Фотодеградация и фотостабилизация полимеров, особенно полистирола: обзор

Воздействие ультрафиолетового (УФ) излучения может вызывать значительную деградацию многих материалов. УФ-излучение приводит к фотоокислительной деструкции, сопровождающейся разрывом полимерных цепей, образованием свободных радикалов и снижением молекулярной массы, что ухудшает механические свойства и со временем приводит к утрате эксплуатационной пригодности материалов; продолжительность этого процесса непредсказуема. Полистирол (ПС), один из важнейших материалов современной пластмассовой промышленности, широко используется во всем мире благодаря отличным физическим свойствам и низкой стоимости. При УФ-облучении на воздухе полистирол быстро желтеет и постепенно охрупчивается. Механизм фотолиза ПС в твердом состоянии (в пленке) зависит от подвижности свободных радикалов в полимерной матрице и их бимолекулярной рекомбинации. Свободные радикалы водорода очень легко диффундируют через полимерную матрицу, соединяются попарно или отщепляют атомы водорода от молекул полимера. Фенильный радикал обладает ограниченной подвижностью. Он может отщеплять атом водорода от ближайшего окружения либо соединяться с полимерным радикалом или радикалом водорода. Практически все синтетические полимеры нуждаются в стабилизации от неблагоприятного воздействия окружающей среды. Необходимо найти способы уменьшения или предотвращения повреждений, вызываемых такими факторами среды, как тепло, свет и кислород. Фотостабилизации полимеров можно достичь различными способами. Разработаны следующие стабилизирующие системы, действие которых зависит от типа стабилизатора: 1) светозащитные экраны; 2) поглотители УФ-излучения; 3) тушители возбужденных состояний; 4) разложители пероксидов; 5) ловушки свободных радикалов. Считается, что наиболее эффективны тушители возбужденных состояний, разложители пероксидов и ловушки свободных радикалов. Исследования деградации и старения полимеров ведутся чрезвычайно интенсивно, и синтезируются новые материалы с заранее заданным сроком службы. Появляются новые стабилизаторы, хотя механизм их действия иногда изучен недостаточно. Они предназначены для противодействия различным возможным механизмам деградации полимеров: термолизу, термоокислению, фотолизу, фотоокислению, радиолизу и другим процессам. Для увеличения срока службы конкретного полимерного материала особое значение имеют два аспекта деградации: условия хранения и добавление подходящих стабилизаторов. Для достижения этой цели необходимо глубокое понимание механизмов деградации.