微波加熱於分析聚合物的分子量分布情形之應用

西元 1975 年，微波加熱首次被用在化學實驗室中常壓下的消化(Digestion)，使得原本需耗時 1~2 hrs 的前處理工作縮短至 15 分鐘以內完成，有效減少了整個化學分析的時間。自此以後，除了微波消化外，更有實驗室將微波加熱用在水解(Hydrolysis)、萃取(Extraction)及有機和無機合成(Synthesis)。 在對聚合物進行多種化學分析之前，如重量分析、黏度分析、聚合物單體分析以及添加物成分分析時，往往需要先以溶劑將該聚合物完全溶解後，再進到液相層析儀(HPLC)、凝膠滲透層析儀(GPC)或光散射儀(Light scattering)進行上述幾項化學分析。有些聚合物在室溫下的溶劑中即可完全溶解，另有部分聚合物則需經過加熱後才能完全溶解。例如聚苯乙烯(PS)與聚碳酸酯(PC)皆很容易在室溫下完全溶解，然而聚烯烴(Polyolefins)與聚脂(ABS) 則需加熱後才可以將固相完全溶解。傳統分析是將聚合物與溶劑置入烘箱加熱予以溶解，此操作需耗時 1.5 至3 小時，因為高溫氧化的時間長容易導致聚合物結構破壞，繼而造成分析結果偏差，解決的方式是在聚合物中添加抗氧化劑改善。倘若改用微波加熱，由於可以快速升溫並在短時間將聚合物完全溶解，因此並不會改變聚合物的原始結構。

微波加熱可加速聚合物的溶解速度

在進行聚合物溶解的過程，微波先照在混合的溶劑快速升溫，隨後較高溫的溶劑得以快速將聚合物溶解。由下表1 中得知多種聚合物可溶解的溫度條件與溶劑，除了甲苯無法自行吸收微波必須另加入一微波吸收子(Carboflon,為鐵氟龍內充填碳黑所構成)才能加熱外，其餘的溶劑皆比水容易吸收微波快速升溫。

欲溶解聚合物可針對其特性選擇適合的溶劑，常用的溶劑有三氯苯、二甲基代乙醯胺(DMAC)、二甲基代甲醯胺(DMF)、鄰–二氯苯(ODCB)、四氫呋喃(THF)等。 下圖1 為多種不同溶劑在相同微波功率加熱下的升溫速率比較曲線。

微波加熱與傳統加熱方式的效率比較

將 20mg 樣品加入 20mL 三氯苯，分別以烘箱與微波加熱對四種聚合物進行結果比較。傳統方式將樣品及溶劑置入反應容器並用鋁蓋密封後放進烘箱，溫度145℃，每隔 30 分翻轉一次並加熱達 90 分鐘。微波方式是將樣品及溶劑置入鐵弗龍瓶(GreenChem 型密閉瓶，CEM 公司)後蓋上瓶蓋鎖緊，3 分鐘升溫至 145℃，持溫 10 分鐘，冷卻 2 分鐘後開瓶將樣品倒出。兩種方法溶解經 GPC 測分子量，除 LDPE 外其餘皆相近(±10%內)，但微波時間明顯較短，利於多數實驗的進行。

微波加熱有效提升分子量的分析效率

儘管十多年前已經開始了微波化學的應用，但對於微波加速溶劑反應而言，至今仍在初期的發展上，且隨著微波加熱可應用的領域擴大以及發展的方法逐漸增多，加上其省時與容易操作的特點，它已逐漸廣泛為市場接受。在進行 GPC 分子量分佈的分析上，藉由微波加熱可快速達到樣品溶解的目的，但不會造成聚合物結構的改變。因此，微波加熱相較於傳統烘箱加熱確實節省了許多時間，加上其多重安全機制的設計，在諸多操作優點的基礎上更同時兼顧了人員的安全。

• Microwave Accelerate Dissolution of Polymer for Molecular Weight Analysis, CN LeBlanc,CEM Corporation,POB200,Matthew,NC,USA