تخریب پلیمری چیست؟

دسته: مقالات منتشر شده در 20 بهمن 1398
نوشته شده توسط Admin بازدید: 2773

تخریب پلیمری چیست و چگونه انجام میگیرد؟

تخریب پلیمری به معنای ایجاد تغییراتی در خواص مانند استحکام کششی، رنگ، شکل و سایر موارد در یک پلیمر و یا محصول پلیمری می باشد که تحت تاثیر عوامل محیطی متفاوتی همانند گرما، نور یا مواد شیمیایی مانند اسیدها، مواد قلیایی و یا تعدادی از نمک ها ممکن است صورت بگیرد. تغییرات یاد شده معمولا نامحدود می باشند مانند ترک برداشتن و یا گسستگی شیمیایی محصول و یا در مواردی بسیار نادر هم این امکان وجود دارد که این تغییرات مطلوب باشد همانند زیست تخریب پذیری و یا کاهش وزن مولکولی ماده پلیمری به منظور بازیافت. تغییرات به وجود آمده در خواص در اغلب موارد با نام کهنه گی شناخته می شوند. معمولاً از بروز چنین تغییراتی در محصول نهایی پیشگیری می شود و یا این اتفاقات با تاخیر بسیار زیادی صورت می‌گیرند. تخریب پلیمری می‌تواند برای بازیافت و یا استفاده مجدد از زباله های پلیمری نیز مفید باشد تا از آلودگی محیطی پیشگیری شود و یا میزان آن به مقدار قابل توجهی کاهش پیدا کند. علاوه بر آن در مواردی تخریب به صورت عمدی صورت می گیرد تا به تعیین ساختار مواد کمک کند. همانطور که می دانید مولکول های پلیمری بسیار بزرگ می باشند و خواص کاربردی و منحصر به فرد آنها می‌تواند ناشی از سایز بالای آنها باشد. کاهش طول زنجیره این مواد می‌تواند منجر به کاهش استحکام کششی شود و در واقع اولین دلیل ایجاد ترکهای اولیه باشد.

 

پلیمر های پر مصرف و کاربردی

امروز ۷ نوع پلیمر متفاوت وجود دارد که به مقدار بسیار زیادی مورد استفاده قرار می گیرد. این پلیمرها عبارتند از: پلی اتیلن، پلی پروپیلن، پلی وینیل کلراید، پلی اتیلن ترفتالات، پلی استایرن، پلی کربنات و پلی متیل متاکریلات. این مواد حدود ۹۸ درصد از تمام پلیمرها و پلاستیک هایی را تشکیل می دهند که در زندگی روزمره ما به میزان بسیار زیادی به چشم می خورند. هریک از این پلیمرها دارای روش تخریب منحصر به فرد خود و همچنین مقاومت در برابر گرما و نور و مواد شیمیایی می باشند. پلی اتیلن، پلی پروپیلن و پلی متیل متاکریلات همگی در برابر اکسیداسیون و تابش اشعه فرابنفش حساس می باشند و این در حالی است که پلی وینیل کلراید ممکن است با قرارگیری در معرض دمای بسیار بالا رنگ خود را از دست بدهد زیرا در این وضعیت گاز هیدروژن کلراید را از دست داده و بسیار شکننده می شود. پلی اتیلن ترفتالات نیز در برابر آبکافت و همچنین حملات اسیدهای قوی حساس می باشد و این در حالی است که پلی کربنات ها زمانی که در معرض مواد قلیایی قوی قرار بگیرند به سرعت وابسپارش می شوند. به عنوان مثال پلی اتیلن معمولاً توسط برش های تصادفی تخریب می شود که در آن یک برش تصادفی در پیوندهایی به وجود می‌آید که در واقع تمام اتمهای پلیمری را در کنار یکدیگر نگه می دارند. زمانی که این پلیمر در معرض حرارت بیشتر از ۴۵۰ درجه سلسیوس قرار بگیرد، به ترکیب پیچیده از مولکول هایی با اندازه های متفاوت تبدیل می شود که بسیار مشابه بنزین می باشند. سایر پلیمرها همانند پلی آلفا متیل استایرن دارای نوع ویژه ای از قطع زنجیره ای هستند و که در آن این عدم اتصال فقط در پایانه‌ها رخ می دهد. این مواد وابسپارش می‌شوند تا مونومرهای تشکیل دهنده را به وجود آورند.

