Sau khi chiếu chựm ion gia tốc cỏc màng polyme, cú thể tạo ra cỏc vết nano ẩn cú kớch cỡ
200 nm. Quỏ trỡnh tẩm thực hoỏ học cú thể tạo ra cỏc ống nano cú kớch thước khỏc nhau tuỳ
theo mục đớch sử dụng. Chẳng hạn để lọc cỏc phần tử albumin đường kớnh của ống nano thường cú kớch thước nhỏ hơn 600nm, cũn để lọc globulin kớch thước ống nano cú thể tới 900nm (Hỡnh 7.10).
Hỡnh 7.10.
Màng lọc nano cú kớch thước khỏc nhau (Tư liệu của JAERI)
7.4 Chế tạo băng vết thương dưới dạng gel nước
Gel nước cú thể chế tạo bằng phương phỏp chiếu xạ dung dịch polyvinyl alcohol hoặc cỏc dung dịch chất hữu cơ khỏc bằng kỹ thuật chiếu xạ electron nhanh hoặc gamma (Hỡnh 7.11 và 7.12). Sản phẩm được tạo ra cú thể dựng để băng bú vết thương, đặc biệt là cỏc vết bỏng. Cú thể bổ sung cỏc chất khỏng sinh hoặc chất điện giải vào dung dịch trước hoặc sau khi chiếu xạ để tăng hiệu quảđiều trị.
83
Ưu điểm của loại băng vết thương dạng gel nước là làm cho vết thương chúng lành, hạn chế tối đa quỏ trỡnh mất nước từ vết thương, khụng gõy đau đớn, dễ thay băng và do nú trong suốt nờn thầy thuốc cú thể theo dừi trực tiếp vết thương trong quỏ trỡnh điều trị.
Hỡnh 7.11.
Băng vết thương dạng gel nước của PVA do Nhật Bản chế tạo trờn chựm bức xạ electron (Tư liệu của JAERI)
Hỡnh 7.12.
Băng vết thương dạng gel nước của PVA doViệtnam chế tạo trờn chựm bức xạ gamma (Tư liệu của Viện Khoa học và Kỹ thuật Hạt nhõn và Trường Đại học Khoa học Tự nhiờn)
7.5 Cụng nghệ lưu hoỏ cỏc chất đàn hồi
7.5.1 Sản xuất cỏc vật liệu cỏch nhiệt bền nhiệt tự dớnh
7.5.1.1 Chế tạo băng dớnh cỏch điện chịu nhiệt
84
- Quy trỡnh: Việc chế tạo sản phẩm này bao gồm cỏc cụng đoạn sau: 1) Chuẩn bị phối liệu ban đầu gồm từ hỗn hợp cao su và một số phụ gia; 2) trộn phối liệu ở nhiệt độ ≤ 50oC; 3) tạo băng cao su nguyờn liệu trờn đế polyetylen và cuộn thành bỏnh đường kớnh 12ữ15cm; 4) lưu hoỏ bức xạ bằng nguồn 60Co; 5) đúng gúi sản phẩm trong gúi polyetylen.
Để chế tạo băng dớnh, ta lấy hỗn hợp cao su polygetepolyxyloxan cú chứa Bo. Nguyờn liệu này cú khả năng tự bỏm dớnh và hấp thụ nhiệt độ phũng. Tớnh tự bỏm dớnh cú được nhờ nhúm BữO trong mạch polyme.
- Liều chiếu: từ 100 – 130 kGy, suất liều 2,2 Gy/s.
- Thiết bị: Mỏy gia tốc hoặc nguồn 60Co.
Sản phẩm cú thể hoạt động ở nhiệt độ 250oC, độ bỏm dớnh tốt, chịu nước, chịu nhiệt độ
thấp.
7.5.1.2 Chế tạo vải thuỷ tinh cao su
- Nguyờn lý: lưu hoỏ cao su.
- Quy trỡnh chuẩn bị nguyờn vật liệu: 1) Tẩm vải thuỷ tinh dung dịch polyxyloxan; 2) phủ
một lớp hỗn hợp mủ cao su; 3) dựng rulụ phủ tiếp một lớp màng mỏng polyetylen giữa lớp thứ nhất và lớp thứ hai.
