Badanie metodą EPR wpływu jonów miedzi na strukturę rodników w napromienionych UV polimerach metakrylowych

Abstract

Pod wpływem promieniowania UV następuje degradacja materiałów polimerowych, czego skutkiem może być pogorszenie lub utrata ich właściwości fizykochemicznych. Na proces fotodegradacji polimerów mogą mieć wpływ różnego rodzaju składniki dodatkowe znajdujące się w ich macierzy i modyfikujące ich strukturę molekularną, jak np. jony metali przejściowych. Wyniki przedstawione w pracy koncentrują się na roli jonów miedzi w procesie fotodegradacji polimerów metakrylowych. W badaniach wykorzystano komercyjnie dostępne materiały hydrożelowe bazujące na kwasie metakrylowym i/lub jego pochodnych, o handlowych nazwach: Alphafilcon A, Etafilcon A, Galyfilcon A, Hilafilcon A, Methafilcon A, Nelfilcon A, Ocufilcon D, Omafilcon A, Polymacon, Tetrafilcon A, Vasurfilcon A, Vifilcon A. Jony miedzi wprowadzane są do materiału poprzez namaczanie w roztworze wodnym. Kationy te wykazują silną tendencję do formowania kompleksów z polimerami jonowymi zawierającymi jednostki kwasu karboksylowego. Ich obecność zmienia obraz reakcji rodnikowych inicjowanych promieniowaniem UV w samym polimerze, o czym świadczą zarejestrowane widma elektronowego rezonansu paramagnetycznego. Powstają wówczas głównie rodniki metakrylowe i towarzyszy temu nieodwracalna przemiana paramagnetycznych jonów Cu2+ w ich stan diamagnetyczny. Liczba tych rodników sprzężona jest z ilością jonów Cu2+ wprowadzonych do matrycy polimerowej, a kluczową rolę w mechanizmie ich powstawania odgrywają ugrupowania, z którymi związane są jony metalu.

UV-radiation leads to the degradation of polymers and this may result in deterioration or loss of their physicochemical properties. The process of photodegradation may be affected by various kinds of additional components, such as the transition metal ions, contained in the polymer matrix and modifying its molecular structure. In this paper the effect of copper ions on the degradative changes in methacrylic polymer after UV-irradiation is considered. In experiments commercially available hydrogel materials based on methacrylic acid and/or its derivatives are used: Alphafilcon A, Etafilcon A, Galyfilcon A, Hilafilcon A, Methafilcon A, Nelfilcon A, Ocufilcon D, Omafilcon A, Polymacon, Tetrafilcon A, Vasurfilcon A, Vifilcon A. The copper ions are introduced into the material by soaking in water solution. The cations have a strong tendency to form complexes with ionic polymers containing carboxylic acid units. The mechanism of radical initiated by UV radiation is different in the presence of copper ions and this is confirmed by registered spectrum of electron paramagnetic resonance. The specific type of methacrylic radicals are mainly produced and it is accompanied by irreversible transformation of paramagnetic Cu2+ ions in their diamagnetic states. The amount of radicals depends on the number of ions introduced into the polymer matrix, and important role in the process of their formation play groups which are linked with metal ions.