العوامل التي تؤثر على استقرار الضوء من PVC والحلول

May 6, 2022

TDD-global

13873

دليل

أبرز النقاط

يُعاني كلوريد البولي فينيل (PVC) من تدهور ضوئي حاد عند التعرض للعوامل البيئية الخارجية مثل الأشعة فوق البنفسجية، الحرارة، الأكسجين، والماء، ما يؤدي إلى صفرار، تصلب، هشاشة، وانخفاض الخصائص الميكانيكية. ويُعزى هذا التدهور أساسًا إلى إزالة حمض الهيدروكلوريك (HCl) وتكوين الروابط المزدوجة والبوليينات في السلسلة الجزيئية. وتؤثر المضافات (مثل الملدنات، المثبتات الحرارية، وكربونات الكالسيوم) سلبًا أحيانًا على الاستقرار الضوئي. ولتحسين مقاومته، يُوصى بتحسين جودة الراتنج أثناء البلمرة، واستخدام مثبتات حرارية فعّالة (كأركانوتين)، ومضادات أكسدة متعددة المكونات، وامتصاصات UV (كالبنزوفينونات)، وعوامل حماية فيزيائية مثل أسود الكربون وثاني أكسيد التيتانيوم الروتيل.

يستخدم كلوريد البولي فينيل على نطاق واسع في الصناعة والحياة بسبب خصائصه الفريدة ، والكثافة المنخفضة ، وسهولة التعديل ، وأداء المعالجة الجيد.يتم استخدام معظمها في الهواء الطلق ، مثل إطارات النوافذ ، وإطارات الأبواب ، والمصاريع ، وألواح الجدار ، والأنابيب ، وما إلى ذلك تحت تأثير العوامل البيئية المختلفة مثل أشعة الشمس والحرارة والأكسجين والأوزون والماء ، وما إلى ذلك في الهواء الطلق ، ستخضع منتجات PVC لتدهور خطير وصفرار وتصلب وهشاشة وانخفاض في الخصائص الميكانيكية.انخفاض تدريجي، وأخيرا تفقد قيمة استخدامها.لذلك ، يمكننا اقتراح حل لضعف استقرار الضوء من PVC من خلال دراسة العوامل التي تؤثر على تدهور PVC.

العوامل التي تؤثر على التحلل الضوئي للبلاستيك

أولاً ، انتظام هيكل PVC

تغير لون راتنج PVC بعد تعرضه للأشعة فوق البنفسجية ، مما يشير إلى أن جزءًا من تفاعل إزالة HCl داخل الجزيئي حدث على السلسلة الرئيسية للجزيء الكبير ، وتم تشكيل كمية صغيرة من الروابط المزدوجة المرتبطة على السلسلة الرئيسية للجزيء الكبير ، مما أدى إلى تغيير لون الراتنج. .

تأثير المضافات.

أثناء المعالجة ، يتم تحسين استقرار المواد عن طريق إضافة سلسلة من المواد المضافة ، مثل مثبتات الحرارة ومضادات الأكسدة والملدن ومواد التشحيم.ومع ذلك ، هناك مشاكل مثل ضعف التوافق مع المواد ، ودرجة حرارة التحلل أقل من درجة حرارة معالجة المواد وانخفاض الوزن الجزيئي ، وما إلى ذلك ،مما يقلل من الخصائص الميكانيكية للمنتجات ، ويسبب تغير اللون بسبب تسرب واستخراج المواد الإضافية أثناء الاستخدام.

1.بلاستيكي

بعد أن يمتص الملدن الضوء فوق البنفسجي بطول موجي أكبر من 290 نانومتر ، فإنه يولد جذورًا حرة ويعمل على سلسلة PVC لزيادة معدل استخراج HCl ، مما يسرع عملية التحلل الضوئي لـ PVC ويسبب تغير اللون للمادة.وسيحدث تغير اللون.

2.المذيب

سيكلوهيكسانون وتتراهيدروفوران (THF) هي المذيبات الشائعة الاستخدام لـ PVC ، ويتفاعل THF مع O2 لتشكيل مجمعات بسهولة ، والتي تولد الجذور الحرة تحت الضوء فوق البنفسجي لتحفيز التحلل الضوئي لـ PVC.نظرًا لأن THF يستخدم عادة في إعداد أفلام PVC ، فإنه سيسرع أفلام PVC. photodegradation .

