Pemfotooksidaan polimer

Kesan pendedahan sinar ultraungu terhadap tali polipropilena

Pemfotooksidaan (Jawi: ڤمفوتوأوکسيداءن) ialah proses degradasi permukaan polimer dengan kehadiran oksigen atau ozon. Kesan ini dipermudahkan dengan tenaga sinaran seperti ultralembayung atau cahaya buatan. Proses ini merupakan faktor paling penting dalam peluluhawaan polimer. Pemfotooksidaan ialah sebuah perubahan kimia yang menurunkan berat jisim polimer. Akibat perubahan ini, bahan yang berkenaan menjadi lebih rapuh, dengan pengurangan pada kekuatan ketegangan, hentaman dan pemanjangan objek. Proses ini juga disusuli perubahan warna dan kehilangan kelicinan permukaan. Suhu tinggi dan penumpuan tekanan setempat memperbesarkan lagi kesan pemfotooksidaan.

Mekanisma kimia

Aldehid, keton dan asid karboksilik di sepanjang atau di hujung rantaian polimer dijanakan oleh spesies beroksigen dalam fotolisis pemfotooksidaan. Reaksi pemfotooksidaan bermula kerana kehadiran kumpulan kromofor dalam makromolekul. Pemfotooksidaan dapat berlaku serentak dengan degradasi suhu dan setiap kesan-kesan yang disebut dapat mempercepatkan satu sama lain.

Reaksi pemfotooksidaan termasuklah reaksi belahan rantaian, penyilangan dan oksidaan sekunder. Proses berikut dapat dikira:^[1] langkah permulaan, langkah perambatan rantai, langkah pencabangan rantai dan langkah penamatan. Dalam langkah permulaan, radikal bebas terbentuk dengan penyerapan foton. Dalam langkah perambatan rantai, satu radikal bebas bertindak balas dengan oksigen untuk menghasilkan radikal polimer peroksi (POO•). Ini bertindak balas dengan molekul polimer untuk menjanakan polimer hidroperoksida (POOH) dan radikal polimer alkil baharu (P•). Dengan pencabangan rantai, radikal-radikal polimer oksi (PO•) dan radikal-radikal hidroksi (HO•) terbentuk dengan fotolisis. Langkah penamatan ialah penyilangan yang akan menyebabkan reaksi radikal bebas berlainan dengan satu sama lain.

Langkah permulaan

{\ce {Polimer->P\bullet +\ P\bullet }}

Perambatan rantai

{\ce {P\bullet +\ O2->POO\bullet }}

{\ce {POO\bullet +\ PH->{POOH}+\ P\bullet }}

Pencabangan rantai

{\ce {POOH->PO\bullet +\ OH\bullet }}

{\ce {{PH}+OH\bullet ->P\bullet +\ H2O}}

{\ce {PO\bullet ->Reaksi\ belahan\ rantai}}

Penamatan

{\ce {POO\bullet +\ POO\bullet ->reaksi\ penyilangan\ dengan\ keluaran\ bukan\ radikal\ }}

{\ce {POO\bullet +\ P\bullet ->reaksi\ penyilangan\ dengan\ keluaran\ bukan\ radikal\ }}

{\ce {P\bullet +\ P\bullet ->reaksi\ penyilangan\ dengan\ keluaran\ bukan\ radikal\ }}

di mana PH = Polimer

P• = Radikal polimer alkil

PO• = Radikal polimer oksi (Radikal polimer alkoksi)

POO• = Radikal polimer peroksi (Radikal polimer alkilperoksi)fsampi

POOH = Polimer hidroperoksida

OH• = radikal hidroksi

Kesan pencelup/pigmen

Menambahkan pigmen penyerap cahaya dan pemfotostabil (penyerap sinar ultraungu) ialah satu cara untuk mengurangkan pemfotooksidaan dalam polimer. Antioksidan digunakan untuk merencat pembentukan hidroperoksida dalam proses pemfotooksidaan.^[2]

Bahan pencelup dan pigment digunakan dalam bahan polimer untuk mengadakan sifat berubah warna. Bahan tambahan ini dapat mengurangkan kadar degradasi polimer. Pencelup Cu-ftalosianina dapat menstabil melawan degradasi, tetapi dalam situasi lain seperti penuaan fotokimia, ia akan mempercepatkan degradasi. Cu-ftalosianina teruja dapat menyarikan atom hidrogen daripada kumpulan metil dalam polikarbonat (PK), yang meningkatkan kadar pembentukan radikal bebas. Ini bertindak sebagai titik permulaan pemfotooksidaan berturutan membawa kepada degradasi PK.^[3]

Pemekaan pemindahan elektron ialah suatu mekanisma di mana Cu-ftalosianina teruja menyarikan elektron daripada PK untuk membentuk radikal anion Cu-Ft dan radikal kation polikarbonat. Spesies-spesies ini dengan kehadiran oksigen dapat menyebabkan pengoksidaan gelang aromatik.^[4]

