TIÊU CHUẨN QUỐC GIA TCVN 12410:2020 (ASTM D 5272:2008) VỀ PHƯƠNG PHÁP THỬ PHƠI NHIỄM NGOÀI TRỜI CHẤT DẺO CÓ KHẢ NĂNG PHÂN HỦY QUANG HỌC

TIÊU CHUẨN QUỐC GIA

TCVN 12410:2020

ASTM D 5272-2008

PHƯƠNG PHÁP THỬ PHƠI NHIỄM NGOÀI TRỜI CHẤT DẺO CÓ KHẢ NĂNG PHÂN HỦY QUANG HỌC

Standard Practice for outdoor exposure testing of photodegradable plastics

Lời nói đầu

TCVN 12410:2020 được xây dựng trên cơ sở chấp nhận hoàn toàn tương đương với ASTM D 5272-08 Standard Practice for Outdoor Exposure Testing of Photodegradable Plastics với sự cho phép của ASTM quốc tế, 100 Barr Harbor Dive, West Conshohocken, PA 19428, USA. Tiêu chuẩn ASTM D 5272-08 thuộc bản quyền của ASTM quốc tế

TCVN 12410:2020 do Tổng cục Môi trường biên soạn, Bộ Tài nguyên và Môi trường đề nghị, Tổng cục Tiêu chuẩn Đo lường Chất lượng thẩm định, Bộ Khoa học và Công nghệ công bố.

PHƯƠNG PHÁP THỬ PHƠI NHIỄM NGOÀI TRỜI CHẤT DẺO CÓ KHẢ NĂNG PHÂN HỦY QUANG HỌC

Standard Practice for outdoor exposure testing of photodegradable plastics

1  Phạm vi áp dụng

1.1  Tiêu chuẩn này quy định các điều kiện thử khi áp dụng ASTM D 1435 và ASTM G7 để thử nghiệm phơi nhiễm ngoài trời chất dẻo có khả năng phân hủy quang học.

1.2  Tiêu chuẩn này không đưa ra tất cả các quy tắc an toàn liên quan đến việc áp dụng tiêu chuẩn. Người sử dụng tiêu chuẩn phải có trách nhiệm thiết lập các biện pháp an toàn và vệ sinh thích hợp và khả năng áp dụng các yêu cầu quy định trước khi sử dụng.

CHÚ THÍCH 1 Không có tiêu chuẩn ISO tương đương với tiêu chuẩn này.

2  Tài liệu viện dẫn

Các tài liệu viện dẫn sau rất cần thiết cho việc áp dụng tiêu chuẩn này. Đối với các tài liệu viện dẫn ghi năm công bố thì áp dụng phiên bản được nêu. Đối với các tài liệu viện dẫn không ghi năm công bố thì áp dụng phiên bản mới nhất bao gồm cả các sửa đổi, bổ sung (nếu có)

ASTM D 882, Test method for tensile properties of thin plastic sheeting (Phương pháp thử tính chất bền kéo của tấm chất dẻo).

ASTM D 883, Terminology relating to plastics (Thuật ngữ liên quan đến chất dẻo).

ASTM D 1435, Practice for outdoor weathering of plastics (Thực hành phơi thời tiết ngoài trời của chất dẻo).

ASTM D 3593, Test method for molecular weight averages/distribution of certain polymers by liquid size-exclusion Chromatography (Gel permeation chromatography GPC) using universal calibration (Xác định phân bố khối lượng phân tử của một số polymer bằng phương pháp sắc ký).

ASTM D 3826, Practice for determining degradation end point in degradable polyethylene and polypropylene using a tensile test (Hướng dẫn xác định điểm phân hủy cuối của polyetyen và polypropylen có khả năng phân hủy sử dụng phép thử kéo).

ASTM E 772, Terminology of solar energy conversion (Thuật ngữ về sự chuyển đổi năng lượng mặt trời).

ASTM G7, Practice for atmospheric environmental exposure testing of nonmetallic materials (Phương pháp thử phơi nhiễm các vật liệu phi kim trong môi trường khí quyển).