 

تخریب نوری پلیمرها چگونه صورت میگیرد؟

بیشتر پلیمر ها می توانند با فتولیز (تخریب شیمیایی بر اثر تابش نور) تخریب شوند تا وزن مولکولی پایین تری داشته باشند. امواج الکترومغناطیسی با انرژی نور مرئی و یا بالاتر از آن مانند اشعه فرابنفش، اشعه ایکس و اشعه گاما معمولاً در این واکنش ها همکاری می کنند.

 

تخریب گرمایی پلیمرها چگونه صورت میگیرد؟

تخریب گرمایی پلیمرها در واقع نابودی مولکولها در نتیجه قرارگیری در معرض حرارت بسیار بالا است. اجزای ساختار اصلی زنجیره بلند پلیمری می توانند در معرض دمای بالا کاملاً از یکدیگر شکسته شوند و با یکدیگر واکنش دهند تا خواص پلیمری کاملا تغییر پیدا کند. به طور حتم تخریب گرمایی در دماهای بسیار پایین تر از دمایی صورت می‌گیرد که در آن خواص مکانیکی کاملا از بین میرود. واکنش های شیمیایی موجود در ویژگیهای ظاهری تخریب گرمایی با توجه به خواص اولیه می‌تواند تغییر کند. یکی از موارد این نوع از تخریب شامل تغییراتی در وزن مولکولی است و همچنین می‌تواند توزیع وزن مولکولی پلیمری را نیز شامل شود و در آن خواص نیز تغییر پیدا خواهند کرد مانند کاهش میزان رسانایی و شکنندگی، تغییرات رنگ، ترک برداری، کاهش کلی اغلب خواص مطلوب فیزیکی. محصولاتی که از تخریب گرمایی به وجود می‌آیند ممکن است شامل مجموعه ای از ترکیبات پیچیده شوند مانند کربن مونوکسید، آمونیاک، کتون ها، نیتریل ها و هیدروژن سیانید که قابلیت اشتعال پذیری، سمیت و یا ایجاد حساسیت را دارند. مواد نهایی تولید شده با توجه به مواد افزودنی و رنگ های به کار برده شده در دمای اعمال شده، مدت زمان قرارگیری در معرض دما و سایر فاکتورهای محیطی متفاوت خواهند بود.

 

مکانیزم تخریب گرمایی

بیشتر انواع تخریب های انجام شده دارای یک الگوی یکسان می باشند. مدل سنتی تخریب گرمایی نوعی فرآیند اکسیداسیون خودکار است که شامل گام های متفاوتی می شود مانند آغاز واکنش، انتشار، انشعاب و پایان.

  • مرحله اغازین: آغاز یک تخریب گرمایی شامل حذف یک اتم هیدروژنی از زنجیره پلیمری می‌باشد که در نتیجه تابش انرژی گرمایی و یا نوری ایجاد میشود. این مورد نوعی پلیمر ناپایدار و بسیار واکنش پذیر را با نام رادیکال آزاد، یک اتم هیدروژنی با یک الکترون غیر متصل را به وجود می آورد.
  • انتشار: انتشار تخریب گرمایی می تواند شامل انواعی از واکنش‌ها شود و در یکی از آن‌ها رادیکال آزاد با یک مولکول اکسیژن واکنش می دهد تا یک رادیکال پروکسی را به وجود آورد که در نهایت می‌تواند یک اتم هیدروژنی را از زنجیره پلیمری یکدیگر جدا کرده و هیدروپروکسید را تولید کند. در مرحله آخر مجدداً رادیکال آزاد به وجود خواهد آمد. خود هیدروکسید هم می‌تواند به دو رادیکال آزاد جدید تقسیم شود که واکنش را به مولکول پلیمری دیگر بسط می‌دهند. هر چقدر آسان تر بتوان هیدروژن را از زنجیره پلیمری جدا کرد فرآیند یاد شده با سرعت بیشتری صورت میگیرد.
  • مرحله پایانی: پایان تخریب گرمایی معمولاً با پاکسازی رادیکال های آزاد صورت می گیرد تا بتوان محصولی بی اثر را تولید کرد. فرآیند یاد شده نیز می تواند به صورت طبیعی یعنی با استفاده از رادیکال‌های آزاد و یا پایدار کننده ها در مواد پلاستیکی صورت گیرد.

