چه چیزی باعث می شود لیوان های پلاستیکی به راحتی خم شوند؟

یکبار مصرفلیوان های پلاستیکی نوشیدنیظروف پرکاربرد در زندگی روزمره دارای مشکلات تغییر شکل هستند که مستقیماً ایمنی و راحتی آنها را تحت تأثیر قرار می دهد. درک شرایطی که تحت آن تغییر شکل رخ می دهد برای انتخاب و استفاده صحیح از لیوان های نوشیدنی پلاستیکی یکبار مصرف بسیار مهم است. از خواص مواد و اصول فیزیکی گرفته تا سناریوهای کاربردی واقعی، عواملی که منجر به تغییر شکل لیوان‌های نوشیدنی پلاستیکی یکبار مصرف می‌شوند، چند وجهی هستند. در ادامه، موقعیت‌های خاص مختلف را با جزئیات تحلیل می‌کنیم.

1.1 تفاوت در مقاومت حرارتی مواد

یکبار مصرفلیوان های پلاستیکی نوشیدنیعمدتا از پلاستیک های ترموپلاستیک مانند پلی استایرن (PS)، پلی پروپیلن (PP) و پلی اتن ترفتالات (PET) ساخته شده اند. این مواد تفاوت های قابل توجهی در مقاومت حرارتی دارند.
فنجان های پلی استایرن (PS) دارای مقاومت حرارتی نسبتاً ضعیفی هستند، با دامنه دمایی استفاده طولانی مدت 0-70 درجه و تغییر شکل در 60-80 درجه رخ می دهد. دمای اعوجاج حرارتی PS 70-90 درجه (0.45MPa) و دمای انتقال شیشه ای 80-105 درجه است. اما به دلیل شکنندگی، در محیط های با دمای بالا به ندرت در عمل استفاده می شود. در محیط‌های با دمای بالا، فنجان‌های PS ممکن است نرم شدن و فروریختن دیواره فنجان، برآمدگی کف فنجان، یا پیچ خوردگی و تغییر شکل کلی را تجربه کنند.

فنجان های پلی پروپیلن (PP) مقاومت حرارتی بهتری دارند و می توانند در دماهای بالاتر از 100 درجه تا 120 درجه تحت بار سبک استفاده شوند. حداکثر دمای استفاده مداوم و بدون بار می تواند به 120 درجه برسد و دمای استفاده کوتاه مدت می تواند به 150 درجه برسد. دمای اعوجاج حرارتی PP 60-100 درجه (1.82MPa) است و می تواند تحت بار 0.45MPa از 100 درجه تجاوز کند. نقطه ذوب PP تا 167 درجه است و دمای انتقال شیشه ای بین -10 درجه و -20 درجه است که باعث می شود ابعاد ساختاری فنجان های PP در محدوده دمایی از دمای اتاق تا دمای آب جوش نسبتاً پایدار باشد.

فنجان های پلی اتیلن ترفتالات (PET) مقاومت حرارتی کمی دارند و فقط می توانند دمای حدود 70 درجه را تحمل کنند. بیش از این دما به راحتی منجر به تغییر شکل می شود. دمای انتقال شیشه ای PET 67-81 درجه و نقطه ذوب آن 244-260 درجه است. با این حال، به دلیل دمای انتقال شیشه ای نسبتا پایین، در تماس با مایعات با دمای بالا مستعد تغییر شکل است.

1.2 تظاهرات خاص تغییر شکل حرارتی

تغییر شکل یکبار مصرفلیوان های پلاستیکی نوشیدنیناشی از دماهای بالا به روش های مختلفی ظاهر می شود، عمدتاً از جمله:

نرم شدن و فروپاشی دیواره فنجان: زمانی که دما از دمای انتقال شیشه ای ماده بیشتر شود، تحرک زنجیره های مولکولی پلاستیکی افزایش می یابد و مواد شروع به نرم شدن می کنند. در این مرحله دیواره فنجان نمی تواند وزن خود و فشار مایع داخل را تحمل کند و منجر به فروریختن داخل می شود. به خصوص در فنجان های PS و PET، هنگامی که حاوی مایعات بالاتر از 70 درجه باشد، دیواره های فنجان به طور محسوسی نرم می شوند و فشار جزئی با دست تغییر شکل قابل توجهی را نشان می دهد.

