辐射加工是辐射化学（Radition Chemistry）研究电离辐射与物质相互作用产生的物理学、化学和生物学效应的规律进行研究、开发和应用的一门新技术。辐射工艺学又称辐射加工（Radiation processing）是利用电离辐射诱发材料的物理、生物和化学变化从而达到加工改性的目的。辐射加工使用的射线类型主要两种：一种是放射性核素（通常是60CO）给出的γ射线；另一种工业电子加速器给出的高能电子束和衍生的X射线。（由于电子加速器投资较大，防护也困难，一般均采用钻60核素γ辐射源的最广泛，以它为介绍重点。）电离辐射作为一种有效手段来生产优质高分子化工材料或使食品长期储存或保鲜、辐射育种、对医疗用品消毒以及处理工业“三废”等。油墨与涂料的辐射固化和工业三废的辐射净化是辐射加工中两个发展中的领域，有着很好的前景。

    为了便于大家理解，在这里提及一个人们接触较多的射线辐射的例子：人们生病常去医院作X光检查，在X光科的门前首先进入人们眼帘的就是醒目的提醒：“小心电离辐射，闲人免进”的警示牌。今天介绍的γ射线和X光射线本质上与可见光、电磁波一样都是电磁辐射，只是来源、能量分布上是不同的。虽然都是光子，具有波粒两重性，但由于它们波长短、能量大、与物质的相互作用过程表现出明显的粒子性。电磁辐射与物质的相互作用过程主要有：光电效应、康普顿效应与产生电子对，物质吸收辐射能量后会产生一系列化学效应，最终导致物质组成、结构、性质上的改变。辐射引发化学过程具有许多优点，如辐射化学反应一般不受温度、压力等实验条件和体系状态的限制，适应性强，通常无需添加引发剂、催化剂，产品纯度高，容易实现工艺自动化，有利于节约能源和环境保护。很早以前人们就开始研究利用辐射进行有机合成，期望找到一些新的高效特异反应。人们的注意力多集中在用少量的辐射即可得到许多产物的链锁反应上，近年来在这方面取得了较大的进展。

    辐射聚合（Radiation-induced polymerization）

    在高分子辐射化学中辐射聚合、辐射共聚合、辐射接枝共聚、辐射交联、辐射降解等。这里只重点讨论辐射聚合和辐射接枝共聚。先介绍辐射聚合是利用电离辐射能来引发有机单体的聚合反应来获取高分子化合物。辐射聚合的方法很多，如固相、气相、液相、溶液、乳液、预辐射聚合等。下面结合上述内容重点介绍乳液聚合。先来介绍一下辐射对聚合的作用，电离辐射作用于聚合物时，在其分子内部产生电离和激发，由此导致聚合物分子间形成化学键—交联、主链的断裂—裂解，实际上交联与裂解两个过程同时进行的。如丙烯酸及其酯类的主要过程是交联。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，使分子量增加，形成三维网状结构的现象。所谓辐射裂解是指聚合物分子在辐射作用下主链发生断裂，分子量降低的过程。

    乳液聚合是在乳化剂存在下，以水作为溶剂进行的聚合反应，称为乳液聚合。乳液聚合主要优复是聚合速度快、产物分子量高；在远低于乳化剂临界浓度下，辐射乳液聚合仍能以很高的速度进行，所需剂量小，聚合率可达100％。乳化剂主要是分子一端亲水，另一端憎水并能溶于单体的极性化合物。在辐射乳液聚合中，常用的乳化剂有溴化十六烷基吡淀（阳离子型）、月桂酸钾、十二烷基磺酸钠（阴离子型）和聚氧化乙烯十二烷基醚（非离子型）等。乳液聚合通常是按自由基的反应机制进行的。其特点是许多乳胶粒子能独立地进行聚合。由于辐射作用，水辐解生成的自由基侵入胶束与乳胶粒子中使单体聚合。例如，苯乙烯在月桂酸钾乳化液中辐射聚合的初期速度比本体辐射聚合快100-300倍，产物的聚合度比本体聚合大10倍以上，分子量为（1.2-1.5）×106，产品性能比普通方法优越。

    辐射加工工艺

    ⒈辐射装置

    为了利用辐射源进行照射，还必须有一整套的包括照射室、贮源容器、源升降装置及屏蔽、通风、剂量监测等设施。其核心是辐射源与产品传输系统。笔者曾经走访了解中国科学院原子能研究所，参观学习了辽宁省内两家辐射加工公司：一家是沈阳张士开发区的辐射公司，另一家是阜新市的辐射公司，这两家公司都是原子能研究所帮助设计与援建的。

    目前用得较多的是混凝土屏蔽照射室与水井贮源的辐射装置，混凝土屏蔽照射室具有宽厂的辐射场，可以辐照大体积样品，便于改变剂量率及辐照条件，辐射源必须准确定位，照射位置可以设置各种形式的照射台。为使照射均匀，必要时可以设计成旋转式的样品架或照射台。照射室的出入口不宜采用过于笨重的屏蔽门，一般采用曲折的迷道与较便的屏蔽门，防止辐射逸出。迷道减弱辐射强度的效果取决于壁的散射，它与迷道的截面大小、形状、结构材料、转折次数多就越有效。能量低的γ射线不容易通过散射来减弱，所以迷道出口的屏蔽门常用不太厚的铅皮或铁极挡住软γ射线。照射室要尽量防止射线从通风、水、电、煤气、提源绳索等孔道中泄漏到控制室。除此外还有许多安全联锁控制系统：在照射时联锁装置使工作人员无法误入。源不在贮存室位置，防护门无法开启。防护门不锁住，源无法提起。良好的通风设备排除室内产生的03、N20及反应过程产生的各种有害气体。辐射源的升降设有迫降装置，可及时排除卡源事故。有的还安装了监测报警系统、还装有闭路电视或潜望镜等，供操作人员观察与调控。钴源装置：钴源装置结构简单，Co为金属钴棒，包在不锈钢管中，若干个装有钴棒的小不锈钢柱包装在一个大的不锈钢筒中，安全可靠，不泄漏。非工作状态时钴源贮存于约4米深的水井中，水作为屏蔽物，辐照时钴源移出水井，提升到辐照室地面上，进行辐照加工。

