伽馬射線輻照影響雙酚A聚碳酸酯的一些特性

伽馬射線輻照影響雙酚A聚碳酸酯的一些特性摘要：非結(jié)晶態(tài)雙酚入聚碳酸酯被用于醫(yī)療。在伽馬輻照期間他經(jīng)歷主鏈斷裂，主要后果是降低分子量和聚合物變黃。G(主鏈斷裂/100eV)=1.49,通過粘度測定法計(jì)量出10~200KGy合適的劑量。機(jī)械性能方面沒有明顯的變化。紅外光譜樣品圖顯示羥基化合物隨著輻照劑量的增加而減少，這類化合物明顯的裂解。另一方面，Durolon輻照分解不會產(chǎn)生氧化的產(chǎn)品。機(jī)械性能沒有顯著的影響在高達(dá)100KGy，這就表明Durolon醫(yī)療用品可以抵擋4次照射殺菌。1998愛思唯爾科學(xué)有限公司版權(quán)所有。1、 介紹：近年來越來越多的興趣在研究高分子材料的結(jié)構(gòu)和性能。因?yàn)樗麄円呀?jīng)在一些環(huán)境中使用，包括電離輻射在核能發(fā)電作為絕緣材料，以及醫(yī)療用品伽馬輻照滅菌。Y射線輻照的聚合物材料主要導(dǎo)致交聯(lián)及主鏈斷開。對于許多聚合物來說,兩個(gè)進(jìn)程共存和任何一個(gè)可能不僅支配不同在聚合物的化學(xué)結(jié)構(gòu)，也在條件(溫度、環(huán)境、劑量率等)下進(jìn)行照射(Charlesby,1960;Chapiro,1960;爾，1972)。在輻照時(shí)交聯(lián)和主鏈斷裂可能會導(dǎo)致聚合物物理性能大幅度變化。芳香族聚碳酸酯通常是由雙酚和碳酰氯聚合而成的。他們具有高性能的強(qiáng)度、清晰、熱量阻力、尺寸穩(wěn)定性。已經(jīng)有數(shù)位作者研究了伽馬射線輻照對雙酚入的景Z響。(Weyers等,1978;巴克,默爾頓，金etal.,1960;1964年,哈馬和ShinoharaAciernoetal.,1970;1980年,Rivatonetal.,1981;1983年,Kalkar景觀世界etal.,1992;Torikaetal.,1984)。PC輻射后產(chǎn)生的含苯氧基和苯聚合物自由基導(dǎo)致聚合物變黃(Araua喬，1993)。然而，有報(bào)道說，只在小劑量的時(shí)候交聯(lián)占主導(dǎo)，在較高劑量時(shí)，鏈斷裂占主導(dǎo)(Aciernoetal1980年1981年)。這項(xiàng)工作展示了伽馬滅菌對用于醫(yī)療的巴西商業(yè)聚碳酸酯的機(jī)械和光學(xué)性能的影響。因?yàn)闆]有聚碳酸酯經(jīng)過伽馬滅菌結(jié)構(gòu)和物理性質(zhì)的影響信息，這項(xiàng)工作被執(zhí)行。2、 實(shí)驗(yàn):材料研究雙酚入聚碳酸酯，無定型的分子量21200g/摩爾(IR-21200)，這是巴西policarbonatosSA提供的。試樣的拉伸試驗(yàn)(200x25x3mm)，懸臂梁式?jīng)_擊試驗(yàn)(63.5x12.7x3mm)，光學(xué)測試(80x80x3mm)他的結(jié)構(gòu)是：標(biāo)本是在室溫下（25攝氏度）輻照，全景CO60輻照（8000ci），研究的劑量范圍是0±300KGy,劑量率為1.5KGy/h。雙酚入聚碳酸酯的固有粘度使用二氯甲烷溶液在20攝氏度用烏氏粘度計(jì)測?-——^^^一一——七一-V夕""——— —■——-量。粘度平均分子重量MV計(jì)算關(guān)系式[n]=1.23X10一5時(shí)!婦在1956年被施耐爾推導(dǎo)出來?；貧w分析在（10KGy以上）被獲得，并且展示了高的線性關(guān)系，r2=0.99.p=0.00018.抗拉強(qiáng)度和伸長率測試測量使用英斯特朗電子拉力機(jī)。按照50mm/min的速度，根據(jù)ASTMD-638方法。懸臂梁式?jīng)_擊試驗(yàn)測量使用CEAST機(jī)6545型。按照ASTMD-256。樣品的紅外光譜被記錄通過ifs-66紅外分光光度計(jì)透射。