ASTM G 169, Guide for application of basic statistical methods to weathering tests (Hướng dẫn áp dụng các phương pháp thống kê cơ bản cho các phép thử thời tiết).

ASTM G 183, Practice for field use of pyranometers, pyrheliometers and UV radiometers (Hướng dẫn sử dụng nhật xạ kế, trực xạ kế và xạ kế UV)

3  Thuật ngữ, định nghĩa

3.1  Tiêu chuẩn này áp dụng các thuật ngữ và định nghĩa nêu trong ASTM E 772 và ASTM D 883.

4  Ý nghĩa và sử dụng

4.1  Khi bị loại bỏ thành rác, các vật chất bằng chất dẻo có khả năng phân hủy quang học sẽ chịu tác động bởi ánh sáng ban ngày (đặc biệt là bức xạ tia cực tím của mặt trời), oxy, nhiệt và nước. Góc phơi 5° được sử dụng trong tiêu chuẩn này đại diện cho điều kiện phân hủy rác điển hình.

4.2  Tiêu chuẩn này quy định đặc tính yêu cầu của khoảng thời gian phơi nhiễm trong bức xạ tia cực tím của mặt trời. Bức xạ tia cực tím của mặt trời thay đổi đáng kể và là hàm số của vị trí và thời gian trong năm. Điều này có thể dẫn đến những sai khác đáng kể theo thời gian yêu cầu để đạt đến mức độ phân hủy polyme quy định. Theo tài liệu tham khảo [1], khi cùng một lô polyetylen có chứa phụ gia muối sắt được phơi nhiễm tại các thời gian khác nhau trong năm tại một vị trí, thời gian yêu cầu để gây ra sự phân cắt trung bình của hai chuỗi của một phân tử thay đổi hơn 130 %. Theo tài liệu tham khảo [2] thì thay đổi này có thể giảm đáng kể khi tổng bức xạ mặt trời hoặc bức xạ tia cực tím mặt trời hoặc cả hai được sử dụng để mô tả các phân đoạn phơi.

4.3  Cùng với sự thay đổi về mức độ của ánh sáng ban ngày và bức xạ tia cực tím mặt trời, có sự khác nhau đáng kể về nhiệt độ, độ ẩm giữa các vị trí khác nhau và giữa các năm khác nhau hoặc các khoảng thời gian phơi một năm tại cùng một vị trí. Vì sự thay đổi này, các kết quả thu được từ phép thử không được sử dụng để dự đoán tốc độ tuyệt đối mà tại đó chất dẻo có khả năng phân hủy quang học bị phân hủy. Các kết quả thu được từ phép thử này có thể được sử dụng để so sánh tốc độ phân hủy tương đối của chất dẻo được phơi tại cùng thời gian và cùng vị trí. Các kết quả thu được từ quá trình phơi nhiều lần của một lô vật liệu thông thường (trong các mùa khác nhau của nhiều năm) tại các địa điểm khác nhau có thể được sử dụng để so sánh các tốc độ tương đối, tại đó một chất dẻo có khả năng phân hủy quang học cụ thể sẽ phân hủy tại từng vị trí.

CHÚ THÍCH 2 Giới hạn vốn có của các phép đo bức xạ mặt trời là chúng không phản ánh các tác động của sự biến thiên trong phơi nhiễm nhiệt độ và độ ẩm, thường cũng quan trọng giống như phơi với bức xạ mặt trời. Khoảng thời gian phơi bức xạ tia cực tím mặt trời sẽ không cần thiết đưa ra những thay đổi tính chất như nhau của mẫu thử tại các địa điểm phơi khác nhau. Các kết quả thu được từ thực hành này được coi là chỉ dẫn chung về mức độ phân hủy và phải luôn được xem xét theo đặc tính của môi trường phơi nhiễm.

