文摘
高密度聚乙烯薄膜的结构变化特性(HDPE),低密度聚乙烯(LDPE)电影,可降解聚乙烯(PE-BIO)和oxodegradable聚乙烯(PE-OXO)电影暴露于紫外线辐射进行了研究。羰基的和乙烯索引、结晶相分数和二向色性比是用来评估这些聚合物的光致氧化。结果表明,LDPE和HDPE进行主要的氧化程度和增加结晶相分数比较PE-BIO PE-OXO。如果LDPE和HDPE进行预处理是一个精确的uv - b辐射剂量之前不同的商业使用或在其最后的性格,他们可以成为可降解材料的选择不添加有机代理或敏化的必要性。
1。介绍
的广泛使用聚乙烯PE包装电影由于其力学性能,使生产机械强大的电影(1]。这些塑料薄膜积累在环境中由于其降解性低,产生污染和垃圾填埋场的积累。此外,因为电影的质量非常小,通常污染,回收是经济上不可行2]。
聚乙烯有一个简单的和半晶质的分子结构,高分子量但不容易降解的自然环境,因为它不吸收紫外线辐射(3,4];然而,杂质的存在就像催化剂残留,可塑剂,抗氧化剂可以诱导PE吸收紫外线辐射(5- - - - - -8]。这些属性,使塑料材料的选择对于许多应用程序,尤其是一次性包装,一起使用的增加也创建了处理问题的这些产品的使用寿命9]。
近年来,由于低的降解性PE、降解PE的必要性已成为一个主要的研究课题,因此有机分子和prooxidants剂在聚乙烯的分子结构,包括为了获得生物降解(PE-BIO)和oxodegradable (PE-OXO)材料,分别是(9- - - - - -12]。
聚合物的降解主要是因为光致氧化和thermooxidation反应(6,7,13,14),导致的断链和交联聚合物骨干,形成羰基(C = O)和乙烯基(CH2= CH)组,最后,构象和聚合物的结晶度的变化15- - - - - -17]。体育是一个低降解性聚合物,因为它主要由碳碳和碳氢键(债券)的键能的订单300 - 600焦每摩尔。
退化状态的原则被分子吸收一定的能量超过键能为了引起降解。所以,a辐射能量不足以打破化学键的PE和引起聚合物的降解18]。uv - b辐射在带来photodamage尤其高效合成聚合物。
虽然UV-C有足够的能量来打破债券,它不是一个常用的技术在塑料的降解,因为塑料材料失去了他们的机械性能;此外,UV-C由太阳辐射被吸收到大气,不达到地球表面(2]。
红外光谱是一种有用的技术来确定各种聚合物结晶度的变化程度的(19]。红外光谱的半晶质的体育提供了一个分岔的乐队在710 - 750厘米−1、摇摆振动的亚甲基组(CH2)从无定形和结晶相,以及分岔乐队在1450 - 1480厘米−1这是由于亚甲基的摇摆振动(CH2)集团的结晶相20.,21]。
分子链的取向和构象影响聚合物的力学性能。红外吸收带的特异性特定化学官能团使得红外光谱测量链取向特别具有吸引力。对于一个给定的吸收带,二向色性比参数通常用于描述在拉伸聚合物光学各向异性的程度。二向色性比测量需要两个不同的样品的吸光度光谱,平行()和垂直()聚合物拉伸方向。二向色性比定义的(21- - - - - -23]。
PE的光降解,如氧化产品的形成、分子量、结晶度,已经被其他作者的特点使用差示扫描量热计(DSC)等工艺,电子显微镜(SEM)、x射线衍射(XRD)、红外光谱(FTIR) [5,24- - - - - -27]。本文在修改的uv - b辐射的影响,LDPE和HDPE,和修改,PE-BIO PE-OXO,体育电影被羰基指数的变化,评估指数,乙烯结晶相分数,二向色性比。
2。实验
2.1。材料
LDPE, HDPE, PE-BIO PE-OXO袋样本获得超市的阿瓜斯卡达特斯墨西哥。这些袋子是在墨西哥和商业化在拉丁美洲(28]。这些包都是来自不同的供应商为了收集市场上最具代表性的。
128个样本,40×50毫米厚度为0.05毫米,低密度聚乙烯(LDPE)、高密度聚乙烯(HDPE),生物可降解聚乙烯(PE-BIO)和oxodegradable聚乙烯(PE-OXO)进行了分析。
2.2。PE的光降解
体育电影辐照为3.5×10−4W /厘米2紫外线灯(280和320海里)。样本从灯安装在机架在5厘米。样本分析各种技术以固定时间间隔(0、5、15、30、45、60天)。
2.3。评价光降解
