ความโปร่งใสของวัสดุ PS: คุณสมบัติ เกรด และเหตุใดจึงชัดเจนมาก

ฟิสิกส์ของการส่งผ่านแสงในโพลีเมอร์อสัณฐาน

ความโปร่งใสในวัสดุใดๆ ก็ตามเป็นพื้นฐานเกี่ยวกับการไม่มีโครงสร้างภายในที่มีขนาดใหญ่พอที่จะรบกวนคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าของแสงที่มองเห็นได้ มิติวิกฤตสำหรับศูนย์กระจายอยู่ที่ประมาณ หนึ่งในสิบของความยาวคลื่นแสง หรือประมาณ 40 ถึง 80 นาโนเมตร ในพลาสติกกึ่งผลึก เช่น โพลีเอทิลีนหรือโพลีโพรพีลีน สเฟอร์รูไลต์ซึ่งเป็นมวลรวมผลึกทรงกลม จะเติบโตจนมีขนาด 1 ถึง 100 ไมครอนเป็นประจำ ซึ่งเกินเกณฑ์นี้มาก และทำให้โพลีเมอร์ปรากฏเป็นสีน้ำนมหรือทึบแสง

GPPS หลีกเลี่ยงสิ่งนี้โดยสิ้นเชิง กลุ่มด้านฟีนิลขนาดใหญ่ที่ห้อยอยู่บนแกนหลักโพลีสไตรีนจะป้องกันไม่ให้โซ่โพลีเมอร์พับเป็นแผ่นตามลำดับระหว่างการระบายความร้อนจากการหลอม โซ่ถูกแช่แข็งในสภาพสุ่มเหมือนแก้ว ดัชนีการหักเหของเฟสที่เป็นเนื้อเดียวกันนี้มีความสม่ำเสมอทั่วทั้งวัสดุ ดังนั้นแสงจึงเดินทางผ่านเฟสนั้นในแนวเส้นตรงที่ไม่มีการเปลี่ยนแปลง นี่เป็นหลักการทางกายภาพแบบเดียวกับที่ทำให้แก้วซิลิเกตอนินทรีย์โปร่งใส ซึ่งนำไปใช้กับระบบโพลีเมอร์อินทรีย์

GPPS กับพลาสติกใสอื่นๆ: การเปรียบเทียบเชิงปริมาณ

พลาสติกใสไม่เท่ากันทั้งหมด คุณสมบัติที่ทำให้ GPPS โดดเด่นคือดัชนีการหักเหของแสงสูง ควบคู่ไปกับความแข็งแกร่งที่ชัดเจนและเปราะ ซึ่งคู่แข่งอย่าง PET และอะคริลิกไม่สามารถเทียบได้ในบางช่วงราคา ตารางด้านล่างแสดงปริมาณความแตกต่างเหล่านี้ โดยเน้นที่คุณสมบัติทางแสงและกายภาพที่กำหนดการเลือกวัสดุสำหรับการใช้งานที่โปร่งใส

เหตุผลเชิงโครงสร้างสำหรับความชัดเจนของ GPPS: กลุ่ม Phenyl Side

ความใสของโพลีสไตรีนไม่ใช่อุบัติเหตุในกระบวนการผลิต มันเป็นผลโดยตรงจากโครงสร้างทางเคมีของโมโนเมอร์ โมโนเมอร์สไตรีนมีวงแหวนเบนซีนแข็งขนาดใหญ่เป็นกลุ่มด้านข้างที่ติดอยู่กับแกนหลักโพลีเอทิลีน ในระหว่างการเกิดปฏิกิริยาพอลิเมอไรเซชันแบบรุนแรง หมู่ฟีนิลเหล่านี้จะถูกวางตำแหน่งแบบสุ่มในอวกาศ ก่อให้เกิดโครงร่างที่ไม่เอื้ออำนวย การขาดความเป็นสเตอริโอจะป้องกันไม่ให้ส่วนของโซ่อัดแน่นอยู่ในโครงตาข่ายคริสตัล หมู่ฟีนิลขนาดใหญ่ทำหน้าที่เป็นตัวเว้นระยะ โดยแยกสายโซ่ข้างเคียงให้แยกจากกันเพียงพอเพื่อป้องกันการเกิดนิวเคลียส แต่ไม่เพียงพอที่จะกระจายแสง