    ⒉辐照产品的设置

    辐照效率与剂量不均匀度（u）都取决于辐射源与产品之间的几何排布和产品包装大小、密度，为了提高照射效率可以采用多种方法。如增大产品的照射面积（水平方向与垂直方向增加产品的长度或数量），增加产品的厚度或多道传送，提高产品的包装密度，减少源与产品间的距离。但这些措施会使u值增大，要提高照射效率必须增加源周围产品包装的数量，而降低u值却需减小产品体积。因些只有在水平方向与埀直方向增加产品包装的层次，并增加照射通道，才能解决这一矛盾，实现高效率下的均匀照射。照射目的是为了使产品获得期望的辐射效应，而给与产品需要的吸收剂量（D）。产品受到过量的照射是无用的，甚至可能有害。故D值无严格的定义，常由经验决定。剂量监测是控制加工过程的基本手段，剂量监测包括产品中吸收剂量的大小与分布的测量。为了区别照射与未照射过的产品，常用些标签作为照过的标志贴在包装外面，避免产品漏旺或重复照射。

    辐射聚合环保型印花黏合剂的举例

   ⒈辐射聚合环保型涂料印花黏合剂

    原料采用为聚醚二元醇（N210，Mn＝1000），异佛尔酮二异氰酸酯（IPDI）、甲基丙烯酸甲酯（MMA）、丙烯酸丁酯（BA）、丙烯酸乙酯（EA）、丙烯腊（AN）、丙烯酸（AA）、平平加O，交联单体A（自制）、二羟甲基丙酸（DMPA）、一缩二乙二醇（DEG）、甲基丙烯酸羟乙酯（2—HEMA）、三乙胺、丙酮、过硫酸钾。其中聚氨酯和丙烯酸酯的配比为ω（PU）/ω（PA）＝20/80，交联单体A含量为3％-5％。首先，通过常规工艺溶液聚合制备亲水的聚氨酯预聚物/乙烯基单体混合物，然后将亲水的聚氨酯预聚物/乙烯基单体混合物在水中分散，再利用钻60—γ射线辐照，进行乙烯单体的原位自由基乳液聚合，制得水性聚氨酯—丙烯酸酯分散体。用辐射乳液聚合工艺较常规的乳液聚合工艺所制备的涂料印花黏合剂性能优良。原因是辐射乳液聚合工艺，不使用引发剂，即可制得高支化、高分子量的共聚物，该共聚物结构不同于一般的乳液共聚物，它的乳胶粒存在接枝共聚或相互贯穿。（PUA）乳液为无甲醛环保型涂料印花黏合剂，提高涂料印花织物的耐摩擦和耐洗牢度，有着良好的手感和防污、耐候性等优点。解决了印花织物手感和色牢度以及环保等难题。

    ⒉辐照制备水性聚氨酯－含硅丙烯酸酯黏合剂

    聚氨酯乳液涂层具有防水透气、柔软、耐磨和耐低温等特殊性。但其缺点是耐水耐候性不佳。而丙烯酸酯乳液涂层有较好的耐水耐候性和耐化学药品性能的优点。但存在硬度大、手感性能差、不耐溶剂的缺点。人们又了解有机硅具有良好的耐热性、耐低温性、疏水性及透气性良好。如果能将上述三种高分子相互匹配，取长补短，制备出一种高分子化合物，就能兼具三者优良特性又能克制各自缺点，可以拓展它的应用范围。人们利用丙烯酸酯、有机硅改牲的聚氨酯水分体，进行钴60－γ射线辐照法乳液聚合工艺，使其发生接枝共聚制备出稳定的水什生聚氨酯－含硅丙烯酸酯乳液，乳液胶膜在力学性能、耐候性、耐水性、柔韧性等各方面表现出优异的性能，由于采用辐射聚合制备法，不添加任何助剂，使用该黏合剂印花涂层中不含甲醛，完全符合环保要求的绿色产品。

    展望

    近年来，我国辐射加工业已有了长足的发展。据1999年底统计中国辐射加工产品和技术服务收入已达20亿元人民币。食品、医疗用品、电子器件、纺织印染及其他辐照产品总值达50亿元，年增长率在25％左右。随着原子能知识和技术的不断普及，辐射加工技术优点的不断开发和公众心理接受程度的不断改善，辐射加工行业一定会稳步健康地发展。

    辐射技术开发应用在我国已有相当基础，近年来发展很，除了科研和高校筹建外，许多省市已建或正在筹建一批辐照公司。如本文涉及的安徽省、河北的石家庄、辽宁的沈阳、阜新等都已建成开展各项工作。一些发展中国家（匈牙利、韩国、埃及、菲律宾等）在联合国发展规划小组与国际原子能机构的财政与技术援助下建立了一批辐射灭菌工厂。我国在陕西咸阳建立了一座杀灭羊毛布氏杆菌的钴60-γ射线辐照装置，当时装源为5.6PBq（150kCi），设计能力为年处理羊毛3000吨。

    笔者希望通过本文激发广大印花企业和印花材料制造商等业内人士对辐射加工的兴趣，开阔新材料、新工艺的视野。提高印染印花材料的科技含量，迎头赶上世界先进水，生产出符合国际环保要求的绿色印染印花产品。

    来源: 《纺织品印花》  文：刘永庆