• تغییر شکل برآمدگی کف فنجان:دمای بالا باعث انبساط مواد کف فنجان می شود. اگر کف فنجان به درستی طراحی نشده باشد یا مقاومت حرارتی مواد کافی نباشد، کف فنجان به سمت بالا برآمده خواهد شد. این تغییر شکل نه تنها بر پایداری فنجان تأثیر می گذارد بلکه ممکن است منجر به ریختن مایع شود. در استفاده عملی، هنگامی که فنجان های PS حاوی آب داغ بالای 80 درجه هستند، قسمت پایین اغلب برآمدگی قابل توجهی نشان می دهد.
• تغییر شکل کلی پیچشی:هنگامی که قسمت های مختلف فنجان به طور ناهموار گرم می شوند، درجات مختلف انبساط رخ می دهد که منجر به تغییر شکل کلی پیچشی می شود. این امر زمانی رایج است که فنجان تا حدی در آب داغ غوطه ور شود یا به طور ناهموار در اجاق مایکروویو گرم شود.
• ترک خوردگی و شکستگی:اگر دما به سرعت تغییر کند یا از دمای حد مجاز ماده بیشتر شود، ممکن است لیوان پلاستیکی ترک بخورد یا بشکند. به خصوص در هنگام استفاده متناوب از مایعات سرد و گرم، استرس حرارتی می تواند باعث ایجاد ترک در داخل مواد شود که در نهایت منجر به شکست فنجان می شود.

1.3 استانداردهای آزمایش تغییر شکل دمای بالا

طبق استانداردهای مربوطه، تست مقاومت حرارتی لیوان های یکبار مصرف پلاستیکی معمولاً از روش های زیر استفاده می کند:

تست دمای اعوجاج حرارتی: بر اساس استانداردهای ASTM D648 یا ISO 75، تحت بار 1.82 مگاپاسکال، دما با سرعت 2 درجه در دقیقه افزایش می یابد. دمایی که در آن نمونه به میزان 0.25 میلی متر تغییر شکل می دهد، دمای اعوجاج حرارتی است. محدوده دمای اعوجاج گرما برای لیوان های نوشیدنی پلاستیکی یکبار مصرف معمولا بین 60-120 درجه است. تعیین نقطه نرمی Vicat: طبق استاندارد ISO 306، دمایی که در آن ماده تحت فشار خاصی به تغییر شکل مشخصی می‌رسد، با نرخ گرمایش 50 درجه در ساعت اندازه‌گیری می‌شود. نقطه نرم شدن Vicat لیوان های یکبار مصرف پلاستیکی معمولی بین 80-100 درجه است.

 

 تست مقاومت در برابر شوک حرارتی: طبق استاندارد ISO 22088-3، تست چرخه دمایی (20- درجه تا 100 درجه) حداقل برای 50 سیکل انجام می شود و برای ترک ها مشاهده می شود.
آزمایش دمای استفاده واقعی: فنجان در دمای مشخصی (معمولاً 80 درجه یا 95 درجه) با مایع پر می شود و برای مدت معینی (مثلاً 30 دقیقه) نگهداری می شود و تغییر شکل، نشت و غیره مشاهده می شود.

 

2.1-ویژگی‌های شکنندگی در دمای پایین مواد

محیط‌های با دمای پایین{0}}به‌طور قابل‌توجهی بر خواص مکانیکی لیوان‌های پلاستیکی یکبار مصرف تأثیر می‌گذارند، و آنها را شکننده و مستعد ترک خوردن یا شکستن در اثر استرس می‌کند. مواد پلاستیکی مختلف دارای دمای انتقال شیشه ای متفاوت و خواص دمای پایین-می باشند.

پلی استایرن (PS) شکنندگی قابل توجهی را در دماهای پایین با دمای شکننده تقریباً -30 درجه نشان می‌دهد. PS خود یک ماده سخت و شکننده است که خاصیت شکل پذیری ندارد و در حین کشش در نزدیکی نقطه تسلیم می شکند. در محیط های با دمای پایین، شکنندگی PS حتی بارزتر است و ممکن است با ضربه خفیف ترک بخورد یا حتی خرد شود.

پلی پروپیلن (PP) دارای دمای انتقال شیشه ای بین -10 درجه تا 0 درجه است و در دمای تبرید مانند شیشه شکننده می شود. هنگامی که دما به نقطه شکنندگی بحرانی خود نزدیک می شود، چقرمگی PP به طور قابل توجهی کاهش می یابد و از یک پلاستیک نرم به یک پلاستیک شکننده تبدیل می شود. به همین دلیل است که بطری های پلاستیکی PP پس از یخچال مستعد شکستن هستند.