ข้อเสียคือความเปราะบาง ความแข็งแกร่งของโมเลกุลแบบเดียวกันที่ป้องกันการตกผลึกยังจำกัดการเคลื่อนที่ของโซ่ ซึ่งหมายความว่าโพลีสไตรีนไม่สามารถให้ผลผลิตและเปลี่ยนรูปพลาสติกได้ภายใต้ความเครียดเช่นโพลีคาร์บอเนต มันแตกหัก. นี่คือเหตุผลที่ส่วนประกอบ GPPS ที่มีข้อกำหนดความโปร่งใสสูง เช่น ช้อนส้อมแบบใช้แล้วทิ้งแบบใส กล่องใส่ซีดี และจานเพาะเชื้อในห้องปฏิบัติการ ได้รับการออกแบบให้มีหน้าตัดที่หนาและแข็งซึ่งไม่จำเป็นต้องงอ สำหรับการใช้งานที่ต้องการความชัดเจนและความทนทานต่อแรงกระแทก อุตสาหกรรมจะเปลี่ยนไปใช้ HIPS (High Impact Polystyrene) ซึ่งจะยอมสละส่วนหนึ่งของความโปร่งใสที่สมบูรณ์แบบนั้นไปแลกกับความทนทานโดยผสมผสานเฟสยางที่กระจายตัวซึ่งจะกระจายแสงบางส่วน

รักษาความโปร่งใสระหว่างการประมวลผลด้วยความร้อน

การบรรลุความชัดเจนที่สมบูรณ์แบบในส่วนสุดท้ายนั้นขึ้นอยู่กับประวัติความร้อนเป็นอย่างมาก GPPS จะต้องได้รับการประมวลผลภายในกรอบเวลาอุณหภูมิหลอมเหลวที่เข้มงวด ซึ่งโดยทั่วไปจะอยู่ระหว่างนั้น 200°ซ และ 250°ซ . หากเกินช่วงนี้จะทำให้โพลีเมอร์เสื่อมคุณภาพด้วยความร้อน กลไกการย่อยสลายเกี่ยวข้องกับการแยกสายโซ่และการปลดปล่อยสไตรีนโมโนเมอร์ ซึ่งจะออกซิไดซ์เพื่อสร้างโครโมฟอร์ที่มีสีเหลือง ผลพลอยได้จากการสลายตัวเหล่านี้จะมีความเข้มข้นเพียงเล็กน้อยก็สามารถดูดซับแสงที่ปลายสีน้ำเงินของสเปกตรัมที่มองเห็นได้ ทำให้ส่วนที่ขึ้นรูปมีสีเหลืองที่มองเห็นได้ ซึ่งทำลายคุณภาพการมองเห็น

อุณหภูมิของแม่พิมพ์มีความสำคัญไม่แพ้กัน การฉีด GPPS ที่หลอมละลายลงในแม่พิมพ์เย็น ซึ่งมีอุณหภูมิต่ำกว่าอุณหภูมิการเปลี่ยนสถานะคล้ายแก้วประมาณ 100°ซ —ดับชั้นผิวเร็วเกินไป สิ่งนี้จะทำให้เกิดความเครียดที่เกิดจากการไหลภายใน และสร้างระลอกคลื่นบนพื้นผิวขนาดเล็กมากซึ่งปรากฏเป็นหมอกควัน เพื่อเพิ่มความโปร่งใสสูงสุดในโพลีสไตรีนที่ฉีดขึ้นรูป ควรรักษาอุณหภูมิของแม่พิมพ์ให้อยู่ระหว่าง 40°C ถึง 70°C โดยมีพื้นผิวแม่พิมพ์ขัดเงาที่มีคุณภาพขัดเพชร SPI A-1 หรือ A-2 เครื่องหมายเครื่องมือหรือรอยขีดข่วนเล็กๆ บนเหล็กจะถูกจำลองเหมือนจริงในชิ้นส่วนพลาสติก

