2024年4月12日发(作者：)

广 东 化 工 2021年 第6期

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52

· 第48卷 总第440期

辐射降解技术在高分子材料中的应用进展

谢映雪

(佛山佛塑科技集团股份有限公司，广东 佛山 528000)

[摘 要]辐射降解技术具有高效、无污染、条件温和、不需要添加其他助剂等特点，是高分子材料废料处理领域极具前景的应用技术。本文

综述了辐射降解技术在天然高分子、聚四氟乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、丁基橡胶等方面的研究进展和应用前景。

[关键词]辐射降解；天然高分子；聚四氟乙烯；聚甲基丙烯酸甲酯；丁基橡胶

[中图分类号]TQ320.9 [文献标识码]A [文章编号]1007-1865(2021)06-0052-02

Application Progress of Radiation Degradation Technology in Macromolecules

Xie Yingxue

(FSPG Hi-Tech Co., Ltd., Foshan 528000, China)

Abstract: Radiation degradation has the characteristics of no need to add other agents, no secondary pollutants and high treatment efficiency, which has become

a promising application technology in the field of macromolecules degradation. The research progress and application prospect of radiation degradation in natural

polymer, PTFE, PMMA and butyl rubber were reviewed.

Keywords: Radiation degradation；natural polymer；PTFE；PMMA；butyl rubber

[1-2]

辐射降解技术是利用高能射线与物质相互作用，物质分子吸

。

收辐射能量后自身电离和激发，产生各种活化粒子(粒子、次级电

辐射诱发高分子材料降解的研究从20世纪50年代就开始了，

子、自由基等)，活化粒子可与物质发生一系列物化作用，从而使其中最著名的应用就是聚四氟乙烯的辐射降解，用于生产高效润

高分子主链断裂、分子量降低甚至完全降解，甚至有机物可降解

滑剂的PTFE粉末。表1列出了部分材料辐射降解的工业应用

[1]

。

为二氧化碳、水和矿物盐。与常规的降解技术相比较，辐射降解

下文将详述辐射技术在天然高分子、聚四氟乙烯、聚甲基丙烯酸

具有生产效率高、无二次污染物、加工条件温和、无需添加其他

甲酯、丁基橡胶等领域的研究和应用进展。

助剂等特点，是高分子材料废料处理领域极具前景的应用技术

表1 部分聚合物辐射降解的工业应用

Tab.1 Industrial application of radiation degradation of some polymers

聚合物

聚四氟乙烯

聚环氧乙烷

聚甲基丙烯酸甲酯

无规聚丙烯

丁基橡胶

木材

目的

造蜡、处理废料

调整分子量及分布

调整分子量及分布

处理废料

处理废料

辐射降解后蒸汽水解减少污染

降解物用途

润滑性能改进剂，非粘着、耐磨性改进剂

制纸粘合剂，纤维上浆剂等

橡胶添加剂

光降解性材料

润滑油添加剂

纸浆，木材醣化等

1 天然高分子的辐射降解

辐射降解技术在天然高分子中的应用包括植物纤维素、壳聚

糖和淀粉等。

1.1 纤维素

含植物纤维素的废料数量相当庞大，包括稻草、废棉、木材

等。由于高聚合度、高结晶度和木质素-纤维素络合物的存在使这

些物料难以被动物消化。通过辐射处理可以降低结晶度、打断主

链、降低分子量，从而起到降低粗纤维含量，增加单糖和低齐聚

糖含量，从而提高了可消化性，可为动物提供更为广泛的食物来

源

[1]

。但其实际应用存在处理剂量高、成本较高等问题。

1.2 壳聚糖

甲壳素是仅次于木质纤维素的第二大天然高分子，是许多低

等动物外壳的重要成分。甲壳素经过在碱性条件下脱乙酰得到壳

聚糖(又叫壳寡糖)，壳聚糖是一种可生物降解的高分子，具有成

膜性、可纺性、抗凝血性、促进伤口愈合等功能，可广泛应用于

食品、生化、医药、日用化妆品及污水处理等众多领域

[3]