 

پلی اتیلن ترفتالات (PET) نیز در دماهای پایین شکننده می شود. PET معمولی در شرایط انجماد در دمای پایین بسیار مستعد شکستگی شکننده است و برای ذخیره سازی طولانی مدت در دمای پایین مناسب نیست. اگرچه دمای انتقال شیشه ای نظری PET 67-81 درجه است، اما چقرمگی آن به طور قابل توجهی در محیط های با دمای پایین کاهش می یابد، به ویژه هنگامی که در معرض ضربه خارجی قرار می گیرد و آن را مستعد ترک خوردن می کند.

2.2 تظاهرات تغییر شکل دمای پایین-

تغییر شکل لیوان های یکبار مصرف پلاستیکی نوشیدنی به دلیل دمای پایین عمدتاً به صورت زیر ظاهر می شود:
ترک شکننده: دماهای پایین حرکت زنجیره‌های مولکولی پلاستیکی را ضعیف می‌کند و باعث کاهش چقرمگی مواد و افزایش شکنندگی آن می‌شود. هنگامی که فنجان ها در معرض نیروهای خارجی مانند جابجایی، قرار دادن یا برخوردهای جزئی قرار می گیرند، مستعد ترک خوردن هستند. این ترک معمولاً به طور ناگهانی و بدون علائم هشدار دهنده آشکار رخ می دهد.
شکستگی غلظت تنش: در قسمت‌های ضعیف فنجان، مانند لبه، پایین یا اتصالات دیواره فنجان، دمای پایین غلظت تنش را تشدید می‌کند و این نواحی را مستعد شکستگی می‌کند. به خصوص هنگامی که فنجان های پایینی روی هم قرار می گیرند، وزن فنجان های بالا را تحمل می کنند و احتمال ترک خوردن آن ها در دماهای پایین را افزایش می دهند.
تغییر شکل انقباض سرد: دمای پایین باعث جمع شدن مواد پلاستیکی می شود. اگر انقباض ناهموار باشد، تنش داخلی ایجاد می شود که منجر به تغییر شکل فنجان می شود. این تغییر شکل ممکن است به صورت انقباض لبه، خم شدن بدنه یا تغییر شکل کلی ظاهر شود.
تشکیل میکروترک: اگرچه به طور مستقیم با چشم غیرمسلح قابل مشاهده نیست، ممکن است در محیط‌های{0}در دمای پایین، شکاف‌های ریز درون لیوان پلاستیکی ایجاد شود. این ریزترک‌ها ممکن است در طول استفاده بعدی، به ویژه در طول تغییرات دما یا زمانی که تحت فشار قرار می‌گیرند، منبسط شوند و منجر به شکست فنجان شوند.

2.3 عوامل مؤثر بر محیط‌های دمای پایین-

محیط تبرید (0-10 درجه):در دمای تبرید، چقرمگی فنجان های PP به طور قابل توجهی کاهش می یابد. بر اساس مشاهدات تجربی، بطری های پلاستیکی PP پس از سرد شدن بسیار شکننده می شوند و ممکن است با یک قطره بشکنند. این به این دلیل است که دمای تبرید به دمای انتقال شیشه ای PP نزدیک است و باعث می شود که از یک پلاستیک نرم به یک پلاستیک شکننده تبدیل شود.

محیط یخبندان (زیر 18- درجه):در محیط های انجماد، انواع لیوان های یکبار مصرف پلاستیکی نوشابه شکننده تر می شوند. فنجان های PET مستعد شکستگی شکننده در 18- درجه هستند، به خصوص زمانی که پر از مایع و یخ زده باشند. به دلیل انبساط مایع در هنگام انجماد، احتمال شکستن فنجان ها بیشتر است.

میزان تغییر دما:تغییرات سریع دما خطرناک تر از دمای پایین ثابت است. هنگامی که یک فنجان به طور ناگهانی از محیطی با دمای پایین-به محیطی با دمای-بالا منتقل می‌شود، یا برعکس، تنش حرارتی ایجاد می‌شود که منجر به ترک خوردگی مواد می‌شود. این پدیده به ویژه زمانی مشهود است که آب داغ بلافاصله پس از سرد شدن در فنجان ریخته شود.

نیروی خارجی:در محیط‌های با دمای پایین-، ظرفیت باربری- لیوان‌های پلاستیکی نوشیدنی کاهش می‌یابد. حتی جابجایی و قرار دادن معمولی می تواند باعث شکستن فنجان ها شود. به خصوص در صورت انباشته شدن، فشار روی فنجان پایین، به خصوص در دماهای پایین، بیشتر باعث شکستگی می شود.

