The study of non-catalytic hydrogenation of polyisoprenes

Abstract

Hydrogenation of various polyisoprenes (synthetic cis-PI, synthetic trans-PI and natural rubber) was studied. Non-catalytic hydrogenation was employed and p-toluenesulphonylhydrazide (TSH) was selected as hydrogenating agent which undergoes thermal decomposed to give diimide, the active species which allows hydrogens to double bond in polymer. A series of [TSH]/[C=C] ratio was varied to study the extent of hydrogenation. FT-Raman spectroscopy was used to calculate the percentage hydrogenation. From FT-Raman and FT-NMR spectra, complete hydrogenation could be obtained when [TSH]/[C=C] ratio is equal to 4.0. However, the results from GPC showed that hydrogenated products had lower molar mass and broader molar mass distribution than those of the starting polyisoprenes. This indicated that chain cleavage occurred during hydrogenation. TGA and DSC results confirm that thermal stability and oxidative resistance of hydrogenated products are superior to those of the starting polyisoprenes. Surface hydrogenation of natural rubber vulcanizate was also investigated. Hydrogenation was carried out by controlled immersion of NR vulcanizate in xylene and butanol mixtures. The mechanical properties and thermal properties of the hydrogenated products were found to be inferior to those of the untreated vulcanizates

งานวิจัยนี้ได้ศึกษาปฏิกิริยาการเติมไฮโดรเจน (ไฮโดรจิเนชัน) ให้กับโพลิไอโซปรีน (Pl) ทั้งที่ได้จาก การสังเคราะห์ขึ้นมา ซึ่งแบ่งเป็น cis-Pl และ trans-Pl และ จากยางธรรมชาติ โดยวิธีที่ใช้เป็นการเติมไฮโดรเจน แบบไม่ใช้ตัวเร่งปฏิกิริยา (Non-catalytic hydrogenation) ใช้สารเติมไฮโดรเจน คือ p-toluenesulphonylhydrazide (TSH) ซึ่งจะแตกตัวโดยความร้อนให้ diimide ซึ่งจะทำ ปฏิกิริยากับพันธะคู่คาร์บอน-คาร์บอนในพอลิเมอร์ในการทดลอง ได้ใช้อัตราส่วนของ [TSH]/[C=C] ต่าง ๆ กัน เพื่อศึกษา ปริมาณการเกิดไฮโดรจิเนชัน โดยใช้ รามานสเปกโตรสโคปี (FT-Raman spectroscopy) ในการคำนวณหาเปอร์เซ็นต์ ไฮโดรจิเนชัน จากผลของรามานสเปกตรัม และ นิวเคลียร์ แมกเนติกเรโซแนนซ์สเปกตรัม (NMR spectra) พบว่าเมื่อใช้ [TSH]/[C=C] เท่ากับ 4.0 จะเกิดไฮโดรจิเนชันอย่างสมบูรณ์ อย่างไรก็ตามพบว่าน้ำหนักโมเลกุลของพอลิเมอร์ที่ศึกษาลดลง และการกระจายของน้ำหนักโมเลกุลกว้างขึ้นเมื่อเทียบกับสาร ตั้งต้น ซึ่งชี้ให้เห็นว่าเกิดการแตกตัวของสายโซ่พอลิเมอร์ จากการวิเคราะห์ทางความร้อนทั้งจาก Thermogravimetric analysis (TGA) และจาก Differential Scanning Calorimetry (DSC) พบว่า ผลิตภัณฑ์ที่ได้มีความคงทนต่อ ความร้อน และ ความคงทนต่อปฏิกิริยากับออกซิเจนมากกว่า สารตั้งต้น นอกจากนี้ ในงานวิจัยนี้ ยังได้ศึกษาปฏิกิริยา ไฮโดรจิเนชันของยางที่ขึ้นรูปแล้ว (natural rubber vulcanizate) โดยการใช้สารละลายของไซลีน (xylene) กับ บิวทานอล (butanol) เพื่อที่จะให้เกิดไฮโดรจิเนชัน เฉพาะที่พื้นผิวของชิ้นงานเท่านั้น ผลที่ได้พบว่าสมบัติทั้ง ทางกล และความร้อน ของผลิตภัณฑ์ ต่ำกว่าสารตั้งต้น