。

由甲壳素脱乙酰化制得的壳聚糖的相对分子量很大，一般为

几十万到上百万，所制备的壳聚糖溶解性差，这使得它的应用受

到极大限制。高德玉等

[4]

采用辐射技术对壳聚糖进行辐射10~50

kGy，结果表明其分子量随着辐照剂量的增大而降低。且水对壳

聚糖辐射降解有促进作用，溶于水中的壳聚糖辐照降解速度是固

态直接辐射时的50倍。辐射可降低壳聚糖的热稳定性，破坏壳聚

糖分子的氨基和苷键，且氧气的存在会加速裂解反应的进行。

1.3 淀粉

淀粉作为一种来源广泛、廉价、可再生的天然高分子材料，

已广泛应用在纺织、食品、造纸等行业。由于淀粉来源不一，不

同来源的淀粉质量有一定的差别。为了满足日益发展的工业应用

要求，需要在实际生产中先对淀粉进行改性再进行使用。

相对于化学法制备改性淀粉，辐射法改性具有工艺简单、操

作方便、生产稳定、容易控制、无残留等优点。陈惠元等

[5]

研究

了γ射线对玉米淀粉的辐射改性，通过γ射线将淀粉大分子中的

C-C键、C-O键和C-H键打断，从而降低淀粉的聚合度和粘度。

辐射剂量达到4 kGy以上，可使淀粉粘度下降到14 mPa·S以下，

同时其浆料性能指标也完全可满足纺织应用要求，且粘附力有一

定程度的提高。辐射降解对淀粉的改性在纺织、食品、造纸等行

业将有广泛的应用前景。

2 聚四氟乙烯(特氟龙)的辐射降解

聚四氟乙烯可以被辐射降解为粉末状或低分子量的全氟化合

物，这些降解产物有多重用途，如降解粉末可与其他材料混合做

润滑剂用；全氟羧酸可用作表面活性剂，全氟烯烃是反应性化合

物并适用于全氟表面活性剂、织物成型剂和特殊的绝缘体。

聚四氟乙烯有效降解所需剂量很高，聚四氟乙烯的降解产物

受温度、剂量、氧等的影响。在惰性气氛中，高剂量下可制备出

低分子量全氟烯烃或全氟石蜡；全氟羧酸则是有氧辐射时生成的；

聚四氟乙烯超细粉的制备则需要在辐射样品中加一些添加剂

[1,6]

。

目前，已有产业化的处理装置。

3 聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)的辐射降解

PMMA经过辐射后会产生无规降解，可用于调整其分子量及

[收稿日期] 2020-12-29

[作者简介] 谢映雪(1983-)，女，广东汕头，工程师，主要从事辐射高分子材料的研究。

2021年

第6期 广 东 化 工

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分布，可作为橡胶的添加剂。线型结构的PMMA在室温、空气中

辐照后，发生裂解反应。在低剂量区域，小于0.5 Mrad时，高聚

物分子量变化很小；高于0.5 Mrad辐射，高分子主链无规裂解，

分子量下降与剂量成比例。

交联网状结构PMMA在室温空气中采用钴源辐射，在辐射剂

量低于0.5 Mrad时，凝胶含量几乎不变；当剂量大于0.5 Mrad时，

随着辐射剂量的增大，凝胶含量减少，溶胶含量增多，可认为交

联结构发生裂解。当辐射剂量达到10 Mrad时，交联的PMMA已

裂解完全转化为线型结构的溶胶

[7]