4.4  Khi không thể đo tổng bức xạ tia cực tím mặt trời, thời gian phơi có thể được xác định bởi số lượng ngày, tuần hoặc tháng phơi nhiễm. Khi sử dụng tiêu chuẩn này phải tiến hành phơi đồng thời một vật liệu đối chứng đã biết rõ về khả năng phân hủy cùng với vật liệu cần thử. Vật liệu đối chứng được sử dụng phải theo thỏa thuận của các bên liên quan. Sau đó so sánh thời gian để đạt được mức độ phân hủy quy định của mỗi vật liệu trong quá trình phơi đồng thời. Đây cũng là cách tốt để sử dụng các vật liệu đối chứng khi thời gian phơi được xác định bởi quá trình phơi mặt trời hoặc bức xạ tia cực tím mặt trời tổng cộng.

CHÚ THÍCH 3 Một vật liệu đối chứng có thể là một lô vật liệu đã cho kết quả ổn định sau một số lần phơi nhiễm. Thành phần hoặc tính chất của vật liệu đối chứng này không nhất thiết phải có đặc tính hoặc được chứng nhận bởi một tổ chức tiêu chuẩn hóa được công nhận.

5  Thiết bị, dụng cụ

5.1  Sử dụng giá phơi được kết cấu theo các yêu cầu của ASTM G7. Trừ khi có quy định khác, vị trí của giá phơi phải được đặt sao cho mẫu thử quay mặt về phía xích đạo và sao cho bề mặt phơi nghiêng một góc 5° so với mặt phẳng nằm ngang. Nếu sử dụng hướng giá phơi khác như trên thì phải báo cáo.

5.2  Sử dụng một trong các kết cấu giá phơi dưới đây cho mẫu thử chất dẻo có khả năng phân hủy quang học:

5.2.1  Giá phơi A – Các thanh lắp có thể định vị dùng để gắn các mẫu thử trên một tấm lưới kim loại (nhôm hoặc thép không gỉ) mắt lưới đều. Sử dụng kim loại 16-18 gage với các lỗ xấp xỉ bằng 0,5 in. Nên đảm bảo rằng diện tích bề mặt của kim loại có khoảng 60 % đến 70 % lỗ trống. Sử dụng vật liệu không ăn mòn làm các thanh lắp. Nhôm 6061T6 hoặc gỗ chưa xử lý là các vật liệu hay được sử dụng cho mục đích này. Hình 1 là hình chiếu nhìn từ trên xuống của một kết cấu giá điển hình.

Hình 1 – Cấu trúc điển hình để phơi chất dẻo có khả năng phân hủy quang học

5.2.2  Giá phơi B – Các loại gỗ dán loại ngoài trời chưa sơn được sử dụng làm thành mặt phẳng giá phơi mà trên đó gắn trực tiếp mẫu thử. Thay các tấm gỗ dán khi có dấu hiệu về sự tách liên kết hoặc bóc xơ sợi mà có thể tạo thành các cạnh sắc và làm phá hủy mẫu thử được phơi. Gỗ dán MDO hoặc HDO là các vật liệu phù hợp và sẽ không cần phải thay thế nhiều như gỗ dán không có lớp phủ.

CHÚ THÍCH 4 Khi sử dụng giá phơi B sự tuần hoàn của không khí quanh mẫu thử sẽ ít hơn. Tốc độ phân rã của phơi nhiễm sử dụng giá phơi B vì thế sẽ nhanh hơn so với khi sử dụng giá phơi A bì nhiệt độ mẫu thử cao hơn. Sự so sánh giữa các vật liệu chỉ được thực hiện với các quá trình phơi ở cùng một thời gian và cùng loại giá phơi.

5.3  Thiết bị đo bức xạ mặt trời

5.3.1  Thiết bị đo bức xạ tia cực tím

Trừ khi có quy định khác, sử dụng một thiết bị đo bức xạ UV tổng để đo bức xạ tia cực tím từ 295 nm đến 385 nm. Vận hành thiết bị đo bức xạ theo ASTM G183. Có thể sử dụng các thiết bị đo bức xạ khoảng hẹp (ví dụ khoảng bước sóng 20 nm) nếu được thỏa thuận giữa các bên liên quan. Vận hành thiết bị đo bức xạ theo ASTM G183.

