تست هاي ASTM براي تعيين آنتي اكسيدان هاي فنليك در پلاستيك ها

تست هاي ASTM براي تعيين آنتي اكسيدان هاي فنليك در پلاستيك ها


تست های ASTM براي تعيين آنتی اكسيدان های فنليك در پلاستيك ها

تست های ASTM براي تعيين آنتی اكسيدان های فنليك در پلاستيك ها متفاوت است. تعدادي تست استاندارد وجود دارند كه شيوه هاي كروماتوگرافي[1]  مايع را براي تعيين آنتي اكسيدان هاي فنليك مثلا ايرگانوكس 1010، ايرگانوكس 1076، ايزونوكس 129 و از جمله در پلي الفين ها توضيح مي دهد. اين تست ها ابزاري را براي ارزيابي مستقيم ظرفيت يك ماده داده شده ارائه مي دهند تا تخريب اكسيدي را در طول فرايند و سرويس طولاني مدت بعدي تحمل كنند. وليكن بدليل اينكه اين تست ها براي پلاستيك هاي خالص توسعه يافته اند، فقط در روش خود  با پلي الفين هاي جديد قابل استفاده هستند.

دو اتفاق بعدي قابليت كاربرد تست هاي گفته شده را براي مواد كامپوزيتي پيچيده كرده است. اولا، افزودن پر كننده ها در مقادير بالا، مثلا معمولا در كامپوزيت هاي فيبر/ماده ي معدني/پلاستيك-چوب به كار مي رود، اساسا تخريب اكسيدي پلاستيك ها را در طول فرايند – به دليل اينكه خاصيت قيچي شدن زياد شده است، افزايش مي دهد و از اين رو، گرماي بالايي مي دهد و به همين دليل تعدادي تسريع كننده / كاتاليزورهاي اكسيد كننده در سيستم به همراه پركننده ها ظاهر شدند. در ميان اينها فقط فلزها (فلزهاي آزاد، اكسيدها و نمك ها )، رطوبت(جلوگيري از آن در فيبرهاي سلولزي تقريبا غير قابل اجتناب است )، هوا و حباب هاي ريز VOC در گدازه ي داغ هستند. بنابراين، مطالعات ويژه اي نياز است كه براي هر فرمول و براي شرايط تركيب كردن/ اكستروژن انجام شود تا رابطه اي بين مقادير آنتي اكسيدان هاي خاص در پلاستيك هاي اخير و همين ها در كامپوزيت هاي اكستروژن و در صورت ضرورت با نمايش خصوصيات كامپوزيت اكستروژن مشخص شود. نبايستي تعجب كرد كه مقدار آنتي اكسيدان(ها)يي كه با استفاده از شيوه هاي ASTM گفته شده در در پلاستيك و در كامپوزيت اكستروژن تعيين شده است به مقدار زيادي متفاوت است.

ثانيا، همان شيوه بايد براي ثابت كردن رابطه اي بين مقدار آنتي اكسيدان هاي خاص در پلاستيك ها، كامپوزيت اكستروژن و خصوصيات اجرايي محصول كامپوزيت در محيط مصرف، مثلا طول عمر تخته هاي لمبه كوبي كامپوزيتي بر روي يك لمبه كوبي، به كار برده شود. همه ي اين ها به علاوه با نبود شيوه هاي استاندارد براي تعيين آنتي اكسيدان هاي فنليك (يا هر چيزي در آن ماده ) با استفاده از كروماتوگرافي مايع در مواد كامپوزيتي فيبر/مواد معدني/پلاستيك سلولزي پيچيده شد. همه ي شيوه هاي ASTM گفته شده بر مبناي استخراج هاي پلاستيك     زمينه اي با استفاده از جريان مجدد دهي[2] با حلال هاي آلي مثل ايزو پروپانول ( 2-propanol) بودند و آزمايش بعدي حلال را توسط كروماتوگرافي مايع با استفاده از فاز معكوس ( ستون 18-c  ) با كشف  UV   در nm200 استخراج مي كند. اين آزمايش با پلي الفين هاي خالص كار مي كند زيرا فقط مواد قابل استخراج از ميان آنتي اكسيدان هاي ايشان جزء افزودني هاي پلاستيك هستند. براي موادكامپوزيتي كه به نسبت بالايي پر شده اند، در استخراج ها اغلب ممكن است تركيب بسيار پيچيده شده و فراواني از تركيبات را نشان بدهد كه تحليل كاربرد شيوه ي گفته شده را مشكل مي كند. شكرها تكه هاي ليگنين، علي الخصوص، نور UV را به گونه ي موثري در nm200 جذب خواهد كرد كه نقاط انتهايي از آنتي اكسيدان ها را حمايت خواهد كرد. از اين رو، مطالعات خطيري براي بازبيني و اصلاح شيوه هاي گفته شده، يا براي توسعه ي شيوه هاي ASTM جديد كه براي كامپوزيت هاي سلولز/ پلاستيك قابل كاربرد باشند، نياز است.

