Schimbarea Proprietăților Polistirenului pentru Folosirea Acestuia în Ambalaje Biodegradabile

Abstract

În scopul de a creşte degradabilitatea polistirenului (PS) şi de policlorurii de vinil (PVC), acestea au fost modificate prin introducerea de cetone în proporţie de 1-5 % (acetofenonă sau benzofenonă). A fost studiată Influenţa radiaţiilor UV asupra filmelor subţiri din polimeri modificate în acest fel. Modificările în structura chimică a PS şi PVC au fost studiate cu ajutorul spectroscopiei FTIR şi UV-VIS, reacţiile de degradare au fost monitorizate prin determinarea greutate moleculară medii şi polidispersităţii prin cromatografia cu gel, iar reacţiile reticulare au fost estimate prin determinarea conţinutului masei de gel insolubil. Proprietăţile mecanice au fost studiate cu ajutorul măsurătorilor standard de testare prin tracţiune. S-a constatat că cetonele folosite, în calitate de sensibilizatori şi / sau de iniţiatori, a cauzat unele schimbări considerabile de stabilitate fotochimică a ambelor polimeri. Fotodegradarea oxidativă a PS, efectuată în aceleaşi condiţii şi în prezenţa aceleaşi cantităţi de aditivi, este accelerată de o rată considerabil mai mare în comparaţie cu procesele similare care au loc în PVC. Diferenţele în cursul proceselor fotochimice ale ambelor polimeri iradiaţi sunt legate de miscibilitatea diferită a componentelor. În acelaşi timp, eficienţa limitată de fotoreticulare şi doar o uşoară deteriorare a proprietăţilor mecanice, în PS cu adaos de acetofenonă sau benzofenonă sugerează posibilitatea de a utiliza astfel de compoziţii pentru fabricarea de materiale plastice degradabile în mediul natural.

Cuvinte cheie: polistiren; policlorura de vinil, degenerarea fotooxidativă; materiale degradabile de ambalare

1. Introducere

Policlorura de vinil (PVC) şi polistirenul (PS) sunt, după poliolefine, cei mai răspândiţi polimeri, atât în industrie cât şi în viaţa de zi cu zi, înlocuind cu succes unele materii prime naturale.

Materialele plastice din PS si PVC utilizate în industria materialelor de ambalaj au o pondere considerabilă în deşeurile depozitate, prin urmare, accelerarea descompunerii lor este deosebit de dorită. Este cunoscut faptul că, în general, cei mai importanţi factori care induc procesele de degradare a polimerilor din deşeuri în mediul natural sunt: razele de soare, schimbările de temperatură, umiditatea, impurităţi de natură diferită (inclusiv anorganice şi compuşi organici chimici), precum şi bacteriile şi mucegaiurile. Etapele individuale specifice de descompunere sunt frecvent interdependente una de alta. Bacteriile mai uşor atacă lanţuri scurte de polimeri cu grupe chimice cu atomi de oxigen (la capete sau în interiorul acestora). Polimeri ramificaţi şi reticulaţi sunt, totuşi, mai puţin sensibili la biodegradare. Prin urmare, cursul proceselor iniţiale induse în polimeri de lumină, căldură şi de umiditate este foarte important pentru descompunerea în continuare a polimerului în timpul atacului de microorganisme. Se presupune că o anumită creştere a biodegradabilitaţii plasticului poate fi atins prin expunerea acestora la iradiere preliminară în care lanţurile de polimer devin mai scurte, ca urmare a fotodegradării. Dacă iradierea se desfăşoară în aer, se vor forma unele grupări care conţin atomi de oxigen (de exemplu, carbonil şi / sau hidroxil / hidroperoxid) în structura macromoleculelor ca o consecinţă a fotooxidării. Studiile care susţin acest aspect au fost până acum de un caracter fragmentar. Creşterea în continuare a problemei în legătură cu cantităţile mai mari de ambalaje utilizate realizate din materiale plastice creează necesitatea de cercetare sistematică mai mare în acest domeniu de a se orienta spre dezvoltarea de metode eficiente, ieftine, şi ecologice în utilizarea de materiale care fac obiectul deşeurilor.

Scopul acestei lucrări a fost de a studia efectul conţinutului mic de substanţe cu greutate moleculară mică, organice, cum ar fi benzofenona sau acetofenona asupra transformărilor fotochimice din filmele de polistiren şi de policlorură de vinil. Fotodegradarea oxidativă a PS şi PVC modificate prin adăugarea de cetone mai sus-menţionate a fost efectuată în mod accelerat prin utilizarea unei surse artificiale de radiaţii UV.

Este cunoscut faptul că, în general, cetonele organice, din cauza prezenţei de grupări C = O, grupuri de absorbţie a radiaţiilor UV, la aproximativ 270-280 nm, sunt unele dintre cele mai importante grupuri de compuşi de accelerare a reacţiilor fotochimice în polimeri. Absorbţia radiaţiilor UV în timpul excitării moleculelor, care apoi pot să se descompună, duce la formarea de radicali mici activi, capabili să iniţieze o degradare în polimerul dat. Aceştia pot transfera, de asemenea, energia lor de excitare macromoleculelor vecine, care apoi pot fi supuse unor procese fotochimice secundare. Atât photoiniţierea şi fotosensibilizarea cauzată de anumiţi compuşi de absorbţie a radiaţiilor UV, contribuie în mod considerabil la creşterea degradabilităţii polimerilor, care sunt, prin natura lor, greu susceptibili (sau chiar total nesusceptibili), la descompunerea fotochimică. Analiza proceselor fotochimice care rulează simultan în probele de polimer de compoziţie diferită, precum şi de identificare a produselor de fotodegradare, pot permite evaluarea utilităţii cetonelor organice testate pentru obţinerea de materiale plastice de fotodegradabilitate crescută, şi, prin urmare, de asemenea, de biodegradabilitate mai mare.