3.1 طراحی سازه و بار- ظرفیت باربری

طراحی ساختاری لیوان های یکبار مصرف پلاستیکی عمدتاً بر روی نگهداری مایعات به جای تحمل وزن خارجی تمرکز دارد. بنابراین، ظرفیت باربری آنها محدود است. طبق استاندارد ملی GB18006.1، بار استاندارد برای لیوان های پلاستیکی یکبار مصرف 3 کیلوگرم است، به این معنی که وقتی وزن 3 کیلوگرمی روی لیوان قرار می گیرد، تغییر ارتفاع فنجان در عرض یک دقیقه نباید از 5 درصد ارتفاع اصلی آن بیشتر شود.

با این حال، تحقیقات واقعی بازار نرخ عبور پایینی را برای عملکرد بار- فنجان های نوشیدنی پلاستیکی یکبار مصرف نشان می دهد. یک بازرسی غیرمنتظره توسط اداره نظارت بر کیفیت شهرداری شانگهای نشان داد که تنها 2 مورد از 6 مارک و مدل مختلف لیوان نوشیدنی پلاستیکی یکبار مصرف می توانند بار 3 کیلوگرم را تحمل کنند که در نتیجه میزان خرابی آن به 66.7٪ می رسد. این نشان می‌دهد که ظرفیت باربری واقعی بیشتر فنجان‌های یکبار مصرف پلاستیکی کمتر از استاندارد است.
ظرفیت باربری-یک فنجان ارتباط نزدیکی با طراحی ساختاری آن دارد. ضخامت دیواره فنجان عامل مهمی است که بر ظرفیت باربری- تأثیر می گذارد. ضخیم کردن دیواره فنجان می تواند به طور قابل توجهی مقاومت فشاری را بهبود بخشد. به عنوان مثال، فنجان های هوانوردی با طراحی ضخیم می توانند تقریباً 5 کیلوگرم فشار عمودی را بدون تغییر شکل تحمل کنند. برخی از فنجان های طراحی شده خاص، مانند آن هایی که دارای سیستم پشتیبانی مثلثی هستند، حتی می توانند 50 کیلوگرم فشار را بدون شکستگی تحمل کنند.

ساختار تقویت شده لبه فنجان نیز مهم است. طراحی حلقه 0.8 میلی متری{2}}در لبه می تواند ساختار کلی را مانند یک حلقه تقویت کننده فولادی قفل کند و پایداری فنجان را بهبود بخشد. زاویه شیب بدنه فنجان نیز بر ظرفیت باربری- تأثیر می گذارد. زاویه شیب بهینه 15 درجه می تواند یک سیستم پشتیبانی مثلثی شکل دهد که به طور موثر فشار را پراکنده می کند. طراحی لایه ضد لغزش در پایین فنجان از طریق اصطکاک با فشار انباشته شده مقابله می کند و پایداری را بهبود می بخشد.

3.2 تظاهرات بار{1}}تغییر شکل تحمل

تغییر شکل لیوان های یکبار مصرف پلاستیکی نوشیدنی ناشی از بار{0}}به طور عمده به صورت زیر ظاهر می شود:

تورفتگی پایین:هنگامی که وزن تحمل بار از ظرفیت فنجان بیشتر شود، یک فرورفتگی قابل توجه در پایین فنجان ظاهر می شود. این فرورفتگی ممکن است موضعی باشد یا کل ته فنجان را درگیر کند. درجه فرورفتگی به بزرگی و مدت بار{3}}وزن تحمل کننده بستگی دارد.
خم شدن دیوار جام:تحت فشار عمودی، دیواره فنجان به سمت داخل خم می شود. اگر دیواره فنجان خیلی نازک باشد یا استحکام مواد کافی نباشد، دیواره فنجان ممکن است چین و چروک های قابل توجه یا تغییر شکل دائمی را نشان دهد.
صاف کردن کلی:وقتی بار خیلی سنگین است، ممکن است فنجان کاملاً صاف شود. به خصوص، برخی از فنجان های ساخته شده از مواد نرم تر ممکن است در معرض وزن بیش از 3 کیلوگرم کاملاً صاف شده و عملکرد خود را از دست بدهند.
آسیب های سازه ای:در موارد شدید، بار بیش از حد ممکن است منجر به آسیب ساختاری به فنجان، مانند افتادن کف، ترک خوردن دیواره فنجان، یا پارگی لبه شود. این آسیب معمولاً غیر قابل برگشت است.