بطور خلاصه شيوه هاي تست های ASTM براي تعيين آنتی اكسيدان های فنليك در پلاستيك ها جديد قابل كاربرد هستند و با مقايسه ي پلاستيك هاي جديد در آن مورد توجه قرار مي گيرد.

ASTM D 1996 « شيوه ي تست استاندارد براي تعيين آنتي اكسيدان هاي فنليك و افزودني هاي Erucamide Slip در پلي اتيلن با دانسيته ي پايين از كروماتوگرافي مايع » اين روش براي تعيين ايرگانوكس 1010 ، ايرگانوكس 1076 و ايزونوكس 129 در پلي اتيلن با دانسيته ي پايين تعريف مي شود. نمونه ي LDPE زمينه اي براي ذرات با مش هاي 20  (20-mesh ) است و 5 گرم از آن توسط تغيير مجدد با ml 50 از 2- پروپانول استخراج مي شود.استخراج حلال توسط كروماتوگرافي مايع با استفاده از اوره ي معكوس ( ستون c-18)در گراديان استيرني- آب با كشف  UV   در nm200 با استفاده از تينووين P به عنوان يك استاندارد دروني آزمايش  مي شوند. پايين ترين سطح كشف براي آنتي اكسيدان فنليك « تحت شرايط بهينه » تقريبا ppm 2 كه در اين صورت ، 4-10×2% است. (وليكن پاراگراف بعد راببينيد).

دقت اين ابزار ها معمولا خوب است. ASTM D 1996-97 (تصويب مجدد 2003 ) مثالي از 6 نمونه LDPE  شامل آنتي اكسيدان در مقادير بالا و پايين براي هركدام را آورده است كه در 14 آزمايشگاه مختلف (تست سينه سرخ گرد ) تست شده اند. آنها غلظت متوسط تعين شده ي ايرگانوكس 1010 را به ترتيب 0.004±0.092 و 0.0015±0.0244 براي تست هاي درون آزمايشگاهي ( به ترتيب غلظت بالا و پايين ايرگانوكس ) و 0.006±0.092 و 0.0025±0.0244 براي تست هاي بين آزمايشگاهي، نشان دادند. بنابراين انحراف استاندارد از متوسط 6-4% براي تست هاي درون آزمايشگاهي و 10-6% براي تست هاي بين آزمايشگاهي بود. تست هاي ايرگانوكس 1076 ( 0.10 و 0.025 % ) و ايزونوكس ( در 0.094 و 0.024 ) نتايج مشابه را در دوره هاي دقت و انحراف نشان مي دهند.

ASTM D 5524 « شيوه ي تست استاندارد براي تعيين آنتي اكسيدان هاي فنليك در پلي اتيلن با دانسيته ي بالا با استفاده از كروماتوگرافي مايع » اين روش بطور فني خيلي مشابه با موردي است كه در ASTM D 1996  توضيح داده شد، است، بجز اينكه نمونه هاي  HDPE   تحليل مي شوند و عمل استخراج با سيكلوهگزان انجام مي شود. بنابر يادداشت هاي استاندارد، غير از ايرگانوكس 1010 ، ايرگانوكس 1076 ، ايزونوكس 129 ، اين روش تست بايد براي تعيين آنتي اكسيدان هاي ديگر مثل كيانوكس 425  ، كيانوكس 1790 ، آلترانوكس 236  و آلترانوكس 246 قابل استفاده باشد، اما قابليت استفاده ي روش اين تست براي اين آنتي اكسيدان ها رسيدگي نشده است. دقت اين روش در مقايسه با ASTM D 1996 قدري كمتر است: 13-6 % براي تست هاي درون آزمايشگاهي و 19-9 % براي تست هاي بين آزمايشگاهي با غلظت هاي آنتي اكسيدان ها در  HDPE   از تقريبا 0.02 تا 0.08 .

