بررسی ویژگیهای ساختاری واکس های پلی اتیلن با طیف سنجی مادون قرمز
محورهای موضوعی : روش های پیشرفته شناسایی پلیمرها
مینا علیزاده اقدم
1
(دانشگاه صنعتی سهند تبریز، پژوهشکده مواد پلیمری و دانشکده مهندسی پلیمر)
کلید واژه: واکس پلی اتیلن, درجه شاخه ای بودن, اکسیداسیون, پیوند غیر اشباع, بلورینگی,
چکیده مقاله :
واکس¬های پلی¬اتین، اولیگومرهای اتیلن هستند که به دلیل خواص منحصربه¬فرد مانند بلورینگی بالا، خطی بودن و حلالیت کم در حلال¬ها در صنایع مختلفی از جمله الکتروتکنیک، لاستیک، نساجی، تولید کودها و ...کاربرد دارند. طیف¬سنجی مادون قرمز (FTIR) یک آزمون ساده و رایج در شناسایی ویژگیهای شیمیایی و فیزیکی پلی¬اتیلن مانند تعیین ساختار، ترکیب شیمیایی و بلورینگی می¬باشد. خواص فیزیکی یک واکس پلی¬¬اتیلن وابستگی زیادی به میزان شاخه¬ای بودن آن دارد. باند جذب در cm-1 1378 که مربوط به ارتعاشات تغییر شکل متقارن گروه¬های متیل است، برای تعیین تعداد شاخه¬ها و ارتعاشات راکینگ گروه متیل در ناحیه cm-1 1200-800 و متیلن در ناحیه cm-1 770-720 برای شناسایی نوع شاخه¬ها استفاده می¬شود. جذب پیوندهای غیر اشباع وینیل، ترانس¬وینیلن و وینیلیدن و نیز گروه¬های کربونیل که به واسطه اکسیداسیون واکس پلی¬اتیلن در ساختار آن وارد می¬شوند، بررسی شد. با تعیین ضریب جذب یا جذب مولی، ارتباط مقدار جذب با تعداد گونه¬های جذب کننده، طبق قانون بیر-لامبرت مورد مطالعه قرار گرفت. برخی روابط تجربی نیز بر مبنای طیف سنجی رزونانس مغناطیسی هسته به منظور برقراری این ارتباط معرفی شدند. همچنین، ارزیابی بلورینگی واکس با جداسازی جذب دوگانه در محدوده cm-1 730-720 (مربوط به ارتعاشات راکینگ متیلن) به جذب¬های مربوط به ناحیه بلورین و آمورف انجام شد.
Polyethylene waxes are ethylene oligomers with unique properties, high crystallinity, linearity and low solubility in the solvents which provides a variety of applications in different industries such as electrotechnique, rubber, textile, fertilizer production, etc. Infrared spectroscopy (FTIR) is a simple and common analysis to examine the chemical and physical properties of polyethylene such as structure identification, chemical composition and crystallinity evaluation. Physical properties of a polyethylene wax largely depends on its branching degree. Absorption at the wavelength 1378 cm-1 associated with methyl groups symmetric deformation is used for determining the number of branches. Rocking vibration of methyl and methylene groups in the wavelength ranges of 800-1200 cm-1 and 720-770 cm-1 respectively are applied for identification of the branch type. Absorption of vinyl, trans vinylene and vinylidene unsaturation and carbonyl groups introduced into the structure by wax oxidation, were investigated. Absorption intensity was related to the number of absorbing species by molar absorption parameter or absorption coefficient based on the Beer-Lambert law. Some experimental relations were also introduced based on nuclear magnetic resonance spectroscopy. Deconvolution of the double absorption in the range 720-730 cm-1, associated with rocking vibration of methylene groups, to the crystalline and amorphous bands led to the crystallinity estimation.
1. Ciesińska W., Liszyńska B., Zieliński J., Selected Thermal Properties of Polyethylene Waxes, Journal of Thermal Analysis and Calorimetry, 125(3), 1439-1443, 2016.
2. YETGİN S., Characterization of Lubricant Polyethylene Waxes, European Journal of Technique (EJT), 10(2), 489-500, 2020.
3. Gulmine J.V., Janissek P.R., Heise H.M., Akcelrud L., Polyethylene Characterization by FTIR, Polymer Testing, 21(5), 557-563, 2002.
