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    輻射加工是輻射化學(xué)（Radition Chemistry）研究電離輻射與物質(zhì)相互作用產(chǎn)生的物理學(xué)、化學(xué)和生物學(xué)效應(yīng)的規(guī)律進(jìn)行研究、開發(fā)和應(yīng)用的一門新技術(shù)。輻射工藝學(xué)又稱輻射加工（Radiation processing）是利用電離輻射誘發(fā)材料的物理、生物和化學(xué)變化從而達(dá)到加工改性的目的。輻射加工使用的射線類型主要兩種：一種是放射性核素（通常是60CO）給出的γ射線；另一種工業(yè)電子加速器給出的高能電子束和衍生的X射線。（由于電子加速器投資較大，防護(hù)也困難，一般均采用鉆60核素γ輻射源的最廣泛，以它為介紹重點。）電離輻射作為一種有效手段來生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)高分子化工材料或使食品長期儲存或保鮮、輻射育種、對醫(yī)療用品消毒以及處理工業(yè)“三廢”等。油墨與涂料的輻射固化和工業(yè)三廢的輻射凈化是輻射加工中兩個發(fā)展中的領(lǐng)域，有著很好的前景。

    為了便于大家理解，在這里提及一個人們接觸較多的射線輻射的例子：人們生病常去醫(yī)院作X光檢查，在X光科的門前首先進(jìn)入人們眼簾的就是醒目的提醒：“小心電離輻射，閑人免進(jìn)”的警示牌。今天介紹的γ射線和X光射線本質(zhì)上與可見光、電磁波一樣都是電磁輻射，只是來源、能量分布上是不同的。雖然都是光子，具有波粒兩重性，但由于它們波長短、能量大、與物質(zhì)的相互作用過程表現(xiàn)出明顯的粒子性。電磁輻射與物質(zhì)的相互作用過程主要有：光電效應(yīng)、康普頓效應(yīng)與產(chǎn)生電子對，物質(zhì)吸收輻射能量后會產(chǎn)生一系列化學(xué)效應(yīng)，最終導(dǎo)致物質(zhì)組成、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)上的改變。輻射引發(fā)化學(xué)過程具有許多優(yōu)點，如輻射化學(xué)反應(yīng)一般不受溫度、壓力等實驗條件和體系狀態(tài)的限制，適應(yīng)性強，通常無需添加引發(fā)劑、催化劑，產(chǎn)品純度高，容易實現(xiàn)工藝自動化，有利于節(jié)約能源和環(huán)境保護(hù)。很早以前人們就開始研究利用輻射進(jìn)行有機合成，期望找到一些新的高效特異反應(yīng)。人們的注意力多集中在用少量的輻射即可得到許多產(chǎn)物的鏈鎖反應(yīng)上，近年來在這方面取得了較大的進(jìn)展。

    輻射聚合（Radiation-induced polymerization）

    在高分子輻射化學(xué)中輻射聚合、輻射共聚合、輻射接枝共聚、輻射交聯(lián)、輻射降解等。這里只重點討論輻射聚合和輻射接枝共聚。先介紹輻射聚合是利用電離輻射能來引發(fā)有機單體的聚合反應(yīng)來獲取高分子化合物。輻射聚合的方法很多，如固相、氣相、液相、溶液、乳液、預(yù)輻射聚合等。下面結(jié)合上述內(nèi)容重點介紹乳液聚合。先來介紹一下輻射對聚合的作用，電離輻射作用于聚合物時，在其分子內(nèi)部產(chǎn)生電離和激發(fā)，由此導(dǎo)致聚合物分子間形成化學(xué)鍵—交聯(lián)、主鏈的斷裂—裂解，實際上交聯(lián)與裂解兩個過程同時進(jìn)行的。如丙烯酸及其酯類的主要過程是交聯(lián)。輻射交聯(lián)是指聚合物在輻射作用下大分子之間形成化學(xué)鍵，使分子量增加，形成三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的現(xiàn)象。所謂輻射裂解是指聚合物分子在輻射作用下主鏈發(fā)生斷裂，分子量降低的過程。

    乳液聚合是在乳化劑存在下，以水作為溶劑進(jìn)行的聚合反應(yīng)，稱為乳液聚合。乳液聚合主要優(yōu)復(fù)是聚合速度快、產(chǎn)物分子量高；在遠(yuǎn)低于乳化劑臨界濃度下，輻射乳液聚合仍能以很高的速度進(jìn)行，所需劑量小，聚合率可達(dá)100％。乳化劑主要是分子一端親水，另一端憎水并能溶于單體的極性化合物。在輻射乳液聚合中，常用的乳化劑有溴化十六烷基吡淀（陽離子型）、月桂酸鉀、十二烷基磺酸鈉（陰離子型）和聚氧化乙烯十二烷基醚（非離子型）等。乳液聚合通常是按自由基的反應(yīng)機制進(jìn)行的。其特點是許多乳膠粒子能獨立地進(jìn)行聚合。由于輻射作用，水輻解生成的自由基侵入膠束與乳膠粒子中使單體聚合。例如，苯乙烯在月桂酸鉀乳化液中輻射聚合的初期速度比本體輻射聚合快100-300倍，產(chǎn)物的聚合度比本體聚合大10倍以上，分子量為（1.2-1.5）×106，產(chǎn)品性能比普通方法優(yōu)越。