PE的光降解特点是用衰减全反射红外光谱(ATR),使用分光光度计热Nicolet模型iS10锗镜(Ge),和一个2厘米的分辨率−1在650 - 4000厘米−1。
2.3.1。羰基指数
羰基指数()是计算使用(1在1740厘米)、红外吸收带−1(),和羰基伸缩振动(C = O);1835厘米的吸光度−1()作为参考27]: 在哪里样品的厚度(毫米)。
2.3.2。乙烯基指数
乙烯基指数()是计算使用(2),比吸光度的乐队在909厘米−1 乙烯基的伸缩振动=,吸光度在2020厘米−1(27]:
2.3.3。结晶相分数
聚乙烯结晶相分数计算综合强度的红外吸收带的亚甲基(CH2在717厘米)−1()、非晶相分数和结晶相分数,730厘米−1 根据(3);红外波段的综合强度计算使用高斯拟合这些乐队(19,29日]:
2.3.4。二向色性比
PE的二向色性比暴露于紫外线辐射计算通过使用红外光谱吸光度为1460厘米−1对应的摇摆振动亚甲基组(CH2PE的结晶相(23]。
3所示。结果与讨论
3.1。红外光谱法
红外光谱的LDPE, HDPE, PE-BIO, PE-OXO没有暴露于uv - b辐射图所示1;这些光谱显示PE的红外波段特点:伸缩振动的碳氢(CH)群主链在2772 - 3038厘米−1和亚甲基的摇摆,摇摆振动(CH2)在1440 - 1490厘米−1和700 - 750厘米−1分别为(20.,30.]。红外光谱的HDPE和PE-BIO显示一个高峰在700 - 750厘米−1在1440 - 1490厘米−1因为他们是聚合物的线性结构,而对于低密度聚乙烯和PE-OXO,这些相同的乐队是分为两部分,因为他们是支化聚合物。
PE-BIO薄膜的红外光谱显示的红外吸收1740厘米−1,羰基伸缩振动(C = O),而红外光谱PE-OXO电影展示了一个红外吸收带的909厘米−1伸缩振动的乙烯基群(CH2= CH);这些官能团生色团团体和被认为是体育的光化学反应的前体(2]。
3.1.1。羰基指数
PE薄膜的光致氧化暴露于紫外线辐射是根据反应机理开发诺里什II型(31日,32),视为均裂反应包括四个步骤:启动,传播,链分支,和终止33]。造成的起始步骤主要是氢过氧化物在聚合反应形成的PE、分解的uv - b辐射的影响,导致形成的官能团如羟基、羰基酐,。当紫外线辐射剂量的增加,活性化学组三级碳反应和形成乙烯基组(18,34]。PE具有更大的叔碳原子在其分子结构提供了一个更大程度的光致氧化,因为分支控制的程度更不稳定氢与叔碳原子(18]。当增加剂量的uv - b辐射对体育电影,羰基和乙烯基组可以作为一个研究表明聚合物骨干分离(35]。羰基和乙烯基组被认为是体育的主要原因(8];因此,羰基指数()和乙烯基指数(参数被用来评估紫外线辐射的影响在体育电影(33,36]。
LDPE和HDPE电影提供了一个类似的行为:它增加暴露于紫外线辐射的第五天,表明这一次这些聚合物的光致氧化后将开始;从5到30天的暴露于紫外线辐射,增加了因光致氧化稳定剂和增塑剂在LDPE和HDPE (26];从30到60天暴露于紫外线辐射的增加表明更大的聚合物骨干断开。因为低密度聚乙烯是一种支材料,它有一个更大的叔碳的数量,这使得它更容易进行光致氧化反应;所以,低密度聚乙烯大于其他三种类型的体育;参见图2。
的红外光谱PE-BIO电影没有暴露于uv - b辐射呈现的特征红外波段羰基(1640厘米−1),表明PE-BIO材料在制造过程中被氧化。C = O的浓度减少前5天暴露于紫外线辐射;乐队强度降低,因为这官能团是容易发生光致氧化反应的uv - b辐射效应,因此,羰基指数降低;参见图2(18]。从5到30天的暴露于紫外线辐射,PE-BIO仍相对稳定由于羰基的存在以来暴露于uv - b辐射减慢PE-BIO的光致氧化。从30至60天,增加指数因光致氧化稳定剂和增塑剂的聚合物。
PE-OXO不接受光致氧化反应在第一次30天的暴露于紫外线,由于prooxidants代理的内容,过渡金属,导致抑制紫外线辐射的影响下的氢过氧化物分解(18),诱导聚合物的光致氧化,放缓羰基的形成。暴露于紫外线辐射后30天,prooxidants倾向于减少造成的减速效果略有增加聚合物材料。
3.1.2。乙烯基指数
