[논문 리뷰] Optical properties (uv-vis and ftir) of gamma irradiated polymethyl methacrylate (pmma)

V. N., C. Mukherjee외 1명|arXiv (Cornell University)|2016. 10. 27.

Polymer Nanocomposite Synthesis and Irradiation인용 수 11

한 줄 요약

이 연구는 감마선 조사된 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA) 필름의 자외선-가시광선 및 FTIR 광학 반응을 조사하여 흡수 밴드와 기능기 행동의 용량 의존적 변화를 밝혀냈다. 주요 발견은 10 kGy에서 색 중심 형성으로 인해 가시광선 투과도가 최고조에 도달하고 50 kGy에서 포화되며, 500 kGy에서 탈중합으로 인해 카보닐기 투과도가 반전되는 것으로, 수분 흡착으로 인해 1600 및 3600 cm⁻¹에서 넓은 투과도가 관찰된다.

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).

연구 동기 및 목표

• 감마선 조사 조건에서 PMMA의 광학 반응을 UV-Vis 및 FTIR 분광법을 이용해 분석하기.
• 조사로 인한 색 중심의 형성과 진화를 규명하기.
• 수분 흡착이 FTIR 스펙트럼 특성에 미치는 영향을 조사하기.
• 특히 카보닐기 행동의 용량 의존적 구조적 변화를 규명하기.
• 다양한 조사 용량에서 교차결합과 분해 간의 상호작용을 이해하기.

제안 방법

• 10에서 500 kGy의 조사 용량으로 PMMA 필름에 감마선 조사 수행.
• UV-Vis 분광법을 이용해 투과도 측정 및 가시광선 범위 내 신규 투과 밴드 식별.
• FTIR 분광법을 이용해 기능기 변화 분석, 특히 카보닐기(1718 cm⁻¹), 수산기(O-H, 3600 cm⁻¹), C=O(1600 cm⁻¹) 진동 분석.
• 조사 용량 증가에 따른 스펙트럼 변화 비교를 통해 구조적 변화 상관관계 규명.
• 환경 상호작용를 추론하기 위해 1600 및 3600 cm⁻¹에서의 수분 민감성 투과 밴드 활용.
• 100 kGy 이상에서 1718 cm⁻¹에서의 투과도 강도 감소를 분석하여 탈중합 추론.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 감마선 조사가 PMMA의 UV-Vis 투과 스펙트럼, 특히 가시광선 범위에 미치는 영향은 무엇인가?
• RQ2 조사된 PMMA에서 새로운 투과 밴드가 나타나고 진화하는 원인은 무엇이며, 이는 용량에 따라 어떻게 변화하는가?
• RQ3 수분 흡착은 감마선 조사된 PMMA의 FTIR 스펙트럼에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ4 고용량 조사(>100 kGy)에서 PMMA의 카보닐기에서 발생하는 구조적 변화는 무엇인가?
• RQ5 감마선 조사 조건에서 교차결합과 분해 과정이 얼마나 경쟁적으로 작용하는가?

주요 결과

• 색 중심 형성으로 인해 가시광선 범위에 새로운 투과 밴드가 나타나며, 이는 10 kGy에서 강도가 최고조에 도달하고 50 kGy에서 포화된 후 500 kGy에서 다시 증가한다.
• FTIR 스펙트럼은 약 100 kGy까지 투과도가 증가하며, 이는 교차결합과 수분 흡착으로 인한 것으로 보이며, 높은 용량에서 반전된다.
• FTIR에서 1600 및 3600 cm⁻¹에서의 넓은 투과도는 조사된 샘플에서 수분 흡착과 관련이 있다.
• 100 kGy 이상에서 1718 cm⁻¹에서의 투과도 감소는 카보닐기의 탈중합을 나타내며, 이는 방사선 분해의 징후이다.
• 초기 FTIR 피크 강도 증가는 교차결합과 수분 흡착에 의해 주도되며, 500 kGy에서는 탈중합이 지배적이다.
• 교차결합과 분해 간의 상호작용은 용량에 따라 달라지며, 매우 높은 용량에서 분해 메커니즘이 지배적이다.