In situ electron spin resonance study of styrene grafting of electron irradiated fluoropolymer films for fuel cell membranes

Abstract

Three different electron beam irradiated fluoropolymers (ETFE, FEP, and PVDF) as well as their grafting reactions with styrene in different diluents were investigated by means of electron spin resonance (ESR). Depending on the atmosphere during irradiation, ESR spectra of peroxy and alkyl radicals were observed. Radical decay as a function of time and temperature was investigated in the presence and absence of solvent. Grafting levels and number of monomer units per chain were calculated for both types of radicals. Irradiation atmosphere, grafting temperature, and added solvent affect the morphology of the fluoropolymers, in particular the crystalline versus amorphous fractions and their swelling. They thus influence the rate at which the initial radicals at the polymer backbone are reached during the grafting process.

Desenvolvimento de membranas aniônicas obtidas por enxertia via irradiação para aplicação em células a combustível alcalinas

“…Por outro lado, se a irradiação for realizada sob vácuo ou em atmosfera inerte, os radicais gerados permanecem presos na matriz polimérica e a reação de enxertia se iniciará na presença dos monômeros como representado pelas LARSEN, et al, 2010;MITOV et al, 2006;GUPTA e SCHERER, 1994;KIZEWSKI et al, 2013). Em temperaturas altas (temperaturas positivas), as espécies ativas sofrem rápido decaimento como resultado de recombinação dos radicais na fase amorfa.…”

“…A perda de radicais durante o armazenamento influencia a reação de enxertia, com a consequente redução do número de centros ativos para a iniciação da polimerização, o que resulta em velocidade baixa de enxertia e rendimento baixo (LARSEN et al, 2010;MITOV et al, 2006). Como citado anteriormente, a estabilização das espécies radicalares produzidas pelo processo de pré-irradiação, para a realização posterior da enxertia, pode ocorrer por armazenamento em temperaturas negativas (-40 a -80 ºC).…”

“…Durante a irradiação de filmes de PETFE, podem ser gerados pelo menos dois tipos de radicais: peroxila (ROO·), (P 1 ), e aquila (-CH 3 C·HCF 2 CF 2 ) (P 2 ) e (P 3 ), dependendo da atmosfera presente durante a irradiação (nitrogênio e ar, respectivamente) (MITOV et al, 2006;LARSEN et al, 2010).…”

“…Resultados similares foram encontrados na literatura (MITOV et al, 2006;LARSEN et al, 2010). FIGURA 32 -Espectros EPR de filmes de PETFE pré-irradiados a 70 kGy e mantidos a baixa temperatura (70 ± 4 ºC) durante 240 dias, irradiados e medidos a temperatura ambiente.…”

“…33). Resultados similares foram encontrados na literatura (MITOV et al, 2006;LARSEN et al, 2010). Figura 33 -Amplitude do sinal EPR pico-a-pico normalizado versus tempo de armazenamento a baixa temperatura (-70 ± 4 ºC) em dias dos filmes de LDPE e UHMWPE, pré-irradiados a 70 kGy e armazenados a baixa temperatura (-70 ± 4 ºC) durante 180 dias, irradiados e medidos a temperatura ambiente.…”