ASTM D 5815 « شيوه ي تست استاندارد براي تعيين آنتي اكسيدان هاي فنليك و افزودني هاي Erucamide Slip در پلي اتيلن با دانسيته ي پايين خطي با  استفاده از كروماتوگرافي مايع » اين ASTM خيلي مشابه با ASTM D 1996 است، بجز اينكه نمونه هاي LLDPE تحليل مي شوند و عمل استخراج يا با ايزوبوتانول يا ايزوپروپانول قبل از جداسازي مايع- كروماتوگرافيك انجام مي شود. ايزوپروپانول به عنوان حلال استخراج براي LLDPE با خاصيت كريستال شدن پايين ( دانسيته ي g/cm3 0.925 و پايين ) تعريف مي شود و ايزوبوتانول به عنوان حلال استخراج براي LLDPE با خاصيت كريستال شدن بالاتر معرفي مي شود. بنابر يادداشت  هاي استاندارد، غير از ايرگانوكس 1010 ، ايرگانوكس 1076 و ايزونوكس 129، اين روش تست بايد براي تعيين آنتي اكسيدان هاي ديگر مثل آلترانوكس 626، اتانوكس 330، سانتانوكس R و توپانول CA  قابل استفاده باشد، اما قابليت استفاده ي اين روش تست براي اين آنتي اكسيدان ها رسيدگي نشده است. دقت اين روش در مقايسه با روش ASTM D 1996 تا اندازه اي كمتر است: 7-3% براي تست هاي درون آزمايشگاهي و 23-4% براي      تست هاي بين آزمايشگاهي با غلظت هاي آنتي اكسيدان ها در  HDPE   از تقريبا 0.02 تا 0.11 .

ASTM D 6042 « شيوه ي تست استاندارد براي تعيين آنتب هاي فنليك و افزودني هاي Erucamide slip در فرمول هاي پليمر يكنواخت[3] پلي پروپيلن با استفاده از كروماتوگرافي مايع » اين ASTM شبيه به ASTM D 1996 است، بجز اينكه نمونه هاي پلي پروپيلن تحليل مي شوند و عمل استخراج با يك تركيب سيكلوهگزان- متيلن كلرايد با استفاده از شستشوي Reflux  يا  Ulteasonic قبل از جدا سازي مايع-كروماتوگرافيك انجام مي شود. اين روش تست براي تعيين آنتي اكسيدان هايي مثل ايرگانوكس 1010 ، ايرگانوكس 1076 ، ايرگانوكس 3114 و يك آنتي اكسيدان فسفات ايرگافوز 168 قابل استفاده است. بنا بر يادداشت هاي استاندارد، اين تست بايد براي تعيين آنتي اكسيدان هاي ديگر مثل آلترانوكس 626، اتانوكس 330 و سانتانوكس R قابل استفاده باشد، اما قابليت استفاده ي اين روش تست براي اين آنتي اكسيدان ها بررسي نشده است. دقت اين روش در مقايسه با روش ASTM D 1996  قدري كمتر است: 9-3% براي تست هاي درون آزمايشگاهي و 19-9% براي تست هاي بين آزمايشگاهي با غلظت هاي آنتي اكسيدان ها در پلي پرو پيلن تقريبا 0.1% .

ASTM D 6953 « شيوه ي تست استاندارد براي براي تعيين آنتي اكسيدان ها و افزودني هاي Erucamide Slip در پلي اتيلن با استفاده از كروماتوگرافي مايع » اين ASTM از لحاظ تكنيكي مشابه با ASTM D 1996  است; وليكن، يك سري گسترده تري از روش ها را پوشش مي دهد. آنتي اكسيدان ها يا با ايزوپروپانول ( دانسيته هاي كمتر از g/cm3 0.94 ) يا سيكلوهگزان ( دانسيته هاي بيشتر از g/cm3 0.94 ) قبل از جداسازي مايع- كروماتوگرافيك استخراج مي شود.

