上海科技大学射线应用研究室
辐射加工技术及其特点
由于辐射化学的基础和应用研究的深入开展,以及原子能工业的进步,提供了越来越多的辐射源,这样使得一门新的辐射加工技术得到迅速发展,受到人们广泛的重视。
辐射加工是利用γ射线(通常来自同位素钴60和铯137)和电子束(低能电子加速器)作为一种手段对材料进行辐射加工处理(特别是高分子材料),辐照储存,保鲜食品和医疗用品辐照灭菌消毒等。辐射加工在一些国家已形成为一个独特的工业体系,如电线绝线层的辐射交联,涂料辐射固化,聚乙烯热收缩管、膜,橡胶的辐射硫化以及辐射食品,医疗用品的辐射消毒等均已工业化或商业化。
辐射加工技术具有下列特点:第一、辐照过程不受温度影响,可以在低温下进行,因此被辐照对象可以是气态、液态或固态。第二、辐照穿透力强,可均匀深入到物体内部,可以在包装或封装好的情况进行辐照。第三、容易控制,适于连续操作。第四、不必加其他化学试剂和催化剂,保证产品高纯度。第五、反应速度快,形成高效生产线。
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去年在英国召开的国际橡胶、塑料辐射加工会议上,有人提到每年这方面论文约有1200篇,用辐射加工的橡胶、塑料年产值约为10亿美元。年增长率约为20%。目前,不少国家辐射加工研究、中间试验十分活跃,面也很广,估计有150~300个中间试验在运转。发展中国家对发展这种技术也十分积极,南斯拉夫、南非以及东南亚等国家都在纷纷建立辐射源,并结合本国特点利用,对天然资源进行辐射加工改性处理,如进行竹、木-塑料复合材料的研究,热带水果等食品辐射保鲜的研究等。我国台湾省的科技人员正从事木、竹-塑料复合材料。纸浆残渣-塑料复合体,炉渣-塑料复合体,蔗渣-塑料复合体作建筑材料应用的研制工作。
辐射加工新的应用领域正在不断开拓中,如聚合物分子量的辐照调节,动物饲料的辐射消毒,捕集太阳能用的辐射聚合光学塑料,有机氟废物的裂解处理,生物功能物质的辐射固定化等。
辐射加工已渗透到生物能源开发、自然资源利用、环境污染物的处理和生命科学等研究领域。
国外已有报道利用辐射预处理和用低温辐射聚合固定化酵母等方法对木屑、稻草等纤维素废料进行糖化发酵生产酒精可以大大提高得率。从甘蔗残渣糖蜜,可制得草酸等有机产品。从非石油资源的甲烷、一氧化碳和氢辐射合成制醇、醛、酮等有机产品,亦正在研究中。
在环境污染物的辐射处理中,已研究成功用低能加速器辐照钢铁厂出来的废气,可除去二氧化硫和氧化氮气体。达到几个ppm,用NH2吸收还可制得硫铵和硝铵。
低温下辐照加工,表面辐照或局部辐照,制备高分子材料表面具有血液相容性(抗凝血)和生物相容性,以及酶的固定化等生物医用材料的研究、应用都有新成就。
我国辐射加工技术的发展情况
我国辐射化学及其应用研究,起始于五十年代末和六十年代初。是从研究核工艺中的萃取剂和离子交换剂的辐射稳定性开始的,从事这方面的单位有长春、北京和上海等有关研究所和高校,至1963年在长春召开了我国第一次辐射化学会议。在这次会议上发表的论文,涉及辐射应用及加工的文章有四十篇以上,它包括辐射源装置、剂量测量、高分子辐射聚合、交联和接枝等方面:1964~1965年,在高分子材料辐射聚合和辐射交联等方面取得了研究成果和进行少量试产,如上海化工研究院的辐射聚合有机玻璃,长春应化所研究成功聚乙烯辐射交联热收缩管套,上海科技大学研究成功辐射交联聚乙烯热收缩薄膜和木-塑复合材料用于纺织梭的研究等。
七十年代以来,特别是1976年以来,我国应用辐射化学和辐射加工有了较快的发展。据不完全统计,我国从事这方面工作的技术人员近五百人,并于1980年成立了中国核学会,与国际交流活动也逐步开展。
我国辐射加工的研究大部集中在高分子材料的辐射制备方面,取得成效而进行中试或准备进行中试的约有二十项左右,其中包括了羊毛辐射消毒和食品辐射保鲜等四个项目。其中已成为产品的约有十项,估计年产值在百万元以上。
我国辐射加工已取得成果的一些重要项目有:
1、辐射交联聚乙烯热收缩管和膜;
2、含氟聚合物的辐射交联;
3、硅橡胶的辐射交联;
4、丙烯酰胺的辐射聚合;
5、三氟氯乙烯苯体辐射聚合;
6、三氟氯乙烯与乙烯辐射共聚合;
7、丙烯酸与丙烯酸丁酯共聚物的辐射合成及其在胶片中的应用;
8、辐射制备锌-氧化银电池隔膜材料;
9、辐射接枝聚四氟乙烯及其在机床导轨上的应用;
10、辐射化学法制聚全氟乙丙烯均相离子交换膜;
11、辐射化学法改善木材尺寸稳定性;
12、H—20丙烯酸酯涂料及其电子束辐射固化;
13、辐射羊毛消毒灭菌;
14、辐射保藏粮食;
15、马铃薯、洋葱、大蒜的辐射贮藏;
16、辐射保藏鲜猪肉;
17、辐射保藏板栗;
18、辐射保鲜蘑菇。
发展辐射加工技术的困难和建议
辐射加工技术的发展,比预期要慢得多,所遇到的阻力和困难,国内外都有相似之处。
第一、因为一次性投资较大,特别是辐射源的投资,作为一种生产手段,就需要在技术经济收益方面进行充分的核算分析,比其他方面法有确切的优越之处,才能被人们接受,特别为工业部门所接受,这种技术经济分析研究工作很重要。
第二、对普遍存在的核恐惧心理,要进行科普知识宣传。
第三、缺乏对新生工业的了解和知识,要积极培养这方面人才和队伍,为此建议在高校开设辐射化学和辐射加工选修课。
从上海地区来说,应该充分发挥上海的力量较强的优势。
①在高分子辐射产品方面要突破一、二个项目,使之早日投入较大规模生产,只有组织起来,综合各方面力量和队伍,共同攻关,才能在短期内有所突破,如电线绝缘层的辐射交联、涂料固化等。
②上海应开展食品辐照工作,对经济价值高的出口食品,如大蒜、蜜梨出口罐头、中成药蜜丸等食品中,选择一、二种组织协作组,开始研试工作,列入市重点项目,辐照工艺,辐照食品的安全卫生性试验,都要进行研究。
③加强辐射源的工作,上海建立一个大辐射源似有必要。同时加速器研制工作的力量需要加强。
④发挥上海地区学术活动比较活跃的特点,加强国际学术交流和合作,提高队伍的业务水平。
(闻欣摘自一九八二年五月上海市同位素会议资料)
(注:文中小标题编者加)