黃色指數(shù)被測量通過分光光度計(jì)SM電腦，根據(jù)ASTMD1925。黃色與白色或者無色透明的色度有偏差，其主要波長為570~580nm。透光率測量采用pivotable-sphere透射儀，型號20014，依據(jù)ASTMD-1003，波長550nm。所有測試包括最初的和滅菌的聚合物。3、結(jié)果與討論：圖1a描繪的是粘均分子量測量值與吸收值的關(guān)系。因此，當(dāng)聚碳酸酯在射線輻照下，經(jīng)歷主鏈斷裂，造成分子量降低。F如I.（a）Reciprocalofmolecularwei成和absorbeddoseforDurolon；（b）chairscissionsperinitialpolymermoleculet$版「beddose.從測定粘度的數(shù)據(jù)可以確定6的量主鏈斷開每100電子伏的吸收劑量。分子量分布最有可能是（弗洛里關(guān)系），MV、G、輻射劑量D的關(guān)系來自（araua喬1993）。TOC\o"1-5"\h\z106/Afv=106/A/Vo+0J04GD/[r（a+2）]l/a （1）MV0和MV是輻照前后的平均分子量粘度，I是伽馬函數(shù)，a是Mark-Houwink's指數(shù)方程。他們的關(guān)系是線性的，因此聚碳酸酉甜=0.83,帶入方程有方程2106/A/v=106/A/Vo+0.054GD （2）在0~200KGy的線性范圍內(nèi)，G（斷裂）=1.49,。因此平均每67.1eV就能促進(jìn)主鏈的一次斷裂，圖1b展示了每一個(gè)最初的大分子斷裂的數(shù)量，7- -「作為輻射劑量的函數(shù)。盡管經(jīng)過伽馬輻照分子退化，高達(dá)100kGy時(shí)，PC的機(jī)械學(xué)性能變化不是顯著變化，。另一方面，（aciernoetal1980）文學(xué)報(bào)道，當(dāng)聚碳酸酯（通用電氣生產(chǎn)的）在類似的伽馬輻照條件下，小劑量時(shí)交聯(lián)占主要，較高劑量時(shí)主鏈斷裂占主要，因此兩個(gè)多方面都存在。MerlonPC（Mobay化學(xué)公司制造的）經(jīng)過輻照后的展示了相同的行為（貝利和Haag1983）。圖2展示了伽馬輻照對三種聚碳酸酯的固有粘度的影響。Fig.2.IntrinsicviscosityvsabsorbeddoseforDurolon,Lexan(Aciernoetal.,1980)andMerlon(Bailey,1982).(6Fig.2.IntrinsicviscosityvsabsorbeddoseforDurolon,Lexan(Aciernoetal.,1980)andMerlon(Bailey,1982).(6、_E)a一soos>O一SUELM這是觀察到的，他們經(jīng)過伽馬滅菌后呈現(xiàn)不同的行為變化。這表明聚合物的化學(xué)結(jié)構(gòu)和輻照在類似的條件下，經(jīng)過輻照可能會有不同的影響。它表明，其他功能，如結(jié)晶度、添加劑、加工等等，可以影響輻照誘導(dǎo)的結(jié)合。

圖3展示7Durolon不同劑量的輻照的紅外光譜圖。EK珈日af./ P/tyiies邸4Ciienu^y5Jf14000 3SB0 Z560 ISiO 1120 400Wavenumbers（cm1）I■唱.3-hl1R.spectraofirradiiktedDurolon.隨著輻射劑量的增加而碳?；驶p少（貝利和Haag,1983;哈馬和ShinoharaKalkar景觀世界etal.,1970;1992）主鏈切斷發(fā)生在碳?；?。圖4顯示了碳?；S著輻射劑量的變化函數(shù)。E?SE?S?AraiijuetaL/RadiationPhysicsandChemistry53(1998)79-84100 200 300 400 500 600 7008642。O.QO.xCDPLl-_AUQq」Eo羰基指數(shù)比油A1771/A758。A1771是羰基的波段，A758是彎曲度C-H的波段。