قبل از تغيير مجدد، نمونه ي پلي اتيلن زمينه اي با ذرات mm-1 (~ 20 mesh ) يا mm-1 (~ 40 mesh ) است. ستون C-8 يا C-18 براي دوره ي معكوس كروماتوگرافي تعريف مي شود. اين روش تست براي تعيين      آنتي اكسيدان هايي مثل ايرگانوكس 1010 ، ايرگانوكس 1076 ، ايرگانوكس 129 و يك آنتي اكسيدان فسفات ايرگافوز 168  قابل استفاده است. بنا بر يادداشت هاي استاندارد ، اين تست بايد براي تعيين آنتي اكسيدان هاي ديگر مثل آلترانوكس 626، اتانوكس 330 و سانتانوكس R و توپانول CA قابل استفاده باشد، اما پايداري اينها در طول عمر استخراج رسيدگي نشده است.

دقت اين روش مشابه ASTM D 1996 است: 6-4% براي تست هاي درون آزمايشگاهي و 12-6% براي تست هاي بين آزمايشگاهي با غلظت هاي آنتي اكسيدان ها در پلي پروپيلن تقريبا از 0.02 تا 0.1 % .

ASTM D 3012 « روش تست استاندارد براي پايداري اكسيدي گرمايي پلي پروپيلن با استفاده از يك چرخاننده ي نمونه در يك آون »

يادداشت نويسنده: اين شيوه در تخمين مقاومت پلي پروپيلن، در فرم قالب دار شده، با كهنگي تسريع شده توسط گرما در حضور اكسيژن هوا با استفاده ازيك آون جريان هوايي هدفمند مي شود. از لحاظ فني، مي تواند ظاهرا براي مواد كامپوزيتي بر مبناي پلي پروپيلن بدون هيچ گونه تغييراتي در اين روش بكار برود. در حالت كامپوزيت هاي داراي   HDPE   اين تست بايد در دماهاي پايين تر از 0C150 و ظاهرا پايين تر از 0C120 ، هدايت مي شود. همچنين، در شيوه ي اصلاح شده، يك نمونه ي اكستروژن از يك ماده ي كامپوزيتي مي تواند به كار برود.

مطابق با اين تست، پنج نمونه ( هر كدام داراي mm 50 طول، mm 10 پهنا و mm 1 ضخامت ) در دماي جو همان گونه كه در اين تست معين شده است، تحت شرايط قرار داده مي شود و در يك آون با طرح اجباري مجهز به چرخاننده ي دو محوره قرار داده مي شود. نمونه ها بايد به چرخاننده توسط گيره هاي فلزي كه با فيلم فلئورپليمر آستركاري شده اند، چسبانده شود و نبايد به طور مستقيم به گيره هاي فلزي يا بخش هاي فلزي آون وصل شوند. فركانس چرخش در مورد محور هاي افقي و عمودي چرخاننده بايد min-1 3-1 باشد. زمان شكست توسط آزمايش منظم نمونه ها بعنوان تعدادروزهايي كه نمونه بعد از آن ترك دار شدند متمركز شده، خرد شدگي يا بي رنگ شدن يا تركيبي از آن را نشان مي دهد تعيين مي شود. مطابق با شيوه ي استاندارد، دماي آون 0C150 (0F302 ) خواهد بود.

دقت اندازه گيري هاي زمان لازم براي شكست در شرايط كنترل شده، وقتي كه از شيوه ي تست گفته شده بطور نزديكي پيروي مي شود، تقريبا خوب است. ASTM D 3012-00  مثالي را براي سه نمونه ي پلي پروپيلن ارائه مي دهد كه ظاهرا از منابع مختلف هستند و 7 آزمايشگاه متفاوت تست شده اند ( تست سينه سرخ گرد ). آنها پايداري اكسيدي نمونه ها را (زمان لازم براي شكست ) در 0C150 برابر با 0.8±14.0 ، 3±35 و 5±63 روز به ترتيب براي انحرافات استاندارد درون آزمايشگاهي متوسط يعني 9-6% متوسط و 3±14 ، 7±35 و 19±63 روز به ترتيب براي انحرافات استاندارد بين آزمايشگاهي متوسط يعني 30-20% متوسط نشان دادند.