3.تثبيت الحرارة

الاستقرار الحراري لـ PVC ضعيف ، ويجب إضافة مثبت حراري إلى منتجات PVC بعد المعالجة لتعزيز الاستقرار الحراري.باستخدام تحليل الكتلة ، الطيف بالأشعة تحت الحمراء والمقياس الطيفي للأشعة فوق البنفسجية - المرئية (الطول الموجي أكبر من 300 نانومتر ، درجة الحرارة 40 °C ، 55 °C ، 70 °C) لدراسة سمك 80μm الذي يحتوي على استيارات الكالسيوم ، استيارات الزنك استيارات الحرارة المثبت وجدت سلوك الأكسدة الضوئية لفيلم PVC أن المثبت الحراري الأولي اختفى تدريجيا لأن HCl تفاعل مع المثبت الحراري.عندما اختفى مثبت الحرارة تمامًا ، حدث فقدان الوزن في نفس الوقت ، مما يشير إلى أن كثافة إزالة HCl أكبر من الأكسدة.تم العثور على من خلال الأشعة فوق البنفسجية أن الاستقرار الحراري للأورجانوتين كان أفضل ، وهو السبب في أن كلوريد الأورجانوتين لن يسبب مزيدا من التدهور.

تأثير تعديل البوليمر

يمكن الحصول على بعض الخصائص الجيدة عن طريق مزج PVC مع البوليمرات الأخرى ، ولكن المزج سيؤثر على سلوك تدهور الأشعة فوق البنفسجية من PVC.ميثيل ميثاكريلات البوتادايين الستيرين كوبوليمر (MBS)، وأكسيد البولي إيثيلين (PEO) ورقائق الخشب تعزز التحلل الضوئي من PVC، في حين أن خلات البولي فينيل (PVAC) والكحول البولي فينيل (PVA) تأخر التحلل الضوئي من PVC.يمكن أن تحسن إضافة MBS إلى PVC بشكل كبير من مقاومة تأثير PVC ، ولكن إضافة MBS ستسريع التحلل الضوئي لـ PVC.

رابعاً ، تأثير إضافة كربونات الكالسيوم

الغرض الرئيسي من إضافة CaCO3 إلى صيغة منتجات PVC هي ملء الزيادة ، وخفض التكلفة ، وتحسين صلابة ودرجة حرارة التشوه الحراري للمنتج ، والحد من معدل انكماش الصب للمنتج ، ولكن حجم الجسيمات وتوزيع حجم الجسيمات من CaCO3 والتوافق مع المصفوفة محدودة.في حالة وجود كمية كبيرة منه ، فإنه سيؤدي حتماً إلى التكتل في المصفوفة ، والحد من صلابة المواد ، والتأثير على لمعان ولون المنتج.تشير بعض البيانات إلى أنه بعد المعالجة السطحية العضوية لـ CaCO3 ، يتم تخفيض القدرة الرطبة بشكل واضح ، ولكن إذا تم تحلل PVC وإزالة HCl ، يتم تشتيت CaCO3 في طبقة منتج تحلل الأكسجين الضوئي من PVC ، مما يشكل موقع امتصاص محتمل للمياه ، والذي من السهل أن يجعل المنتج غير ملون ، ومنتجات CaCO3 و PVC تتقدم في السن.ترتبط ظاهرة التسحير في العملية ارتباطًا وثيقًا.المنتجات التي تحتوي على محتوى ملء CaCO3 عالية عرضة لظاهرة التسحير.ظاهرة التسحير هي نتيجة لتغير المورفولوجيا السطح الناجم عن انشقاق السلسلة أو الترابط المتقاطع أثناء الشيخوخة وتحلل PVC.