3.3 عوامل مؤثر بر بار-ظرفیت باربری

نوع مواد:مواد مختلف استحکام مکانیکی بسیار متفاوتی دارند. ماده PP مقاومت فشاری بالاتری نسبت به PS دارد. نسل سوم مواد PP بهبود یافته، از طریق سازماندهی مجدد ساختار مولکولی، مقاومت فشاری را تا 40٪ افزایش می دهد در حالی که ضخامت دیواره فنجان را تا 15٪ کاهش می دهد. اگرچه مواد PS دارای سختی بالاتری هستند، اما شکننده و مستعد شکستگی شکننده تحت بار هستند.

فرآیند تولید:فرآیند تولید لیوان همچنین بر ظرفیت باربری آن تأثیر می‌گذارد. فنجان‌های قالب‌گیری{2}}تزریق معمولاً قوی‌تر از فنجان‌های حرارتی هستند. دقت قالب، سرعت خنک‌کاری و توزیع مواد همگی بر استحکام محصول نهایی تأثیر می‌گذارند.
روش استفاده:ظرفیت تحمل بار- فنجان نیز به روش استفاده مربوط می شود. اگر وزن به طور مساوی توزیع شود، ظرفیت تحمل بار فنجان افزایش می یابد. اگر وزن در یک نقطه متمرکز شود، ایجاد تمرکز استرس آسان است و منجر به آسیب موضعی می شود.
شرایط محیطی: دما نیز بر ظرفیت تحمل بار تأثیر می‌گذارد. در دماهای بالا، مواد پلاستیکی نرم می شوند و ظرفیت تحمل بار کاهش می یابد. در دماهای پایین، مواد شکننده می‌شوند و اگرچه سختی ممکن است افزایش یابد، چقرمگی کاهش می‌یابد و آن را مستعد شکستگی می‌کند.

4.1 مکانیسم های خوردگی شیمیایی

تأثیر محیط شیمیایی بر لیوان های یکبار مصرف پلاستیکی نوشیدنی عمدتاً از طریق خوردگی و انحلال شیمیایی حاصل می شود. مواد شیمیایی مختلف درجات مختلفی از تاثیر بر مواد پلاستیکی دارند. برخی ممکن است باعث نرم شدن مواد شوند، در حالی که برخی دیگر ممکن است منجر به تورم یا انحلال شوند.

محیط های اسیدی و قلیایی:هر دو محیط اسیدی و قلیایی بر عملکرد فنجان های پلاستیکی نوشیدنی تأثیر می گذارد. نوشیدنی های اسیدی (مانند آب لیمو، نوشیدنی های گازدار) سطح پلاستیک را خورده می کنند و باعث تسریع انتشار مواد مضر می شوند. مایعات قلیایی (مانند آب سودا، آب صابون) زنجیره های مولکولی پلاستیکی را می شکنند و فنجان را شکننده و مستعد ترک خوردن می کنند. مطالعات نشان داده اند که هر دو مقدار pH اسیدی و قلیایی محلول تماس، تخریب سطحی پلاستیک ها را افزایش می دهد و به طور بالقوه باعث تشدید انتشار میکروپلاستیک ها می شود.
تاثیر حلال های آلی:حلال های آلی تاثیر شدیدتری بر لیوان های پلاستیکی نوشیدنی دارند. آزمایش‌ها نشان داده‌اند که وقتی فنجان‌های یکبار مصرف پلاستیکی با اتیل استات تماس پیدا می‌کنند، یک واکنش انحلال جدی رخ می‌دهد. هنگامی که اتیل استات در یک فنجان PS ریخته شد، مایع فوراً کف کرد و صدای "خش خش" ایجاد کرد و ته فنجان بلافاصله ناپدید شد. اگرچه واکنش با فنجان های PP به همان اندازه خشونت آمیز نبود، کف آن پس از 40 دقیقه نرم شد و انحنای فیزیکی قابل توجهی را نشان داد. هنگامی که یک ورقه پلاستیکی کف شده با اتیل استات برخورد کرد، یک ورقه ضخیم 3 سانتی متری در 2 ثانیه سوخت.

مواد روغنی:اگرچه مواد روغنی مانند حلال‌های آلی بلافاصله پلاستیک‌ها را حل نمی‌کنند، تماس طولانی‌مدت-می‌تواند منجر به تورم پلاستیک و تغییر خواص فیزیکی مواد شود. به خصوص در شرایط دمای بالا، روغن ها می توانند شسته شدن مواد افزودنی از پلاستیک را تسریع کنند و بر استحکام و پایداری فنجان تأثیر بگذارند.

