JAEA-Review-2010-065.pdf:15.99MB - 日本原子力研究開発機構

4-29
LET Effect on the Radiation Induced Polymerization
of Maleimide
S. Nakagawa a) , M. Taguchi b) and K. Hirota b)
a) Tokyo Metropolitan Industrial Research Institute,
b) Environmental and Industrial Materials Research Division, QuBS, JAEA
Maleimide was irradiated in N 2-saturated 2-propanol solution with 220 MeV C-ion, 100 and 50 MeV He-ion, and 20 MeV
proton beams from the AVF cyclotron in the TIARA Facility. LET effect on the radiation induced polymerization of
maleimide was studied. When the 0.5 mol/L maleimide solution was irradiated, fine particles at the average degree of
polymerization of 18 were produced. Though efficiency of polymer formation decreased, the relative ratio of polymers with
higher molecular weight increased with heavier ion irradiation. Efficiencies of degradation of maleimide and polymer
formation became 1.5 times higher, when the dose rate was 1/10 times lower.
マレイミド(C2H 2(CO) 2NH)は、光化学重合反応の開
始剤として研究が行われてきた。また、マレイミド類
をアルコール溶媒中(>0.02 mol/L)で放射線照射した
ところ、溶媒ラジカルが付加した化合物が生成するこ
とがわかった 1, 2) 。しかし、低濃度での照射ではラジカ
ルによる溶媒からの水素引き抜き反応が速いため、主
な生成物はモノマーであり、ダイマーの生成効率は低
い。そこで、0.1 mol/L 以上の高濃度溶液を重イオン照
射した時の、ポリマー生成の効率を比較検討する。こ
の結果により、活性種密度を制御して、ポリマー生成
効率を制御するための知見が得られると期待される。
マレイミドを 2-プロパノールに溶かし(0.15 mol/L,
0.5 mol/L)、窒素置換した試料に、C イオン(220 MeV),
He イオン(100 MeV),プロトン(20 MeV)を照射し、
生成物の分子量分布をゲルパーミエーションクロマト
グラフ(GPC)で分析した。分析試料は、真空乾燥し
た残留物をテトラハイドロフランで溶解したものを用
いた。
0.15 mol/L 溶液では、マレイミドが 2~8 分子程度ま
で重合した化合物が中心であったが、0.5 mol/L 溶液で
は、マレイミド 18 分子程度が重合したポリマーの微粒
子が生成した(Fig. 1)。また、生成するポリマーの GPC
スペクトル形状は、照射した放射線の種類によらず同
じ傾向が見られた。
0.15 mol/L 溶液に C イオン及びプロトンを照射した
時のマレイミド(n=1)とポリマー(n=2, 4, 6, > 8)の
GPC スペクトルのピーク面積を Fig. 2 - 3 に示す。照射
線量が増加し、マレイミドの濃度が減少すると、高分
子ポリマーの生成効率が減少する。LET の高い重いイ
オン照射ほど、マレイミドの減少効率は小さいが、高
分子ポリマーの生成割合は大きい。また、He イオン照
射においてイオン電流を 1/10 にしたところ、マレイミ
ドの減少効率及びポリマーの生成効率が約 1.5 倍に増
加した。
これらの結果から、マレイミドのポリマー生成には、
高濃度であること、溶媒ラジカルの生成濃度が高すぎ
ないことが重要であると推測される。
References
1) S. Nakagawa, Radiat. Phys. Chem. 79 (2010) 705.
2) S. Nakagawa et al, Radiat. Phys. Chem. 79 (2010).
JAEA-Review 2010-065
Peak Area
Peak Area
Intensity
- 153 -
800
600
400
200
250
200
150
100
50
0
fine particle
solute
before irradiation
n~18
n=6
n≥8 n=4
n=5
n=1, monomer
n=2
5 6 7 8 9 10
Retention Time/min
Fig. 1 GPC spectra before and after irradiation of
0.5 mol/L 2-propanol solution by 20 MeV proton.
0
0
0 10 20 30 40 50 60
Fig. 2 The dependence of the dose and the yield of
polymer irradiated by 220 MeV C-ion.
800
600
400
200
0
Dose/kGy
0 5 10 15 20 25
Dose/kGy
400
300
200
100
400
300
200
100
Fig. 3 The dependence of the dose and the yield of
polymer irradiated by 20 MeV proton.
0
n=1
n=2
n=4
n=6
n>8
n=1
n=2
n=4
n=6
n>8