محمد حمزة المعموري كلية الهندسة-جامعة بابل انتصار عبد الحميد الشركة العامة لصناعة اطا ارت بابل

Transcript

1 تأثير االشعة فوق البنفسجية في خواص المطاط الطبيعي SMR 0 والصناعي BR-cis, SBR 150 احمد محمود عبد اللطيف كلية العلوم-جامعة بابل محمد حمزة المعموري كلية الهندسة-جامعة بابل آلاء فرحان كلية الطب-جامعة الكوفة انتصار عبد الحميد الشركة العامة لصناعة اطا ارت بابل الخلاصة يتضمن هذا البحث د ارسة تاثير الاشعة فوق البنفسجية في خواص المطاط الطبيعي SMR 0 (48,4,8) والصناعي BR-cis, SBR 150 حيث تم تعريض المطاط الخام للاشعة فوق البنفسجية ولفت ارت ساعة وتم اج ارء الفحوصات الفيزياوية التي شملت كل من مقاومة الشد ومعامل المرونة ونسبة الاستطالة والصلابة واللزوجة واللدانة وتمت مقارنتها مع الخواص القياسية للنماذج غير المعرضة ان الخواص المقاسة اعلاه قد تا ثرت بشكل ملحوظ بالاشعة فوق البنفسجية وكان تا ثير الاشعة فوق البنفسجية في خواص المطاط الصناعي بنوعيه اكبر من تاثيرها في المطاط الطبيعي المقدمة Introduction ان التعرض لدرجات الح اررة العالية والضوء والاوزون والاشعاعات المختلفة يؤدي الى حصول حالة التحلل Deterioration في مركب المطاط والتي تسبب استهلاكه المبكر فترة الاستخدام يحصل التحلل نتيجة التغي ارت الجزيي ية molecular changes والتي تاخذ ثلاثة اشكال الاول: تقطيع السلاسل( scission (Chains وينتج عنها بنية ثلاثية الابعاد alteration) (Three dimension والثالث : يحصل نتيجة التحولات الكيمياوية alteration) (chemical للجزيي ات والتي تحصل بفعل ادخال مجاميع كيمياوية جديدة group) (New chemical تظهر الاشكال الثلاثة اعلاه بنسب متفاوتة حسب نوع المطاط المستخدم ان امتصاص الاشعة مثلا من قبل جزيي ة المطاط يهيجها ثم يفككها الى جذور حرة او ايونات ويكون العمر الزمني للايونات قصي ار نسبيا لذا فان الجذور الحرة هي التي تدخل غالبا في التفاعلات الكيمياوية التي يطلق عليها التحولات الاشعاعية الكيمياي ية chemical) (Radio وتكون النواتج النهاي ية لمثل هذه التحولات بوليم ارت ذات اشكال خطية او متفرعة او متشابكة [,1] ان عملية الانحلال الضوي ي (Photo degradation) تتم بتا ثير الاشعة الضوي ية اذ ان هذا النوع من الانحلال يكون واسع التا ثير على البوليم ارت ولا سيما البوليم ارت غير المشبعة التي تتعرض للاشعاع او الضوء بكميات كبيرة وتعتمد شدة التحلل على الطول الموجي للاشعة الضوي ية او المؤينة مثل الاشعة فوق البنفسجية (90-400)nm التي تهاجم كلا من المطاط الخام والمفلكن (300-40)KJ/mole [4,] ان طاقة بعض الاواصر المثالية في البوليم ارت تكون قيمتها ضمن المدى (93-419)KJ/mole [3,] تكون كافية لكسر بعض الاواصر وبالتالي تكوين سلاسل بوليمرية قصيرة البنفسجية ان ميكانيكية تكوين الجذور الحرة باشعة UV تكون كما يلي: لذا فان الاشعة فوق RH O ROOH 1 UV ROO RO + OH UV ROOH R + ROO + H O 3 RO + RH ROH + R 4 RH+ OH R + H O 5 ٩

