عوامل تشديد تخريب اكسايشي چندسازه‌های چوب پلاست

عوامل مختلفی در تخریب اکسایشی چندسازه‌های چوب پلاست نقش دارند. تخريب اكسايشي پلاستيك‌ها و چندسازه‌ هاي پلاستيك پايه به طور معمول در دو مرحلة مجزا ادامه مي‌يابد: 1-زمان القاء كه مي‌توان آن را عمر مفيد ماده تلقي كرد. 2-تخريب فزاينده (پيش رو)  كه به مصرف سريع اكسيژن، كاهش سريع وزن مولكولي پلاستيك، افزايش شكنندگي، افت سريع خواص مكانيكي ماده منجر مي‌شود. طي دومين مرحله بافت پروفيل چندسازه سست و نرم شده و ساختار آن معيوب مي‌شود و سرانجام زير وزن خودش مي‌شكند (فرو مي‌پاشد). از لحاظ ظاهري پلاستيك چندسازه تخريب شده و فقط پر كننده‌هاي سست باقي مي‌مانند. سطح تخته چوب پلاست مانند تخته چوب پلاست چندسازة سكو چنان سست مي‌شود كه به آساني با ناخن انگشت يا لبه‌اي تيز خراش بر مي‌دارد.

زمان القا و به نوبة آن طول عمر چندسازه به طور عمده به عوامل زير بستگي دارد:

• ساختار فيزيكي و شيميايي پليمر؛
• سابقه پلاستيك (بكر يا بازيافتي)؛
• نوع و مقدار الياف سلولزي؛
• نوع و مقدار پركننده‌هاي معدني؛
• وجود تنش؛
• وجود كاتاليزگرهاي فلزي (در رنگ‌دانه‌ها، روان كننده‌ها، پركننده‌ها و غيره)؛
• وجود رطوبت؛
• ضد اكسايش‌ها و مقدارشان؛
• مقدار بازآسياب (چندسازة مرجوعي يا تكه‌هاي دور ريز)، درصورت وجود داشتن.
• دانسيتة (جرم ويژة) چندسازه؛
• دماي گرمادهي طي فرآوري (دماي فرآوري)، تيمار حرارتي بعد از توليد (بازپخت)؛
• مكان سكو و شرايط اقليمي؛
• تابش خورشيد (نور UV).

در اينجا به اين عوامل مي‌پردازيم.

دانسيته (جرم ويژه) چندسازه‌های چوب پلاست

به طور معمول دانسيته به عنوان عاملي براي تعيين وزن پروفيل از بابت هزينة حمل و نقل و راحتي جابجايي طي نصب سكو چوب پلاست و به عنوان عاملي براي تعيين هزينۀ مادة اوليه و ساخت تصور مي‌شود. اما، دانسيتة هر چندسازه‌اي به طور عمده‌اي تعيين كنندة طول عمر آن نيز مي‌باشد.

تخته چوب پلاست­هاي سكو متخلخل‌اند (درآن ها منافذ وجود دارند). منافذشان به هم وصل بوده و تشكيل زنجير حفره‌ها را مي‌دهند. اكسيژن هوا از راه اين منافذ به درون چندسازه نفوذ كرده و به ويژه در دماي زياد، از درون آن را اکسید مي‌كند. از اين رو، سازه‌هاي ساخته شده از HDPE خالص فقط سطح‌شان اكسيد مي‌شود، در حالي‌كه چندسازه های چوب پلاستي ساخته شده با HDPE از درون (مانند ساير چندسازه‌ها) به طور چشمگيري اكسيد مي‌شوند، چون هوا مي‌تواند از راه منافذ به داخل نفوذ كند.

در مقايسه با سازه‌هاي ساخته شده از پلاستيك‌ها، كه فقط سطح‌شان براي اكسيژن قابل دسترس است، در چندسازه‌هاي پلاستيك پايه سطح دروني‌شان گاهي چند صد برابر در دسترس اكسيژن است. حجم منافذي از چندسازه كه در غوطه‌وري قابل دسترس آب است، طي 24 ساعت %6-5/0 حجم كل چندسازه و طي 40 روز بيش از %20 حجم كل آن است. اين معرف حداقل حجم قابل دسترس هوا در چندسازه است كه يك پنجم آن اكسيژن مي‌باشد. در پلي اولفين‌هاي خالص، حجم داخلي قابل دسترس آب يا اكسيژن، به تقريب صفر است.

دانسيتة هر چندسازه‌اي يكي از عواملي است كه تعيين كنندة سرعت تخريب اكسايشي آن است. اما در شرايط مساوي، دانسيته نقش بسيار چشمگيري در تعيين طول عمر تخته چوب پلاست‌هاي چندسازة سكو دارد.