- Chiếu bức xạ electron trờn băng chuyển động liờn tục với liều hấp thụ 50ữ70 kGy. Cũng cú thể dựng bức xạ gamma của nguồn 60Co để lưu hoỏ. Trong trường hợp này sản phẩm được chiếu theo từng cuộn.
Sản phẩm cú độ bền cơ, chịu nhiệt cao, chịu nước, cỏch điện tốt.
7.5.2 Quỏ trỡnh lưu hoỏ bức xạ cỏc chất đàn hồi khỏc
- Đệm, phớt cao su: Dựng nguồn 60Co hoặc electron nhanh chiếu mủ cao su.
- Lốp ụ tụ: Lỳc đầu người ta cho rằng chế tạo lốp ụ tụ bằng phương phỏp lưu hoỏ bức xạ
là cú triển vọng. Tuy nhiờn, cỏc nghiờn cứu về sau cho thấy vấn đề khụng đơn giản. Nguyờn nhõn là tớnh phức tạp của đối tượng, tớnh đa dạng về thành phần và độ bền khỏc nhau của cỏc chất trong quỏ trỡnh chiếu xạ. Do đú, đối với đối tượng này, xử lý bức xạ cũng khụng thể hiện tớnh ưu việt rừ rệt so với phương phỏp xử lý nhiệt.
Tuy nhiờn, việc kết hợp giữa xử lý bức xạ và xử lý nhiệt cho kết quả nhất định như tạo phụi tăng độ bỏm dớnh của lốp xe đối với mặt đường bằng bức xạ. Việc tạo phụi bằng bức xạ
cú tỏc dụng tăng độ bỏm dớnh của lốp xe đối với mặt đường, đồng thời làm giảm thời gian chế
tạo sản phẩm xuống 20%.
- Lưu hoỏ mủ cao su tự nhiờn (latex)
Ở Indonesia cú cỏc hệ thử nghiệm lưu hoỏ mủ cao su bằng nguồn 60Co (225kCi). Sản lượng 3000 tấn/năm. Thiết bị gồm 3 bộ phận: bộ phận nhũ tương hoỏ nguyờn liệu, bộ phận trộn và phản ứng lưu hoỏ.
Trong bộ phận nhũ tương hoỏ, người ta chuẩn bị nhũ tương hoỏ từ CCl4 và nước. Nhũ
tương đưa vào bộ phận trộn để trộn từ từ với latex. Hỗn hợp sau đú được đưa và vào buồng lưu hoỏ để chiếu gamma từ nguồn 60Co. CCl4được sử dụng làm chất tăng nhạy. Thiết bị hoạt
85
động theo chu trỡnh, mỗi mẻđược 1550kg latex và 40kg nhũ tương. Suất liều 2,27 kGy/h, liều 30 kGy. Cao su lưu hoỏ cú chất lượng tương đương xử lý nhiệt. Hệ chiếu xạ latex khỏc của Malaysia cú cụng suất 6000 tấn/năm.
7.6 Cỏc quy trỡnh biến tớnh vật liệu polyme bằng bức xạ
7.6.1 Chế tạo vỏ cỏp và dõy điện bằng khõu mạch bức xạ
Cỏc vật liệu xử lý bằng bức xạ cú độ bền cơ, nhiệt cao; tớnh chất cỏch điện được cải thiện, đặc biệt ở nhiệt độ cao.
Bảng 7.2 giới thiệu cỏc giới hạn nhiệt độ của cỏc loại cỏp điện vỏ bọc polyetylen.
Bảng 7.2.
Giới hạn nhiệt độ của cỏc loại cỏp điện dựng polyetylen làm vỏ bọc, ToC
Dạng xử lý Sử dụng lõu dài Dưới 100h/năm Sử dụng khụng thường xuyờn
Khụng xử lý Khõu mạch hoỏ Khõu mạch bức xạ 75 90 150 - 130 200 140 250 350
Qua bảng trờn ta thấy polyetylen được khõu mạch bức xạ chịu nhiệt độ cao hơn ở mọi phương ỏn sử dụng.
