[论文解读] 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 11

一句话总结

本研究调查了经γ射线辐照的聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）薄膜在紫外-可见光及傅里叶变换红外光谱（FTIR）下的光学响应，揭示了吸收带和官能团行为随辐照剂量的变化。主要发现显示，在10 kGy时可见光吸收出现峰值，这是由于形成了发色中心，50 kGy时达到饱和，而在500 kGy时由于二聚体解离导致羰基吸收发生反转，同时水分吸收导致在1600和3600 cm⁻¹处出现宽吸收带。

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).

研究动机与目标

• 利用紫外-可见光谱和傅里叶变换红外光谱分析PMMA在γ射线辐照下的光学响应。
• 识别由于辐照导致的发色中心的形成与演变过程。
• 研究水分吸收对FTIR光谱特征改变的影响。
• 确定PMMA中结构变化的剂量依赖性，特别是羰基行为。
• 理解交联与降解过程在不同辐照剂量下的相互作用。

提出的方法

• 将PMMA薄膜在10至500 kGy的辐照剂量范围内进行γ射线辐照。
• 采用紫外-可见光谱测量透射率，并在可见光区域识别新的吸收带。
• 利用傅里叶变换红外光谱分析官能团变化，特别是1718 cm⁻¹处的C=O、3600 cm⁻¹处的O-H以及1600 cm⁻¹处的C=O振动。
• 对比辐照剂量增加时的光谱变化，以关联结构改性。
• 利用1600和3600 cm⁻¹处对水分敏感的吸收带推断环境相互作用。
• 通过分析1718 cm⁻¹处羰基峰强度在超过100 kGy后降低，推断发生二聚体解离。

实验结果

研究问题

• RQ1 γ射线辐照如何影响PMMA的紫外-可见光吸收光谱，特别是在可见光区域？
• RQ2 辐照PMMA中出现并演变的新吸收带由何原因引起，其随剂量如何变化？
• RQ3 水分吸收如何影响γ射线辐照PMMA的傅里叶变换红外光谱？
• RQ4 在高剂量辐照（>100 kGy）下，PMMA中羰基的结构发生了何种变化？
• RQ5 在γ射线辐照下，交联与降解过程在多大程度上相互竞争？

主要发现

• 由于发色中心的形成，可见光区域出现新的吸收带，其强度在10 kGy时达到峰值，并在50 kGy时趋于饱和，随后在500 kGy时再次上升。
• FTIR光谱显示吸收强度在约100 kGy前持续增加，归因于交联和水分吸收，随后在更高剂量下出现反转。
• FTIR光谱中1600和3600 cm⁻¹处的宽带吸收与辐照样品中的水分吸收有关。
• 在超过100 kGy后，1718 cm⁻¹处吸收强度的降低表明发生了羰基的二聚体解离，这是辐射分解降解的标志。
• 随着剂量增加，FTIR峰强度的初始上升由交联和水分吸收驱动，而500 kGy时则以二聚体解离为主导。
• 交联与降解之间的相互作用具有剂量依赖性，高剂量下降解机制占据主导地位。