تخریب در پلیمرها

تخریب پلیمرها از دیر زمان مورد شناخت بوده است . از بین رفتن سلولز در چوب , لاستیک در تایر ماشین ها و ترک خوردن و زرد شدن فیلم های نقاشی , از معدود مثال های معمولی هستند که می توان نام برد . انواع فرآیند های تخریبی , بسته به شرایط محیطی که یک پلیمر در آن مورد استفاده قرار می گیرد تا تاریخچه ساخت و ساختمان پلیمر مربوطه فرق می کنند و این مسائل و مسائل موثر دیگر همگی نقش مکملی را در کنترل مرحله تعیین کننده سرعت کلی تخریب ایفا می کنند .

تخریب و اکسایش پلیمر های طبیعی اگر چه مدت هاست که شناخته شده اند اما گونه هایی که در طبیعت رخ می دهند پیچیده هستند . پشم و سلولز از این نظر انگشت نما هستند به طوری که درک ما از مکانیزم های اصلی تخریب آنها بسیار اندک است و اطلاعات کمی راجع به آنها داریم . با ورود استر های سلولزی مسائل تخریبی دیگری مثل قابلیت شعله وری و ناپایداری از نظر هیدرولیز شدن و رها شدن اسید ها آشکار گردیدند . در حقیقت هرگونه درک اساسی در مورد مکانیزم این فرآیند ها فقط طی سالهای اخیر حاصل شده است . با ورود ترموپلاستیک های مصنوعی جدید , مسائل جدید بسیاری نیز مطرح شدند زیرا ک هر یک در نوع و چگونگی تخریب با یکدیگر متفاوت بودند . به عنوان مثال در حالی که پلی متیل متاکریلات ( PMMA ) در دماهای بالا تقریبا به طور کامل ( ۱۰۰ ٪ ) به مونومر خود واپلیمریزه ( Depolymerise ) می شود , پلی وینیل کلراید ( PVC ) به یک مکانیزم سلسله وار ( Unzipping mechanism ) تخریب میشود و تولید مواد پلیمری سیر نشده و بخارات اسیدکلریدریک ( HCl ) میکند ( به علت ضعیف بودن پیوند سیگمای موجود بین کربن و کلر در back bone اصلی زنجیر ) . پلی تترا فلوئورو اتیلن ( PTFE ) موسوم به تفلون بسیار پایدار است و اغلب در وسایل پخت و پز غیر چسبنده مورد استفاده قرار میگیرد ( به پایداری در دمای پخت و پز توجه کنید ) .

در دیدی کلی , انواع فرآیندهای تخریبی را که پلیمر ها در حین مصرف روزمره متحمل آنها میشوند را میتوان به صورت زیر تقسیم بندی کرد :

1- گرمایی :

این نوع تخریب هنگام فرآیند کردن و یا به کار گیری پلیمرها در دما های بالا رخ میدهد و ممکن است با اکسایش توام باشد ( Thermoxidation Degradaton ) و یا اینکه بدون دخالت اکسیژن صورت گیرد ( Thermal Degradation ) .

2- مکانیکی ( Mechanical Degradation ) :

این نوع تخریب بر اثر وارد شدن نیرو و شکست فیزیکی زخ میدهد که میتواند با شکست زنجیری نیز توام باشد .

۳- مافوق صوتی ( Ultrasonic Degradation ) :

استفاده از صوت با فرکانس های خاص می تواند باعث شود ک زنجیر های یم پلیمر مرتعش شده و به پاره شوند .

۴- آبی ( Hydrolytic Degradation ) :

این فرآیند در پلیمرهایی رخ می دد ک دارای گروه های فعال حساس به آب می باشند , به ویژه آنهائی که رطوبت زیادی به خود میگیرند .

۵- شیمیائی ( Chemical Degradation ) :

در این مورد مواد شیمیائی خورنده و یا گازهائی نظیر اکسیژن ( O2 ) و اوزون ( O3 ) میتوانند به عوامل ساختمانی یک پلیمر حمله نموده و باعث پاره شدن زنجیر مولکولی و اکسایش آن شوند .

۶- زیستی ( Biological Degradaton ) :

این مسئله فقط مخصوص معدودی از پلیمر ها است که حاوی گروه های فعال خاصی هستند و توسط موجودات ذره بینی مورد حمله قرار میگیرند .

۷- تشعشعی ( Radiation Degradation ) :

در برابر نور خورشید و یا تشعشعات پر انرژی , پلیمر و یا ناخالصی های موجود در پلیمر , اشعه را جذب کرده و موجب واکنش های تخریبی و در نتیجه آن افت خواص پلیمر میشود . در مورد تشعشعات پرانرژی , زنجیر های مولکولی پلیمر مستقیما پاره میشوند .

تغییرات خواص :

تغبیرات خواص در یک پلیمر در اثر تخریب شدن را میتوان به انواع فیزیکی و شیمیائی تقسیم بندی نمود :

۱- فیزیکی : کاش در وزن مولکولی  , کاهش خواص مکانیکی پلیمر ( کاهش در مقاومت کششی , مقاومت ضربه ای و ... ) , کاهش ازدیاد طول در نقطه پارگی , افت شفافیت , ایجاد ساییدگی در سطح و ایجاد ترک های ریز دز توده پلیمر .

۲- شیمیائی : تغییر در ساختمان شیمیائی , به وجود آمدن عوامل فعالی نظیر گروه های سیر نشده , هیروکسیل , کربونیل , و هیدرو پراکسید ها که میتوانند سبب افت خواص الکتریکی پلیمر شوند .

Ref.

Fundamentals of Polymer Degradation and Stabilization Norman S. Allen , By   M. Edge