الطرق الشائعة لحل ضعف استقرار الضوء من PVC

1.تقليل تدهور راتنج PVC وتشكيل هيكل البوليين أثناء البلمرة من راتنج PVC

1.إزالة الأكسجين من نظام البلمرة والماء منزوع الأيونات

2.يجب ألا تكون درجة حرارة البلمرة مرتفعة جدًا

3.التحكم في المكتب المناسب ومعدل التحويل ، وتقصير فترة تخفيف الضغط من البلمرة

4.مراقبة صارمة لمحتوى الكلوريد في الماء

5.نقاء المواد الخام واختيار نظام المشتت والمبداع

2.تحسين تصميم صيغة الإنتاج لمنتجات PVC

1.تثبيت الحرارة

تثبيتات الضوء الأميني المعوقة (HALS) هي فئة من مشتقات البيبيريدين التي لا تمتص أو نادراً ما تمتص الأشعة فوق البنفسجية ولها تأثير عائق ستيري معين.ومع ذلك ، نظرًا لأن مثبتات الضوء الأمينية المعوقة قلوية ، فهي أكثر حساسية للمواد الحمضية [5] ، ويتشكل HCl أثناء كل من التحلل الضوئي والتحلل الحراري لـ PVC.قد يتفاعل HCl مع HALS ، مما يعيق تكوين جذور أكسيد النيتروكسيد. "تسمم" الرقبة.يمكن اختيار المثبتات الضوئية الأساسية الضعيفة المعوقة الأمين ، مثل مشتقات البيبيريدين أو مشتقات الأنثراكينون ، لأنها تحتوي على مجموعة متنوعة من المجموعات الوظيفية ، ويمكن استخدامها كمزيل من الجذور الحرة ، وهذه المشتقات سهلة التحضير وليس لها سمية تقريبًا.

2.مضادات الأكسدة

أثناء معالجة واستخدام منتجات PVC ، سيتم أكسدتها عن طريق الحرارة والأشعة فوق البنفسجية ، ويرتبط التدهور الأكسدي بتوليد الجذور الحرة.الدور الرئيسي لمضادات الأكسدة هو إنهاء انشقاق السلسلة أو زبالات الجذور الحرة.تتمثل وظيفتها الرئيسية في ربط الجذور الحرة لتشكيل مركبات مستقرة لوقف تفاعلات السلسلة.عادة ما يوصى بمضادات الأكسدة كتركيبات متعددة المكونات لتوفير الحماية من تحلل الأشعة فوق البنفسجية.المواد المضادة للأكسدة الرئيسية من PVC عادة ما تكون بيسفينول A ومضادات الأكسدة المساعدة أو المتحللين بيروكسيد الهيدروجين.مضادات الأكسدة المساعدة من PVC هي triphenyl phosphite و ester isooctyl diphenyl ، ويمكن أن يمارس مزيج من مضادات الأكسدة الرئيسية والمساعدة تأثيرًا تآزريًا.

3.ماصة الأشعة فوق البنفسجية

يتمثل دور المواد الممتصة للأشعة فوق البنفسجية في منع تدهور البوليمرات وربطها المتقاطع الناجم عن الأشعة فوق البنفسجية في أشعة الشمس ومصادر الضوء الاصطناعية المختلفة.يمكن امتصاص الأشعة فوق البنفسجية امتصاص الأشعة فوق البنفسجية بطول موجي 240-340 نانومتر ، ولها خصائص اللون الفاتح ، غير السمية ، والتوافق الجيد ، والهجرة الصغيرة ، وسهولة المعالجة ، إلخ ،ولها تأثير وقائي جيد على راتنج PVC.

وفقا للهيكل الكيميائي ، يمكن تقسيم امتصاصات الأشعة فوق البنفسجية إلى o-hydroxybenzophenones ، o-hydroxybenzotriazoles ، hydroxybenzotriazines ، فينيل ساليسيلات ، إلخ. فينيل ساليسيلات هو أقدم مثبت للأشعة فوق البنفسجية ، ولا يزال يستخدم اليوم بسبب سعره المنخفض.معظمها أصفر تحت الأشعة فوق البنفسجية ، مما يحد من استخدامها في المواد عديمة اللون أو الشفافة.مركبات o-Hydroxybenzophenone و o-Hydroxybenzotriazole عبارة عن امتصاصات نموذجية للأشعة فوق البنفسجية ، وتضاف إلى منتجات PVC ، بحيث يمكن استخدام المنتجات لفترة طويلة تحت أشعة الشمس.تتمثل وظيفتها الرئيسية في منع تغير لون منتجات PVC ، وكذلك لمنع المنتجات من أن تصبح هشة وتشقوقات سطحية.

4.وكيل التثيل

غالبًا ما تتم إضافة عوامل التحقق إلى نظام البولمرة أو نظام الصياغة لتحسين الاستقرار الحراري للراتنج.المبدأ هو أن نظام التحليل يمكن أن يشكل مجمعات معدنية مستقرة مع أيونات معدنية ضارة من السهل أن تسبب إطلاق HCl على السلسلة الجزيئية PVC.

5.وكيل حماية الأشعة فوق البنفسجية

عامل الحماية من الضوء هو فئة من المواد التي يمكن أن تمتص أو تعكس الضوء فوق البنفسجي ، وتنعكس وظيفتها الرئيسية في الحاجز المادي.يمكن أن يشكل حاجزاً بين مصدر الضوء والبوليمر ، مما يمنع الضوء فوق البنفسجي من دخول الجزء الداخلي من البوليمر.مثل هذه المنتجات رخيصة ولها العديد من الأصناف ، مثل ثاني أكسيد التيتانيوم وسود الكربون.

