伽马射线辐照影响双酚A聚碳酸酯的一些特性

伽马射线辐照影响双酚A聚碳酸酯的一些特性摘要：非结晶态双酚入聚碳酸酯被用于医疗。在伽马辐照期间他经历主链断裂，主要后果是降低分子量和聚合物变黄。G(主链断裂/100eV)=1.49,通过粘度测定法计量出10~200KGy合适的剂量。机械性能方面没有明显的变化。红外光谱样品图显示羟基化合物随着辐照剂量的增加而减少，这类化合物明显的裂解。另一方面，Durolon辐照分解不会产生氧化的产品。机械性能没有显著的影响在高达100KGy，这就表明Durolon医疗用品可以抵挡4次照射杀菌。1998爱思唯尔科学有限公司版权所有。1、 介绍：近年来越来越多的兴趣在研究高分子材料的结构和性能。因为他们已经在一些环境中使用，包括电离辐射在核能发电作为绝缘材料，以及医疗用品伽马辐照灭菌。Y射线辐照的聚合物材料主要导致交联及主链断开。对于许多聚合物来说,两个进程共存和任何一个可能不仅支配不同在聚合物的化学结构，也在条件(温度、环境、剂量率等)下进行照射(Charlesby,1960;Chapiro,1960;尔，1972)。在辐照时交联和主链断裂可能会导致聚合物物理性能大幅度变化。芳香族聚碳酸酯通常是由双酚和碳酰氯聚合而成的。他们具有高性能的强度、清晰、热量阻力、尺寸稳定性。已经有数位作者研究了伽马射线辐照对双酚入的景Z响。(Weyers等,1978;巴克,默尔顿，金etal.,1960;1964年,哈马和ShinoharaAciernoetal.,1970;1980年,Rivatonetal.,1981;1983年,Kalkar景观世界etal.,1992;Torikaetal.,1984)。PC辐射后产生的含苯氧基和苯聚合物自由基导致聚合物变黄(Araua乔，1993)。然而，有报道说，只在小剂量的时候交联占主导，在较高剂量时，链断裂占主导(Aciernoetal1980年1981年)。这项工作展示了伽马灭菌对用于医疗的巴西商业聚碳酸酯的机械和光学性能的影响。因为没有聚碳酸酯经过伽马灭菌结构和物理性质的影响信息，这项工作被执行。2、 实验:材料研究双酚入聚碳酸酯，无定型的分子量21200g/摩尔(IR-21200)，这是巴西policarbonatosSA提供的。试样的拉伸试验(200x25x3mm)，悬臂梁式冲击试验(63.5x12.7x3mm)，光学测试(80x80x3mm)他的结构是：标本是在室温下（25摄氏度）辐照，全景CO60辐照（8000ci），研究的剂量范围是0±300KGy,剂量率为1.5KGy/h。双酚入聚碳酸酯的固有粘度使用二氯甲烷溶液在20摄氏度用乌氏粘度计测•-——^^^一一——七一-V夕""——— —■——-量。粘度平均分子重量MV计算关系式[n]=1.23X10一5时!妇在1956年被施耐尔推导出来。回归分析在（10KGy以上）被获得，并且展示了高的线性关系，r2=0.99.p=0.00018.抗拉强度和伸长率测试测量使用英斯特朗电子拉力机。按照50mm/min的速度，根据ASTMD-638方法。悬臂梁式冲击试验测量使用CEAST机6545型。按照ASTMD-256。样品的红外光谱被记录通过ifs-66红外分光光度计透射。黄色指数被测量通过分光光度计SM电脑，根据ASTMD1925。黄色与白色或者无色透明的色度有偏差，其主要波长为570~580nm。透光率测量采用pivotable-sphere透射仪，型号20014，依据ASTMD-1003，波长550nm。所有测试包括最初的和灭菌的聚合物。3、结果与讨论：图1a描绘的是粘均分子量测量值与吸收值的关系。因此，当聚碳酸酯在射线辐照下，经历主链断裂，造成分子量降低。F如I.（a）Reciprocalofmolecularwei成和absorbeddoseforDurolon；（b）chairscissionsperinitialpolymermoleculet$版「beddose.从测定粘度的数据可以确定6的量主链断开每100电子伏的吸收剂量。分子量分布最有可能是（弗洛里关系），MV、G、辐射剂量D的关系来自（araua乔1993）。TOC\o"1-5"\h\z106/Afv=106/A/Vo+0J04GD/[r（a+2）]l/a （1）MV0和MV是辐照前后的平均分子量粘度，I是伽马函数，a是Mark-Houwink's指数方程。他们的关系是线性的，因此聚碳酸酉甜=0.83,带入方程有方程2106/A/v=106/A/Vo+0.054GD （2）在0~200KGy的线性范围内，G（断裂）=1.49,。因此平均每67.1eV就能促进主链的一次断裂，图1b展示了每一个最初的大分子断裂的数量，7- -「作为辐射剂量的函数。尽管经过伽马辐照分子退化，高达100kGy时，PC的机械学性能变化不是显著变化，。另一方面，（aciernoetal1980）文学报道，当聚碳酸酯（通用电气生产的）在类似的伽马辐照条件下，小剂量时交联占主要，较高剂量时主链断裂占主要，因此两个多方面都存在。MerlonPC（Mobay化学公司制造的）经过辐照后的展示了相同的行为（贝利和Haag1983）。图2展示了伽马辐照对三种聚碳酸酯的固有粘度的影响。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这是观察到的，他们经过伽马灭菌后呈现不同的行为变化。这表明聚合物的化学结构和辐照在类似的条件下，经过辐照可能会有不同的影响。它表明，其他功能，如结晶度、添加剂、加工等等，可以影响辐照诱导的结合。