 

تخریب شیمیایی چگونه صورت میگیرد؟

  • تخریب لاستیک توسط اوزون: یکی از انواع تخریب های که به وسیله روش های شیمیایی صورت می‌گیرد، تخریب شیمیایی لاستیک توسط ذرات اوزون می باشد. اوزون یک مولکول اتمسفری است که به صورت طبیعی وجود دارد و توسط بار الکتریکی و یا از طریق واکنش بین اکسیژن با تابش خورشیدی به وجود می آید. علاوه بر آن می‌تواند از طریق واکنش بین آلاینده‌های جوی و تابش فرابنفش ایجاد شود. به منظور انجام واکنش یاد شده غلظت اوزون باید به مقدار ۳ تا ۵ قسمت در هر ۱۰۰ میلیون باشد و زمانی که ماده یاد شده به این اندازه دست پیدا کند، واکنش نیز با سطح بسیار نازکی از ماده صورت خواهد گرفت. مولکول‌های از لاستیک واکنش می دهند که در این مورد حالت غیر اشباع شده دارد و دارایی پیوندهای دوتایی می باشد. این امکان نیز وجود دارد که این واکنش در پلیمر های اشباع شده که دارای پیوندهای تکی میباشند هم رخ دهد. زمانی که این واکنش انجام می‌گیرد قطع زنجیره پلیمری و یا نابودی پیوندهای دوتایی کووالانسی صورت گرفته و در اثر تجزیه، محصولاتی را به وجود می آورد. قطع زنجیره با حضور مولکول های فعال هیدروژن، اسید ها و الکل افزایش پیدا خواهد کرد مانند آب. در چنین واکنش هایی، ایجاد حالت شبکه ای و یا شاخه های جانبی با فعال‌سازی پیوندهای دوتایی به وجود خواهد امد و همین باعث می شود تا ماده لاستیکی بسیار شکننده تر باشد .افزایش شکنندگی ناشی از واکنش های شیمیایی خود ترک هایی را در نواحی به وجود می آورد که در معرض فشار زیاد قرار دارند. هر چقدر میزان انتشار این ترکها افزایش پیدا کند سطوح جدیدی باز شده و تخریب در آن سطوح صورت خواهد گرفت.
  • تخریب پلی وینیل کلراید: تخریب می تواند در اثر شکل گیری و سپس نابودی پیوندهای دوتایی نیز ایجاد شود همانند حلال کافت در پلی وینیل کلراید. حلال کافت زمانی رخ می دهد که پیوند بین کربن و یک هالوژن شکسته شود. این مورد در پلی وینیل کلراید در حضور اسید ها صورت می گیرد. اتم هیدروژن باعث می شود تا یک اتم کلرین از مولکول پلیمری زدوده شود و هیدروکلریک اسید را تولید کند. هیدروکلریک اسید هم ممکن است پس از آن باعث کلورین زدایی اتم های کربنی مجاور شود که مرحله بعد پیوند های دوتایی را ایجاد می‌کنند و همچنین ممکن است توسط اوزون مورد حمله قرار گرفته و یا شکسته شوند همانند تخریب لاستیک ها که در قسمت پیش به آن پرداخته شد.

 

تخریب زیستی چگونه صورت می گیرد؟

پلاستیک های زیست تخریب پذیر می توانند دچار تخریب زیستی شوند که این فعالیت نیز توسط موجودات بسیار ریزی صورت می گیرد و در نهایت وزن مولکولی را به بسیار کاهش خواهد داد. به منظور تخریب مناسب پلیمرهای زیست تخریب پذیر آنها باید به همانند کود فرآوری شوند و قرار گیری آنها در محل های دفن زباله باعث می‌شود تا تخریب پذیری آنها با دشواری بسیار بیشتری صورت گیرد که ناشی از عدم وجود اکسیژن و رطوبت می باشد.