سرویس ترجمه انجمن لوله و اتصالات پی وی سی: (چکیده)/ در طول سال های اخیر استفاده از مواد پلیمری مانند ترموپلاستیک ها، ترموست ها و کامپوزیت ها به عنوان جایگزینی برای مصالح ساختمانی سنتی افزایش یافته است. اگرچه این پلیمرها طیف چشمگیری از خواص جذاب را ارائه می دهند، اما تاثیر شرایط آب و هوایی بر دوام و عملکرد این مواد به طور کامل معلوم نیست.

 این مقاله به طور مختصر به بررسی اثرات تابش اشعه ماوراء بنفش بر عملکرد و خواص محصولات ساختمانی مبتنی بر پلیمر می پردازد همچنین استفاده از تکنیک های هوادهی تسریع شده برای کمک به ارزیابی دوام مصالح ساختمانی نیز به طور خلاصه مورد بحث قرار می گیرد.

مقدمه

دوام، عملکرد و نرخ خرابی محصولات ساختمانی به طور قابل ملاحظه ای تحت تأثیرهردوعامل ترکیب مواد و همچنین شرایط آب و هوایی قرار می گیرند. این به ویژه برای مصنوعات پلیمر مصنوعی که در سال های اخیر به طور فزاینده ای به عنوان جایگزینی برای مصالح ساختمانی سنتی با پایه چوب، فلز و سیمان مورد استفاده قرار گرفته است، مرتبط است.

عمدتا علاقه به کاربردهای غیر ساختمانی پلیمرها مانند روکش دهی، لوله کشی و پوشش ها بوده است، اما علاقه فزاینده ای به استفاده از مواد پلیمری، بخصوص کامپوزیت های مبتنی بر پلیمر، برای کاربرد های ساختمانی در صنعت ساختمان نیز وجود دارد. با این حال، هوازدگی ترموپلاستیک ها، ترموست ها و کامپوزیت ها، ناشی از تغییرات دمایی، رطوبت / بارندگی و تابش اشعه ماوراء بنفش به طور کامل معلوم نیست. درک بیشتر از دوام و هوازدگی این مواد، پیش بینی طول عمر مفید محصولات ساختمانی را با دقت بیشتری امکان پذیر می کند و همچنین امکان برنامه ریزی برای تعمیر و نگهداری و جایگزینی اجزای اصلی ساختمان را فراهم می کند.

 تحقیقات جاری در BRANZ در حال بررسی این است که آیا تغییرات آب و هوایی در نیوزیلند تأثیر قابل توجهی بر هوازدگی و دوام پلاستیک های ساختمانی دارد. تاکید اصلی پژوهش بر روی تغییرات وسیع در تابش اشعه UV خورشیدی در نیوزیلند و واکنش های تخریب نوری حاصل از قرار گرفتن در معرض هر یک از چهار ناحیه در سراسر کشور است.

تجزیه پلیمر

اکثر پلیمرهای تجاری پایه آلی که در صنعت ساختمان و ساخت و ساز استفاده می شوند، دستخوش واکنش های نورکافتی و اکسایش نوری در اثرقرار گرفتن در معرض تابش اشعه ماوراء بنفش می شوند. پلیمرهای حاوی گروه های کروموفوریک (رنگساز) مانند پیوند دوگانه کربن-کربن (C = C) و گروه های کربونیل (C = O) هستند که قادر به جذب انرژی UV هستند و در واکنش های نوری که منجر به تخریب پلیمر می شوند، دخیل هستند.

این گروه های کروموفوریک (رنگساز) می توانند در ساختار منظم پلیمر وجود داشته باشند یا در نتیجه وجود ناخالصی ها یا از طریق فرآیندهای حرارتی مواد در گیر شوند. این وضعیت پلی الفین ها، پلی اتیلن و پلی پروپیلن است که به شدت تحت تاثیر حضور اشعه ماوراء بنفش قرار دارند. اگرچه آنها در ساختار منظم خود هیچ پیوند کربنیل یا C = C ندارند، بخش های کروموفوریک از طریق فرایند قالب گیری تزریقی با درجه حرارت بالا و فرآیند اکستروژن درگیر در تولید محصولات ساختمانی پلاستیکی، به زنجیر اصلی یا گروه های جانبی وارد می شوند. همچنین دریافته می شود که افزودنی های پایه فلزی موجود در پلی الفین ها، واکنش های اکسیداسیون را تسریع می کنند که منجر به اکسایش نوری و اکسایش گرمایی می شوند.

آغاز واکنش های تخریب فتوشیمیایی می تواند از طریق مکانیسم های رادیکال آزاد رخ دهد که منجر به تشکیل هیدروپراکسید ها وبریدگی زنجیره می شود و در نهایت منجر به شکست فاجعه بار اجزاء ساختمان می شود. محدوده اثرات تخریب که در مواد پایه پلیمری رخ می دهد، از تغییر رنگ در سطح پلیمر، که بر زیبایی مواد تاثیر می گذارد ، تا آسیب گسترده مکانیکی به پلیمرها است، که به شدت بر عملکرد محصول ساختمانی تاثیر می گذارد. تغییرات رنگ به طور عمده در نتیجه تغییرات شیمیایی در ساختار پلیمر اتفاق می افتد و منجر به زرد شدن یا تیره شدن پلیمر می شود.