。

5 结束语

相较于辐射交联技术，辐射降解在高分子材料的改性应用较

少，实际已工业化的更是凤毛麟角。随着环境压力的与日俱增，

将辐射技术引入废旧天然高分子、塑料和橡胶的降解处理具有非

常重要的意义和社会效益！辐射降解的应用关键是要找到适合的

辐射装备、工艺以及降解产物的用途和附加的经济价值。

参考文献

[1]哈鸿飞，吴季兰．高分子辐射化学——原理与应用[M]．北京：北京大

学出版社，2002．

[2]夏彧．γ射线辐射降解的研究进展[J]．城市地理，2015，07：259-261．

[3]李治，刘晓非，徐怀玉，等．壳聚糖的γ射线辐射降解研究[J]．应用化

学，2001，18(2)：104-107．

[4]高德玉，李红，李锦书，等．γ-射线辐照对壳聚糖相对分子量影响[J]．化

学与黏合，2009，31(1)：28-30．

[5]陈惠元，彭志刚，丁钟敏，等．辐射技术在淀粉改性中的应用[J]．核化

学与放射化学，2007，29(1)：53-56．

[6]叶剑锋，裴元吉．聚四氟乙烯电子束辐射降解研究[J]．核技术，2015，

38(1)：1-5．

[7]叶良华，李萍，梅周蕾，等．聚甲基丙烯酸甲酯体系研究Ⅲ．聚甲基丙

烯酸甲酯辐射裂解[J]．辐射研究与辐射工艺学报，1986，11(4)：48-51．

[8]由莉．废旧丁基橡胶的辐射再生[J]．制品与工艺，2000，2：33-34．

[9]赵志正．辐射法再生丁基橡胶的性能及其用途[J]．世界橡胶工业，2010，

6(37)：7-9．

4 丁基橡胶的辐射降解

自上世纪五十年代开始，美国和苏联等一些国家先后开始对

废旧丁基硫化胶的再生进行研究和生产。国外主要采用辐射法对

废旧丁基橡胶进行再生，使废旧丁基橡胶在高能射下线辐射，丁

基橡胶分子链结构发生解聚的作用。该方法不污染环境，同时经

辐射再生的橡胶还有较好的加工性能和物理机械性能。再生胶的

拉伸强度可达到8~10 MPa，断裂伸长率可达450 %以上

[8-9]

。

辐射降解回收丁基橡胶的过程包括：先把旧轮胎切割成许多

小碎片(经低温冷冻粉碎效果更好)，然后再用γ射线或电子束辐

照。经过辐射后丁基橡胶大分子网络结构分解，主链分子量变小，

引起橡胶力学性能的变化。经辐射再粉碎后，旧橡胶就可以与其

他组分混合用于生产新轮胎。

采用辐射手段回收旧轮胎的橡胶，特别是价格高、生产技术

复杂的丁基橡胶，具有较好的经济效益和社会效益。由于我国丁

基橡胶主要靠进口，以辐射法再生的丁基橡胶可代替部分进口丁

基橡胶，而且加入辐射再生胶后可改善新丁基橡胶的加工工艺，

如半成品胶料强度大、收缩小、口型尺寸易掌握等。另外，辐射

降解丁基橡胶还可用作润滑油添加剂。因此，辐射降解丁基橡胶

不但可减少我国对进口丁基橡胶的依赖，还可保护我们的环境，

减少环境压力。

(本文文献格式：谢映雪．辐射降解技术在高分子材料中的应用进

展[J]．广东化工，2021，48(6)：52-53)

(上接第57页)

[32]何宝佳，魏蔚，丁春秀，等．微波萃取技术提取谷精草中总黄酮的工

艺优化[J]．宜春学院学报，2018，40(3)：27-30．

[33]何宝佳，陶浩楠，魏蔚，等．微波萃取技术提取败酱草中总黄酮的应

用研究[J]．唐山师范学院学报，2016，38(5)：44-46．

(本文文献格式：郑厚平，潘文桉，黄贵庆．中药制剂提取新技术

研究进展[J]．广东化工，2021，48(6)：56-57)

(上接第63页)

地佐辛、氟比洛芬酯联合地佐辛均在不同程度上发生率头晕、头

痛、恶心、瘙痒等不良反应，但相对而言，氟比洛芬酯与氟比洛

芬酯联合地佐辛的不良反应发生率更低。提示含有氟比洛芬酯的

超前镇痛对宫颈癌术后疼痛具有较好改善效果，有效性、安全性

均好于阿片类药物。

2.2 氟比洛芬酯自控镇痛与平衡镇痛

自控镇痛是外科手术治疗较为常见的一种镇痛方法，即医护

人员根据患者身体状况、疼痛状况针对性设置镇痛药物剂量，之

后由患者根据自身感受进行镇痛操作，达到疼痛改善目的。王庆

辉，孙悦

[6]

