2023 Fiscal Year Annual Research Report
The Analysis of Thermo-Oxidative Degradation of Polymer Materials by CL-ST-ESR
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21K05146
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| Research Institution | Kyoto Institute of Technology |
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Principal Investigator |
坂井 亙 京都工芸繊維大学, 材料化学系, 教授 (70263176)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 高分子劣化 / 自動酸化劣化 / ラジカル反応 / 電子スピン共鳴 / ケミルミネッセンス / ポリプロピレン |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は，過酸化状態を分析するケミルミネッセンス（CL）測定と、短寿命ラジカル種を分析するスピントラップ-電子スピン共鳴（ST-ESR）測定とを同時に行うCL-ST-ESR手法を独自開発し，酸素存在下において高分子材料が示す熱酸化劣化反応の途中で生じる過酸化物質およびラジカル反応中間体が示す挙動の相関性を詳しく調べた。
初年度は，未酸化ポリプロピレン（PP）の熱劣化についてST-ESR測定を中心に解析を進め，非酸化熱劣化の基本的なラジカル反応経路を解明した（論文2022年）．また，別途購入したCL検知システムについて，センサー高感度化，光ファイバー大口径化，および分光フィルター部導入を行い，CL-ESR測定システムを開発した．2年度目は，酸化処理PP試料の熱酸化劣化を分析し，過酸化由来のオキシラジカルやカルボニルラジカルの観測に成功し，過酸化状態とCL発光との相関性を見出した（論文2022年）．
3年度目は，偶然更新された新ESR測定装置に合わせてCL検知システムの改良を行い，光学フィルターによるCL分光解析を進め，酸化処理後PPにおいて，融点以下および以上においてそれぞれ約450 nm以下および以上に発光ピークをもつ2種の活性種の存在を明らかにし，これらのCL挙動はカゴ反応1分子反応および衝突型2分子反応に帰属された．さらに，耐熱性が高いナイロン66（PA66）についてCL-ST-ESR分析を行い，実用温度範の200 ℃以下においても熱分解および過酸化のラジカル反応が生じることを示し，過酸化部位の特定に成功した（論文2023年）．
以上，本研究は，CL-ST-ESRによる分析手法の，高分子材料の熱酸化劣化反応の解析に対する高い有用性を示すことができた．今後，装置感度や解析手法の改善により，他の高分子材料の酸化劣化に関しても応用可能であり，より詳細かつ実用的な情報を得られることが大いに期待される．
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