    輻射加工工藝

    ⒈輻射裝置

    為了利用輻射源進(jìn)行照射，還必須有一整套的包括照射室、貯源容器、源升降裝置及屏蔽、通風(fēng)、劑量監(jiān)測等設(shè)施。其核心是輻射源與產(chǎn)品傳輸系統(tǒng)。筆者曾經(jīng)走訪了解中國科學(xué)院原子能研究所，參觀學(xué)習(xí)了遼寧省內(nèi)兩家輻射加工公司：一家是沈陽張士開發(fā)區(qū)的輻射公司，另一家是阜新市的輻射公司，這兩家公司都是原子能研究所幫助設(shè)計與援建的。

    目前用得較多的是混凝土屏蔽照射室與水井貯源的輻射裝置，混凝土屏蔽照射室具有寬廠的輻射場，可以輻照大體積樣品，便于改變劑量率及輻照條件，輻射源必須準(zhǔn)確定位，照射位置可以設(shè)置各種形式的照射臺。為使照射均勻，必要時可以設(shè)計成旋轉(zhuǎn)式的樣品架或照射臺。照射室的出入口不宜采用過于笨重的屏蔽門，一般采用曲折的迷道與較便的屏蔽門，防止輻射逸出。迷道減弱輻射強度的效果取決于壁的散射，它與迷道的截面大小、形狀、結(jié)構(gòu)材料、轉(zhuǎn)折次數(shù)多就越有效。能量低的γ射線不容易通過散射來減弱，所以迷道出口的屏蔽門常用不太厚的鉛皮或鐵極擋住軟γ射線。照射室要盡量防止射線從通風(fēng)、水、電、煤氣、提源繩索等孔道中泄漏到控制室。除此外還有許多安全聯(lián)鎖控制系統(tǒng)：在照射時聯(lián)鎖裝置使工作人員無法誤入。源不在貯存室位置，防護(hù)門無法開啟。防護(hù)門不鎖住，源無法提起。良好的通風(fēng)設(shè)備排除室內(nèi)產(chǎn)生的03、N20及反應(yīng)過程產(chǎn)生的各種有害氣體。輻射源的升降設(shè)有迫降裝置，可及時排除卡源事故。有的還安裝了監(jiān)測報警系統(tǒng)、還裝有閉路電視或潛望鏡等，供操作人員觀察與調(diào)控。鈷源裝置：鈷源裝置結(jié)構(gòu)簡單，Co為金屬鈷棒，包在不銹鋼管中，若干個裝有鈷棒的小不銹鋼柱包裝在一個大的不銹鋼筒中，安全可靠，不泄漏。非工作狀態(tài)時鈷源貯存于約4米深的水井中，水作為屏蔽物，輻照時鈷源移出水井，提升到輻照室地面上，進(jìn)行輻照加工。

    ⒉輻照產(chǎn)品的設(shè)置

    輻照效率與劑量不均勻度（u）都取決于輻射源與產(chǎn)品之間的幾何排布和產(chǎn)品包裝大小、密度，為了提高照射效率可以采用多種方法。如增大產(chǎn)品的照射面積（水平方向與垂直方向增加產(chǎn)品的長度或數(shù)量），增加產(chǎn)品的厚度或多道傳送，提高產(chǎn)品的包裝密度，減少源與產(chǎn)品間的距離。但這些措施會使u值增大，要提高照射效率必須增加源周圍產(chǎn)品包裝的數(shù)量，而降低u值卻需減小產(chǎn)品體積。因些只有在水平方向與埀直方向增加產(chǎn)品包裝的層次，并增加照射通道，才能解決這一矛盾，實現(xiàn)高效率下的均勻照射。照射目的是為了使產(chǎn)品獲得期望的輻射效應(yīng)，而給與產(chǎn)品需要的吸收劑量（D）。產(chǎn)品受到過量的照射是無用的，甚至可能有害。故D值無嚴(yán)格的定義，常由經(jīng)驗決定。劑量監(jiān)測是控制加工過程的基本手段，劑量監(jiān)測包括產(chǎn)品中吸收劑量的大小與分布的測量。為了區(qū)別照射與未照射過的產(chǎn)品，常用些標(biāo)簽作為照過的標(biāo)志貼在包裝外面，避免產(chǎn)品漏旺或重復(fù)照射。

