اختصاصی بسپار/ سازوکار رنگدانه دی‌اکسید تیتانیوم در تخریب نوری پلی‌‌وینیل کلرید‌‌ و بسپارهای دیگر (بخش اول)

گروه ترجمه و تولید محتوا بسپار / ایران پلیمر استفاده گسترده از دی‌اکسید تیتانیوم به عنوان رنگدانه و عامل نوری در بسپارها، به ویژه پلی‌‌وینیل کلرید، پلی‌اتیلن و رزین‌های آلکید منجر به انجام تحقیقات زیادی در رابطه با آثار مخرب مختلف (کاهش براقیت و خواص مکانیکی، گچی شدن، صورتی شدن) پس از مواجهه طولانی مدت بسپارهای رنگی در معرض نور خورشید شده است. این مقاله مروری کوتاه، فرایندهای نیمه رسانای اساسی دی‌اکسید تیتانیوم بر تابش پرتو فرابنفش و کُنش شیمیایی بعدی ترکیبات واسطه واکنش‌‌پذیر تولید شده را شرح می‌دهد. هم‌‌چنین راهبردهای توسعه یافته به منظور مقابله با تخریب نوری توسط دی‌اکسید تیتانیوم، به ویژه در پوشینه (encapsulation) آن در روکش اکسیدهای فلزی شفاف در برابر پرتو فرابنفش مانند آلومینا (Al2O3) و سیلیکا (SiO2) ذکر شده است. آثار غش‌‌دار شدن دی‌اکسید تیتانیوم با یون‌های فلزات واسطه نیز مورد اشاره قرار گرفته است.
در این بخش، آشنایی با خواص دی‌‌اکسید تیتانیوم، سازوکار تخریب نوری بسپارهای فاقد رنگدانه و سازوکار فعال‌‌سازی نوری دی‌‌اکسید تیتانیوم آورده شده است و در بخش بعدی درباره سازوکار سامانه‌‌های بسپاری حاوی دی‌‌اکسید تیتانیوم بحث خواهد شد.

خواص دی‌اکسید تیتانیوم
دی‌اکسید تیتانیوم به عنوان یک رنگدانه سفید رنگ در انواع فرمول‌‌بندی‌ها مورد استفاده گسترده قرار دارد که شناخته‌‌شده‌ترین کاربرد این ترکیب، آمیختن آن با پوشرنگ‌ها و بسپارها، به ویژه پلی‌‌وینیل کلرید (PVC) است که به عنوان پروفیل پنجره، تخته‌ها و غیره استفاده می‌گردد و هم‌‌چنین در پلی‌اتیلن (PE) به منظور تولید کیسه‌های پلاستیکی سفیدِ رایج به کار گرفته می‌شود.
این ترکیب به عنوان رنگ‌‌بخش (colorant) در پوشش‌ها، کاغذها و جوهرها نیز به کار می‌رود. عملکرد پخش (scattering) نور فوق‌‌العاده یکی از انواع آن یعنی روتیل، مرتبط با داشتن بالاترین ضریب شکست ترکیباتِ بی‌رنگ و پایدار است. این ترکیب دارای ویژگی‌های سمی نیست و همین امر باعث شده است که جایگزین سرب سفید به عنوان یک ماده رنگ‌‌بخش مهم در رنگ سفید شود. خواص نیمه‌‌رسانای دی‌اکسید تیتانیوم منجر به استفاده از آن در انواعی از دستگاه‌ها با هدف تبدیل انرژی نوری به انرژی الکتریکی (در سلول‌های فوتوولتاییک) یا انرژی شیمیایی (در سامانه‌های تقسیم آب) شده است. ماهیت بسیار واکنش‌‌پذیر دی‌اکسید تیتانیوم در فعالسازی نوری منجر به کاربرد آن به عنوان یاریگر (catalyst) فعال‌‌کننده نوری در سامانه‌های معدنی-نوری (photomineralisation) به ویژه به شکل روکش پودری روی پشتیبان شیشه‌ای و در سامانه‌های فاز گازی مانند واکنش‌های نوریاریگری (photocatalytic) بخار آب با آلکین‌ها و آلکن‌ها گردید.
دی‌اکسید تیتانیوم به وفور در طبیعت وجود دارد و به صورت ایلمِنیت (ilmenite, FeTiO3)، روتیل (rutile, TiO2)، آناتاز (anatase, TiO2) و لووکسِن (leucoxene, TiO2.xFeO.yH2O) وجود دارد. رنگدانه‌های دی‌اکسید تیتانیوم در دو فاز بلوری یعنی روتیل و آناتاز وجود دارد (شکل 1) که از نظر ساختارهای شبکه، شاخص‌های شکست نور (جدول 1) و چگالی با هم تفاوت دارد و روتیل دارای چگالی 2/4 گرم بر سانتی‌متر مکعب و آناتاز دارای چگالی 9/3 گرم بر سانتی‌متر مکعب است.
در دهه 1930، آناتاز توسط فرایند سولفات ساخته شد و به عنوان رنگدانه برای رنگ‌ها با ترکیباتی مانند لیتوپون (lithopone, BaSO4.ZnS) و سرب سفید (PbCO3)2Pb(OH)2)) رقابت می‌کرد. اخیرا رنگدانه‌های بر پایه روتیل به دلیل مزیت 20 درصدی پخش نور آن‌ها نسبت به آناتاز، جایگزین آناتاز شده است.

برگردان: حسین اعتدالی حبیب آبادی
[email protected]

(ادامه دارد …)

متن کامل این مقاله را در شماره 235 ماهنامه بسپار که در نیمه اردیبهشت ماه 1401 منتشر شده است بخوانید.

در صورت تمایل به دریافت نسخه نمونه رایگان و یا دریافت اشتراک با شماره های ۰۲۱۷۷۵۲۳۵۵۳ و ۰۲۱۷۷۵۳۳۱۵۸ داخلی ۳ سرکار خانم ارشاد تماس بگیرید. نسخه الکترونیک این شماره از طریق طاقچه و فیدیبو قابل دسترسی است.