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Alterung von Polystyrol

UV-induzierter Abbau

UV-Strahlung führt in Gegenwart von Sauerstoff zum Abbau der Polystyrol-Moleküle.

Standard-Polystyrol absorbiert am stärksten im Bereich zwischen 250 und 280 nm. Da die Erdatmosphäre Wellenlängen unterhalb von 300 nm nahezu vollständig ausfiltert, kommt eine elektronische Anregung in diesem Bereich als Erklärung nicht in Frage.

Stattdessen werden aromatische Ketogruppen, die schon während der Polymerisation in Gegenwart geringer Spuren von Sauerstoff in die Polymerkette eingebaut werden, als Auslöser angesehen.

Abb.1
aromatische Ketogruppe

Aromatische Ketogruppen absorbieren stark im nahen UV-Bereich. Auch die UV-Absorption von Polystyrol oberhalb 300 nm wird auf diese aromatischen Ketogruppen zurückgeführt. Bei elektronischer Anregung durch UV kann eine aromatische Ketogruppe unter Spinumkehr in ein sehr reaktives Biradikal - einen Triplett-Zustand - übergehen. Unter UV-Bestrahlung tritt auch in Polystyrol Radikalbildung auf. Bei hohen Strahlungsdosen bewirken Radikale eine Vernetzung und Versprödung des Materials. Ein Teil der Radikale reagiert mit Luftsauerstoff zu Peroxyradikalen weiter.

R+ O2 ROO

Peroxyradikale und deren abgesättigte Varianten, die Hydroperoxide R-O-O-H und Peroxide R-O-O-R', werden sehr leicht photochemisch gespalten.

Abb.2
Kettenabbau durch Hydroperoxid-Photolyse

Dabei kommt es zum Kettenabbau und zur Entstehung einer weiteren aromatischen Ketogruppe.

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