放射線と工業用ポリマー

工業化の進展に伴い、汚染は人類にとって重大な問題となっています。グリーン運動、つまり世界を汚染のないものにする運動において、放射線技術は重要な位置を占めています。核放射線は多くの化学プロセスに侵入しています。ポリマー分野における極めて重要な化学プロセスである「重合」、「グラフト化」、および「硬化」は、放射線技術を通じて進行することができます。放射線技術は、大規模な反応と製品の品質を制御できること、エネルギーと資源の節約、クリーンなプロセス、自動化と人的資源の節約などの理由により、他の従来のエネルギー資源よりも好まれています。これとは別に、放射線は、また、他の従来の滅菌技術に比べて優れた滅菌技術でもあります。ポリマーへの放射線照射はさまざまな分野に応用できます。このレビューでは、主に生物医学、繊維、電気、膜技術の 4 つの分野に焦点が当てられています。

石と金属の時代から、原子力とポリマーの時代が始まりました。確かに、私たちはポリマーの世界に住んでいます。科学者や技術者がこの時代を「高分子時代」と呼んだのはこのためです。私たちは日常生活のあらゆる場面で、高分子研究の成果であるものに出会います。過去数十年にわたり、日常生活におけるポリマーの応用範囲が広がり続けていることは、科学者や技術者によって一般に、さまざまな恩恵として認識されています。前世紀半ばに始まったにもかかわらず、この化学分野の研究は非常に急速であり、その応用は非常に有用かつ多用途であるため、ポリマー系の数は膨大である。

過去 30 年間、化学処理用途の強力なエネルギー源としての核放射線の出現も目の当たりにしました。したがって、さまざまな産業分野に適用できます。放射線が化学反応を引き起こしたり、微生物を破壊したりする可能性があるという事実により、さまざまな工業プロセスで放射線が大規模に使用されるようになりました。核放射線は電離しており、物質を通過すると、陽イオン、自由電子、フリーラジカル、励起分子が生成されます。分子による電子の捕獲によって陰イオンが発生することもあります。したがって、化学者はあらゆる範囲の反応種を利用できるようになります。

放射線ベースのプロセスには、他の従来の方法に比べて多くの利点があります。開始プロセスの場合、放射線は化学的開始とは異なります。放射線処理では、反応を開始するために触媒や添加剤は必要ありません。一般に、放射線技術では、主鎖ポリマーによるエネルギーの吸収によりフリーラジカルプロセスが開始されます。化学的開始では、開始剤がフラグメントに分解することによってフリーラジカルが発生し、その後ベースポリマーが攻撃されてフリーラジカルが生成されます。サクラダ[1]は、2 つのプロセスの効率を比較し、放射線量 1 rad/s または濃度 0.01 M の過酸化ベンゾイルなどの化学開始剤を使用した場合、単位時間に同じ数の開始ラジカルが生成されると推定しました。 。ただし、化学的開始は開始剤の濃度と純度によって制限されます。しかし、放射線処理の場合、放射線の線量率を幅広く変えることができるため、反応をより適切に制御することができます。化学的開始法とは異なり、放射線誘発プロセスには汚染もありません。化学的開始は、多くの場合、開始剤の局所的な過熱に起因する問題を引き起こします。しかし、放射線誘起プロセスでは、ポリマー上のフリーラジカル部位の形成は温度には依存せず、ポリマーマトリックスによる透過高エネルギー放射線の吸収にのみ依存します。したがって、放射線処理は温度に依存しません。言い換えれば、それは開始のためのゼロ活性化エネルギープロセスであると言うことができます。

触媒や添加剤を必要としないため、加工品の純度を維持できます。放射線処理を行うと、生成物の分子量をより適切に制御できます。放射線技術には、固体基質内で開始する機能もあります。完成品は放射線技術によって修正することもできます。

しかしながら、核放射線エネルギーは、化学反応を引き起こすのに非常に効率的であるにもかかわらず、高価である。設置される放射線エネルギーの単価は、従来の熱や電気エネルギーの単価よりもはるかに高くなります。この事実にもかかわらず、核放射線エネルギーの利用は、熱や電気エネルギーなどの他の形態のエネルギーよりも多くの化学プロセスにおいてその優位性と費用対効果が証明されている。放射線技術は電力効率が高く、設置に必要なスペースはわずかです。

ポリマーへの放射線の適用は、生物医学、繊維、電気、膜、セメント、コーティング、ゴム製品、タイヤおよびホイール、発泡体、履物、印刷ロール、航空宇宙および製薬産業などのさまざまな産業分野で使用できます。このレビューでは、主に生物医学、繊維、電気、膜技術の 4 つの分野に焦点を当てています。