輻射氧化

輻射技術已經被廣泛套用於材料改性,對聚合物進行輻照將誘導分子鏈發生交聯和降解。輻射交聯有利於提高材料的性能,比如提高熱穩定性,增加機械性能等,但是輻射降解將對聚合物造成損傷。

在氧氣存在下,任何聚合物均會發生輻射氧化,引起分子鏈的氧化降解,分子量減小,這會顯著影響其機械強度。

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簡介

輻照技術具有高效性、衛生安全性和無化學殘留等優點,受到日益廣泛的關注。
聚合物的輻射效應受氧、添加劑和聚合物的結構的影響。在高能輻射作用下,聚合物的輻射交聯和裂解兩個過程同時存在,但總有一種是主要的,根據聚合物的結構和化學特性,可大致分為交聯型和裂解型。所謂的交聯是指聚合物分子之間通過橋鍵連在一起的現象,引起聚合物分子量的增加,最終導致三維網狀結構的形成。交聯的聚合物在溶劑中不能溶解,只能溶脹形成凝膠,輻射交聯會引發材料的物理和化學變化。裂解是指聚合物在高能輻射作用下主鏈發生斷裂的過程,使得聚合物的分子量降低,熱穩定性下降,機械強度下降,溶解度增加等。聚合物的輻射交聯和輻射裂解是指其在某一特定條件下而言的, 氧的存在一般可促進聚合物的裂解,如聚乙烯在真空或惰性氣氛下輻照時主要發生交聯,若在氧氣氣氛條件下輻照時,則會產生氧化降解;如PVC 在真空中輻照,以交聯反應為主,而在空氣中輻照,以裂解為主。和化學法相比,輻射法具有無環境污染,容易控制,適於連續操作,產品純度高而且均勻,可形成高效生產線的特點。

輻射氧化的危害

聚丙烯腈纖維

聚丙烯腈(PAN)纖維由於其熔點高,碳收率高,熱解速度快而最適合作為碳纖維的前驅體。PAN 在是一種典型的輻射交聯型聚合物,在室溫真空條件下輻照時的 G(X)= 0.59 和 G(S)=0,但是在有氧輻照下,PAN 的分子量逐漸降低,且以氧化降解反應為主。
相關研究表明,在室溫下,經γ射線空氣和氧氣下輻照後,PAN纖維表面發生輻射氧化降解,芯部仍主要發生交聯,輻射氧化程度可通過調節劑量、劑量率及氧氣分壓來控制。輻射氧化降解對纖維造成損傷,引起纖維強度明顯下降,尤其是在高劑量下,同時,由於PAN分子鏈上引入了氧原子,有利於氧化脫氫,進一步緩和了環化放熱反應。經過惰性氣氛退火處理可以產生新的交聯結構,提高凝膠含量,從而削弱輻射氧化降解程度。

食品油脂

採用輻照對食品進行處理,可有效殺滅或減少食物中的微生物(包括致病菌和寄生蟲等),提高食物的食用安全性,同時還可顯著延長食物的貨架期,保證食物的有效供應。但是研究發現,輻照處理可以使食品中生成大量自由基,進而導致油脂發生腐敗、退色、褐變,並產生不愉快的感官風味。目前,在食品輻照加工和儲存過程中,食品中的油脂氧化是導致食品質量降低主要原因之一,大大限制了輻照技術在農產品儲藏與保鮮中的套用。
因此,今後應加大對食品油脂輻照氧化的研究,通過添加抗氧化劑、低溫處理、氣調包裝等措施抑制油脂氧化,提高輻照食品質量,促進輻照技術在食品保鮮中的套用。

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