幾種輻射加工技術在材料學研究中的應用

摘 要：簡要闡述了輻射交聯（Radiation crosslinking）、輻射聚合（Radiation polymerization）、輻射接枝（Radiation grafting）、輻射降解（Radiation decomposition）等輻射加工技術的研究進展；介紹了輻射交聯、輻射聚合、輻射接枝、輻射降解在材料學研究中的應用示例，綜合討論了輻射加工技術在材料改性、高分子聚合材料、生物功能材料等許多領域具有節能、環保、高效費比等優點，并且，在許多領域輻射加工將逐步取代傳統加工。

關鍵詞：輻射交聯 輻射聚合 輻射接枝 輻射降解

中圖分類號：TB324 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2016）08（a）-0048-02

輻射加工（Radiation Processing）在國際上被譽為“綠色”技術，是利用輻射化學中射線與物質相互作用引發物質分子發生電離、激發等效應等基本原理來和平利用原子能的方法，是工業生產和材料制備的高新技術。目前，輻射加工涉及到材料配方、生物功能材料合成、新產品開發等，幾乎已經滲透到各個領域，其中高分子化合物的輻射加工、改性是輻射化學應用最早、最快、最廣泛的領域。輻射交聯、接枝、聚合、降解作為高分子材料的四大輻射效應都相繼具有產業化發展。

1 輻射交聯

高分子化學和材料是20世紀的重大發現之一，高分子材料的改性技術經過多年的發展，輻射交聯技術已經發展得逐漸成熟，但是，輻射交聯的詳細機理目前為止還不完全清楚，輻射交聯產物表現出的性能上的改變卻得到了廣泛的認可。

當射線與物質相互作用時產生離子對、電子等一些活性基團，這些基團發生一系列變化，產生交聯，由原來的二維結構變成三維網狀結構，這種使材料改性的方法稱為輻射交聯，其對材料性能的改變表現在分子量及分子結構的改變、改善相容性、對聚合物熱學性能及電學性能和熱機械性能的影響、對高分子材料阻燃性的影響等方面。早在1991年，馬宏偉[1]等根據材料性能受輻射照射劑量的影響而發生改變，從而設計制備出了具有橡膠彈性體特性的熱塑性材料，這就是嚴格控制交聯密度從而從熱學性能上對材料進行了改性的一個實例。據研究[2]，輻射交聯能影響材料存在缺陷的一面，從而緩解材料的缺陷，從而使材料具有較好的相容性。此外，嚴永昌[3]等利用輻射交聯改善了傳統交聯劑的使用造成材料的高頻性能的損失，從而長期地改變了材料的高頻性能和絕緣性。

2 輻射聚合

輻射聚合，根據聚合速度與是否受溫度影響分為有機離子聚合和離子聚合兩種，也可根據聚合體系狀態分為液相輻射聚合、固相輻射聚合及乳液聚合。利用電離輻射的優點和特點，制備出的生物醫用高分子材料具有廣泛的應用前景。輻射聚合具有獨特的優點是大多數聚合單體在低溫下就能進行反應，具有工藝簡單、反應條件比較溫和的特點，這也是輻射聚合技術發展速度之快的原因之一。

輻射聚合技術在高分子材料合成中的應用范圍相當廣泛，包括制備水凝膠、丙烯酸增稠劑、高吸水性樹脂等。其中水凝膠是一種浸沒在水中能夠達到一定的膨脹狀態但是不會溶解的高分子聚合物，作為醫學材料來說具有很好的生物相容性。1999年，姜桂林等[4]利用60Co輻照源和輻射聚合方法制備出了一種二元共聚水凝膠（N-乙烯基吡咯烷酮、4-乙烯基吡啶、丙烯酰胺）并且研究了溫度等因素對其在膨脹與收縮之間轉化速度的敏感程度。目前，水凝膠已成為智能生物材料。王芊[5]等同樣利用60Co輻照源引發丙烯酸單體發生輻射聚合反應，制備丙烯酸增稠劑，試驗后，表明此合成的增稠劑的增稠能力基本達到Alcoprint PTF水平。陳長鋼[6]等利用輻射聚合技術研制了球狀高吸水性樹脂，并研究了其作為脫水劑的優良性能。