4.2 تظاهرات تغییر شکل شیمیایی

تغییر شکل لیوان های یکبار مصرف پلاستیکی نوشیدنی ناشی از محیط شیمیایی عمدتاً به صورت زیر ظاهر می شود:

خوردگی سطحی:تماس طولانی‌مدت-با مواد شیمیایی می‌تواند منجر به ایجاد آثار خوردگی در سطح فنجان شود که به‌صورت یک سطح ناهموار، از بین رفتن براقی یا ظاهر شدن لکه‌ها ظاهر شود. این خوردگی معمولاً پیشرونده است. ممکن است در ابتدا واضح نباشد، اما به تدریج در طول زمان بدتر می شود.
تغییر شکل تورم:برخی از مواد شیمیایی توسط مولکول های پلاستیک جذب می شوند و باعث متورم شدن مواد می شوند. تورم اندازه و شکل فنجان را تغییر می‌دهد و به طور بالقوه منجر به باز شدن بزرگ‌تر، دیواره‌های ضخیم‌تر فنجان یا تغییر شکل کلی می‌شود.
تغییر شکل نرم شدن:مواد شیمیایی ممکن است به ساختار مولکولی پلاستیک آسیب برساند و منجر به نرم شدن مواد شود. فنجان های نرم شده ممکن است تحت فشار استفاده معمولی مانند فروریختن دیواره فنجان یا فرورفتگی کف فنجان تغییر شکل دهند.
آسیب انحلال:در موارد شدید، حلال های قوی ممکن است باعث انحلال جزئی یا کامل فنجان های پلاستیکی نوشیدنی شوند. به عنوان مثال، انحلال آنی فنجان های PS هنگام تماس با اتیل استات یک نمونه معمولی از آسیب انحلال شیمیایی است.

4.3 خطرات شیمیایی در استفاده روزانه

در زندگی روزمره، لیوان های یکبار مصرف پلاستیکی نوشیدنی اغلب با مواد شیمیایی در تماس هستند که نیاز به توجه ویژه دارند:

سناریوهای غذا و نوشیدنی: واکنش بین شراب پخت و پز و سرکه مورد استفاده در پخت و پز، اتیل استات تولید می کند. اگرچه غلظت بالا نیست، تماس طولانی مدت ممکن است بر فنجان های پلاستیکی نوشیدنی تأثیر بگذارد. به خصوص هنگامی که مواد غذایی حاوی مایعات زیادی بسته بندی می شوند، اسیدهای آلی و روغن های موجود در مایع ممکن است باعث تغییر شکل فنجان شوند.
تمیز کردن و ضد عفونی کردن: استفاده از مواد شوینده حاوی الکل، سفید کننده و غیره برای تمیز کردن لیوان های پلاستیکی نوشیدنی ممکن است باعث آسیب به فنجان شود. به ویژه مواد ضدعفونی کننده با غلظت بالا ممکن است باعث خوردگی سطح یا تخریب خواص مواد شوند.
کاربردهای ویژه: اگر از لیوان های پلاستیکی یکبار مصرف برای نگهداری مایعات غیرغذایی مانند داروها، لوازم آرایشی، مواد شوینده و غیره استفاده می شود، باید سازگاری شیمیایی در نظر گرفته شود. این مایعات ممکن است حاوی اجزای شیمیایی مضر برای پلاستیک باشند.

5.1 مکانیسم فوتو پیری

اشعه ماوراء بنفش عامل مهمی است که باعث پیری و تغییر شکل لیوان های پلاستیکی یکبار مصرف می شود. اثر اشعه ماوراء بنفش (طول موج 200-400 نانومتر) بر روی مواد پلاستیکی عمدتاً از طریق دو مکانیسم به دست می‌آید: تخریب اکسیداتیو عکس{3}} و اتصال عرضی ناشی از عکس.

• عکس{0}}تخریب اکسیداتیو:پرتو فرابنفش انرژی بسیار بالایی دارد و می تواند مستقیماً پیوندهای شیمیایی مانند C-C و C-H در زنجیره های مولکولی پلاستیکی را بشکند و رادیکال های آزاد تولید کند. این رادیکال های آزاد به سرعت با اکسیژن ترکیب می شوند و رادیکال های پراکسی (ROO•) را تشکیل می دهند که بیشتر هیدروپراکسیدها (ROOH) تولید می کنند. هیدروپراکسیدها تحت نور یا گرما تجزیه می شوند و باعث بریدگی زنجیره و ایجاد پیوندهای دوگانه جدید و گروه های کربونیل می شوند. این ساختارهای مزدوج نور مرئی را جذب می کنند و باعث زرد شدن مواد می شوند.
• پیوند متقابل ناشی از عکس-:در برخی موارد، اشعه ماوراء بنفش می‌تواند باعث ایجاد پیوندهای شیمیایی جدید بین مولکول‌های پلاستیکی شود که منجر به اتصال عرضی زنجیره‌های مولکولی می‌شود. این اتصال عرضی باعث افزایش سختی مواد می شود، اما در عین حال چقرمگی آن را کاهش می دهد و مواد را شکننده می کند. مطالعات نشان می دهد که نور فرابنفش با طول موج بین 290 تا 320 نانومتر بیشترین آسیب را به PET می رساند، که اتفاقاً محدوده طول موج اصلی نور فرابنفش از خورشید است که به سطح زمین می رسد.