- Cỏc loại polyme thụng thường dựng làm lớp cỏch điện xử lý bằng bức xạ là polyetylen (- CH2 -CH2 -), polyvinylclorua (-CH2:CHCl-).
- Quỏ trỡnh chiếu: Liờn tục.
- Nguồn bức xạđể khõu mạch: Mỏy gia tốc electron cụng suất 100-150 kW. Ngoài ra cũn cú thể sử dụng bức xạ hóm
- Liều hấp thụ: 200 – 400 kGy. Dựng chất tăng nhạy cú thể giảm liều xuống 100 – 200 kGy.
- Bề sõu tối ưu d đối với e-: Tuỳ theo bề dày của cỏp, người ta sử dụng năng lượng của electron sao cho thớch hợp (xem Bảng 7.3).
Bảng 7.3.
Bề dày tối ưu d của polyetylen ở năng lượng electron khỏc nhau
Năng lượng E,
MeV Bg/cmề dày d, 3 Năng lượng E,
MeV Bg/cmề dày d, 3 0,3 0,4 0,5 0,6 0,8 1,0 0,019 0,051 0,085 0,119 0,190 0,263 1,5 2 3 4 5 10 0,449 0,634 1,02 1,4 1,17 3,68 - Giỏ thành xử lý giảm 2,1 lần so với xử lý nhiệt (tốn ớt điện năng, mặt bằng sản suất nhỏ). Đõy là một lĩnh vực thể hiện ưu thế hơn hẳn của cụng nghệ bức xạ so với cụng nghệ hoỏ học.
86
7.6.2 Chế tạo ống và màng co nhiệt
Lĩnh vực lớn thứ hai về xử lý vật liệu của cụng nghệ bức xạ là chế tạo ống và màng co nhiệt. Quy trỡnh này dựa trờn hiện tượng khõu mạch polyme và hiệu ứng nhớ, chủ yếu là đối với polyetylen [22].
- Cỏc sản phẩm thường gặp: phim, ống, băng, tỳi, cỏc loại bao bỡ … Cỏc sản phẩm thường được sử dụng trong ngành điện kỹ thuật, cụng nghiệp thực phẩm, đúng tàu, chế tạo mỏy, cụng nghiệp điện tử và một số lĩnh vực khỏc.
- Cỏc polyme thường dựng: polyetylen, polyvinylclorua, polyvinylidenflorid …
- Nguồn bức xạ: Mỏy gia tốc electron năng lượng từ 1ữ3MeV, trường hợp dựng màng năng lượng nhỏ hơn, từ 0,5 ữ1MeV. Ngoài ra cú thể dựng cả bức xạ gamma của nguồn 60Co.
- Tỷ lệ co kớch thước của sản phẩm cú thể tới 15ữ20%.
7.6.3 Chế tạo polyetylen xốp bằng bức xạ
- Nguyờn lý: Dựa trờn quỏ trỡnh khõu mạch.
- Quy trỡnh: gồm 4 giai đoạn.
1) Giai đoạn 1: Chuẩn bị nguyờn liệu ban đầu polyetylen, chất tạo khớ và một số chất phụ
gia. Chất tạo khớ cú thể dựng diazodicarbonamit (NH2CON = NCONH2). Chất này bị phõn huỷ ở nhiệt độ 200oC. Khi phõn huỷ 1g chất khớ tạo ra 200 – 240cm3 CO2, CO, N2 và NH3. Phụ thuộc vào hệ số tạo bọt (độ tăng thể tớch của polyme so với thể tớch ban đầu), lượng chất tạo bọt thường cú thể tới 10% khối lượng. Hệ số tạo bọt 10 ữ 40 tương ứng với mật độ
polyetylen xốp khoảng 1 ữ 0,025 g/cm3. Để giảm nhiệt độ phõn huỷ của chất tạo khớ. Cần cho thờm chất tăng kớch động tạo bọt (thường là stearat kẽm C17H35COOZn) với 1 ữ 1,5% khối lượng. Ngoài ra cú thể thờm một số chất chống oxi hoỏ, chất tăng nhạy, chất màu v. v…
2) Giai đoạn 2: Tạo ra cỏc phụi tấm trờn cơ sở của nguyờn liệu trờn. Thao tỏc này được thực hiện bằng phương phỏp ộp liờn tục trờn mỏy ộp cú đầu hở. Để lỳc tạo phụi khụng tạo ra sự phõn huỷ khớ, nhiệt độ của nguyờn liệu khụng được vượt quỏ 300oC.
