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FT-IRによる劣化ポリエチレンの結晶化度の測定

ポリエチレン（PE）やポリプロピレン（PP）は結晶性ポリマーです。この結晶性は、ポリマーの物性例えば機械的強度、密度、耐熱性、透明性などを示す尺度として重要なものです。結晶性を評価するために結晶化度を測定することが一般的に行われます。
結晶化度の測定法にはＸ線回折、DSC、FT-IR、固体NMR法などがあります。本資料ではFT-IR法による結晶化度測定*1について説明します。
FT-IR法では試料フィルムの透過測定を行い、PEの場合1,900 cm^-1の結晶性バンドまたは1,300 cm^-1の非晶性バンドの吸光度を求めます。結晶化度は次式により算出します。

Ｘ = 189 × （ A₁₉₀₀ /t ）・・・（1）式または

Ｘ = 100 - 56.1（ A₁₃₀₀ /t ）・・・（2）式

ここで、Ｘは結晶化度（％）、A₁₉₀₀、A₁₃₀₀は吸光度、tは試料の厚み（mm）を示します。

実施例として、1. 線状低密度ポリエチレン（LLDPE）の結晶化度、および2. 高密度ポリエチレン（HDPE）の劣化物の結晶化度の経時変化を観察した結果を以下に示します。劣化試験としては大気曝露、70℃加熱、土中埋設を行いました。

実施例 1. LLDPEの結晶化度の算出

図1：LLDPEフィルム（密度 0.922、厚み 0.175mm）のFT-IRスペクトル［透過法］

吸光度の読みA₁₉₀₀=0.04378、A₁₃₀₀=0.16425および試料フィルムの厚みt=0.175から結晶化度を求めると、（1）、（2）式ともにＸ=47.3％となります。

このようにPEの結晶化度をFT-IR法により求めることができます。尚、試料によっては結晶性および非晶性バンドに他の吸収が重複し、算出値に差が生じることがありますので注意が必要となります。

実施例 2. HDPEの劣化物の結晶化度の経時変化

HDPE（密度 0.9506 g/cm³、厚み0.5 mm）の大気曝露物について、実施例1.の方法により結晶化度を求めたところ、1,900 cm^-1の結晶性バンドを基準とすると結晶化度が100％以上を示す場合があった（他の吸収が重複している）ため、1,300 cm^-1の非晶性バンドの吸光度から結晶化度を算出しました。
その経時変化を以下に示します。また同じ試料の70℃加熱物、土中埋設物についても同様に調べてみました。