CHÚ THÍCH 5 Việc sử dụng thiết bị đo bức xạ khoảng hẹp có độ nhạy bức xạ chọn lọc có thể sẽ không nhạy với tất cả các thay đổi của bức xạ tia cực tím mặt trời. Kiểm tra tại khoảng bước sóng hẹp (ví dụ 20 nm) có thể không liên quan đến sự phân hủy quang học tổng cộng của vật liệu chất dẻo, là kết quả của một quá trình phức tạp nhiều yếu tố, bao gồm độ nhạy của một khoảng bước sóng rộng.

6  Mẫu thử

6.1  Mẫu thử sử dụng quy trình được chấp nhận mang tính thống kê theo thỏa thuận giữa các bên liên quan.

7  Cách tiến hành

7.1  Gắn các đầu của mẫu thử chất dẻo có khả năng phân hủy quang học được phơi nhiễm vào các thanh hoặc giá gỗ dán lắp định vị. Có thể sử dụng băng dính có chất kết dính bền và lót để gắn các mẫu dạng màng hoặc mẫu gần phẳng. Đối với các giá bằng gỗ dán hoặc thanh lắp bằng gỗ có thể sử dụng các ghim gập. Các mẫu thử có hình dáng phức tạp có thể được gắn trực tiếp lên các thanh kim loại dẹt hoặc gỗ dán sử dụng đai ốc không có sắt và các vòng đệm lớn hoặc bằng phương pháp bất kỳ thích hợp. Đảm bảo mẫu thử được đánh dấu hoặc dán nhãn với các số, chữ cái hoặc ký hiệu nhận biết. Phơi ít nhất ba mẫu song song đối với mỗi vật liệu và khoảng thời gian phơi được sử dụng.

CHÚ THÍCH 6 Băng dính nhạy áp bằng nhôm có lớp lót và lớp keo dính nhạy áp bằng acrylic được xác định là phù hợp để dính các màng hoặc mẫu thử mỏng lên giá phơi.

7.2  Đảm bảo rằng thiết bị đo bức xạ UV được lắp ở góc 5° so với mặt phẳng nằm ngang, quay về phía xích đạo. Nếu mẫu thử được phơi ở góc khác, đặt thiết bị đo bức xạ UV ở góc giống với góc của mẫu thử.

7.3  Gắn mẫu thử vào giá phơi trong thời gian để đạt được mức độ phơi nhiễm bức xạ tia cực tím mặt trời xác định. Nên sử dụng một loạt các khoảng thời gian phơi đối với từng vật liệu được thử để xác định tốc độ phân hủy là hàm số của liều năng lượng mặt trời hoặc năng lượng bức xạ cực tím mặt trời.

Bảng 1 đưa ra bức xạ tia cực tím mặt trời trung bình tổng số theo tháng và năm trên bề mặt nghiêng 5° trong khí hậu cận nhiệt đới ẩm và sa mạc.

7.4  Nếu năng lượng bức xạ tia cực tím tổng được sử dụng để xác định khoảng thời gian phơi nhiễm, xác định khoảng này bằng cách sử dụng thiết bị theo 5.3.1. Biểu thị theo jun trên mét vuông với dữ liệu được báo cáo đến bốn chữ số có nghĩa. Nếu có thỏa thuận giữa các bên liên quan, năng lượng bức xạ tia cực tím được quy định với khoảng (hoặc dải) bước sóng hẹp gần với các khoảng phổ mà vật liệu chất dẻo nhạy nhất cũng có thể được sử dụng để phơi nhiễm

