Product analysis for polyethylene degradation by radiation and thermal ageing

ポリエチレンの放射線及び熱劣化による生成物分析

杉本 雅樹; 島田 明彦; 工藤 久明*; 田村 清俊; 瀬口 忠男*

Sugimoto, Masaki; Shimada, Akihiko; Kudo, Hisaaki*; Tamura, Kiyotoshi; Seguchi, Tadao*

原子炉用電線ケーブルの絶縁材料に用いられる架橋ポリエチレンシートを、熱劣化あるいは放射線劣化した際に生成する酸化物について、顕微赤外分光計(FTIR)で調べた。その結果、放射線あるいは熱劣化のいずれの場合もカルボン酸,カルボン酸エステル,カルボン酸無水物の生成が認められた。初期生成物はカルボン酸であり、カルボン酸エステルはカルボン酸と架橋助剤として添加された過酸化物の分解生成物との反応により、カルボン酸無水物は酸化反応で切断されたポリエチレン主鎖末端のカルボン酸の再結合により生成したものと考えられた。また、熱劣化温度が上昇するとゲル分離が増大することが知られているが、これは酸化生成物中のカルボン酸無水物の割合が増大して、架橋反応が進行するためと解釈できた。これらは、高分子鎖に熱や放射線で生成したラジカルが、酸素と反応して過酸化ラジカルを生成し、連鎖的に酸化反応が進行すると考える従来の知見では説明できないものであり、カルボン酸を初期生成物としてそのエステル及び酸無水物が生成する熱あるいは放射線劣化の新たな反応機構を明らかにできた。

The oxidation products formed by thermal and radiation ageing of crosslinked polyethylene for cable insulation were analyzed by FTIR-ATR spectrometry. The most of products were composed of carboxylic acid, carboxylic ester, and carboxylic anhydride. The carboxylic acid was the primal product, and the others were the secondary products by the thermal reaction of carboxylic acids. The carboxylic acid as the primal oxidation product supports the proposed new oxidation mechanisms that the main chain scission should occur directly by oxidation of polyethylene radicals.