تاثیر اشعه فرابنفش UV خورشید بر پلیمرها چیست؟
اشعه فرابنفش (UV) تأثیرات مختلفی بر پلیمرها دارد و ممکن است مفید یا مخرب باشد. این تأثیرات به عوامل متعددی از جمله نوع پلیمر، مدت زمان تماس با اشعه UV، میزان قدرت UV و شرایط محیطی مانند دما و رطوبت بستگی دارد. در ادامه این مطلب به بررسی تاثیر اشعه فرابنفش بر روی انواع پلیمر می پردازیم.
تجزیه پلیمر
اشعه UV قادر است باعث تجزیه ساختار پلیمری شود، به ویژه در پلیمرهایی مانند پلی استر که در برابر اشعه UV حساس هستند. این تجزیه ممکن است باعث کاهش وزن مولکولی و خصوصیات مکانیکی پلیمر شود.
اشعه UV می تواند انرژی کافی برای برش و شکستن اتصالات شیمیایی در ساختار پلیمر را فراهم کند. این تأثیر به عنوان “تخریب فتوشیمیایی” شناخته می شود.
برای درک بهتر، تصور کنید که پلیمرها یک زنجیره طولانی از واحدهای تکراری (مونومرها) هستند که با اتصالات شیمیایی به یکدیگر متصل شده اند. این اتصالات ممکن است با عناصر مثل اکسیژن و کربن در ساختار پلیمری تشکیل شوند. اشعه فرابنفش انرژی کافی دارد تا اتصالات شیمیایی را بشکند، به خصوص اتصالاتی که در معرض نور UV واقع شده اند.
بنابراین، تأثیر اشعه UV ممکن است منجر به تجزیه ساختار پلیمر شود. این تجزیه به عوامل زیر منجر می شود:
کاهش وزن مولکولی
تجزیه اتصالات شیمیایی باعث کاهش وزن مولکولی پلیمر می شود. این موضوع باعث تغییر خصوصیات مکانیکی و فیزیکی پلیمر می شود.
تغییر در خصوصیات حرارتی
تجزیه اتصالات می تواند به تغییر در خصوصیات حرارتی پلیمر، مانند دمای ذوب و حرارت نیمه زنجیره‌ای منجر شود.
تغییر در شکل و ساختار پلیمر
تجزیه اتصالات شیمیایی ممکن است به تغییر در شکل و ساختار پلیمر منجر شود.
تغییر در رفتار حلالیت
تغییر در ساختار پلیمر می تواند به تغییر در رفتار حلالیت پلیمر در مقابل مواد شیمیایی دیگر منجر شود.
تغییر رنگ
اشعه UV ممکن است باعث تغییر رنگ پلیمرها شود. این اثر به ویژه در پلیمرهای شفاف مشهود است و با استفاده از فرآیندهای مناسب می توان آن را کنترل کرد.
این تغییرات در رنگ به دلیل تأثیر اشعه UV بر ساختار مولکولی پلیمرها و تشکیل گروه های شیمیایی جدید یا تغییرات در زمینه الکترونی ساختار مولکولی رخ می دهد.
تغییرات شیمیایی
اشعه فرابنفش می تواند اتصالات شیمیایی را بشکند یا تغییر دهد، که در نتیجه منجر به ایجاد گروه های شیمیایی جدید می شود. این گروه های شیمیایی ممکن است رنگ دهنده باشند و باعث تغییر رنگ در پلیمر شوند.
تشکیل رادیکال ها
اشعه UV می تواند رادیکال های آزاد در ساختار پلیمر ایجاد کند. این رادیکال ها با رنگ دهنده های موجود در پلیمر واکنش نشان داده و رنگ پلیمر را تغییر می دهند.
استفاده در صنایع
این تغییرات در رنگ پلیمرها در صنایع مختلف مورد استفاده قرار می گیرد. به عنوان مثال، در صنعت پلاستیک، پوشش های پلیمری که تحت تأثیر اشعه UV رنگ می دهند معمولا به عنوان پوشش های محافظ در برابر تابش مستقیم نور خورشید بر روی مواد استفاده می شوند.
کریستالینیتی
اشعه فرابنفش ممکن است بر خصوصیات کریستالینیتی پلیمرها تأثیر بگذارد. این تأثیر می تواند به عنوان یک روش برای بهبود خصوصیات مکانیکی و حرارتی پلیمرها مورد استفاده قرار گیرد.
کریستالینیتی یا بلورینگی به معنای چیدمان دقیق زنجیره های پلیمری در یک ساختار مرتب و بلوری است. تغییرات در کریستالینیتی می‌تواند به صورت زیر باشد:
افزایش کریستالینیتی
تابش UV ممکن است به پلیمرها کمک کند تا ساختار کریستالی را تشکیل داده یا کریستالینیتی را افزایش دهند. این موضوع باعث بهبود خواص مکانیکی و حرارتی پلیمر می شود.
کاهش کریستالینیتی
در برخی موارد، تابش UV می تواند به تغییرات در ساختار کریستالی پلیمرها منجر شود و کریستالینیتی را کاهش دهد. این مورد ممکن است باعث بهبود انعطاف پذیری و قابلیت پذیری در پلیمر شود.
اصلاح خصوصیات مکانیکی
تغییر در کریستالینیتی ممکن است به بهبود خصوصیات مکانیکی پلیمر، مانند مقاومت به خوردگی منجر شود.
تغییر در خصوصیات کریستالینیته پلیمرها تحت تأثیر اشعه UV می تواند به صورت مفید مورد استفاده قرار گیرد تا خواص مکانیکی و حرارتی پلیمرها را بهبود دهد و یا برای تطبیق پلیمر با نیازهای خاص در صنایع مختلف مورد استفاده قرار گیرد.