被認(rèn)為是聚合物樣品數(shù)量沒有因?yàn)檩椪瞻l(fā)生改變。?..隱隘匚等"1992觀察到變化OH拉伸區(qū)域，3650-3350cm-1,因?yàn)镻C輻照形成了酚羥基，通過氫與碳?；杂苫l(fā)生反應(yīng)形成。然而我們在durlon研究中，吸收帶沒有變化，表明可能是吸收帶可能吸收了濕氣在準(zhǔn)備紅外光譜的時(shí)候。一般來說，聚合物輻照會產(chǎn)生醛或者酮類氧化產(chǎn)品。雙酚入聚碳酸酯在空氣中輻照沒有發(fā)現(xiàn)此類產(chǎn)品。此外作者（araua喬1993）的ESR譜（電子自旋共振譜）研究表明，雙酚A聚碳酸酯在氧氣存在的條件下輻照，不產(chǎn)生過氧自由基。雙酚入在室溫空氣中在100KGy輻照下的ESR譜圖。呈現(xiàn)兩個(gè)吸收峰，歸結(jié)于PC輻照分解成含苯氧基和苯聚合物自由基。輻照20h內(nèi)自由基衰變通過分子籠重組，通過與穩(wěn)定劑反應(yīng)，苯自由基迅速衰變。在聚合物體系中，苯氧基自由基，衰減緩慢，被困在聚合物模型中，被困的苯氧基自由基長時(shí)間存在并在可見光區(qū)吸收光線，引起聚合物出現(xiàn)淡黃色。圖5a、b展示了輻照對Durolon的力學(xué)性能和抗拉強(qiáng)度的影響。這是被觀察到低于100KGy的輻射不會引起明顯的變化。眾所周知，苯環(huán)保護(hù)聚合物通過消耗激發(fā)能量。然而，超過100KGy這些性質(zhì)發(fā)生了明顯的變化，由于Durolon主鏈斷裂占據(jù)優(yōu)勢。此外300KGy的輻射劑量后，相比沒有照射的，這些性能減少了20%。當(dāng)伽馬輻照略高于75KGy時(shí)對懸臂梁式?jīng)_擊強(qiáng)度就有了影響，如圖5c所示。減少被觀察到時(shí)因?yàn)榫酆衔镏麈湐嗔逊肿恿拷档?。這個(gè)性能表示材料的韌性。因此，在高劑量輻照時(shí)，Durolon可能會變得脆弱。光學(xué)性能的變化與吸收劑量的關(guān)系圖如圖6a、b。這是觀察到的，劑量到達(dá)20KGy的時(shí)候，材料的透明度沒有明顯的變化，如圖6a所示。當(dāng)高于20KGy時(shí)，透明度降低，因?yàn)檩椪帐共牧项伾凕S。黃色指數(shù)變化與吸收劑量的關(guān)系如圖6b。很明顯高于1KGy時(shí)材料的的光學(xué)性能發(fā)生了明顯的改變。因此，25KGy的劑量（克萊格和科利爾。

1991）促進(jìn)聚碳酸酯的變色。4、結(jié)論：結(jié)果表明，Durolon輻照導(dǎo)致主鏈斷裂。然而，這并不是所有聚碳酸酯都試用這一規(guī)則。不同來源的聚碳酸酯的一個(gè)比較分析，展示了不同的行為，驗(yàn)證了聚合物的復(fù)雜性。光譜學(xué)研究表明，Durolon對氧化作用不敏感。盡管輻照誘導(dǎo)分子降解，Durolon的機(jī)械性能在高達(dá)100KGy沒有明顯變化。因此醫(yī)療用途的Durolon可以經(jīng)受4次滅菌（25KGy的劑量）而沒有機(jī)械性能方面的損失。然而，光學(xué)性能顯示敏感性在輻照的材料。Durolon輻照產(chǎn)生的苯氧基自由基在可見光區(qū)吸收光導(dǎo)致聚合物變黃。在應(yīng)用中需要高的透明度，Durolon使用不被推薦。在這種情況下研究可以能對抗伽馬滅菌的DurolonPC是必要的，本研究在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行的。100 .―—i ?― —I —118Nod-mpaQ(J、m)6420111186908070605040(次)UOEUOiij(gs)uauajw理SU8.LFig.5.(a)Elongationatbreakvsabsorbeddose;(b)tensilestrengthatbreakvsabsorbeddose;(c)Izodimpactabsorbeddose.strengthvsFig.5.(a)Elongationat