Perlindugnan pemfotooksidaan

Poli(etilena-naftalat) (PEN) dapat dilindungi dengan salutan zink oksida, yang bertindak sebagai lapisan pelindung yang mengurangkan pembauran oksigen.^[5] Zink oksida juga boleh digunakan untuk polikarbonat (PK) untuk mengurangkan kadar pengoksidaan dan pemfotokuningan yang disebabkan sinaran suria.^[6]

Pemfotooksidaan fotomangkin polimer

Hasil plastik sekali guna biasanya kesudahannya tiba ke kawasan perbandaran dan alam sekitar. Kerap kali, plastik yang tidak dibuang dengan betul akan sampai ke tasik, sungai dan akhirnya laut, yang mengancam kesejahteraan hidupan laut dan darat. Kecenderungan plastik terdedah kepada pemfotooksidaan dapat digunakan secara positif dan dipertingkatkan dengan penambahan pemangkin. Malah, plastik dengan pemangkin dapat difotooksidakan dengan pantas dan agresif yang mendegradasikan partikel makro dan mikro kepada hasil sampingan yang kurang berbahaya seperti sebatian dengan berat molekul rendah (kumpulan tertepu dan tidak tertepu hidroperoksida, peroksida, dan karbonil).^[7]

Rujukan

^ Rabek, J. F. (Ed.). (1990). Photostabilization of Polymers: Priciples and Application. Springer Netherlands. ISBN 978-94-010-6821-5.
^ "Photo-oxidisation of electroluminescent polymers studied by core level photoabsorption specttroscopy" (PDF). American institute of physics 1996. Dicapai pada 9 Jun 2020.
^ "THE PHOTO-OXIDATION OF POLYMERS - A comparison with low molecular weight compounds" (PDF). Pergamon Press Ltd. 1979 - Pure & Appi. Chem., Vol. 51, pp.233—240. Dicapai pada 9 February 2011.
^ Saron, C., Zulli, F., Giordano, M., & Felisberti, M. I. (2006). Influence of copper-phthalocyanine on the photodegradation of polycarbonate. Polymer degradation and stability, 91(12), 3301-3311.
^ Guedri-Knani, L., Gardette, J. L., Jacquet, M., & Rivaton, A. (2004). Photoprotection of poly (ethylene-naphthalate) by zinc oxide coating. Surface and Coatings Technology, 180, 71-75.
^ Moustaghfir, A., Tomasella, E., Rivaton, A., Mailhot, B., Jacquet, M., Gardette, J. L., & Cellier, J. (2004). Sputtered zinc oxide coatings: structural study and application to the photoprotection of the polycarbonate. Surface and Coatings Technology, 180, 642-645.
^ Tofa, Tajkia Syeed (2019). "Visible light photocatalytic degradation of microplastic residues with zinc oxide nanorods". Environmental Chemistry Letters. 17 (3): 1341-1346. doi:10.1007/s10311-019-00859-z.

Bibliografi

Grassie, N., & Scott, G. (1988). Polymer degradation and stabilisation. Press Syndicate of University of Cambridge, England.
Schnabel, W. (1981). Polymer Degradation: Principles and Practical Applications. Macmillan Publishing Co., Inc, New York.

Lihat juga

[Rabek-1] Rabek, J. F. (Ed.). (1990). Photostabilization of Polymers: Priciples and Application. Springer Netherlands. ISBN 978-94-010-6821-5.

[2] "Photo-oxidisation of electroluminescent polymers studied by core level photoabsorption specttroscopy" (PDF). American institute of physics 1996. Dicapai pada 9 Jun 2020.

[3] "THE PHOTO-OXIDATION OF POLYMERS - A comparison with low molecular weight compounds" (PDF). Pergamon Press Ltd. 1979 - Pure & Appi. Chem., Vol. 51, pp.233—240. Dicapai pada 9 February 2011.

[4] Saron, C., Zulli, F., Giordano, M., & Felisberti, M. I. (2006). Influence of copper-phthalocyanine on the photodegradation of polycarbonate. Polymer degradation and stability, 91(12), 3301-3311.

[5] Guedri-Knani, L., Gardette, J. L., Jacquet, M., & Rivaton, A. (2004). Photoprotection of poly (ethylene-naphthalate) by zinc oxide coating. Surface and Coatings Technology, 180, 71-75.

[6] Moustaghfir, A., Tomasella, E., Rivaton, A., Mailhot, B., Jacquet, M., Gardette, J. L., & Cellier, J. (2004). Sputtered zinc oxide coatings: structural study and application to the photoprotection of the polycarbonate. Surface and Coatings Technology, 180, 642-645.

[7] Tofa, Tajkia Syeed (2019). "Visible light photocatalytic degradation of microplastic residues with zinc oxide nanorods". Environmental Chemistry Letters. 17 (3): 1341-1346. doi:10.1007/s10311-019-00859-z.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]