2 ان التشابك والتحلل يحدث في المطاط خلال التشعيع مؤديا الى تغير كبير في الخواص الميكانيكية اعتمادا على التركيب الكيمياي ي للبوليمر - 1- طريقة العمل العجنة المختبرية تم تحضير العجنة المختبرية من المواد الاولية وبالكميات والاوازن المناسبة وكما في الجدول (1) وتم اج ارء عمليات الخلط والمجانسة للمواد الداخلة في تحضير العجنة باستخدام العصارة المختبرية افقيتين بينهما مسافة يمكن التحكم فيها وتدوارن عكس بعضهما الى الداخل بسرعتين مختلفتين (Two Roll laboratory) المتكونة من رولتين الجدول (1) او ازن المواد الداخلة في تحضير العجنة المختبرية Ingredients SBR 150 BR-cis SMR 0 Rubber 100 gm 100 gm 13 gm Stearic 1 gm gm 44 gm Zince oxide 3 gm 3 gm 11 gm Carbon black 50 gm 60 gm 77 gm Oil - 15 gm - Sulphur 175 gm 15 gm 495 gm TBBS 10 gm 09 gm 154 gm Total gm 184 gm gm - طريقة اختبار تا ثر المطاط الخام بالاشعة فوق البنفسجية جرى الاختبار باتباع الطريقة الامريكية والصناعي المستخدمة في هذه الد ارسة على شكل ش اري ح بابعاد (Oriel corporation) 3 سم من الجهاز وللفت ارت الزمنية ASTMD ( 8 8 )سم للاشعة فوق البنفسجية الصادرة من جهاز UV 16 watt ومدى موجي ( ) (48,4,8) (1) اذ يعمل هذا الجهاز بقدرة وذلك بتعريض نماذج من المطاط الخام الطبيعي من نوع نانومتر وضعت العينة على بعد ساعة حيث تم استخدام نموذج واحد من كل نوع من انواع المطاط لكل فترة زمنية وبعد انتهاء فترة التعريض يتم قياس اللزوجة واللدانة وبعدها تدخل النماذج في العجينات المذكورة في الجدول نماذج الاختبار واج ارء الفحوصات المطلوبة ومقارنتها مع الخواص للنماذج غير المعرضة القياسات 3- ومن ثم تحضير تم تنفيذ الفحوصات الفيزياوية والميكانيكية لمركب المطاط المفلكن حسب المواصفة القياسية المعتمدة من قبل الجمعية الامريكية ASTMD وقد تم استخدام جهاز التنسوميتر لفحص المواد mm/min) اما اختبار الصلابة فقد تم باستخدام جهاز فحص الصلابة وحسب الطريقة القياسية اللزوجة للمطاط الخام الصناعي فقد تم باستخدام جهاز اللزوجة ذي القرص القاطع المواصفة المواصفة (Tensometer) وكانت سرعة الفحص 500) ASTMD 1415 اما قياس viscometer) (Shearing disc وحسب Wallaceوحسب rapid plastimeter D155 D 19 وقياس اللدانة للمطاط الطبيعي الخام فقد تم باستخدام جهاز اللدانة ٠