4. Prasad A., A Quantitative Analysis of Low Density Polyethylene and Linear Low Density Polyethylene Blends by Differential Scanning Calorimetery and Fourier Transform Infrared Spectroscopy Methods, Polymer Engineering & Science, 38(10), 1716-1728, 1998.
5. Wang X., Han X., Ren F., Xu R., Bai Y., Porous Organic Polymers-Supported Metallocene Catalysts for Ethylene/1-Hexene Copolymerization, Catalysts, 8(4), 146, 2018.
6. Blitz J.P., McFaddin D.C., The Characterization of Short Chain Branching in Polyethylene Using Fourier Transform Infrared Spectroscopy, Journal of Applied Polymer Science, 51(1),13-20, 1994.
7. Cran M.J., Bigger S.W., Quantitative Analysis of Polyethylene Blends by Fourier Transform Infrared Spectroscopy, Applied Spectroscopy, 57(8), 928-932, 2003.
8. de Kock R.J., Hol P.A.H.M., Bos H., Infrared Determination of Unsaturated Bonds in Polyethylene, Fresenius' Zeitschrift für analytische Chemie, 205(1), 371-381, 1964.
9. Gardette M., Perthue A., Gardette J.-L., Janecska T., Földes E., Pukánszky B., Therias S., Photo- and Thermal-Oxidation of Polyethylene: Comparison of Mechanisms and Influence of Unsaturation Content, Polymer Degradation and Stability, 98(11), 2383-2390, 2013.
10. Materials A.S.f.T., Standard Practice for Determination of Structural Features in Polyolefins and Polyolefin Copolymers by Infrared Spectrophotometry Designation D5576-00. 2000.
11. Materials A.S.f.T., Standard Test Method for Vinylidene Unsaturation in Polyethylene by Infrared Spectrophotometry Designation D3124-98. 2019.
12. Usami T., Takayama S., Identification of Branches in Low-Density Polyethylenes by Fourier Transform Infrared Spectroscopy, Polymer Journal, 16(10), 731-738, 1984.
13. Materials A.S.f.T., Standard Test Methods for Absorbance of Polyethylene Due to Methyl Groups1 at 1378 cm-1 Designation D2238-22. 2022.
14. Popov V.P., Branching of Low-Pressure Polyethylene, Journal of Applied Spectroscopy, 15(6), 1669-1670, 1971.
15. Teranishi K., Sugahara K., The Studies of the Branching and the Crystallinity in Polyethylene by Infrared-method, Kobunshi Kagaku, 23(255), 512-520, 1966.
16. Panin A.N., Sukhova T.A., Bravaya N.M., Triisobutylaluminum as Cocatalyst for Zirconocenes. I. Sterically Opened Zirconocene/Triisobutylaluminum/Perfluorophenylborate as Highly Effective Ternary Catalytic System for Synthesis of Low Molecular Weight Polyethylenes, Journal of Polymer Science Part A: Polymer Chemistry, 39(11), 1901-1914, 2001.
17. Umare P.S., Rao K., Tembe G.L., Dhoble D.A., Trivedi B., Polyethylene Waxes: Catalytic Synthesis by Ti‐Biphenolates, Journal of Macromolecular Science, Part A, 44(9), 977-987, 2007.
18. Arnaud R., Moisan J.Y., Lemaire J., Primary Hydroperoxidation in Low-Density Polyethylene, Macromolecules, 17(3), 332-336, 1984.
19. Blom R., Follestad A., Noel O., Kinetics of Chain Transfer During Eethylene Polymerization with Chromium Oxide/Silica Catalyst, Journal of Molecular Catalysis, 91(2), 237-249, 1994.
20. Jianyu Z., Yongjie Y., Jinsheng G., Jianhang X., Developement of Oxidized Polyethylene Waxes, Petroleum Science and Technology, 18(9-10), 1077-1088, 2000.
21. MallapragadaS.K., Narasimhan B., Infrared Spectroscopy in the Analysis of Polymer Crystallinity, in Encyclopedia of Analytical Chemistry. 2022. p. 1-16.
22. Hagemann H., Snyder R., Peacock A., Mandelkern L., Quantitative Infrared Methods for the Measurement of Crystallinity and its Temperature Dependence: Polyethylene, Macromolecules, 22(9), 3600-3606, 1989.