如何鉴别聚合物的老化程度?

现代社会依赖于聚合物,例如聚丙烯或聚乙烯塑料,它们被应用于食品容器、汽车零件、医疗器械等各个领域。但是当聚合物老化时,材料容易破裂或产生其他影响。现在,ACS Central Science的研究人员开发了一种鉴别聚合物老化程度的可视化方法。

加热聚丙烯薄片30-150分钟会导致老化,科学家们可以在此放大的横截面中看到蓝色荧光。图片来源:改编自ACS Central Science 2020,DOI:10.1021 / acscentsci.0c00133

研究背景

热量、阳光、氧气和湿度都会导致聚合物随时间降解。在早期阶段,聚合物链断裂,产生官能团(例如羟基),并产生自由基,从而加速老化过程。科学家已经开发出方法来研究更高级的聚合物老化迹象,但是这些技术无法提供微观的3D图像,而且大多数技术还不足以检测早期老化。

田睿、赵超和他的同事想找到一种方法来可视化3-D中聚丙烯和聚乙烯聚合物的老化过程。这种技术可用于检测老化的聚合物,以便可以在出现故障之前对其进行维修或更换新部件。

研究过程及结果

研究人员的方法基于一种称为DBPA的市售荧光染料,该染料可以在链断裂时特异性地附着在聚合物的羟基上。该小组在140 F下加热了聚丙烯或聚乙烯的薄板,然后将塑料浸泡在DPBA溶液中,以用羟基染色老化的部位。

当研究人员在共聚焦显微镜下观察这些薄片时,他们发现聚合物中的老化位点(随着荧光标记的羟基显示)随着时间的推移变得越来越深,越来越宽且越来越频繁。当片材暴露于较高温度下时,该方法检测到更快的聚合物老化。

据研究人员所知,荧光技术是第一个可以灵敏地监测聚合物的技术 3-D老化,这将有助于在最早阶段识别劣化的聚合物。

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