3 輻射接枝

輻射接枝是材料改性的重要方法之一，可以用來改善材料相容性、抗皺性等，提高納米材料等的性能和應用前景。現已由納米顆粒材料向新型納米材料擴展。可制備的納米材料有納米合金、較活潑輕金屬納米材料、納米復合材料、納米纖維等。

孫貴生[7]等運用γ射線引發輻射接枝的方法，在改性納米二氧化硅上接枝甲基丙烯酸縮水甘油酯單體，得到接枝共聚物，并且研究了在不同吸附材料影響下輻射接枝速率隨吸收劑量的變化。據報道，利用離子液體接枝聚偏氟乙烯，可使納米構造的聚偏氟乙烯復合材料具有高介電常數、低介電損耗、高導電性和優異的力學性能，具有良好的生產應用前景。

4 輻射降解

輻射降解是指高分子聚合物在輻射下發生主鏈斷裂使其分子量下降的效應，其機理一般是自由基反應，但詳細機理也仍然未完全明確。輻射降解技術可應用在環境保護中，但由于資金問題，其最大的障礙是成本過高，目前研究較多的是天然材料的輻射降解。當然，利用γ射線輻射降解技術可進行在天然有機物降解、有機農藥輻射處理和化學污染物降解處理。宮寧瑞[8]等利用輻射降解的方法對棉纖維分子量進行研究。得出當吸收劑量小于10 kGy時，棉纖維素的分子量測定值隨吸收劑量的增大而迅速減少，當吸收劑量大于10 kGy時，減少的趨勢則趨于平緩，從而確定了最佳降解需要的輻射劑量。Sawai[9]等利用γ輻射降解方法，研究多氯聯苯在異丙醇溶液中的降解速度，發現不同性質溶液中其降解速度不同，在堿性溶液中多氯聯苯的輻射降解效率很高。謝芳[10]等在利用γ射線去除水溶液中的氯霉素進行輻射降解，對產物及機理研究后，發現氯霉素降解率與吸收劑量成正比； 并且在藥物起始濃度越低時越有利于溶液中氯霉素的去除。遲蕾[11]等研究發現輻射劑量為10 kGy時，玉米中殘留赭曲霉毒素的降解率可達50%，并且經過輻照后玉米中營養成分沒有明顯變化。

5 結語

綜上所述，輻射加工技術涉及到的方面極為廣泛，其工業化發展非常迅速，實際上，物質受到射線照射后會發生混合反應，也就是說，可能輻射交聯、接枝、聚合、降解等會伴隨發生，宏觀上是看哪一個反應占有，因此機理上尚未確定。因此在進一步研究、完善單項技術的基礎上拓寬輻射加工技術的應用范圍，一定意義上說具有良好的節能、環保性，在很多領域上有著逐步取代傳統加工方法的良好前景。

參考文獻

[1]馬宏偉，王勝敏.輻射交聯聚乙烯熱縮片的研制[J].塑料，1994（5）：37-39.

[2]Mickols WE.Fluorescent monitoring method for polymerization reactions：US，US5100802A[P].1992.

[3]嚴永昌.輻照交聯在電線電纜中的應用[J].電線電纜，1986（6）：16-19.

[4]姜桂林，伊敏.溫度敏感性共聚凝膠polyNIPAAm/X輻射合成及應用[J].北京大學學報：自然科學版，1999，35（2）：201-208.

[5]王芊，李文革，邵賽，等.增稠劑的輻射聚合制備及其性能研究[J].化學與粘合，2001（3）：112-114.

[6]陳長鋼，邵賽，王芊，等.輻射懸浮聚合法制備高吸水樹脂[J].精細化工中間體，2001，31（6）：26-27.

[7]孫貴生，俎建華，劉新文，等.納米二氧化硅輻射接枝制備離子交換吸附材料及其吸附性能[J].高分子材料科學與工程，2008（12）：164-167.

[8]宮寧瑞，常德華，劉繼華，等.輻射對棉纖維素相對分子質量的影響[J].北京理工大學學報，1997（5）：574-578.

[9]Sawai T， Shinozaki Y. Radiolytic Decchlorination of Polychlorinated Biphentls （PCB） in Organic Solutions[J].Chemistry Letters，1972（10）：865-868.

[10]謝芳.動物源性食品中氯霉素輻射降解產物及機理的研究[D].中國農業科學院，2008.

[11]遲蕾，哈益明，王鋒，等.玉米中赭曲霉毒素A的輻照降解效果[J].食品科學，2011，32（11）：21-24.