3 -3 النتاي ج والمناقشة (48,4,8) (1) SBR 150 (1) الى (3) تبين نتاي ج التعريض للاشعة فوق البنفسجية للفت ارت قياس خواصها بعد ادخالها في الخلطات المذكورة في الجدول 1-3 التغير في خواص المطاط الصناعي كما هو مبين في الجدول فوق البنفسجية تتغير وفقا للاتي : والاشكال من () ساعة لعينات من المطاط الخام الصناعي والطبيعي التي تم ان هناك تغي ار في هذه الخواص وكالاتي: يتضح ان خواص هذا النوع من المطاط بتاثير التعريض للاشعة الجدول () نتاي ج الاختبا ارت الفيزياوية للمطاط الصناعي SBR 150 عند التعرض لاشعة UV Viscosity Tensile Elongation Modulus at (Mooney) strength (Mpa) at break % 300% (Mpa) Time (hour) Handress (IRHD) ت ازيدت قيم اللزوجة المقاسة للمطاط الخام عند كل الفت ارت الزمنية حصل هبوط في قيم قوة الشد والاستطالة المقاسة للمطاط (4,8) المفلكن مع زيادة الفت ارت الزمنية للتعريض بينما ت ازيدت قيم معامل المرونة عند الفت ارت ساعة اما عند فترة الثماني والاربعين ساعة فلم تسجل قيمة للمعامل لان الاستطالة لم تصل الى 300% وكذلك لوحظ حصول ت ازيد في قيم الصلابة بزيادة الفترة الزمنية للتعرض ان التغير في خواص المطاط يعود الى ان امتصاص الاشعة من قبل جزيي ة المطاط يهيجها ثم يفككها وتتكسر الى جذور حرة او ايونات وغالبا ما تكسر اصرة C-Hالتي تبلغ طاقتها (416 kj/mole) في هذا النوع من المطاط يكون العمر الزمني للايونات قصي ار نسبيا لذا فان الجذور الحرة هي التي تدخل في التفاعلات الكيمياوية التي يطلق عليها التحولات الاشعاعية الكيمياي ية اذ تحدث فيها اكسدة مكونة هايدروبيروكسيدات وتكون النتاي ج النهاي ية لمثل هذه التحولات بوليمر ات متشابكة ونتيجة للتشابك فان معامل المرونة والصلابة سوف تزداد وفي الوقت نفسه فان الاستطالة النسبية عند القطع ومعدل ميل الاجهاد-المرونة سوف تقل [5,,1] وهذا يقترب من نتاي ج الباحث (Basfar) [6] اذ وجد عند تعريض مطاط SBR المفلكن للاشعة فوق البنفسجية لفت ارت زمنية مختلفة حصول انخفاض في قيم الشد والاستطالة مع زيادة في معامل المرونة ان الجذور الحرة تتكون بفعل تاثير الاشعة فوق البنفسجية في المطاط غير المشبع كما هو مبين ادناه: RCH CHCH R h ν = RCH CHCH R OR RCH = CHCHR + H -3 التغير في خواص المطاط الصناعي من خلال الجدول البنفسجية كما ياتي: BR-cis (3) والاشكال من( 1 ) الى (3) يتضح ان خواص هذا النوع من المطاط تتغير نتيجة للاشعة فوق الجدول( 3 ) نتاي ج الاختبا ارت الفيزياوية للمطاط الصناعي BR-cis عند التعرض لاشعة UV Viscosity Tensile Elongation at Modulus at (Mooney) strength (Mpa) breack % 300% (Mpa) Time (hour) Handress (IRHD) ١

4 حصول زيادة في قيمة اللزوجة المقاسة للمطاط الخام عند الفترة الزمنية 48 ساعة وهبطت قيم قوة الشد والاستطالة المقاسة للمطاط المفلكن بزيادة الفترة الزمنية للتعرض في حين ازدادت قيم معامل المرونة عند الفت ارت الزمنية قيمة عند الفترة (4,8) 48 ساعة ولم تسجل له ساعة لان الاستطالة لم تحصل الى 300% وازدادت قيم الصلابة بزيادة فترة التعرض ان سبب تغير هذه الخواص ربما يعود الى ان امتصاص الاشعة من قبل جزيي ات المطاط سيؤدي الى تهيجها ومن ثم تفككها او تحدث لها عملية اكسدة وتنكسر الى جذور حرة وغالبا ماتكسر اصرة 416) kj/mole)c-h تكوين هايدروبيروكسيدات كما موضح ادناه: في هذا النوع من المطاط يحصل بعدها تفاعل تشابك او hν O RH hν polymere R ROO ROOH RO + HO يحصل التشابك الاشعاعي عن طريق عملية تكوين الاواصر الكيمياوية بين الجزيي ات المنفصلة او الاج ازء المختلفة كجزيي ة كبيرة واحدة ان حصول التشابك سيؤدي الى الزيادة في معامل المرونة والصلابة مع حصول النقص في الاستطالة شكل (١) تا ثير الاشعة فوق البنفسجية (UV) في قوة الشد عند القطع لانواع المطاط الطبيعي والصناعي ٢

5 شكل (٢) تا ثير الاشعة فوق البنفسجية (UV) في الاستطالة لانواع المطاط الطبيعي والصناعي 3-3 شكل (٣) تا ثير الاشعة فوق البنفسجية (UV) في الصلابة لانواع المطاط الطبيعي والصناعي التغير في خواص المطاط الطبيعي 0 SMR يتضح من الجدول والاشكال من (4) ( 1 )الى (3) ان خواص هذا النوع من المطاط تتغير كما يلي: ٣