5.2 تغییر شکل ناشی از اشعه ماوراء بنفش

تغییر شکل لیوان های یکبار مصرف پلاستیکی نوشیدنی ناشی از اشعه ماوراء بنفش عمدتاً به صورت زیر ظاهر می شود:مشخصات شرکت

• زرد شدن:این شهودی ترین تجلی است. با قرار گرفتن طولانی مدت در معرض نور ماوراء بنفش، فنجان های پلاستیکی نوشیدنی به تدریج زرد می شوند و ظاهر آنها را تحت تأثیر قرار می دهند. درجه زرد شدن به شدت نور ماوراء بنفش و زمان قرار گرفتن در معرض آن بستگی دارد.
• پودر سطحی:اشعه ماوراء بنفش باعث می شود که زنجیره های مولکولی روی سطح پلاستیک شکسته شوند و مواد پودری ریز تشکیل دهند. این پدیده لایه ای از «پودر سفید» را روی سطح فنجان ایجاد می کند که می توان آن را با دست پاک کرد.
• شکنندگی و تغییر شکل:پیری نوری خواص مکانیکی مواد پلاستیکی را کاهش می دهد، به ویژه کاهش چقرمگی و افزایش شکنندگی. هنگامی که فنجان های کهنه در معرض نیروهای خارجی قرار می گیرند، بیشتر در معرض ترک خوردن یا شکستن هستند.

• کاهش خواص مکانیکی:اشعه ماوراء بنفش طولانی مدت منجر به کاهش قابل توجهی در استحکام کششی، مقاومت خمشی و سایر خواص مکانیکی پلاستیک می شود. آزمایشات نشان می دهد که پس از 500 ساعت قرار گرفتن در معرض اشعه UV با شدت 0.75 وات بر متر مربع و طول موج 340 نانومتر، قدرت ضربه فنجان های پلاستیکی نوشیدنی به طور قابل توجهی کاهش می یابد.

5.3 عوامل مؤثر بر اشعه ماوراء بنفش

• مدت زمان قرارگیری در معرض بیماری:اثر تجمعی پرتو فرابنفش قابل توجه است. هر چه زمان قرار گرفتن در معرض طولانی تر باشد، آسیب بیشتری به فنجان ها وارد می شود. فنجان هایی که در فضای باز استفاده می شوند یا برای مدت طولانی در زیر نور مستقیم خورشید نگهداری می شوند، سریعتر پیر می شوند.
• شدت اشعه ماوراء بنفش:شدت تابش فرابنفش در مناطق و فصول مختلف متفاوت است. در مناطق گرمسیری یا در طول تابستان، شدت اشعه ماوراء بنفش زیاد است و سرعت پیری فنجان ها تسریع می شود.
• نوع مواد:مواد پلاستیکی مختلف حساسیت های متفاوتی به اشعه ماوراء بنفش دارند. PS و PP به نور ماوراء بنفش حساس تر هستند و مستعد پیری نور هستند. PET پایداری نسبتاً خوبی در برابر نور دارد، اما در اثر ترکیبی از دمای بالا و نور فرابنفش نیز تخریب می‌شود.
• عوامل دما:دمای بالا باعث تسریع اثر مخرب اشعه ماوراء بنفش بر روی پلاستیک می شود. در محیط‌های با دمای{1}بالا، تابش فرابنفش حرکت زنجیره‌های مولکولی پلاستیکی را تشدید می‌کند و آن‌ها را در برابر شکستگی و واکنش‌های اکسیداسیون حساس‌تر می‌کند.