أسود الكربون هو عامل حماية الضوء الأكثر فعالية ، فإنه يمتص الضوء فوق البنفسجي والمرئي بأكمله ، ويمكن تحويل الطاقة الضوئية إلى طاقة حرارية أقل تدميرا ، ولديه مرشح داخلي ، ومكافئ الجذور الحرة ، وحالة البوليمر الفردي وعامل التجزئة الثلاثي ، فإنه يلعب وظيفة امتصاص الضوء فوق البنفسجي من خلال النقل الأفقي للطاقة في هيكله العطري متعدد النواحي.وفقًا لعملية التصنيع ، يمكن تقسيم أسود الكربون إلى ثلاثة أنواع: أسود الكربون القناة ، أسود الكربون الفرن والسود الكربون الحراري.تعتمد كفاءة تثبيت الضوء من أسود الكربون على نوعه وحجم الجسيمات وتشتتها في البوليمر.

ثاني أكسيد التيتانيوم أساسا لديه شكلين بلورين مختلفين، نوع الأنتاز ونوع الروتيل، والتي يتم خلطها في البوليمرات وتظهر الأنشطة الضوئية مختلفة بشكل كبير.أناتاز ثاني أكسيد التيتانيوم هو الضوئي النشط ويمكن أن يحفز التحلل الضوئي من البوليمرات.تحت تأثير الضوء والأوزون ، يمكن أن تشكل تدريجيا حمض التيتانيك ، مما يجعل سطح المنتج أصفر وطباشير.ثاني أكسيد التيتانيوم الروتيل هو عامل حماية شائع الاستخدام للأشعة فوق البنفسجية لـ PVC.ليس لديه نشاط ضوئي ولكنه يمكن أن يحمي ضوء الأشعة فوق البنفسجية ويعكس ضوء الأشعة تحت الحمراء ، وليس من السهل أن تتحول إلى اللون الأصفر.متوسط الجرعة من ثاني أكسيد التيتانيوم هو عموما 3٪ ~ 5٪.

أكبر عيب لعامل الحماية من الضوء هو لون المنتج ، مما يحد بشكل مباشر من تطبيقه في المنتجات الشفافة ، وهناك تقدم عام ضئيل في تطوير الأصناف.الأصناف الجديدة هي أساسا حجم الجسيمات فائقة الدقة والمواد غير العضوية القابلة للتشتت بسهولة المعالجة على السطح ، مثل ثاني أكسيد التيتانيوم فائقة الدقة وأكسيد الزنك الميكرون.الأول له تشتت الضوء المرئي غير النشط وغير المهاجر منخفض وتشتت الضوء فوق البنفسجي العالي ، ويمنح البلاستيك امتصاص الضوء فوق البنفسجي مع الحفاظ على شفافية البلاستيك.هذا الأخير أفضل من ثاني أكسيد التيتانيوم فائق الدقة من حيث الشفافية وكفاءة امتصاص الأشعة فوق البنفسجية. .

في الختام:

(1)يسبب تغير لون منتجات PVC بسبب العمل المشترك للبيئة الخارجية وعوامل PVC نفسها ، أي الإشعاع الخارجي للأشعة فوق البنفسجية ، ودرجة الحرارة المحيطة ، والرطوبة ، والظروف المحتوية على الأكسجين والتلوث البيئي ، إلخ.

(2)السبب الرئيسي لتغير لون منتجات PVC هو وجود بنية البوليين في سلسلة جزيئية وإطلاق HCl أثناء عملية التحلل.لذلك ، فإن الطريقة الأكثر أهمية لحل ضعف استقرار الضوء من راتنج PVC هي التحكم في جودته والحد من إطلاق هيكل HCl والبوليين.توليد .

(3)إن جودة المواد المضافة المختلفة في صيغة إنتاج منتجات PVC هي أيضًا عامل مؤثر في تغير لون منتجات PVC.يمكن تحسين الصيغة لضمان جودة الراتنج والمواد المضافة المختلفة والحد من حدوث تلوين المنتجات.

تأثيرات أنواع ثاني أكسيد التيتانيوم على خصائص راتنج ABS

الصفحة السابقة

في انتظار السياسة الجديدة لشركة Billionschem ، سيصل سعر ثاني أكسيد التيتانيوم إلى التقاطع