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.
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.