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Atomic scale mechanisms controlling the oxidation of polyethylene: A first principles study

Article dans une revue avec comité de lecture
Auteur
AHN, Yunho
40012 Service de recherches de métallurgie physique [SRMP]
419361 Université Paris-Saclay
ROMA, Guido
40012 Service de recherches de métallurgie physique [SRMP]
92792 CEA-Direction des Energies (ex-Direction de l'Energie Nucléaire) [CEA-DES (ex-DEN)]
ccCOLIN, Xavier
86289 Laboratoire Procédés et Ingénierie en Mécanique et Matériaux [PIMM]

URI
http://hdl.handle.net/10985/20618
DOI
10.3390/polym13132143
Date
2021
Journal
Polymers

Résumé

Understanding the degradation mechanisms of aliphatic polymers by thermal oxidation and radio-oxidation is very important in order to assess their lifetime in a variety of industrial applications. We focus here on polyethylene as a prototypical aliphatic polymer. Kinetic models describing the time evolution of the concentration of chain defects and radicals species in the material identify a relevant step in the formation and subsequent decomposition of transient hydroperoxides species, finally leading to carbonyl defects, in particular ketones. In this paper, we first summarize the most relevant mechanistic paths proposed in the literature for hydroperoxide formation and decomposition and, second, revisit them using first principles calculations based on Density Functional Theory (DFT). Our results partially confirm commonly accepted reaction energies, but also propose alternative, more favourable, reaction paths. We highlight the influence of the environment— crystalline or not—on the outcome of some of the studied chemical reactions. A remarkable result of our calculations is that hydroxyl radicals play an important role in the decomposition of hydroperox-ides. Based on our findings, it should be possible to improve the set of equations and parameters used in current kinetic simulations of polyethylene radio-oxidation.

Fichier(s) constituant cette publication

Nom:
PMM_POLY_AHN_2021.pdf
Taille:
3.070Mo
Format:
PDF
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CC BY
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