7.5  Sau khi mẫu thử được phơi nhiễm với một lượng bức xạ tia cực tím mặt trời tổng mong muốn, xác định tính chất hoặc các tính chất quy định. Tính chất điển hình được đo là khối lượng phân tử (theo phương pháp thử trong ASTM D3593) và độ bền kéo, độ giãn dài (theo phương pháp thử trong ASTM D882). Đối với polyolefin, mức độ oxy hóa có thể được theo dõi thông qua chỉ số carbonyl; là tỷ lệ của peak cacbonyl hấp thụ tại bước sóng xấp xỉ 1715 cm^–1 trong phổ hồng ngoại với đặc tính hấp thụ không đổi của polymer (ví dụ liên kết C-H ở xấp xỉ 3000-2840 cm^–1). Điểm cuối phân hủy của polyolefin có thể xác định bởi phép thử kéo theo ASTM D 3826. Xác định các tính chất tương tự của mẫu vật liệu cần thử chưa phơi. Nếu sử dụng vật liệu đối chứng, xác định các tính chất của chúng và biểu thị thời gian dẫn đến phá hủy của tất cả các vật liệu khác là hàm số của thời gian đạt đến mức độ phá hủy cụ thể của vật liệu đối chứng.

CHÚ THÍCH 7 ASTM G 169 đưa ra thông tin về việc sử dụng kỹ thuật phân tích thống kê để so sánh các tính chất của mẫu thử đã phơi và mẫu thử chưa phơi.

Bảng 1 – Bức xạ tia cực tím mặt trời trung bình theo tháng (295 nm đến 385 nm) trên bề mặt 5°

CHÚ THÍCH 1 Dữ liệu khí hậu đối với Miami cũng đáp ứng các tiêu chí đối với thời tiết mưa mùa hè nhiệt đới cho trong hệ thống phân loại khí hậu Koppen.

8  Báo cáo thử nghiệm

8.1  Báo cáo thử nghiệm phải bao gồm các thông tin sau

8.1.1  Nhận biết và mô tả đầy đủ vật liệu được thử (ví dụ kích thước);

8.1.2  Vị trí phơi và kiểu giá phơi sử dụng

8.1.2.1  Góc phơi bất kỳ khác 5°.

8.1.3  Ngày bắt đầu và kết thúc phơi

8.1.3.1  Thời gian phơi tổng (theo ngày, tuần hoặc tháng)

8.1.4  Phơi bức xạ tia cực tím mặt trời:

8.1.4.1  Nếu sử dụng bức xạ tia cực tím tổng, nó phải được biểu thị theo jun trên mét vuông. Ghi tên nhà sản xuất và loại thiết bị bức xạ UV, ngày hiệu chuẩn cuối cùng và phòng thí nghiệm hiệu chuẩn.

8.1.5  Ngoại quan chung và kết quả các phép thử sử dụng để tạo tính chất của mẫu không phơi với từng vật liệu được phơi.

8.1.6  Ngoại quan chung và kết quả các phép thử sử dụng để tạo tính chất của mẫu từ mỗi giai đoạn phơi. Báo cáo độ lệch trung bình và độ lệch chuẩn của mỗi phép thử sử dụng để xác định các tính chất của các mẫu song song.

8.1.7  Mô tả hoàn chỉnh hoặc viện dẫn phép thử đặc tính đề đánh giá tính chất vật liệu.

9  Độ chụm và độ chệch

9.1  Việc quy định độ chụm của quy trình thử không thực tế vì nó phụ thuộc vào phương pháp thử sử dụng để xác định các tính chất cụ thể được đo. Độ chụm và độ chệch của từng phép thử riêng có thể được sử dụng để phân tích dữ liệu từ quá trình phơi được sử dụng để đánh giá sai khác trong vật liệu.

9.2  Vì sự biến thiên của bức xạ mặt trời, nhiệt độ và độ ẩm giữa các vùng phơi, giữa các thời gian khác nhau tại cùng một địa điểm, các kết quả của phép thử này chỉ được sử dụng để so sánh tốc độ tương đối của sự phân hủy vật liệu được phơi nhiễm trong cùng thời gian, cùng vị trí sử dụng cùng kết cấu giá phơi.