Hebei Messi Biology Co., Ltd. weist darauf hin, dass durch die gezielte Nutzung von Nachbestrahlungseffekten und Metalleffekten optimale Pfropfungsergebnisse bei minimaler Homopolymerbildung erzielt werden können. Bisher konzentrierte sich die Forschung – sowohl im In- als auch im Ausland – zur strahlungsinduzierten Pfropfung organischer Monomere auf anorganische Materialien vorwiegend auf die Pfropfungskinetik und die Charakterisierung. Die vorliegende Arbeit untersucht die Nachbestrahlungseffekte sowie die durch Metallionen induzierte Hemmung der Homopolymerisation bei der Co-Bestrahlungs-Pfropfung von Methylmethacrylat auf leichtes Magnesiumoxid.
Nachbestrahlungseffekte bei der Co-Bestrahlungs-Pfropfung: Leichtes Magnesiumoxid und Methylmethacrylat wurden mit einer festgelegten Dosis bestrahlt und anschließend aus dem Bestrahlungsfeld entfernt, um den Nachbestrahlungseffekt zu untersuchen. Es zeigte sich, dass die Pfropfausbeute mit der Dauer der Lagerung nach der Bestrahlung zunahm und sich nach 4,5 Stunden stabilisierte, was auf einen signifikanten Nachbestrahlungseffekt hindeutet. Unterschiede in der Pfropfausbeute wurden beobachtet, wenn Proben, die mit unterschiedlichen Dosen bestrahlt worden waren, für denselben Zeitraum außerhalb des Bestrahlungsfeldes gelagert wurden; der Nachbestrahlungseffekt variierte in Abhängigkeit von der ursprünglichen Dosis, wobei eine Bestrahlung mit niedriger Dosis zu einem stärkeren relativen Anstieg der Pfropfausbeute führte.
Bei der strahlungsinduzierten Pfropfung organischer Monomere auf anorganische Materialien entstehen durch die Absorption einer bestimmten Strahlungsdosis aktive Pfropfstellen auf dem anorganischen Material. Da das verwendete Lösungsmittelsystem ein gutes Lösungsmittel für Polymethylmethacrylat (PMMA) darstellt, bleibt ein Ende der gepfropften Kette am anorganischen Material verankert, während das andere in das Lösungsmittel hineinragt. Folglich handelt es sich bei diesem System weder um eine Lösungs- noch um eine Fällungspfropfpolymerisation, sondern um einen heterogenen Pfropfpolymerisationsprozess, der eine Zwischenform dieser beiden Verfahren darstellt. Nach der Entfernung aus dem Bestrahlungsfeld nimmt die Anzahl der aktiven Zentren auf dem anorganischen Material nicht mehr zu, und es werden durch Lösungsmittel und Monomer keine radiolytischen Fragmente mehr erzeugt. Der Nachbestrahlungseffekt beruht primär auf der fortgesetzten Polymerisation langlebiger freier Radikale oder Ionen, die sich an den gepfropften Ketten befinden. Da ein Ende der wachsenden Kette am anorganischen Material verankert ist, ist die Kettenbeweglichkeit eingeschränkt, wodurch die freien Radikale oder Ionen am anderen Ende über einen längeren Zeitraum bestehen bleiben können. Gelpermeationschromatographie (GPC) bestätigt, dass der Nachbestrahlungseffekt vor allem das mittlere Molekulargewicht der gepfropften Ketten erhöht. Ähnlich wie bei der strahlungsinduzierten Pfropfung von Polymeren wird daher auch der Nachbestrahlungseffekt bei der Pfropfung organischer Monomere auf leichtes Magnesiumoxid kinetisch kontrolliert. Einfluss von Metallionen: Metallionen wie Cu, Fe und Ce werden in Systemen zur strahlungsinduzierten Pfropfung organischer Polymere häufig als Radikalfänger eingesetzt. Bei der Pfropfung von N-Vinylpyrrolidon auf Silikonkautschuk-Oberflächen erwiesen sich Cu-Ionen in der wässrigen Lösung als wirksame Inhibitoren der Homopolymerisation. Niedrige Cu-Konzentrationen können die Bildung von Homopolymeren auf der Silikonkautschuk-Oberfläche hemmen, während hohe Konzentrationen sogar in die Kautschukmatrix eindringen und so die Homopolymerisation der in den Kautschuk diffundierten Monomere unterbinden können.
Die Pfropfausbeute ist in Cu-haltigen Systemen geringer als in Systemen ohne Cu. Hinsichtlich der Umwandlung von Monomer zu Homopolymer ist der prozentuale Umsatz in Gegenwart von Cu bei steigender Strahlungsdosis niedriger als im Cu-freien System; dieser Unterschied verstärkt sich bei höheren Dosen. Beobachtungen zur Variation der Pfropfausbeute bei konstanter Strahlungsdosis und unterschiedlichen Cu-Konzentrationen zeigen, dass die Pfropfausbeute mit steigender Cu-Konzentration zunimmt. Somit zeigt Cu auch bei der Pfropfung von Methylmethacrylat auf leichtes, anorganisches Magnesiumoxid – ähnlich wie bei Systemen zur Pfropfung organischer Polymere – die Fähigkeit, die Homopolymerbildung zu verringern und die Pfropfausbeute zu erhöhen.
Bei der Pfropfung von Acrylsäure auf Nylon 6 reduziert eine Erhöhung der Cu-Konzentration sowohl die Bildung des Pfropfprodukts als auch die des Homopolymers; die Hemmwirkung von Cu ist jedoch gegenüber der Homopolymerisation stärker ausgeprägt als gegenüber dem Wachstum der Pfropfketten. Ähnliche Ergebnisse zeigen sich bei der Pfropfung von Methylmethacrylat auf leichtes Magnesiumoxid, wobei Cu eine stärkere Hemmwirkung auf die Homopolymerisationsreaktion ausübt. Zudem zeigt Cu nicht nur in wässrigen, sondern auch in nicht-wässrigen polaren Lösungen eine Hemmwirkung. Ein nach dem Pfropfprozess beobachteter rötlicher Niederschlag wurde als Kupfer(I)-oxid (Cu₂O) identifiziert, was darauf hindeutet, dass die durch die Metallionen verursachte Hemmung auf einer im System ablaufenden Redoxreaktion beruht.