图3展示7Durolon不同剂量的辐照的红外光谱图。EK珈日af./ P/tyiies邸4Ciienu^y5Jf14000 3SB0 Z560 ISiO 1120 400Wavenumbers（cm1）I■唱.3-hl1R.spectraofirradiiktedDurolon.随着辐射剂量的增加而碳酰基（羰基）减少（贝利和Haag,1983;哈马和ShinoharaKalkar景观世界etal.,1970;1992）主链切断发生在碳酰基。图4显示了碳酰基随着辐射剂量的变化函数。E・SE・S・AraiijuetaL/RadiationPhysicsandChemistry53(1998)79-84100 200 300 400 500 600 7008642。O.QO.xCDPLl-_AUQq」Eo羰基指数比油A1771/A758。A1771是羰基的波段，A758是弯曲度C-H的波段。被认为是聚合物样品数量没有因为辐照发生改变。•..隐隘匚等"1992观察到变化OH拉伸区域，3650-3350cm-1,因为PC辐照形成了酚羟基，通过氢与碳酰基自由基发生反应形成。然而我们在durlon研究中，吸收带没有变化，表明可能是吸收带可能吸收了湿气在准备红外光谱的时候。一般来说，聚合物辐照会产生醛或者酮类氧化产品。双酚入聚碳酸酯在空气中辐照没有发现此类产品。此外作者（araua乔1993）的ESR谱（电子自旋共振谱）研究表明，双酚A聚碳酸酯在氧气存在的条件下辐照，不产生过氧自由基。双酚入在室温空气中在100KGy辐照下的ESR谱图。呈现两个吸收峰，归结于PC辐照分解成含苯氧基和苯聚合物自由基。辐照20h内自由基衰变通过分子笼重组，通过与稳定剂反应，苯自由基迅速衰变。在聚合物体系中，苯氧基自由基，衰减缓慢，被困在聚合物模型中，被困的苯氧基自由基长时间存在并在可见光区吸收光线，引起聚合物出现淡黄色。图5a、b展示了辐照对Durolon的力学性能和抗拉强度的影响。这是被观察到低于100KGy的辐射不会引起明显的变化。众所周知，苯环保护聚合物通过消耗激发能量。然而，超过100KGy这些性质发生了明显的变化，由于Durolon主链断裂占据优势。此外300KGy的辐射剂量后，相比没有照射的，这些性能减少了20%。当伽马辐照略高于75KGy时对悬臂梁式冲击强度就有了影响，如图5c所示。减少被观察到时因为聚合物主链断裂分子量降低。这个性能表示材料的韧性。因此，在高剂量辐照时，Durolon可能会变得脆弱。光学性能的变化与吸收剂量的关系图如图6a、b。这是观察到的，剂量到达20KGy的时候，材料的透明度没有明显的变化，如图6a所示。当高于20KGy时，透明度降低，因为辐照使材料颜色变黄。黄色指数变化与吸收剂量的关系如图6b。很明显高于1KGy时材料的的光学性能发生了明显的改变。因此，25KGy的剂量（克莱格和科利尔。

1991）促进聚碳酸酯的变色。4、结论：结果表明，Durolon辐照导致主链断裂。然而，这并不是所有聚碳酸酯都试用这一规则。不同来源的聚碳酸酯的一个比较分析，展示了不同的行为，验证了聚合物的复杂性。光谱学研究表明，Durolon对氧化作用不敏感。尽管辐照诱导分子降解，Durolon的机械性能在高达100KGy没有明显变化。因此医疗用途的Durolon可以经受4次灭菌（25KGy的剂量）而没有机械性能方面的损失。然而，光学性能显示敏感性在辐照的材料。Durolon辐照产生的苯氧基自由基在可见光区吸收光导致聚合物变黄。在应用中需要高的透明度，Durolon使用不被推荐。在这种情况下研究可以能对抗伽马灭菌的DurolonPC是必要的，本研究在实验室进行的。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