Foto-oxidación de polímeros
En química de polímeros, la fotooxidación (a veces: fotodegradación oxidativa ) es la degradación de la superficie de un polímero debido a la acción combinada de la luz y el oxígeno. [1] Es el factor más significativo en la meteorización de los plásticos. [2] La fotooxidación hace que las cadenas de polímero se rompan ( escisión de cadena ), lo que hace que el material se vuelva cada vez más quebradizo. Esto conduce a fallas mecánicas y, en una etapa avanzada, a la formación de microplásticos . En textiles el proceso se llama fototender .
Se han desarrollado tecnologías para acelerar e inhibir este proceso. Por ejemplo, se espera que los componentes de construcción de plástico, como puertas, marcos de ventanas y canaletas, duren décadas, lo que requiere el uso de estabilizadores avanzados de polímeros UV . Por el contrario, los plásticos de un solo uso pueden tratarse con aditivos biodegradables para acelerar su fragmentación. Muchos pigmentos y colorantes pueden tener efectos similares debido a su capacidad para absorber la energía UV.
La susceptibilidad a la fotooxidación varía según la estructura química del polímero. Algunos materiales tienen una excelente estabilidad, como los fluoropolímeros , las poliimidas , las siliconas y ciertos polímeros de acrilato . Sin embargo, la producción mundial de polímeros está dominada por una variedad de plásticos básicos que representan la mayoría de los desechos plásticos . De estos , el tereftalato de polietileno (PET) tiene solo una resistencia moderada a los rayos UV y los demás, que incluyen poliestireno , cloruro de polivinilo (PVC) y poliolefinas como el polipropileno (PP) y el polietileno .(PE) son todos muy susceptibles.
La fotooxidación es una forma de fotodegradación y comienza con la formación de radicales libres en la cadena del polímero, que luego reaccionan con el oxígeno en reacciones en cadena . Para muchos polímeros, el mecanismo general de autooxidación es una aproximación razonable de la química subyacente. El proceso es autocatalítico , generando un número creciente de radicales y especies reactivas de oxígeno. Estas reacciones dan como resultado cambios en el peso molecular (y la distribución del peso molecular ) del polímero y, como consecuencia, el material se vuelve más frágil. El proceso general se puede dividir en cuatro etapas:
La fotooxidación puede ocurrir simultáneamente con otros procesos como la degradación térmica , y cada uno de estos puede acelerar al otro.
Las poliolefinas como el polietileno y el polipropileno son susceptibles a la fotooxidación y alrededor del 70 % de los estabilizadores de luz producidos en todo el mundo se utilizan en su protección, a pesar de que representan solo alrededor del 50 % de la producción mundial de plástico. [1] Los hidrocarburos alifáticos solo pueden adsorber rayos UV de alta energía con una longitud de onda inferior a ~250 nm; sin embargo, la atmósfera terrestre y la capa de ozono filtran dichos rayos, con una longitud de onda mínima normal de 280-290 nm. [3] Por lo tanto, la mayor parte del polímero es fotoinerte y, en cambio, la degradación se atribuye a la presencia de diversas impurezas, que se introducen durante las etapas de fabricación o procesamiento. Estos incluyen hidroperóxidoy grupos carbonilo , así como sales metálicas tales como residuos de catalizadores.
PP: polipropileno , PE: polietileno , PVC: cloruro de polivinilo , PS: poliestireno , PET: tereftalato de polietileno