本書介紹了電離輻射的科學及其對聚合物的影響,并探索當前的裝置、設(shè)計和典型用途,詳細介紹了電離輻射的工業(yè)應用,以及抗輻射聚合物及其用途。還討論了健康和安全方面的考慮,提供了對輻射加工裝置的選擇和安全使用的理解。本書可供從事和有興趣使用電離輻射加工聚合物材料以改善和增加聚合物產(chǎn)品價值的科研人員、工程師、技術(shù)人員、銷售和市場營銷專業(yè)人士參考;可作為核技術(shù)領(lǐng)域企業(yè)的技術(shù)與管理人員以及新入職員工培訓、學習使用;也可作為大專院校相關(guān)專業(yè)教學用書。
輻射化學和聚合物的加工是一個跨學科的領(lǐng)域。正因為如此,很少有大學開設(shè)這方面的專門課程。為了促進其他行業(yè)對電離輻射制備聚合物技術(shù)的興趣以及與輻射加工行業(yè)、化學行業(yè)和學術(shù)界之間的合作,迫切需要更多的輻射化學和加工方面的大學和研究生教育。這本書也可以作為聚合物輻射加工領(lǐng)域教育的大學教科書及用于該領(lǐng)域的研究生教育或高年級本科課程!峨婋x輻射和聚合物原理、技術(shù)和應用》原版雖然成書時間為2013年,但其中的原理基礎(chǔ)知識對于初次涉及該領(lǐng)域的學生及跨學科課題的研究人員來說都是急需了解和學習的,并不因為出版時間過早而陳舊。中國同位素與輻射行業(yè)協(xié)會組織翻譯出版這本書,主要是為行業(yè)內(nèi)會員單位領(lǐng)導及從業(yè)者提供一個接觸了解國外這種技術(shù)和應用的機會,以推動我國的高分子材料加工應用。
譯者前言
在中國同位素與輻射行業(yè)協(xié)會具體安排下,我們將這部英文原著翻譯成中文出版,愿通過此項工作,促進電離輻射與聚合物的研究,以提高聚合物的物理、化學和力學性能。本書為廣大的塑料工程師和聚合物科研人員提供了寶貴的指導,包括在包裝、航空航天、國防、醫(yī)療器械和能源等方面的應用。本書也是材料科學、聚合物以及機電工程領(lǐng)域的高級工科學生的有用資源。
本書英文版Ionizing Radiation and Polymers: Principles, Technology, and Applications,由吉里·喬治·德羅布尼(Jiri George Drobny)先生著,愛思唯爾(Elsevier)公司出版。中文版由檳榔郭、郭麗莉翻譯,汪謨貞審校。為便于讀者對照閱讀原著,本書的符號表示、標準名和正斜體等形式盡量遵循原著。
感謝中廣核達勝加速器技術(shù)有限公司、四川智研科技有限公司和中國同輻股份有限公司對本書出版提供的支持。負責本書出版編輯工作的編輯對書稿進行了認真的審閱,對部分用語反復推敲,力求專業(yè)準確,做了大量具體而細致的工作。在此對所有參與和支持本書翻譯印刷出版工作的專家、老師和公司表示衷心的感謝。
由于時間倉促、水平有限,書中翻譯不當或錯誤之處,懇請專家學者和讀者不吝賜教,如有建議或問題可發(fā)送到ciraoffice@126.com。
譯者
2023年7月
前言
著名科學家、工程師、發(fā)明家和實業(yè)家馬歇爾·R.克萊蘭(Marshall R.Cleland)將輻射加工定義為:用電離輻射處理產(chǎn)品和材料,以改變其物理、化學或生物特性,增加其用途和價值,或減少其對環(huán)境的影響。當將這一定義應用于聚合物時,可以看到電離輻射處理是一種成熟且經(jīng)濟的商業(yè)方法,可以精確地改變本體聚合(bulk polymerization)體系和由其制成的成型組件的性能。由輻射引發(fā)的聚合物交聯(lián)、斷鏈、氧化、接枝和長鏈支化的化學反應,都已較好地應用在各種塑料、彈性體和復合材料中。
聚合物材料的重要特性,如力學性能、熱穩(wěn)定性、熔體流動性、可加工性、耐化學性和表面性能等,可通過電離輻射顯著改善或改變。
用輻射對聚合物和各種聚合物體系進行加工,與許多已建立的傳統(tǒng)工藝相比,具有重要的經(jīng)濟和環(huán)境優(yōu)勢。這些傳統(tǒng)工藝主要通過加熱,并且通常使用含有對環(huán)境有負面影響的添加劑的復雜配方。聚合物輻射加工過程中使用的電離輻射裝置和工藝具有低污染、低能耗和材料可回收利用的特點,這使其成為一種綠色技術(shù),在當前可持續(xù)性發(fā)展理念中具有非凡的吸引力。涂層和油墨的輻射固化可以是無溶劑的,也可以使揮發(fā)性有機化合物大幅減少。
