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    輻射加工是輻射化學（Radition Chemistry）研究電離輻射與物質相互作用產(chǎn)生的物理學、化學和生物學效應的規(guī)律進行研究、開發(fā)和應用的一門新技術。輻射工藝學又稱輻射加工（Radiation processing）是利用電離輻射誘發(fā)材料的物理、生物和化學變化從而達到加工改性的目的。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光科的門前首先進入人們眼簾的就是醒目的提醒：“小心電離輻射，閑人免進”的警示牌。今天介紹的γ射線和X光射線本質上與可見光、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、與物質的相互作用過程表現(xiàn)出明顯的粒子性。電磁輻射與物質的相互作用過程主要有：光電效應、康普頓效應與產(chǎn)生電子對，物質吸收輻射能量后會產(chǎn)生一系列化學效應，最終導致物質組成、結構、性質上的改變。輻射引發(fā)化學過程具有許多優(yōu)點，如輻射化學反應一般不受溫度、壓力等實驗條件和體系狀態(tài)的限制，適應性強，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。很早以前人們就開始研究利用輻射進行有機合成，期望找到一些新的高效特異反應。人們的注意力多集中在用少量的輻射即可得到許多產(chǎn)物的鏈鎖反應上，近年來在這方面取得了較大的進展。

    輻射聚合（Radiation-induced polymerization）

    在高分子輻射化學中輻射聚合、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、預輻射聚合等。下面結合上述內(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)，由此導致聚合物分子間形成化學鍵—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鍵，使分子量增加，形成三維網(wǎng)狀結構的現(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，以水作為溶劑進行的聚合反應，稱為乳液聚合。乳液聚合主要優(yōu)復是聚合速度快、產(chǎn)物分子量高；在遠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行，所需劑量小，聚合率可達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機制進行的。其特點是許多乳膠粒子能獨立地進行聚合。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、劑量監(jiān)測等設施。其核心是輻射源與產(chǎn)品傳輸系統(tǒng)。筆者曾經(jīng)走訪了解中國科學院原子能研究所，參觀學習了遼寧省內(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，輻射源必須準確定位，照射位置可以設置各種形式的照射臺。為使照射均勻，必要時可以設計成旋轉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、結構材料、轉折次數(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、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，防護門無法開啟。防護門不鎖住，源無法提起。良好的通風設備排除室內(nèi)產(chǎn)生的03、N20及反應過程產(chǎn)生的各種有害氣體。輻射源的升降設有迫降裝置，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：鈷源裝置結構簡單，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，進行輻照加工。

    ⒉輻照產(chǎn)品的設置

    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，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，常用些標簽作為照過的標志貼在包裝外面，避免產(chǎn)品漏旺或重復照射。

    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聚物/乙烯基單體混合物，然后將親水的聚氨酯預聚物/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，該共聚物結構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，可以拓展它的應用范圍。人們利用丙烯酸酯、有機硅改牲的聚氨酯水分體，進行鈷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)品和技術服務收入已達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50億元，年增長率在25％左右。隨著原子能知識和技術的不斷普及，輻射加工技術優(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。

    輻射技術開發(fā)應用在我國已有相當基礎，近年來發(fā)展很，除了科研和高校籌建外，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的財政與技術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，當時裝源為5.6PBq（150kCi），設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