การเสื่อมสภาพของรังสียูวีและปัญหาสีเหลือง

GPPS มีจุดอ่อนทางการมองเห็นที่ได้รับการบันทึกไว้อย่างดีประการหนึ่ง: มันจะเหลืองและขุ่นเมื่อเวลาผ่านไปเมื่อสัมผัสกับรังสีอัลตราไวโอเลตในช่วง 290 ถึง 350 นาโนเมตร วงแหวนฟีนิลในโพลีสไตรีนนั้นเป็นโครโมฟอร์ในตัวมันเอง ภายใต้การทิ้งระเบิดด้วยรังสี UV อย่างต่อเนื่อง พวกมันจะเกิดโฟโตออกซิเดชัน ก่อตัวกลุ่มฟังก์ชันคาร์บอนิลและไฮโดรเปอร์ออกไซด์ที่ดูดซับแสงสีน้ำเงินและปล่อยลักษณะเป็นสีเหลืองน้ำตาล นี่คือการเปลี่ยนแปลงทางเคมีอย่างถาวร ไม่สามารถกลับด้านได้ด้วยการทำความสะอาดหรือขัดเงา

สำหรับการใช้งานภายในอาคารโดยมีแสงแดดกรอง การย่อยสลายนี้จะช้าพอที่จะมองข้ามอายุการใช้งานของผลิตภัณฑ์ที่ตั้งใจไว้สองสามปีได้ อย่างไรก็ตาม สำหรับส่วนประกอบ PS โปร่งใสใดๆ ที่มีไว้สำหรับการสัมผัสกลางแจ้ง แพคเกจสารเติมแต่งสารเพิ่มความคงตัว UV ที่ยึดตามสารเพิ่มความคงตัวของแสงเอมีน (HALS) หรือสารดูดซับรังสียูวีของเบนโซไตรอาโซลจะต้องถูกผสมลงในเรซินที่ระดับระหว่าง 0.1% และ 0.5% โดยน้ำหนัก . สารเติมแต่งเหล่านี้จะดูดซับโฟตอน UV อย่างเสียสละและกระจายพลังงานเป็นความร้อนที่ไม่เป็นอันตรายก่อนที่จะโจมตีแกนหลักของโพลีเมอร์ โดยคงความโปร่งใสเริ่มต้นของวัสดุไว้ได้นานขึ้นอย่างมาก

การใช้งานจริงที่ใช้ประโยชน์จากความโปร่งใสของ PS

การผสมผสานที่เป็นเอกลักษณ์ของความโปร่งใสแบบน้ำใส พื้นผิวมันวาวสูง และต้นทุนวัสดุต่ำ ทำให้ GPPS เป็นตัวเลือกเริ่มต้นสำหรับการใช้งานที่ผู้บริโภคต้องการเห็นผลิตภัณฑ์อย่างชัดเจนแต่ความต้องการเชิงโครงสร้างอยู่ในระดับปานกลาง ส่วนตลาดด้านล่างนี้ขึ้นอยู่กับความชัดเจนในการมองเห็นของพอลิสไตรีนเป็นข้อกำหนดหลักในการทำงาน ไม่ใช่แค่ความสวยงามเท่านั้น

