بعد از هوادیدگی آرد چوب (یا پوستۀ شالی) در چوب پلاست، مقدار «b» به‏طور معمول کاهش می‏یابد، نه افزایش.

باختگی مواد چوب پلاست با به‏کاربردن ضداکسایش‏ها و رنگ کننده‏های پایدار قابل کاهش است. رنگ کننده‏های معدنی مانند اکسیدآهن نسبت به رنگ کننده‏های آلی پایدارترند. اما امتیاز منفی آن اینست که رنگدانه‏های معدنی اغلب به‏دلیل تشکیل رادیکال‏های آزاد در ماده و سطح ماده، تخریب چوب پلاست را تسریع می‏کنند. زیرا، رنگدانه‏های معدنی مانند اکسید آهن، به‏طور معمول آهن آزاد یا فلزات آزاد دیگر دارد، که در اکسایش پلاستیک نقش کاتالیزری دارند. ازاین‏رو، رنگدانه‏های معدنی سطح چوب پلاست را از رنگ باختگی حفظ می‏کنند، اما تخریب اکسایشی را در توده چوب پلاست تسریع می‏کنند.

اثر حفاظتی رنگ‌کننده‏ها در برابر رنگ باختگی به‏نوع رنگدانه و ضداکسایش، منشأ آن‌ها، مقدار آن‌ها، و البته شرایط آب هوایی و سایر شرایط بستگی دارد.

رطوبت هم یک کاتالیزر مؤثر در اکسایش و تشکیل رادیکال‏های آزاد در ماده است. ازاین‏رو رطوبت به‏طور چشمگیری رنگ باختگی را تسریع می‏کند.

ضداکسایش‏ها رنگ باختگی را تا حدودی و در بعضی شرایط کاهش می‏دهند، اما آن را متوقف نمی‏کنند. برعکس، نبود ضداکسایش‏ها رنگ باختگی را تسریع نمی‏کند. از آنجا‏که ضداکسایش‏ها اغلب به‏نسبت سریع از سطح تخته‏های چندسازه چوب پلاست حذف می‏شوند، آن‌ها از اکسایش توده تخته جلوگیری می‏کنند، اما در کاهش اکسایش سطح نقش چندانی ندارند. بدون مقدار کافی رنگ کننده، تخته رنگ خود را خواهد باخت.

تخته‏های چوب پلاست برس خورده نسبت به تخته برس نخورده، بسیار کندتر رنگ می‏بازند. لایۀ نازک پلاستیک روی سطح تخته نسبت به تخته برس خورده که در آن لایۀ نازک با برس زدن از بین رفته است، بسیار سریع‏تر رنگ می‏بازد.

رنگ باختگی چندسازه‏های تجاری چوب پلاست

با عرضۀ اولین تخته‏های کف‏پوش چوب پلاست تجاری، مشخص شد که این مواد با گذشت زمان رنگ می‏بازند. این امر مشخصة‏ غیرقابل انکار چوب پلاست بود. امروزه در عمل تمام سازندگان این مواد در سیاست‏های تضمین و گارانتی خود قبول دارند که محصول‏شان در معرض نور خورشید رنگ می‏بازد. این اعتراف مبهم و گول زننده است و گاهی اوقات به‏عنوان ابزاری برای فروش به‏کار می‏رود و ادعا می‏کنند که رنگ باختگی تخته‏های کف‏پوش شاخص خوبی و زیبایی آن‌ها است.

از قرار معلوم، روش بسیار صادقانه توسط سازندگان UltraDeck ارائه شده است، که تصویر واقعی محصولاتشان را بعد از رنگ باختگی با یک رنگ طبیعی نشان داده‏اند.

موارد زیر از اظهارات منتشر شدۀ سازندگان چوب پلاست اقتباس شده است:

* Trex: Trex به ‏دلیل دارا بودن الیاف طبیعی چوب در معرض نور خورشید و رطوبت، اندکی رنگ‌باخته خواهد شد. سکوی Trex بعد از 12-10هفته به ‏رنگ هوادیدۀ خود می‏رسد. رنگ بعد از هوادیدگی تخته‏ ها در سکویی از Trex ممکن است با رنگ‏های نشان داده شده در راهنمای رنگ تخته Trex متفاوت باشد.

* RhinoDeck: سطوح سکو که اجزای مختلف آن در معرض محیط طبیعی مانند بالکن یا زیر یک میز قرار می‏گیرد کم‏تر در معرض خواهد بود، در نتیجه، نسبت به ‏تخته‏ های مجاور کم‏تر هوادیده می‏شوند. تغییرات رنگ و رنگ باختگی نایکنواخت ممکن است هنگامی روی دهد که تخته در معرض محیط طبیعی قرار گیرد.

* WeatherBest: تغییر رنگ آن از حالت اولیه به‏ دلیل فرآیند هوادیدگی است.

