ثلاث خطوات لحل مشاكل شيخوخة البلاستيك: توصيات لأفضل مضادات الأكسدة

البلاستيك هو مكون أساسي في几乎所有 مجالات النشاط البشري، من منتجات التجميل إلى مكونات السيارات والطيران. ومع ذلك، فإن تقدم عمر المواد البلاستيكية أو تدهورها بسبب الظواهر البيئية المختلفة مع مرور الوقت يظل مشكلة كبيرة. يقدم هذا المقال ثلاثة أسباب رئيسية وحلول لمشاكل تقدم عمر البلاستيك، ويقترح أفضل مضادات الأكسدة المتاحة لمنع مثل هذه القضايا.

فهم تقدم عمر البلاستيك

تدهور البلاستيك يحدث في الغالب نتيجة التعرض لعوامل بيئية مثل أشعة UV، والأكسجين، والحرارة. مع مرور الوقت، تؤدي هذه العوامل إلى تغيير لون المادة، وجعها هشة، وحدوث فقدان كبير للخصائص الميكانيكية. تعمل الجذور الحرة كمحفزات لعمليات التدهور. تؤثر هذه الجذور الحرة على بنية جزيئات البوليمر، مما يؤدي إلى سلسلة من الأحداث الضارة. ولتوجيه عملية تدهور البلاستيك بشكل أكثر كفاءة، من المهم معرفة الآليات وكذلك الأهداف المحتملة.

الخطوة 1: الفحص الأولي واختيار المادة

الخطوة الأولى لحل المشكلات المتعلقة بشيخوخة البلاستيك هي إجراء فحص محدد للمواد التي سيتم استخدامها. تؤثر العوامل البيئية بشكل مختلف على البوليميرات المختلفة. على سبيل المثال، بينما تكون معظم أنواع البوليإيثيلين عرضة للتدهور الناتج عن الأشعة فوق البنفسجية بشكل كبير، فإن البولي كربونات أكثر صلابة ولكنها لا تزال عرضة للتدهور التأكسدي الضوئي. يجب أن يتم اختيار المادة وفقًا للتطبيق المطلوب والظروف البيئية المتوقعة التي ستعمل فيها المادة البلاستيكية.

يجب أن تشمل الفحوصات اختبارات التقدم في العمر المتسارعة، وهي اختبارات تحاول التنبؤ خلال فترة زمنية قصيرة بأداء المادة على مدى فترة استخدام ممتدة في بيئة طبيعية. هذه المعلومات مفيدة في اختيار البوليمرات المناسبة للتطبيق المطلوب حيث توفر معلومات قيمة حول سلوك المادة تحت مختلف العوامل الضاغطة. وهذه يمكن أن تساعد في اتخاذ قرارات أفضل بشأن كمية مضادات الأكسدة والمثبتات الأخرى التي يجب تضمينها.

الخطوة 2: اختيار مضادات الأكسدة المناسبة

بعد تحديد المادة المناسبة، المهمة التالية هي كيفية اختيار مضادات الأكسدة المناسبة. تلعب مضادات الأكسدة دورًا مهمًا في تأخير عملية الشيخوخة لأنها تعمل مباشرة على الجذور الحرة لتعطيلها أو منع نشاطها. يتم تصنيف مضادات الأكسدة بشكل إضافي إلى أولية وثانوية، والتي يشار إليها تشغيليًا باسم جامعي الجذور الحرة ومحاليل هيدرو بيروكسيد.

المضادات الأكسدة الأولية: تقوم هذه المضادات الأكسدة بأنشطة تمهيدية مثل الفينولات المعيقة والأمينات العطرية. فهي تبحث عن المعادن الانتقالية وتقلل من استهلاك الأكسجين في المراحل الأولى. ومن الأمثلة على ذلك الهيدروكسيتولوين.butylated (BHT) والأمين ثنائي الفينيل وبعض الأمينات المعيقة HALS مثل مستقرات الضوء الأمينية المعيقة.

المضادات الأكسدة الثانوية: الفوسفونات والثيوإيثر الإستر هي نوع من المركبات التي تمنع التحول إلى هيدروبيروكسيدات غير شعاعية، مما يتجنب الخطوات المتقدمة لآلية السلسلة الأكسدة. ويُستخدم بشكل شائع مادة ثلاثية (2،4-دي-تيرت-بوتيلفينيل) الفوسفون كمضاد أكسدة ثانوي، والتي تُباع تحت اسم Irgafos 168 وثنائي ستيريل ثيوبروبيونات.

الخطوة 3: تحسين الصياغة ومعالجة العملية

بعد تحديد مضادات الأكسدة الأكثر كفاءة، فإن المهمة الحرجة التالية هي تحسين الصيغة ومعاملات المعالجة. وهذا يتضمن العثور على العدد الكافي من مضادات الأكسدة المطلوبة وكذلك أفضل معاملات لتوزيع مضادات الأكسدة في البوليمر. إما وضع كمية زائدة أو ناقصة من مضادات الأكسدة يمكن أن يمنع الأداء الأمثل سواءً كان ذلك بسبب تدمير السلوكيات الفيزيائية للمادة أو بسبب فشل توفير حماية كفؤة.

كذلك فإن معاملات المعالجة الأخرى مثل درجة الحرارة، سرعة التشكيل ووقت الخلط لها أهمية كبيرة في فعالية مضادات الأكسدة. درجات حرارة معالجة مفرطة يمكن أن تؤدي إلى تحلل مضادات الأكسدة قبل استخدامها، بينما الخلط غير الكافي يمكن أن يؤدي إلى توزيع غير صحيح لمضادات الأكسدة مما يؤدي إلى نقاط ضعف تكون أكثر عرضة للتدهور.

التوصيات لتطبيقات محددة

تتطلب كل APPLICATION منهجية محددة فيما يتعلق بمضاد الأكسدة المقدم. على سبيل المثال، يجب تجهيز مواد التغليف المعرضة لأشعة الشمس بمحفزات UV إضافية إلى جانب مضادات الأكسدة. بالنظر إلى المعاملات المذكورة أعلاه، يمكن أن تستخدم قطع السيارات أيضًا مضادات أكسدة داخلية ذات نقطة انصهار عالية مع مثبتات ثانوية.

من المتوقع أن تحتوي الأفلام والخيوط الرقيقة على كميات أكبر من مضادات الأكسدة ذات الكتلة الجزيئية المنخفضة، بينما يُتوقع أن تحتوي البلاستيك السميك والأكثر صلابة على مضادات أكسدة ذات كتلة جزيئية عالية لتحقيق تأثيرات حماية طويلة الأمد. تعتبر HALS بلا شك أفضل خيار للاستخدام الخارجي لأنها لا تتدهور تحت ضوء الأشعة فوق البنفسجية.

خاتمة

التعامل مع مشكلة البلاستيك من ناحية التقدم في العمر هو أمر معقد بطبيعته ويحتاج إلى منهج استراتيجي. من خلال الالتزام بخطوات الفحص واختيار المواد، واختيار المضادات الأكسدة المناسبة للمواد، وتحسين المواد في الصياغة والمعالجة، يمكن تحسين عمر وأداء المنتجات البلاستيكية بشكل كبير من قبل الشركات المصنعة. يتم اختيار أفضل مضادات الأكسدة للبلاستيك التي تتناسب مع التطبيقات الخاصة بطريقة تمكن البلاستيك من أداء وظائفه والاحتفاظ بمظهره حتى في ظروف الاستخدام القاسية.