6.1 پدیده آرامش استرس

 

آرام سازی استرس به پدیده ای اطلاق می شود که در آن تنش در یک ماده به تدریج در طول زمان تحت فشار ثابت کاهش می یابد. برای فنجان های پلاستیکی یکبار مصرف، قرار گرفتن طولانی مدت در معرض تنش های خاص (مانند فشار ناشی از انباشته شدن) می تواند منجر به خزش و کاهش استرس مواد شود.
در استفاده عملی، لیوان های پلاستیکی یکبار مصرف روی هم وزن لیوان های بالای خود را تحمل می کنند. با گذشت زمان، فنجان های پایینی دچار تغییر شکل آهسته می شوند که ممکن است دائمی باشد. این پدیده آرام سازی استرس به ویژه در محیط های{2}در دمای بالا قابل توجه است.

 

6.2 عیوب ساخت

نقص در فرآیند تولید لیوان های یکبار مصرف پلاستیکی نیز می تواند منجر به تغییر شکل در حین استفاده شود:

ضخامت دیواره ناهموار: اگر کاپ دارای توزیع ضخامت دیواره ناهموار در حین قالب گیری تزریقی یا ترموفرمینگ باشد، نقاط ضعف مستعد تغییر شکل یا ترک در حین استفاده هستند.
استرس داخلی: اگر تنش داخلی ایجاد شده در طول فرآیند تولید به طور کامل آزاد نشود، ممکن است باعث تغییر شکل یا ترک خوردن فنجان در حین استفاده شود. تغییرات دما می تواند این تغییر شکل را تشدید کند.
عیوب مواد: استفاده از مواد بازیافتی یا مواد خام{0} با کیفیت پایین ممکن است منجر به عملکرد ناپایدار فنجان ها شده و آنها را مستعد تغییر شکل کند.

 

6.3 استفاده و ذخیره سازی نامناسب

استفاده نادرست: استفاده از لیوان های پلاستیکی یکبار مصرف برای نگهداری مایعات بیش از محدوده مقاومت دمایی آنها، گرم کردن فنجان های نامناسب در اجاق مایکروویو یا استفاده از فنجان ها برای تحمل وزن بیش از ظرفیت طراحی آنها می تواند منجر به تغییر شکل شود.
ذخیره سازی نامناسب: انباشته شدن بیش از حد بالا می تواند باعث شود که فنجان های پایینی فشار زیادی را تحمل کنند. ذخیره سازی در یک محیط مرطوب ممکن است منجر به تخریب مواد شود. و نگهداری با اشیاء تیز ممکن است باعث ایجاد خراش شود و نقاط تمرکز استرس را ایجاد کند.
استفاده مکرر: لیوان های پلاستیکی یکبار مصرف برای یک بار مصرف طراحی شده اند. استفاده مکرر باعث تسریع پیری مواد می شود که منجر به کاهش عملکرد و افزایش حساسیت به تغییر شکل می شود.

تغییر شکل لیوان‌های یکبار مصرف پلاستیکی نتیجه اثرات ترکیبی عوامل متعددی است، عمدتاً از جمله اثرات دما (-نرم‌شدگی در دمای بالا و-تردی دمای پایین،-بار{2}}وزن تحمل بار (تغییر شکل ناشی از بیش از بار طراحی)، محیط شیمیایی (تحلیل اسید{3}} منجر به تشعشعات ماوراء بنفش پایه‌ای می‌شود. کاهش عملکرد) و استفاده و ذخیره سازی نامناسب.

مواد مختلف فنجان های نوشیدنی پلاستیکی یکبار مصرف حساسیت های متفاوتی به عوامل تغییر شکل مختلف دارند: مواد PP مقاومت حرارتی و استحکام مکانیکی بهتری دارند، مناسب برای نوشیدنی های گرم. مواد PS ارزان است اما مقاومت حرارتی ضعیفی دارد و مستعد شکستگی است. مواد PET شفافیت بالایی دارند اما مقاومت در برابر حرارت ضعیف و چقرمگی دمای پایین-. برای کاهش مشکل تغییر شکل لیوان های پلاستیکی یکبار مصرف، به مصرف کنندگان توصیه می شود هنگام خرید محصولاتی را انتخاب کنند که استانداردهای ملی را داشته باشند و از مواد مناسب ساخته شده باشند. آنها همچنین باید به کنترل دما در حین استفاده توجه کنند، از تماس با مواد شیمیایی مضر اجتناب کنند و فنجان ها را به درستی نگهداری کنند. در عین حال، تولیدکنندگان باید کیفیت محصول را بهبود بخشند، استانداردهای مربوطه را کاملاً رعایت کنند و بروز مشکلات تغییر شکل در منبع را کاهش دهند. تنها از طریق تلاش مشترک مصرف کنندگان و تولید کنندگان می توان از ایمنی و قابلیت اطمینان لیوان های پلاستیکی یکبار مصرف نوشیدنی در حین استفاده اطمینان حاصل کرد.