[論文レビュー] Optical properties (uv-vis and ftir) of gamma irradiated polymethyl methacrylate (pmma)

V. N., C. Mukherjee+1 more|arXiv (Cornell University)|Oct 27, 2016

Polymer Nanocomposite Synthesis and Irradiation被引用数 11

ひとこと要約

本研究は、ガンマ線被曝したポリメチルメタクリレート（PMMA）フィルムのUV-VisおよびFTIR光学応答を調査し、吸収帯と機能性基の挙動に被曝線量依存性の変化が生じることを明らかにした。主な発見として、10 kGyで可視光域の吸収ピークが観察され、色中心の生成に起因するものであり、50 kGyで飽和し、500 kGyでカルボニル基の脱重合に起因する吸収の逆転が生じた。水分吸収は1600および3600 cm⁻¹での広帯域吸収に寄与した。

ABSTRACT

The effect of gamma irradiation on the UV-Vis and FTIR spectroscopy of polymethyl methacrylate (PMMA) foils has been studied. A new absorption band is observed in the visible spectral range due to color centers induced in the gamma irradiated PMMA. This band shows maximum absorption (low transmission) for 10 kGy irradiation, which decreases and saturates after 50 kGy followed by a further increase at 500 kGy. The FTIR peaks show an increased absorption up to ~100 kGy irradiation, which reverses for higher doses. Broad band absorption is observed in FTIR spectra around 1600 and 3600 cm-1 due to absorption of moisture in the irradiated samples. The reduction in the absorption intensity at 1718 cm-1 in the irradiated PMMA (> 100 kGy) is found associated with the demerization of the carbonyl groups. An initial increase in the absorption of FTIR peaks with increase in the doses of irradiation is due to increased cross linking in the PMMA structure that is induced by the absorption of moisture. The demerization of carbonyl groups becomes dominant at higher doses of irradiation (~500 kGy).

研究の動機と目的

• UV-VisおよびFTIR分光法を用いて、ガンマ線被曝下におけるPMMAの光学的応答を分析すること。
• 被曝によって生成・進化する色中心の特定。
• 水分吸収がFTIRスペクトル特徴に与える影響の調査。
• 特にカルボニル基の挙動に注目し、被曝線量依存性の構造的変化を特定すること。
• 異なる被曝線量における架橋反応と分解反応の相互作用を理解すること。

提案手法

• 10〜500 kGyの被曝線量でPMMAフィルムをガンマ線被曝した。
• UV-Vis分光法を用いて透過度を測定し、可視光域に新たな吸収帯が現れるかを特定した。
• FTIR分光法を用いて、特にカルボニル基（1718 cm⁻¹）、O-H基（3600 cm⁻¹）、C=O基（1600 cm⁻¹）の振動の変化を分析した。
• 被曝線量の増加に伴うスペクトル変化を比較し、構造的変更を相関づけた。
• 1600および3600 cm⁻¹における水分感受性吸収帯を用いて、環境との相互作用を推定した。
• 100 kGyを超える線量で1718 cm⁻¹における吸収ピーク強度の低下を分析し、カルボニル基の脱重合を推定した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ガンマ線被曝は、PMMAのUV-Vis吸収スペクトル、特に可視光域にどのように影響を与えるか？
• RQ2 被曝PMMAに新たな吸収帯が現れる原因は何であり、線量に応じてどのように変化するか？
• RQ3 水分吸収は、ガンマ線被曝PMMAのFTIRスペクトルにどのように影響を与えるか？
• RQ4 高線量被曝（100 kGy以上）におけるPMMAのカルボニル基にどのような構造的変化が生じるか？
• RQ5 ガンマ線被曝下における架橋反応と分解反応の競合は、どの程度顕著に現れるか？

主な発見

• 色中心の生成に起因する可視光域に新たな吸収帯が出現し、10 kGyでピークに達し、50 kGyで飽和した後、500 kGyで再び増加した。
• FTIRスペクトルでは、約100 kGyまで吸収が増加し、これは架橋反応と水分吸収に起因するとされたが、高線量で逆転が観察された。
• FTIRスペクトルにおける1600および3600 cm⁻¹での広帯域吸収は、被曝試料における水分吸収に起因する。
• 100 kGyを超える線量で1718 cm⁻¹における吸収の低下は、カルボニル基の脱重合を示しており、放射線分解の兆候である。
• FTIRピーク強度の初期上昇は、架橋反応と水分吸収に起因するが、500 kGyでは脱重合が支配的となった。
• 架橋と分解の相互作用は線量依存的であり、極めて高線量では分解機構が優勢となった。