تغییر در خصوصیات سطحی
تابش اشعه فرابنفش به تغییر در خصوصیات سطحی پلیمرها منجر می شود، از جمله می توان به افزایش چسبندگی سطحی یا کاهش آن اشاره کرد. در این بخش به بیان برخی از تاثیرات تغییر در خصوصیات سطحی پلیمرها می پردازیم.
افزایش چسبندگی سطحی
تابش UV ممکن است باعث ایجاد گروه های شیمیایی جدید بر روی سطح پلیمر شود که می تواند با سایر مواد چسبندگی بیشتری داشته باشند. این تغییر منجر به افزایش چسبندگی سطحی پلیمر برای استفاده در صنایع بسته بندی یا چسب زنی می شود.
اصلاح ویژگی آب گریزی
تغییرات در سطح پلیمر تحت تأثیر اشعه UV می تواند به افزایش ویژگی آب‌گریزی (هیدروفوبیسیته) یا آب دوستی (هیدروفیلیک) سطحی منجر شوند. این تغییرات در کاربردهایی مانند تولید پوشش های ضد آب یا پوشش های ضدخوردگی می تواند مفید باشد.
تشکیل پوشش های محافظ
تابش UV می تواند به تشکیل پوشش های محافظ بر روی سطح پلیمر منجر شود. این پوشش ها قادرند تا از پلیمر در برابر تأثیرات مخرب اشعه فرابنفش محافظت کنند.
تغییر در رفتار حلالیت پلیمر
تغییرات در سطح پلیمر امکان دارد به تغییر در رفتار حلالیت پلیمر در مقابل مواد شیمیایی دیگر منجر شود. این تغییر ممکن است در کاربردهای شیمیایی و بیولوژیکی مورد استفاده قرار گیرد.
اصلاح خواص مکانیکی
تابش اشعه فرابنفش ممکن است خواص مکانیکی پلیمرها را بهبود دهد، به ویژه اگر به عنوان یک روش تقویت پلیمرها مورد استفاده قرار گیرد. این تغییرات می تواند به صورت های زیر خود را نشان دهد:
تقویت مکانیکی
تابش UV به پلیمر می تواند به تقویت خواص مکانیکی پلیمرها منجر شود. این تقویت ممکن است به تشکیل پیوندهای عرضی بین زنجیره های پلیمری یا به تغییر در ساختار مولکولی پلیمر رخ دهد.
افزایش مقاومت به خوردگی
تغییرات در ساختار پلیمر می‌توانند به افزایش مقاومت به خوردگی و تأثیرات زیان‌آور مواد شیمیایی دیگر بر روی پلیمر منجر شوند.
تغییر در انعطاف پذیری
اشعه فرابنفش ممکن است به تغییر در انعطاف پذیری پلیمرها منجر شود. این تغییر می تواند خواص پلیمر را بهبود دهد یا آن را برای کاربردهای خاصی مناسب کند.
بطور کلی تغییر در خواص مکانیکی پلیمر تحت تأثیر اشعه UV ممکن است به منظور بهبود عملکرد و کاربردهای مختلف مواد پلیمری در صنایع مانند خودروسازی، ساخت و ساز، الکترونیک و مصنوعات پلاستیکی مورد استفاده قرار گیرد.
پلیمرهای مقاوم در برابر اشعه فرابنفش
برخی پلیمرها به طور طبیعی مقاومت خوبی در برابر تأثیرات اشعه UV دارند. به عنوان مثال، پلی اتیلن با ترکیبات مقاوم در برابر UV توانسته است در بیرون از ساختمان ها و در صنایع خورشیدی به عنوان یک پوشش مقاوم در برابر UV مورد استفاده قرار گیرد.
مقاومت پلیمرها در برابر اشعه UV به نوع پلیمر، شکل و ساختار آن و شرایط محیطی بستگی دارد. اما به طور کلی، پلی آمید (مانند نایلون) و پلی اولفین الاستومر به طور عمومی در مقایسه با پلی استال و پلی کربنات مقاومت بیشتری در برابر اشعه فرابنفش دارند.
پلی آمید
پلی آمید معمولا به دلیل ساختار مولکولی متفاوتی که دارد، مقاومت نسبتا خوبی در برابر اشعه UV از خود نشان می دهد. این پلیمرها به صورت گسترده در کاربردهایی مانند پارچه سازی و بسته بندی مورد استفاده قرار می گیرند.
پلی اولفین الاستومر
پلی اولفین الاستومرها به عنوان پلیمرهای الاستومری، معمولا مقاومت خوبی در برابر اشعه UV دارند. این خصوصیت می تواند آنها را به انتخاب مناسبی در کاربردهایی که به پلیمرهای انعطاف پذیر نیاز دارند، تبدیل کند.
پلی استال
پلی استال ممکن است در برابر اشعه UV آسیب پذیرتر باشند و نیاز به پوشش های محافظتی در برابر UV داشته باشد.
پلی کربنات
انواع پلی کربنات به شکل عمومی مقاومت کمتری در برابر اشعه فرابنفش دارند و ممکن است در طول زمان تحت تأثیر این اشعه دچار تغییر در رنگ و شکل خود شوند.
با این حال، باید توجه داشت که مقاومت به اشعه UV به پلیمر خاص و شرایط کاربردی واقعی وابسته است. برای استفاده موثر از هر پلیمر در کاربردهای خاص، ممکن است نیاز به استفاده از پوشش های محافظتی در برابر UV یا اصلاحات شیمیایی باشد تا مقاومت به اشعه فرابنفش بهبود یابد.