• หอยบรรจุภัณฑ์อาหาร: ภาชนะแบบบานพับโปร่งใสสำหรับรายการเบเกอรี่และผลิตผลสดต้องอาศัยความชัดเจนของ PS ในการแสดงผลิตภัณฑ์โดยไม่ต้องให้ลูกค้าเปิดบรรจุภัณฑ์ ซึ่งจะช่วยลดความเสี่ยงในการปนเปื้อน
• เครื่องใช้ในห้องปฏิบัติการ: จานเพาะเชื้อ ปิเปตทางเซรุ่มวิทยา และคิวเวตทำจากคริสตัลโพลีสไตรีน เนื่องจากส่งแสง UV อย่างเพียงพอสำหรับสเปกโตรโฟโตเมทรีที่ 340 นาโนเมตรขึ้นไป ซึ่งเป็นความยาวคลื่นวิกฤตสำหรับการวิเคราะห์ DNA และโปรตีน
• การแสดงจุดซื้อ: บรรจุภัณฑ์เครื่องสำอางและน้ำหอมใช้ GPPS แบบฉีดขึ้นรูปที่มีส่วนผนังหนาพอที่จะเลียนแบบน้ำหนักและความใสของกระจกที่เจียระไน ทำให้ได้รูปลักษณ์ระดับพรีเมียมด้วยต้นทุนเพียงเล็กน้อย
• ตัวกระจายแสง: ในขณะที่ฝาครอบ LED กำลังเปลี่ยนเป็นโพลีคาร์บอเนต ตัวกระจายแสงของหลอดฟลูออเรสเซนต์ในอดีตใช้ GPPS ที่มีพื้นผิวเป็นแท่งปริซึมเพื่อแยกแหล่งกำเนิดแสงในขณะที่ยังคงรักษาประสิทธิภาพการส่งผ่านแสงโดยรวม
• โมเดลออปติคอลและต้นแบบ: ความง่ายในการตัดเฉือนและขัดเงาแผ่น GPPS แบบหล่อทำให้เป็นวัสดุที่ต้องการสำหรับการสร้างแบบจำลองขนาดโปร่งใสของห้องโถงทางสถาปัตยกรรมและแท่นขุดเจาะแสดงภาพการไหลของของไหลในห้องปฏิบัติการวิศวกรรม

แยกแยะ GPPS จากวัสดุใสที่แข่งขันกันในสนาม

หากไม่มีอุปกรณ์ในห้องปฏิบัติการ การระบุพลาสติกโปร่งใสในเชิงบวกอาจเป็นเรื่องที่ท้าทาย อย่างไรก็ตาม การทดสอบความหนาแน่นอย่างง่ายจะแยกโพลีสไตรีนออกจากคู่แข่งหลัก GPPS มีความหนาแน่นประมาณ 1.05 ก./ซม.³ ซึ่งอยู่ใกล้กับน้ำมาก ตัดตัวอย่างเล็กๆ ที่ไม่ลอยอยู่ซึ่งไม่มีฟองอากาศ แล้ววางลงในแก้วน้ำ โพลีคาร์บอเนต (1.20 ก./ซม.) และ PET (1.38 ก./ซม. ) จะจมเร็วขึ้นอย่างเห็นได้ชัดและละเอียดยิ่งขึ้น พอลิเมทิลเพนทีน (TPX) ซึ่งเป็นพลาสติกใสอีกชนิดหนึ่งจะลอยได้เนื่องจากมีความหนาแน่นเพียง 0.83 g/cm³

การทดสอบเปลวไฟเป็นการยืนยันเพิ่มเติม แม้ว่าจะควรทำอย่างปลอดภัยก็ตาม โพลิสไตรีนเผาไหม้ด้วยเปลวไฟสีส้มเหลืองที่มีเขม่ามากและปล่อยกลิ่นสไตรีนิกคล้ายดอกดาวเรืองที่หอมหวานโดดเด่น ควันดำหนาทึบเป็นลักษณะของวงแหวนอะโรมาติกที่มีปริมาณคาร์บอนสูง โพลีคาร์บอเนตจะดับไฟได้เองเมื่อเปลวไฟถูกกำจัดออก และอะคริลิกจะไหม้อย่างหมดจดพร้อมกลิ่นฉุนของผลไม้ ทำให้การระบุตัวตนตรงไปตรงมาสำหรับผู้จัดการวัสดุที่มีประสบการณ์