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Wenn Sie eine Retro-Spielkonsole oder eine alte Rolle Packband besitzen, haben Sie gesehen, wie Kunststoffe im Laufe der Zeit vergilben. Obwohl die Ursache für diese Farbveränderung lange Zeit auf die Bildung von Molekülen zurückgeführt wurde, die als Farbstoffe fungieren, blieben die tatsächlichen chemischen Veränderungen, die dabei stattfinden, unerklärt. Jetzt haben Forscher in der Zeitschrift ACS Applied Polymer Materials chirale Nanostrukturen auf der Oberfläche als mögliche Schuldige identifiziert.
Lebensdauer verlängern
Zu verstehen, wie und warum sich Polymere mit zunehmendem Alter zersetzen, ist der Schlüssel zur Entwicklung von Alternativen, die diese Wege vermeiden und Kunststoffprodukten eine längere Lebensdauer verleihen können. Bei einem der am häufigsten verwendeten Kunststoffe, Polyethylen, wird seit langem vermutet, dass ultraviolettes (UV-)Licht - das gleiche Licht, das uns Sonnenbrand beschert - Reaktionen im Rückgrat der Polymerstruktur auslöst, die die gelbe Farbänderung verursachen. Obwohl nach der Bestrahlung mit UV-Licht chemische Veränderungen im Polymergerüst von Polyethylen beobachtet wurden, können diese neuen Strukturen nicht für die Gelbfärbung von Polyethylen verantwortlich sein. Eine neue Möglichkeit, die Farbe und die Art und Weise, wie Kunststoffe mit Licht interagieren, absichtlich zu verändern, ist die Schaffung von supramolekularen" Strukturen in Nanogrösse auf der Oberfläche, die die Eigenschaften von Kunststoffen in kontrollierbarer Weise beeinflussen. Inspiriert von diesen oberflächenbasierten Technologien wollten Margaret M. Elmer-Dixon, Melissa A. Maurer-Jones und Kollegen herausfinden, ob solche Nanostrukturen, die unbeabsichtigt durch UV-Licht entstehen, die Ursache für die Vergilbung von Polyethylen sein könnten.
Die Forscher untersuchten zunächst, ob mögliche Strukturen, die sich auf der Oberfläche vergilbter Polyethylenfolien gebildet hatten, mit zirkular polarisiertem Licht wechselwirkten, einer Art von Licht, dessen Wellen sich mit einer Rechts- oder Linksdrehung ausbreiten. Die Menge an zirkular polarisiertem Licht, die von der Folie absorbiert wurde, änderte sich in diesen Experimenten in Abhängigkeit von der Ausrichtung der Folie, was darauf hindeutet, dass der vergilbte Kunststoff neue chemische Strukturen enthält, die chiral sind, d. h. sie sind richtungsabhängig und nicht identisch mit ihren Spiegelbildern. Weitere Experimente zeigten, dass der grösste Teil des Abbaus während der Vergilbung der Folien auf der Oberfläche der Folien stattfand. Das Team kam zu dem Schluss, dass sich chirale chemische Strukturen auf den Oberflächen der Polyethylenfolien während der Einwirkung von UV-Licht bilden und eine mögliche Ursache für die gelbe Farbe alter Kunststoffe sind. Diese Erkenntnisse könnten den Forschern helfen, Kunststoffprodukte zu entwickeln, die länger halten, bevor sie unansehnlich oder unbrauchbar werden.
Literatur
- Margaret M. Elmer-Dixon et al.; Could Superficial Chiral Nanostructures Be the Reason Polyethylene Yellows as It Ages?; ACS Appl. Polym. Mater. 2022