在图3,乙烯基指数()的LDPE, HDPE, PE-BIO PE-OXO显示。从0到60天的暴露于紫外线辐射,LDPE, HDPE, PE-BIO往往会增加近乎线性趋势;这是由于脆化过程和打破债券的树枝聚合物骨干的叔碳原子,而产生乙烯基群的形成(33]。
PE-OXO并不增加在整个曝光时间与紫外线辐射,由于prooxidant代理,过渡金属,它参与均裂反应时不允许脆化材料过程中,光致氧化后(2,37]。
3.2。结晶相分数
聚合物是半晶质固体聚合物的无定形和结晶区矩阵。结晶度取决于聚合过程。聚乙烯薄膜的结晶相分数从0增加到45天暴露于紫外线辐射,由于新晶体的形成区域分解的物质结果树枝聚合物骨干和弯曲自己(38];然而,在45天的暴露于紫外线辐射,由于去晶结晶相分数降低的过程,也就是说,小晶体的形成和随后的重排的结晶区。
HDPE几乎是线性聚合物的结晶度高,所以它的结晶相分数比LDPE有不同的行为,PE-BIO, PE-OXO。从0到15天暴露于紫外线辐射,HDPE开始其脆化过程,形成新的结晶区域,导致结晶相分数的增加;从15到60天暴露于紫外线辐射的结晶相分数降低,因为增加的剂量的uv - b辐射的材料原因去晶过程(39]。的结晶相分数PE-BIO PE-OXO显示在实验中不断增加,减缓只从15到30天的暴露于紫外线辐射。这种行为可能是由于羰基化合物的存在和prooxidant剂在聚合物分子,分别。
3.3。二向色性比
二向色性比LDPE, HDPE, PE-BIO PE-OXO暴露于紫外线如图5。二向色性比的增加对LDPE和HDPE电影是因为脆化过程面向自故障分支的平行于聚合物骨干;这些分子链面向同一方向的纹理的电影。低密度聚乙烯二向色性比大于HDPE,因为这是一个支化聚合物和聚合物骨干的故障分支是面向平行于拉伸方向的电影,引起更高程度的排序,因此材料的结晶相分数增加;参见图4(40]。
PE-BIO的二向色性比有其最大的增加在第一次30天的暴露于紫外线辐射,由于分解聚合物骨干和重新排序的分支平行于拉伸方向的聚合物;从30到60天的暴露于紫外线辐射,二向色性比保持不变,因为没有其他分支机构既不崩溃也不重新排序。
从0到30天的暴露于紫外线辐射,PE-OXO的二向色性比高于低密度聚乙烯,HDPE, PE-BIO,因为prooxidants代理的存在通常会导致功能性大分子的形成,重新排序平行于拉伸方向的电影39];二向色性比减少从30到60天的暴露于紫外线辐射;这可能是由于prooxidants代理的存在的分子材料,导致功能性大分子下令在不同方向的伸展方向PE-OXO的聚合物链。
4所示。结论
本文修改结构表明,PE, PE-BIO PE-OXO,其中包括有机分子和prooxidants代理,分别以增加其生物降解性,显示出光致氧化程度低于PE修改的结构,LDPE, HDPE,当暴露在相同条件下的暴露于紫外线辐射。
直到45天暴露于紫外线辐射的和PE-BIO和PE-OXO低于LDPE和HDPE;从45到60天的接触,往往是PE-BIO LDPE和HDPE的相同。这些指数的增加意味着增加这些高分子材料的生物降解性。
LDPE和HDPE的结晶相分数进一步增加30天暴露于紫外线辐射,从而影响他们的物理性质如刚度、耐溶解和尺寸稳定性。另外,在第一次30天的暴露于紫外线辐射,所有类型的聚乙烯的二向色性比增加,从而表明从聚合物主干分支断开重新排序平行于拉伸方向的电影。因此,我们得出这样的结论:uv - b辐射诱发的增加结晶度和链的方向,进而产生重要影响的物理性质聚乙烯。
这项工作的结果表明,LDPE和HDPE对uv - b辐射有更高程度的氧化、结晶相的主要增加分数,分子取向和高于PE-BIO PE-OXO,治疗在相同条件下暴露于紫外线辐射。因此,这项研究的结果是,LDPE和HDPE使用正确剂量的uv - b辐射,在其商业用途或最终处置后,可能是一种生物可降解材料的选择,而不需要添加有机或prooxidant代理。这可以作为一种新技术实现相关塑料制造商在LDPE和HDPE聚合物应用于利用environ-ecological方面,减少和恢复的聚合物对环境无害的材料。
PE-BIO和PE-OXO电影的最终部署必须根据塑料制造商建议为了使这些聚合物降解,否则他们不会遭受任何退化和堆积在垃圾场。
利益冲突
作者宣称没有利益冲突有关的出版。