Photoabbaumechanismus von PEF

Polyethylen-2,5-furandicarboxylat (PEF) Als aufstrebendes biobasiertes Polymer hat es aufgrund seiner umweltfreundlichen Eigenschaften große Aufmerksamkeit erregt. Der Photodegradationsmechanismus ist einer der wichtigen Wege für den PEF-Abbau, der hauptsächlich chemische Reaktionen durch Lichtstrahlung auslöst, die zu Veränderungen der physikalischen und chemischen Eigenschaften des Materials führen.
Der Photoabbau von PEF ist hauptsächlich auf die Einwirkung ultravioletter (UV) Strahlung zurückzuführen. Die Energie des ultravioletten Lichts ist hoch genug, um die chemischen Bindungen in der PEF-Molekülkette, insbesondere die Esterbindungen, aufzubrechen. Bei dieser Spaltungsreaktion entstehen freie Radikale, die wiederum eine Reihe von Kettenreaktionen auslösen. Der Photodegradationsprozess kann in die folgenden Phasen unterteilt werden:
Lichtabsorption: Wenn PEF UV-Strahlung ausgesetzt wird, absorbieren bestimmte chemische Bindungen im Molekül Lichtenergie und werden in einen höheren Energiezustand angeregt.
Kettenspaltung: Die absorbierte Energie führt zum Aufbrechen der Esterbindungen in der Molekülkette, wodurch niedermolekulare Verbindungen und freie Radikale entstehen.
Oxidationsreaktion: Die erzeugten freien Radikale reagieren mit den umgebenden Sauerstoffmolekülen unter Bildung von Peroxiden, die Kettenspaltungs- und Vernetzungsreaktionen weiter fördern.
Photoabbauprodukte
Zu den Photoabbauprodukten von PEF gehören hauptsächlich kurzkettige Polymere und niedermolekulare organische Stoffe. Die Bildung dieser Abbauprodukte beeinträchtigt die mechanischen und optischen Eigenschaften des Materials. Studien haben gezeigt, dass der Photoabbau zu Farbveränderungen und einer verminderten Transparenz von PEF führen kann, was die Verschlechterung seiner physikalischen Eigenschaften widerspiegelt.
Die Geschwindigkeit des Photoabbaus wird durch eine Vielzahl von Faktoren beeinflusst, darunter:
Intensität und Wellenlänge der Lichtquelle: Unterschiedliche Wellenlängen der UV-Strahlung haben unterschiedliche Auswirkungen auf den PEF-Abbau, und das UV-C-Band (200–280 nm) hat im Allgemeinen den größten Einfluss auf den Abbau.
Umweltbedingungen: Umweltfaktoren wie Temperatur, Luftfeuchtigkeit und Sauerstoffkonzentration können den Abbauprozess beeinflussen. Beispielsweise kann eine hohe Luftfeuchtigkeit die Hydrolyse fördern und so den Abbau weiter beschleunigen.
Zusatzstoffe: Dem PEF können bestimmte Lichtstabilisatoren und Antioxidantien zugesetzt werden, um seine Lichtstabilität zu verbessern und die Abbaugeschwindigkeit zu verlangsamen.