    輻射聚合環(huán)保型印花黏合劑的舉例

   ⒈輻射聚合環(huán)保型涂料印花黏合劑

    原料采用為聚醚二元醇（N210，Mn＝1000），異佛爾酮二異氰酸酯（IPDI）、甲基丙烯酸甲酯（MMA）、丙烯酸丁酯（BA）、丙烯酸乙酯（EA）、丙烯臘（AN）、丙烯酸（AA）、平平加O，交聯(lián)單體A（自制）、二羥甲基丙酸（DMPA）、一縮二乙二醇（DEG）、甲基丙烯酸羥乙酯（2—HEMA）、三乙胺、丙酮、過硫酸鉀。其中聚氨酯和丙烯酸酯的配比為ω（PU）/ω（PA）＝20/80，交聯(lián)單體A含量為3％-5％。首先，通過常規(guī)工藝溶液聚合制備親水的聚氨酯預(yù)聚物/乙烯基單體混合物，然后將親水的聚氨酯預(yù)聚物/乙烯基單體混合物在水中分散，再利用鉆60—γ射線輻照，進(jìn)行乙烯單體的原位自由基乳液聚合，制得水性聚氨酯—丙烯酸酯分散體。用輻射乳液聚合工藝較常規(guī)的乳液聚合工藝所制備的涂料印花黏合劑性能優(yōu)良。原因是輻射乳液聚合工藝，不使用引發(fā)劑，即可制得高支化、高分子量的共聚物，該共聚物結(jié)構(gòu)不同于一般的乳液共聚物，它的乳膠粒存在接枝共聚或相互貫穿。（PUA）乳液為無甲醛環(huán)保型涂料印花黏合劑，提高涂料印花織物的耐摩擦和耐洗牢度，有著良好的手感和防污、耐候性等優(yōu)點。解決了印花織物手感和色牢度以及環(huán)保等難題。

    ⒉輻照制備水性聚氨酯－含硅丙烯酸酯黏合劑

    聚氨酯乳液涂層具有防水透氣、柔軟、耐磨和耐低溫等特殊性。但其缺點是耐水耐候性不佳。而丙烯酸酯乳液涂層有較好的耐水耐候性和耐化學(xué)藥品性能的優(yōu)點。但存在硬度大、手感性能差、不耐溶劑的缺點。人們又了解有機硅具有良好的耐熱性、耐低溫性、疏水性及透氣性良好。如果能將上述三種高分子相互匹配，取長補短，制備出一種高分子化合物，就能兼具三者優(yōu)良特性又能克制各自缺點，可以拓展它的應(yīng)用范圍。人們利用丙烯酸酯、有機硅改牲的聚氨酯水分體，進(jìn)行鈷60－γ射線輻照法乳液聚合工藝，使其發(fā)生接枝共聚制備出穩(wěn)定的水什生聚氨酯－含硅丙烯酸酯乳液，乳液膠膜在力學(xué)性能、耐候性、耐水性、柔韌性等各方面表現(xiàn)出優(yōu)異的性能，由于采用輻射聚合制備法，不添加任何助劑，使用該黏合劑印花涂層中不含甲醛，完全符合環(huán)保要求的綠色產(chǎn)品。

    展望

    近年來，我國輻射加工業(yè)已有了長足的發(fā)展。據(jù)1999年底統(tǒng)計中國輻射加工產(chǎn)品和技術(shù)服務(wù)收入已達(dá)20億元人民幣。食品、醫(yī)療用品、電子器件、紡織印染及其他輻照產(chǎn)品總值達(dá)50億元，年增長率在25％左右。隨著原子能知識和技術(shù)的不斷普及，輻射加工技術(shù)優(yōu)點的不斷開發(fā)和公眾心理接受程度的不斷改善，輻射加工行業(yè)一定會穩(wěn)步健康地發(fā)展。

    輻射技術(shù)開發(fā)應(yīng)用在我國已有相當(dāng)基礎(chǔ)，近年來發(fā)展很，除了科研和高�；I建外，許多省市已建或正在籌建一批輻照公司。如本文涉及的安徽省、河北的石家莊、遼寧的沈陽、阜新等都已建成開展各項工作。一些發(fā)展中國家（匈牙利、韓國、埃及、菲律賓等）在聯(lián)合國發(fā)展規(guī)劃小組與國際原子能機構(gòu)的財政與技術(shù)援助下建立了一批輻射滅菌工廠。我國在陜西咸陽建立了一座殺滅羊毛布氏桿菌的鈷60-γ射線輻照裝置，當(dāng)時裝源為5.6PBq（150kCi），設(shè)計能力為年處理羊毛3000噸。

    筆者希望通過本文激發(fā)廣大印花企業(yè)和印花材料制造商等業(yè)內(nèi)人士對輻射加工的興趣，開闊新材料、新工藝的視野。提高印染印花材料的科技含量，迎頭趕上世界先進(jìn)水，生產(chǎn)出符合國際環(huán)保要求的綠色印染印花產(chǎn)品。

    來源: 《紡織品印花》  文：劉永慶