The Analysis of Thermo-Oxidative Degradation of Polymer Materials by CL-ST-ESR

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 21K05146
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 34030:Green sustainable chemistry and environmental chemistry-related
• Research Institution: Kyoto Institute of Technology
• Principal Investigator: SAKAI Wataru 京都工芸繊維大学, 材料化学系, 教授 (70263176)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: 高分子劣化 / 自動酸化反応 / 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 / ナイロン

Outline of Final Research Achievements

In this study, a CL-ST-ESR technique that simultaneously performs a chemiluminescence (CL) measurement to analyze peroxidation and a spin-trapping-electron spin resonance (ST-ESR) measurement to analyze short-lived radical species was developed, and the relationship of peroxidants and radical intermediates during the thermo-oxidative degradation of polymer materials was investigated in detail. As a result, a correlation between the formation of peroxidation-derived oxyradicals and carbonyl radicals and CL luminescence in polypropylene was found, and in nylon, the thermo-oxidation radical reactions in the practical temperature range and identified the sites of peroxidation were successfully measured. This method enables the analysis of thermo-oxidative degradation reactions of polymer materials that have not been directly observed before, and is expected to be applied more in the future.

Free Research Field

高分子材料のラジカル反応の解析

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

高分子材料の劣化反応は主にラジカル反応を介して起こるとされているが、その中間体を直接観察した研究例はほとんどなく、これまでは劣化後の状態から帰納的に分析して反応経路が推測されてきた。本研究は、高分子材料の実際の使用環境下で起こる熱酸化劣化を直接的に観察することを目的として、反応途中に生じる短寿命ラジカル種および過酸化状態を同時に調べることのできる手法CL-ST-ESR法を開発し、いくつかの高分子材料の熱酸化劣化を研究対象として、この有用性を実証することができた。本手法は非常に高感度で直接的な反応解析が可能であり，従来は分析が行えなかった領域の情報を得るための手段となることが大いに期待される．