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20世纪50年代初,Charlesby首先观察到辐射能使聚乙烯交联。之后Doll证实了聚乙烯在高能射线作用下能发生交联反应,改变了传统认为高能射线对高分子材料只能起破坏作用的观点,开辟了辐射高分子化学和高分子辐射改性新领域。从此,高分子辐射效应研究获得迅速发展,新观点、新手段、新认识促使高分子辐射化学理论研究日益深入。
高聚合物的辐射效应主要是交联和裂解。实际上交联和裂解两个过程是同时进行的,究竟哪一个过程是主要的取决于高聚合物的结构和化学特性,同时它与辐照的环境条件有关。聚合物的辐射交联是指聚合物在辐射作用下,大分子之间形成化学键,形成三维网状结构的现象。辐射交联后的聚合物,除了呈现出显著的,化学稳定性和热稳定性外,还可获得许多新的性能,使之在耐温性,耐老化,抗腐蚀,阻热,阻燃以及力学强度方面,都能得到明显的改善。例如,聚乙烯分子的交联使分子量升高,熔点增高,抗老化性能增强。这种辐照交联加工技术已广泛应用于电缆和电线工业。经过辐照处理后的电缆或电线耐温性能可提高20~30℃,耐老化性能改善,使用寿命延长,并呈现热收缩性能。聚合:辐照聚合系指在辐照作用下,高分子单体相互聚合而形成高聚物。辐照聚合由于不引入化学引发剂,因而由该法产生的聚合物纯度高,从而其绝缘和机械性能好。
此外,由于剂量率易控制,使聚合速度保持在合适范围,因而可制成其他工艺较难制备的珍贵聚合物。目前,常用辐照聚合技术可制备高透明度,高厚度及易于成形的防弹有机玻璃(聚甲基丙烯酸甲酯),以及可用作絮凝剂、增稠剂、减阻剂及分散剂的聚丙烯配胺。美国首先实现了辐照聚合聚丙烯配胺的商业化。降解:辐照降解系指在辐照作用下,聚合物分子的主链发生断裂,分子量下降。实际上,辐照降解是辐照交联的逆过程,由于分子量下降,热稳定性(如熔融温度),机械强度下降,所以在溶剂中的溶解度增加。辐照降解的转化条件在于辐照剂量的大小。例如,聚乙烯吸收100kGy量级的剂量会导致交联,但聚四氟乙烯在此剂量下,却会严重降解。利用这一技术,配合其他条件,可制成粒度为10~1pm甚至更细的超细粉。这种经辐照降解的超细粉聚四氟乙烯与优质润滑油混合,可配制成在300℃下使用的耐腐蚀高级润滑油脂。
辐射化工技术在实际中广泛应用,诸如辐射交联热收缩材料的辐照与应用、电线电缆的辐射交联改性、辐射交联聚烯烃泡沫材料、水凝胶辐射合成与应用、涂层辐射固化、橡胶的辐射硫化及其应用、新型功能材料(如PTC)的制作等。高分子辐照产品已涉及国民经济建设和生活的各个方面,创造了巨大的经济效益和社会效益。