本書涵蓋了基于電離輻射,即基于射線、電子束和X射線輻射的當前加工技術(shù)。主要目的是對這些工藝流程提供一個只涉及必要理論的描述和解釋,以使讀者能夠理解所提及的大部分材料。
第1章概述了輻射的一般類型,特別是電離輻射的類型,以及一些相關(guān)的科學原理。第2章介紹輻射化學和物理的基本原理。第3章介紹了當前的裝置類型、設(shè)計和典型用途,特別關(guān)注了電子束裝置,因為這種裝置在聚合物和聚合物體系的工業(yè)實踐中應用最為廣泛。第4章描述了電子束的加工過程,第5章則描述了商業(yè)聚合物材料的電子束加工。這兩章的內(nèi)容也主要集中于電子束上,其原因與第3章相同。第6章綜述了電離輻射的工業(yè)應用。第7章討論了耐輻射聚合物及其用途。第8章介紹了電離輻射的測量方法。第9章介紹了安全與衛(wèi)生注意事項。第10章總結(jié)了當前的技術(shù)現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢。附錄Ⅰ中列出了目前已知的裝置制造商,附錄Ⅱ為適用于電離輻射的標準和規(guī)范,附錄Ⅲ中總結(jié)了照射量和吸收劑量的單位及轉(zhuǎn)換,附錄Ⅳ中回顧了書中引用的方程,附錄Ⅴ列出了綠色化學12條原則。此外,還附有一個相當全面的相關(guān)術(shù)語表。
在書稿的編寫過程中,有許多同事、朋友和其他人士在許多方面作出了貢獻:馬歇爾·克萊蘭提供了大量的資源和寶貴的建議;托尼·貝雷卡(Tony Berejka)審閱了部分書稿,并提供了有價值的評論和數(shù)據(jù);其他人士提供了照片、數(shù)據(jù)、信息和對書稿進行改進的建議等,他們包括約翰·克呂西爾(John Chrusciel)、沃納·哈格(Werner Haag)、卡爾·斯旺森(Karl Swanson)、特倫斯·湯普森(Terrance Thompson)、本特·勞雷爾(Bengt Laurell)、菲利普·德希爾(Phillipe Dethier)、安·卡爾(Ann Car)、杰里米·西蒙(Jeremy Simon)、加里·科恩(Gary Cohen)等。如果沒有來自愛思唯爾團隊[馬修·迪恩斯(Matthew Deans)、西娜·埃布納斯賈賈德(Sina Ebnesajjad)、弗蘭克·海爾維格(Frank Hellwig)和大衛(wèi)·杰克遜(David Jackson)]的支持,沒有麗莎·瓊斯(Lisa Jones)和她的制作團隊的幫助和合作,這項工作就不會取得成功。
吉里·喬治·德羅布尼(Jiri George Drobny)
梅里馬克,新罕布什爾州和布拉格,捷克共和國
2012年6月
吉里·喬治·德羅布尼,畢業(yè)于布拉格技術(shù)大學化學工程專業(yè)和阿克倫大學聚合物科學研究所,在歐洲、美國和加拿大的橡膠和塑料加工行業(yè)工作了40多年,主要從事研發(fā)工作,并擔任高級和行政職務。任德布羅尼聚合物公司總裁!壚乒ㄐ彰汗鶑┍螅,職務:中心副總工程師、研究生指導老師、北京核學會常務理事。從事領(lǐng)域:無損檢測用駐波電子直線加速器及圖像采集處理設(shè)備的開發(fā)與應用。多年來一直從事無損檢測用駐波電子直線加速器及圖像采集處理設(shè)備的開發(fā)與應用,2002年被聘(評)為研究員級高工,F(xiàn)任北自所副總工程師,電物理中心總工程師,研究生指導老師;兼任北京核學會常務理事、北京電機學會加速器專業(yè)委員會主任委員、中國同位素與輻射行業(yè)協(xié)會輻射加工專業(yè)委員會副主任委員、北京市科學技術(shù)獎勵評審委員會評審專家等職。研究的項目:GB50752-2012《電子輻射工程技術(shù)規(guī)范》主要起草人,2012;GB/T25306-2010《輻射加工用電子加速器工程通用規(guī)范》主要起草人,2010;12MeV駐波電子直線加速器課題(國家04重大專項)主要參加人(2009-2010);負責編寫《無損檢測用駐波電子直線加速器使用指南》2000~2011版;負責編譯《PaxScan2520系統(tǒng)及操作指南》,2004;參加9MeV駐波電子直線加速器課題(八五計劃);參加計量標準用電子回旋加速器課題,(1979-1983);參加Scx-80計算機系統(tǒng)課題(1982-1985);參加750kV予注入器本地控制站課題(1979-1982);參加或主持無損檢測用駐波電子直線加速器及圖像采集處理等課題30余項(1997-2008);發(fā)表論文50多篇!