يادداشت نويسنده: بطور آشكاري، با آنتي اكسيدان ها به عنوان بخشي از تركيب، زمان لازم براي شكست به طور تطابقي به تاخير خواهد افتاد. اين زمان، كه در 0C150 تعيين شده است، بطور مستقيم با طول عمر ماده در محيط مصرف متناسب نيست، و مطابق با استاندارد، براي پيش بيني جريان استفاده نخواهد شد. وليكن، تست در دماهاي مختلف انجام مي شود. براي مثال، در دامنه اي از 0C150 تا 0C100 ، در فواصل 0C10 ، و برآورد اطلاعات به دست آمده از دما (هاي ) مورد نظر به خاطر استفاده از نسبت آرهنيوز يا ضرايب دمايي قابل توجه، تخمين هاي معقولي   مي تواند به دست بيايد. اين تخمين ها هرچند مي تواند هنوز تقريبا دور از واقعيت باشد، علي الخصوص هر گاه برآورد براي تخمين هاي جريان عمر واقعي يك محصول در شرايط طبيعي با نوسان فصلي، روزانه و ساعتي دما ، بارندگي ها و شرايط جوي كنترل نشده ي ديگر استفاده شود. بعلاوه، برآوردهاي مساوي در دماي مورد نظر در شرايط آزمايشگاهي كنترل شده با استفاده از طرح آرهنيوز  نسبتا مي تواند منجر به يك انحراف شود زيرا اين طرح ها قاعدتا در دامنه ي دمايي وسيع غير خطي هستند. دامنه ي دمايي مطالعه شده ي نزديك تر براي دماي مورد نظر خواهد بود تا برآورد شود در اثر آن انحراف كمتر خواهد شد. نامعقول است كه اطلاعاتي را تقريبا در 0C150 ، 0C140 و0C130 به دست بياوريد و آنها را براي دماي جو (تقريبا ) برآورد كند.

ASTM D 5510 « شيوه ي عملي استاندارد فرسودگي گرمايي پلاستيك هاي قابل تخريب به طور اكسيدي» اين شيوه شرايطي را تعريف مي كند كه در آن پلاستيك در معرض دماهاي مختلف وقتي كه فقط در معرض هواي داغ براي يك دوره ي توسعه يافته ي زماني است قرار مي گيرد. هر يك از ويژگي هاي خاص  پلاستيك ها مي تواند به عنوان يك برداشت انتخاب شود. از نظر فني هر شكل و پروفيل ماده ي كامپوزيتي مي تواند مطابق با اين شيوه ي كاربردي تست شود. دو روش در معرض آون در اين شيوه تعريف مي شوند كه فقط شيوه ي B براي مواد كامپوزيتي قابل استفاده است زيرا آن براي نمونه هاي با ضخامت غير معدني بزرگ تر از 0.01 اينچ در نظر گرفته مي شود. شيوه ي آن براي نمونه هاي فيلمي تعريف مي شود.

شيوه ي گفته شده كاربرد حداقلي از 4 دماي در معرض شرايط را براي تعيين نسبت بين دما و تعريف تغيير خصوصيت تعريف مي كند، پايين ترين دما بايد سطح مورد نظر تغيير محصول يا شكست محصول را تقريبا 6 ماه توليد كند. دماي دوم همان سطح تغيير خصوصيت يا شكست محصول را در حدودا 1 ماه توليد مي كند. دماهاي سوم و چهارم بايد آن را تقريبا به ترتيب در يك هفته و يك روز انجام دهند. با استفاده از برخي فرضيات، اين شيوه چندين جدول زماني فرسودگي گرمايي واقعي را براي انتخاب دماهاي در معرض شرايط ارائه مي دهد.

[1] . chrpmatography

[2].  refluxing

[3] . homopolymer

بدون دیدگاه

دیدگاهتان را بنویسید