یکی دیگر از اثرات نامطلوب هوازدگی، ترکیب هم افزایی آب و اشعه ماوراء بنفش است که می تواند منجر به فرسایش و محو شدن سطح برخی از انواع پلیمرها شود.این پدیده به عنوان گچی شدن ( chalking) شناخته می شود و اغلب در بسترهای PVC دیده می شود. پلیمر به وسیله اشعه ماوراء بنفش تخریب نوری می شود و قطعات کوچک حاصل از آن به وسیله باران یا سایر منابع رطوبت از سطح شسته می شوند. این پدیده رنگدانه ها و پرکننده ها را به نمایش می گذارد و منجر به ایجاد ظاهر گچی در سطح پلیمر می شود. با پیشرفت تخریب، این مواد افزودنی در سطح از بین رفته و تخریب لایه های پلیمری زیرین رخ می دهد، که به شدت بر زیبایی ظاهری محصول ساختمانی تاثیر می گذارد.

شکل 1. تصویرSEM سطح پلیمری در معرض قرار گرفته

بررسی دقیق تر پلیمر با استفاده از میکروسکوپ الکترونی پویشی (SEM) تخریب قابل توجهی را در سطح مواد نشان میدهد (شکل 1). پدیده گچ شدن سطح ناهمواری را برروی پلیمرایجاد می کند که نور را متفرق میکند و منجر به ایجاد ظاهری محو شده در مواد می شود. تاثیرات جدی ترتخریب نوری شامل میکروترک ها و ضعف لایه های پلیمری است.

این اثرات اغلب با تخریب وسیع در خواص مکانیکی مواد مانند استحکام کششی، مقاومت به ضربه و ازدیاد طول همراه هستند که همه آنها پارامترهای مهمی در عملکرد یک محصول ساختمانی است. بنابراین ضروری است که قادر به پیش بینی عملکرد محصولات ساختمانی در محیط های خاص، به ویژه در مورد طول عمر مورد انتظار مواد باشیم.

در برخی موارد، پیش بینی تاثیر تابش اشعه ماوراء بنفش بر پلاستیک ها با قرار گرفتن در معرض هوازدگی طبیعی بسیار آهسته است، به خصوص در مواردی که توسعه محصول اهمیت دارد . بنابراین، هوادهی مصنوعی محصولات اغلب برای ارائه اطلاعات در مورد اثرات اشعه ماوراء بنفش استفاده می شود.

بسیاری از روش های هوادهی تسریع شده از لامپ های خورشیدی ماوراء بنفش ساده گرفته تا هوازدگی‌سنج (weatherometer) قوس زنونی وجود دارد. BRANZ دارای دو تکنولوژی پرطرفدارUV تسریع شده، یعنی دستگاه ماوراء بنفش فلورسنت/ چگالشی با استفاده از هر دو لامپ فلورسنت UVA و UVB و دستگاه هوازدگی سنج لامپ قوس زنون است.

شکل 3. خروجی تابشی از لامپ قوس زنون

بخش طول موج های کوتاه نور خورشید مسئول قسمت اعظمی از تخریب های نوری مواد است و لامپ های فلورسنت این بخش را به خوبی شبیه سازی می کنند (شکل 2)، در حالی که خروجی لامپ های قوس زنون شبیه به نور خورشید در سراسر طیف UV است، که بسیار سودمند است (شکل 3). اگرچه ارتباط مستقیمی بین هوازدگی تسریع شده و طبیعی محصولات ساختمانی وجود ندارد، به واسطه وجود متغیرهای بسیار زیاد درظرف مدت در معرض قرارگیری طبیعی مواد، هر دو تکنیک UV تسریع شده در ارزیابی دوام مواد در حضور اشعه ماوراء بنفش بسیار مفید هستند.

 با توجه به تأثیر تابش اشعه ماوراء بنفش بر عملکرد پلیمرها، نرخ تخریب نوری مواد پلیمری اغلب با استفاده از پایدارکننده ها و پرکننده های UV مانند پایدارکننده های نوری آمینی (HALS)، دوده (carbon black) و دی اکسید تیتانیوم به تاخیر می افتد. اگرچه هر پایدارکننده با مکانیزم های مختلف عمل می کند، دو روش اصلی به نام های حفاظت و مهار برای پایدارسازی پلیمر ها وجود دارد. مواد افزودنی مانند دوده، اشعه ماوراء بنفش را جذب می کنند و از این طریق پلیمر را از تخریب محافظت می کنند، در حالی که پایدار کننده های دیگر مانع ازوقوع واکنش های شیمیایی در مکانیزم های تخریب نوری می شوند که به وسیله ریزش رادیکال و یا از بین بردن منابع رادیکالی عمل می کنند.

به عنوان مثال، پایدارکننده های HALS، به رادیکال های نیتروکسید (ֹN-O) اکسید نوری شده اند که متعاقبا رادیکال هایی را که مسئول واکنش های تخریب نوری هستند را به دام می اندازند و از این طریق مانع از تخریب بیشتر می شوند. آنها بسیار کارآمد هستند زیرا مکانیزم آنها شامل بازسازی چرخه ای رادیکال های نیتروکسید در طول استفاده است.

ادامه دارد...

ترجمه: آیدا کرمی، کارشناس کنترل کیفیت شرکت آذر لوله