等研究者将90例行宫颈癌根治术患者均分成三组，分

别实施氟比洛芬酯自控镇痛、舒芬太尼自控镇痛、芬太尼自控镇

痛，比较三组患者术后疼痛情况。结果显示氟比洛芬酯自控镇痛

的术后镇痛效果最好，患者术后术后12 h与术后24 h VAS评分

均低于舒芬太尼自控镇痛与芬太尼自控镇痛。

除自控镇痛外，平衡镇痛也是临床应用较为广泛的一种镇痛

方法，通过不同镇痛药物合理配合强化镇痛效果，降低药物使用

不良反应

[7]

。董天鑫、赵磊、李艳

[8]

等学者研究表示，宫颈癌患者，

尤其是老年宫颈癌患者在年龄、术后疼痛等因素作用下，极容易

出现认知功能障碍，增加老年痴呆症患病率。并在研究中心指出

氟比洛芬酯单独用药的术后镇痛效果要好于舒芬太尼单独用药，

但不如二者联合用药。且其研究结果显示氟比洛芬酯联合舒芬太

尼术后各时间点VAS评分均低于舒芬太尼，认知功能障碍发生率

低于舒芬太尼，术后3 d智力状态评分(MMSE)高于舒芬太尼。说

明对于老年宫颈癌患者，氟比洛芬酯不仅具有较好术后镇痛效果，

对其认知功能维护也存在积极影响。

治疗中氟比洛芬酯的超前镇痛、术后平衡镇痛等均具有较好效果，

可在发挥镇痛作用的同时，对患者细胞免疫系统进行保护，降低

手术及其麻醉对患者认知功能存在的影响，减少术后并发症发生

率，让治疗更具安全性、有效性。因此，氟比洛芬酯值得在宫颈

癌手术治疗中推广应用。

参考文献

[1]王迎虎．氟比洛芬酯的药理及临床应用进展[J]．天津药学，2018，30(02)：

58-60+71．

[2]薛永耐，刘洋，黄脉一，等．地佐辛联合氟比洛芬酯对妇科肿瘤手术患

者镇静、镇痛及血浆炎症细胞因子水平的影响[J]．癌症进展，2020，18(14)：

1492-1495．

[3]陈茹．宫颈癌手术术后镇痛中氟比洛芬酯的临床应用分析[J]．实用妇科

内分泌电子杂志，2019，6(28)：34-35．

[4]马婕妤，宋琼．氟比洛芬酯联合地佐辛超前镇痛对宫颈癌患者术后疼痛

及免疫功能的影响[J]．中国老年学杂志，2018，38(13)：3143-3146．

[5]陈秀莺，管锦生，陈小琳．氟比洛芬酯联合地佐辛超前镇痛对宫颈癌患

者术后疼痛的影响[J]．中国老年学杂志，2016，36(23)：5925-5927．

[6]王庆辉，孙悦，姜万维．探讨氟比洛芬酯应用于宫颈癌手术术后镇痛的

临床效果[J]．实用肿瘤学杂志，2018，32(01)：33-37．

[7]王根生，卢锡华，杨清存，等．氟比洛芬酯在宫颈癌手术患者围术期镇

痛效果观察及对免疫系统的影响[J]．实用癌症杂志，2020，35(04)：651-655．

[8]董天鑫，赵磊，李艳，等．氟比洛芬酯对老年宫颈癌患者术后镇痛及认

知功能的影响[J]．中国医院用药评价与分析，2018，18(05)：583-585．

3 小结

氟比洛芬酯药理作用决定其是一种相对高效且安全的镇痛药

物，适用于宫颈癌术后镇痛。且多数临床研究证实在宫颈癌手术

(本文文献格式：任聪，刘海萍，王东伟．氟比洛芬酯对宫颈癌术

后镇痛效果的研究[J]．广东化工，2021，48(6)：63)