از اين نظر، تخته های WPC به طور قابل ملاحظه‌اي با تخته ‌هاي ساخته شده از پلاستيك خالص متفاوتست. در مادة پلاستيك خالص، اكسايش فقط در سطح اتفاق مي‌افتد و توده حجم آن با شرايط بسيار شديد كمبود اكسيژن روبرو است. WPCها به طور معمول ساختار متخلخلي دارند، از اين رو است كه قابليت جذب آب دارند. اگر ماده‌اي آب را به خوبي جذب كند، اكسيژن را خيلي سريع‌تر جذب مي‌كند، زيرا مولكول‌هاي آب كوچك­تر و نفوذكننده‌ترند.

اين پديده‌ها نشان مي‌دهند دو عامل بسيار مهم كه طول عمر تخته چوب پلاست‌هاي سكوي چندسازه را افزايش مي‌دهند، دانسيتة تخته چوب پلاست و ضد اكسايش است. اين دو عامل در عمل به تنهايي هم قابل تغييرند، ولي اگر با هم باشند (يعني هم ضد اكسايش اضافه شود و هم دانسيته بيشتر شود) اثر همسويي دارند.  ضد اكسايش از انتشار راديكال‌هاي آزاد جلوگيري مي‌كند و دانسيته ميزان نفوذ اكسيژن هوا را به داخل منافذ شبكة چندسازه كنترل مي‌كند. دانسيتة زياد چندسازه به طور موثري از دسترسي اكسيژن به داخل چندسازه جلوگيري كرده وتخريب اكسايشي را كاهش مي‌دهد.

سابقه پلاستيك (بكر يا بازيافتي) در چندسازه‌های چوب پلاست

پلي اولفين‌هاي بكر اغلب با حدود %1/0 وزني ضد اكسايش پر مي‌شوند. اين مقدار در پلي اولفين‌‌هاي خالص براي حفظ‌شان طي ده سال در فضاي باز با وضعيت متغير شرايط سرويس دهي كافي است. اما، اين مقدار ضد اكسايش براي تخته چوب پلاست‌هاي WPC سكو يا اجزاي جان پناه آن كافي نيست، به ويژه اگر آن‌ها در اكسترودر دو ماردونة به نسبت سريع با هم مخلوط شده و مواد معدني ساينده داشته باشند، يا اگر پروفيل WPC تو خالي باشد (با صفحه و تيغه با ضخامت
mm 3/6-6/4) و يا اگر الياف سلولزي خواص ضد اكسايشي خوبي نداشته باشد. درچنين پروفيل‌هاي چوب پلاست‌ مقدار OIT از 30-20 دقيقه (پلاستيك بكر)به 2-3/0 دقيقه افت مي‌كند (يعني 100-10 برابر). فقط افزودن ضد اكسايش مي‌تواند چنين پروفيل‌هايي را از تخريب سريع نور مستقيم خورشيد حفظ كند.

اگر پلاستيك اوليه بازيافتي باشد، كارايي ضد اكسايش اوليّه موجود در آن به طور عمده‌اي (يا به طور كامل) از بين رفته است و چوب پلاست ساخته شده با چنين موادي اگر با مقدار مناسبي ضد اكسايش پر نشود، تخريب مي‌شود.

نوع و مقدار الياف سلولزي در چندسازه‌های چوب پلاست

آرد چوب يا پوستة شالي پايداري چوب پلاست ها به اكسايش حرارتي را افزايش مي‌دهند.

نه تنها پلاستيك، بلكه الياف سلولزي هم سبب تشكيل راديكال‌هاي آزاد و اضافه كردن آن‌ها به سيستم مي‌شوند. گرما و نور UV با شكست پيوند – گليكوزيدي در مولكول‌هاي سلولز وگرفتن اتم هيدروژن از موقعيت‌هاي مختلف گلوكز در زنجير باقيمانده، سبب تخريب سلولز مي‌شوند. اين وقايع به تشكيل راديكال‌هاي آزاد مي‌انجامند. افزايش رطوبت و حضور آب در ماده، سرعت فرآيندهاي  فتوشيميايي را افزايش مي‌دهند.

اما سلولز ماده‌اي به نسبت پايدار است. در سلولز ليگنين دار مانند آرد چوب، تخريب ليگينن بر فرايند‌هاي فتوشيميايي توفق دارد. بيشتر ليگنين موجود در معرض نورUV از سطح چوب به عمق mm5/2-5/0 از بين مي‌روند.

سرعت تخريب حرارتي سلولز در 150 به تخريب ايجاد شده با نور UV مربوط به لامپ جيوه بدون فيلتر نزديك است. به عبارت ديگر، اين شرايط به نسبت شديد هستند، چون نور تجزيه كنندۀ خورشيد به طول موج nm295، با انرژي KJ/mol406 و متوسط دامنه UV به طول موج nm350، كه به طول موج معمول مورد استفاده در جعبه هواديدگي (nm340) نزديك است، با انرژي KJ/mol341 اندازه‌گيري مي‌شود.