第1章 導言 001
1.1 輻射類型和輻射源 002
1.2 電離輻射 003
1.3 離子束輻射 007
1.4 激光束輻射 007
參考文獻 008
推薦閱讀材料 008
第2章 輻射化學和物理的基本原理 011
2.1 前言 012
2.2 高能電子與有機物的相互作用 013
參考文獻 022
推薦閱讀材料 023
第3章 聚合物輻射加工裝置 025
3.1 射線輻照裝置 026
3.2 電子束輻照裝置 029
3.3 X射線輻照裝置 054
3.4 電子束加工裝置及技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀 056
參考文獻 058
推薦閱讀材料 060
第4章 電子束加工 063
4.1 前言 064
4.2 利用促交聯(lián)劑增強電子束輻射交聯(lián)的方法 068
4.3 輻射交聯(lián)延緩劑 073
參考文獻 074
推薦閱讀材料 076
第5章 商業(yè)聚合物、單體和低聚物的電子束加工 079
5.1 熱塑性塑料的電子束加工 080
5.2 彈性體的電子束加工 089
5.3 液體體系的電子束加工 105
5.4 接枝和其他聚合物改性 107
參考文獻 111
推薦閱讀材料 116
第6章 電離輻射的工業(yè)應用 119
6.1 電線電纜技術(shù) 121
6.2 輪胎技術(shù) 131
6.3 聚烯烴發(fā)泡材料 135
6.4 熱縮材料生產(chǎn) 138
6.5 交聯(lián)聚乙烯管 141
6.6 涂料、膠黏劑和印刷油墨 145
6.7 氟添加劑的生產(chǎn) 153
6.8 聚合物復合材料的輻射固化 155
6.9 水凝膠 159
6.10 醫(yī)療器械滅菌 160
6.11 其他應用 160
參考文獻 162
推薦閱讀材料 166
第7章 耐輻射聚合物及其應用 169
7.1 降解和穩(wěn)定性 170
7.2 耐輻射聚合物的應用 175
參考文獻 177
推薦閱讀材料 179
第8章 劑量學和實時過程監(jiān)測 181
8.1 劑量學 182
8.2 實時監(jiān)測器 187
參考文獻 188
推薦閱讀材料 189
第9章 安全與衛(wèi)生 191
9.1 電子束裝置的安全與健康 192
9.2 射線輻射裝置的安全與健康 194
9.3 化學有害物質(zhì) 194
參考文獻 196
推薦閱讀材料 196
第10章 技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 199
10.1 當前裝置與化學領(lǐng)域的新進展和趨勢 200
10.2 工藝技術(shù)的新進展和趨勢 205
10.3 其他新進展和趨勢 206
參考文獻 207
附錄 208
附錄Ⅰ 主要的電子束裝置制造商 208
附錄Ⅱ 電離輻射標準和規(guī)范 209
附錄Ⅲ 照射量單位、吸收劑量和轉(zhuǎn)換 210
附錄Ⅳ 相關(guān)公式 211
附錄Ⅴ 綠色化學12條原則 212
書目 213
術(shù)語表 214