6 الجدول ( 4 )نتاي ج الاختبا ارت الفيزياوية للمطاط الطبيعي Time (hour) UV التعرض لاشعة SMRعند 0 P o P 30 P ri Tensile strength (Mpa) Elongation at break% Modulus at 300% (Mpa) Hardness (IRHD) الفترة ازدادت قيم P o المقاسة للمطاط الخام عن القيم القياسية للفت ارت (48,4,8) ساعة في حين انخفضت قيمة Pعند ساعة و Priعند كل الفت ارت وحصل هبوط في قيم قوة الشد والاستطالة المقاسة للمطاط المفلكن مع زيادة الفترة الزمنية بينما حصلت زيادة في قيم معامل المرونة والصلابة للفت ارت الزمنية (48,4) امتصاص الاشعة فوق البنفسجية من قبل جزيي ة البولي ايزوبرين سيؤدي الى تهيجها بالشكل الاتي: ساعة والسبب في تغير الخواص ربما يعزى الى ان CH C = CH CH CH C = CH CH C = CH CH التي تبلغ طاقتها kj/mole) 346) CH C = CH CH + CH hν يتضح من التفاعل اعلاه حدوث كسر لاصرة C-C ومن خلال تفاعلات انتقال الجذور البوليمرية الحرة تتكون اواصر تشابكية في البولي ايزوبرين أي بمعنى اخر تكوين بوليمر متشابك يؤدي الى التغير في [7,] الخواص وهذه النتاي ج التي حصلنا عليها تتقارب من نتاي ج الباحث المطاط الطبيعي للاشعة فوق البنفسجية لفت ارت زمنية الاستنتاجات [8] (Peethambaran) (96,48,4) ١ ان قوة الشد والاستطالة بالنسبة لنوعي المطاط الصناعي الزمنية للتعريض في حين ازدادت قيم الصلابة ساعة سوف يؤدي الى نقص كبير في قوة الشد BR-cis, SBR 150 ٢ وجماعته اذ لاحظوا ان تعرض قد انخفضت بشكل حاد عند زيادة الفترة اما بالنسبة للمطاط الطبيعي فقد انخفضت قيم قوة الشد والاستطالة مع زيادة فترة التعريض ولكن نسبة التغير كانت اقل من نوعي المطاط الصناعي في حين ازدادت قيم الصلابة بشكل طفيف المصادر CH 3 CH 3 CH 3 CH 3 انا أ تاكر تالكيمياء الفيزياوية جامعة الموصل 1984 K Loganathan, Rubber Engineering, Tata MC G-Hill Publishing Company Limited, N Halim, Dirasat, Vo XV, No9, Vniversity of Jordan, (1985) اودونين وسانكستر مباديء في الكيمياء الاشعاعية جامعة الموصل J Calvertand and J Pitts, Photon Chemistry John Wiley and Sons, New York, A Basfar, Polymer Degradation and Stability, 66,195,(1999) د اكرم عزيز محمد كيمياء اللداي ن جامعة الموصل N Peethambaran, K Kurian and K Mary, J Appl Polym Sci, 78(), 304,(000) ١ ٤ ٧ ٤

7 EFFECT OF ULTRAVIOLET RADIATION ON THE PROPERTIES OF NATURAL RUBBER (SMR 0) AND SYNTHETIC RUBBERS (SBR 150) AND (BR-CIS) Abstract In the present work, the effect of ultraviolet radiation on the properties of natural rubber (SMR 0) and synthetic rubbers (SBR 150) and (BR-cis) has been investigated The raw rubber has been exposed to ultraviolet radiation for 8, 4, and 48 hours The following physical properties were measured: tensile strength modulus, elongation, hardness, viscosity, and plasticity, and compared with the standard properties of the non exposed specimens The aforementioned properties were found to be affected significantly by the ultraviolet radiation, and the effect of ultraviolet on the properties of synthetic rubbers is greater than its effect on the properties of natural rubber ٥