نوع و مقدار پركننده‌هاي معدني در چندسازه‌های چوب پلاست

پركننده‌هاي معدني به طور کلی پايداري چوب پلاست را به اكسايش حرارتي كاهش مي‌دهند. اين تأثير كلي توسط دو اصل اثرات به وجود مي‌آيد: ساييدگي (اصطكاك) و افزايش دماي متناظر آن‌ها طي فرآوري، و كاتاليز كردن مستقيم اكسايش. گاهي اوقات مقادير اندكي پركنندة معدني (كم‌تر از %10 یا %9-1) OIT  را افزايش مي‌دهند، اما بيشتر از %10 وزني به طور معمول تخريب اكسايشي چندسازه های چوب پلاست را تسريع مي‌كند. مگر اين كه اثر منفي آن‌ها با افزودن ضد اكسايش خنثي شود.

وجود تنش در چوب پلاست

وجود تنش در چندسازه‌هاي پلاستيك پايه و پروفيل‌های چوب پلاست با كاهش انرژي آزاد فعال سازي فرآيند‌هاي اكسايش به تسريع تخريب اكسايشي ماده در محل زير تنش ، منجر مي‌شود. علاوه بر اين، تنش دانسيتة موضعي چندسازه را كاهش داده و در پي آن تخلخل را افزايش مي‌دهد و فضايي براي نفوذ اكسيژن هوا ايجاد مي‌كند كه ماده را از داخل اكسيد مي‌كند.

وجود كاتاليزرهاي فلزي در چندسازه‌های چوب پلاست

بسياري از فلزات يا يون‌هاي فلزي كاتاليزر واكنش اكسايش پلاستيك‌ها هستند. تبديل پراكسيد‌ها  به هيدروپراكسيدها از طريق گرفتن هيدروژن از مولكول پليمر مجاور  به طور معمول مرحلة محدود كنندة سرعت انتشار واكنش زنجيري اكسايش است، بدين وسيله سبب شتاب تخريب اكسايشي ماده مي‌شوند. فلزات در چندسازه‌ها غير قابل اجتنابند، از اين رو چندسازه های چوب پلاست در مقايسه با پلاستيك خالص پايداري كم‌تري دارند.

منبع اصلي يون‌هاي فلزي درچندسازه های چوب پلاست رنگ‌دانه‌هاي معدني، روان كننده‌ها (مانند استئارات فلز،‌ به احتمال قوي به جز استئارات كلسيم)، پركننده‌ها (سيليكات‌ها در پوستة شالي، به طور معمول %5/17 وزني، و در آرد چوب به طور معمول %5/0 وزني)، آلاينده‌هاي طي فرآوري (مانند ذرات فلزي) و نمك‌هاي حاصل از مخلوط كننده‌ها و اكسترودرها هستند. نمك‌ها از خوردگي محفظه اكسترودر ناشي از اسيد توليد شده از انفجار بخار مواد سلولزي در دما و فشار بالا تولید می شوند. در واقع، نمك‌هاي ساده در مقايسه با تركيبات ارگانومتاليك كاتاليزرهاي مخرب‌تري در واكنش‌هاي تخريب اكسايشي پلاستيك‌ها و چندسازه های چوب پلاست هستند.  وقتي مادة سلولزي ‌تر (مرطوب) در محفظه‌اي بسته در معرض دما و فشار بالا قرار مي‌گيرد (با مقدار معين توأم اين دو، آب در ماده سلولزي نمي‌جوشد) و افت آني فشار در محفظه پيش مي‌آيد، «انفجار بخار» رخ مي‌دهد.

رطوبت در سلولز

رطوبت موجود در الياف سلولزي به طور لحظه‌اي در نتيجه جوشش ناقص منفجر مي‌شود و همي‌سلولزها كه از نظر شيميايي تركيب بسيار حساس تمامي مواد سلولزي طبيعي هستند، شكسته شده و باقيمانده‌هاي اسيدي آن به صورت اسيد اسيتيك آزاد مي‌شود . اسيد اسيتيك در شرايط محيطي اسيدي ضعيف است، اما در دماهاي زياد فراوري مذاب داغ،‌ به نسبت مخرب شده و سبب خوردگي محفظه اكسترودر، ماردون ، و بخش‌هاي ديگر اكسترودر مي‌شود.

اين عمل سبب آزاد كردن استات‌هاي  فلزي به داخل چندسازة چوب پلاست پر شده با الياف سلولزي مي‌شود.

رنگ دانه‌هاي معدني مانند اكسيد آهن اغلب آهن آزاد دارند.  مقدار آهن آزاد آن‌ به محل و چگونگي استخراج اكسيد آهن از معدن بستگي دارد. بعضي از توليد كنندگان اكسيد آهن با آهن آزاد بسيار كم و بعضي ديگر اكسيد آهن با آهن آزاد زياد عرضه مي‌كنند. به طور كلي اكسيد آهن ارزان، آهن آزاد بيشتري دارد. اكسيد آهن سنتري (مصنوعي) آهن آزاد كم‌تري دارد.

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