* Monarch: همۀ فرآورده ‏های Monarch تا حدودی هوادیده می‏شوند. سیستم‏های جان‏پناه و تخته کوبی به رنگ سایه‏ دار یا تیرة مطلوب هوادیده می‏شود. سرعت سایه‌دار یا تیره شدن رنگ به قرار گرفتن در معرض نور خورشید، هوادیدگی، و عوامل محیطی دیگر بستگی دارد، اما از شروع نصب Monarch فرآیند تیره‏گرایی تخته‏ های سکو به‏ طور معمول مشابه تمام مواد چوبی حدود 12-6 ماه کامل می‏شوند.

* Oasis: بله، فرآورده ‏های چندسازۀ چوب پلاست هم هوادیده خواهند شد.

* Premier: تخته کوبی آن کم‏تر دچار رنگ باختگی می‏شود و شروع رنگ باختگی آن 12-8 هفته پس از نصب است.

* Xtendex: بعد از هفته ‏ها در معرض اشعۀ UV رنگ باختگی آن به ‏صورت سایه‏ های روشن‏تری دیده می‏شود.

* Boardwalk: هنگامی که در معرض نور خورشید و آب قرار گیرد، به‏ طور یکنواختی از رنگ با سایۀ متوسط به رنگ سفید کم رنگ خوشایند مشابه سرو هوادیده رنگ می‏بازد.

* Latitudes: تخته کوبی و نرده‏ کشی طبیعی Latitudes با گذشت زمان اندکی روشن‏تر خواهند شد و به رنگ هوادیدۀ زیبایی تبدیل می‏شود. این تغییر رنگ به قرار گرفتن در معرض نور خورشید و عوامل محیطی دیگر بستگی دارد. فرآیند هوادیدگی با نصب شروع می‏شود و به‏طور کلی طی 90-60 روز کامل می‏شود. در پایان فرآیند رنگ باختگی، سکو به‌صورت خاکستری دیده می‏شود.

* CrossTimbers: تضمین محدود آن تغییر و تعویض رنگ در تخته کوبی را شامل نمی‏شود.

* EverGrain: با هر رنگی که باشد بعد از قرار گرفتن در معرض محیط به‏ طور معمول به رنگ سایۀ روشن هوادیده می‏شود، که به آن ظاهری طبیعی و زیبا می‏بخشد.

* GeoDeck: اغلب فرآوده ‏های این چندسازه با آرد چوب یا چیپس و پلاستیک ساخته می‏شوند. لیگنین موجود در فرآورده‏ های  چوبی عامل اصلی رنگ باختگی است. GeoDeck از بیوداک به‏ عنوان منبع الیاف استفاده می‏کند. بیوداک لیگنین کم‏تری دارد. از این‏رو فرآورده ‏های GeoDeck ساخته شده با آن به ‏رنگ باختگی بسیار مقاوم‏اند.

مورد آخری از جهاتی با بقیه موارد ذکر شده متفاوت است و در اینجا تنها دلیل آن ذکر می‏شود: GeoDeck در مقایسه با دیگر چوب پلاستهای تجاری کم‏تر رنگ می‏بازد. در اینجا میزان رنگ باختگی  تخته ‏های تجاری سکو بررسی می‏شود.

رنگ‏ باختگی تخته‏های چوب پلاست و خرد شدن‏شان به‏علت اکسایش

ضداکسایش‏ها به‏طور معمول از رنگ باختگی جلوگیری نمی‏کنند. برای مثال تخته‏های چوب پلاست کهنه (معیوب) که هیچ ضداکسایشی نداشتند، حتی هنگامی که به‏طور کامل خرد شدند، رنگ خود را حفظ کردند. این امر را می‏توان به‏صورت زیر بیان کرد: ضداکسایش‏ها در بعضی شرایط رنگ باختگی را تا حدودی کاهش می‏دهند، اما از آن جلوگیری نمی‏کنند. برعکس، نبود ضداکسایش به‏طور حتم رنگ باختگی را تسریع نمی‏کند. ضداکسایش‏ها اغلب به‏سرعت از سطوح تخته چندسازۀ چوب پلاست ناپدید می‏شوند؛ آن‌ها از اکسایش حجم تخته جلوگیری می‏کنند، اما نه سطوح تخته را. بدون مقدار کافی رنگ‌کننده، تخته‏ها رنگ می‏بازند.

عوامل تسریع یا کند کنندۀ رنگ باختگی چندسازه چوب پلاست

دانسیتۀ چندسازه چوب پلاست

دانسیتۀ چوب پلاست رنگ باختگی را تسریع نمی‏کند، یا حداقل چنین موردی مشاهده نشده است. تخته‏های با دانسیتۀ کم‏تر، به‏ویژه آن‌هایی که ضداکسایش ندارند، سریع‏تر اکسید می‏شوند، اما این امر سبب تیره شدن تخته‏ها می‏شود نه رنگ باختگی.

دما در چندسازه چوب پلاست

تفکیک تأثیرات تابش UV از تأثیرات دما در شرایط آزمونی معمول مشکل است. به‏نظر می‏رسد که رنگ باختگی به‏طور چشمگیری به دما بستگی ندارد. این امر به‏دلیل این که بیشتر واکنش‏های فتوشیمیایی انرژی فعال‏سازی نزدیک به صفر دارند، قابل توجیه است. به‏عبارت دیگر، دما اغلب واکنش‏های فتوشیمیایی را تسریع نمی‏کند.

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