플라스틱이 햇빛에 노출되면 색이 바래고 약해지는 이유는 어떤 화학 변화 때문인가요?
안녕하세요. 투명플라스틱 케이스를 오래 사용하다보면 색이 바래는 것을 볼 수 있는데요, 플라스틱이 햇빛에 노출되면 색이 바래고 약해지는 이유는 어떤 화학 변화 때문인가요?
안녕하세요. 정철 박사입니다.
햇빛에는 여러가지 파장의 빛이 있습니다 단파장부터 장파장까지 그중 자외선은 에너지가 강하기 때문에 장시간 노출시 변성등의 문제가 발생합니다
안녕하세요.
플라스틱이 햇빛에 오래 노출되면 색이 바래고, 잘 부서질 정도로 약해지는 현상은 주로 자외선(UV)에 의한 광화학적 분해 때문입니다.
햇빛에는 자외선(UV-A, UV-B, UV-C)이 포함되어 있으며, 이 자외선은 에너지가 매우 높은데요, 이 에너지는 플라스틱의 탄소-탄소 결합(C–C)이나 탄소-수소 결합(C–H)보다 크기 때문에, 자외선이 닿으면 고분자 사슬의 결합이 끊어지게 됩니다. 이 현상을 광분해라고 하는데, 자외선의 광자가 고분자 내의 전자를 들뜨게 만들어 결합을 끊는 것입니다.
이때 자외선은 플라스틱의 결합을 끊어 자유 라디칼(•)을 생성하는데요, 생성된 라디칼이 공기 중의 산소(O₂)와 결합하여 과산화 라디칼(ROO•)을 만들고, 이는 다시 다른 고분자 사슬을 공격하여 연쇄적으로 결합을 끊습니다. 이 과정에서 알데하이드(-CHO), 카복실산(-COOH), 케톤(=O) 등의 산화 생성물이 생깁니다. 연쇄 반응이 계속되면 고분자 사슬이 짧아지고, 재료의 분자량이 감소하며 그 결과 유연성이 줄고, 쉽게 깨지거나 부서지는 물리적 특성의 저하가 나타납니다.
이때 산화 과정에서 공액 이중결합(–C=C–C=O–) 구조가 형성되면, 빛을 흡수하는 파장이 변해 황색 또는 갈색 빛깔로 변합니다. 처음의 투명하고 깨끗한 색이 점점 노랗게 변하거나 탁해지는 현상이 바로 이 때문이라고 보시면 되겠습니다. 감사합니다.