3) Giai đoạn 3: Chiếu electron nhanh với năng lượng 0,5ữ4 MeV. Liều tối ưu là 50 – 70 kGy.
4) Giai đoạn 4: Việc tạo bọt khớ trong cỏc phụi chiếu xạ được thực hiện do sự phõn huỷ
chất tạo khớ khi bịđốt núng ở nhiệt độ 180oC.
Mục đớch của chiếu xạ là tăng độ nhớt của polyetylen núng chảy bằng quỏ trỡnh khõu mạch. Do đú, cỏc chất khớ khú thoỏt ra khỏi phụi, và thể tớch của polyme tăng lờn. Việc gia nhiệt được thực hiện theo hai bước:
Bước 1: Cỏc tấm polyme đó chiếu xạđược gia nhiệt sơ bộ tới nhiệt độ dưới nhiệt độ phõn huỷ khớ nhằm mục đớch loại bỏứng suất nội và đảm bảo tớnh đồng đều của quỏ trỡnh tạo khớ ở
87
Bước 2: Tiếp tục nõng nhiệt độ tới nhiệt độ tạo khớ bằng bức xạ hồng ngoại và khụng khớ núng.
Polyetylen xốp khõu mạch bức xạ cú tớnh chất cỏch nhiệt và giảm chấn động tốt, ớt hấp thụ nước và cú độ đàn hồi cao. Chỳng được sử dụng trong cụng nghệ ụ tụ, xõy dựng dõn dụng, chế tạo cỏc dụng cụ thể thao, vật liệu cỏch điện, bao bỡ …
7.6.4 Cụng nghệ làm đụng cứng chất phủ polyme
- Nội dung quy trỡnh: Khi phủ một lớp mỏng hỗn hợp chất trựng hợp lờn mặt vật liệu, sau
đú tiến hành chiếu xạ bằng electron nhanh để polyme hoỏ nú.
- Đối tượng: gỗ, kim loại, chất dẻo v. v…
- Năng lượng electron: 0,15ữ0,5MeV. Với năng lượng tương đối thấp, cỏc mỏy gia tốc electron thường là loại tự bảo vệ. Liều sử dụng 20ữ200kGy.
- Tớnh ưu việt so với phương phỏp xử lý hoỏ nhiệt:
+ Tiết kiệm năng lượng tới 85 lần.
+ Thiết bị chiếm ớt diện tớch. Bề dài của thiết bị hoỏ bức xạ khoảng 15ữ20 m hoặc ớt hơn. Trong khi cỏc lũ nhiệt cú bề dài 30ữ 90 m.
+ Tốc độ xử lý lớn; cỡ vài giõy; trong khi xử lý húa nhiệt cần tới vài giờ. Núi một cỏch khỏc cụng nghệ hoỏ bức xạ cú năng suất cao.
+ Quy trỡnh hoỏ bức xạ làm đụng cứng polyme phủ bề mặt được thực hiện ở nhiệt độ
phũng, trong khi quy trỡnh hoỏ nhiệt thực hiện ở nhiệt độ 60ữ70oC. Với lý do đú, quy trỡnh hoỏ nhiệt khú thực hiện đối với chất dẻo vỡ nú làm cho chất dẻo dễ bị biến dạng. Ngoài ra, quy trỡnh húa bức xạ cũn cải thiện mụi trường làm việc do ởđõy khụng xảy ra quỏ trỡnh bay hơi của monome và cỏc chất khỏc từ chất phủ bề mặt, cũng như từ chất dung mụi là những chất khụng thể thiếu trong quy trỡnh hoỏ nhiệt.
+ Tiết kiệm nhiờn liệu và vật liệu. Quy trỡnh hoỏ nhiệt cần tới chất khơi mào và xỳc tỏc, trong khi quy trỡnh hoỏ bức xạ khụng cần tới chỳng.
+ Trong quy trỡnh xử lý bức xạ cỏc mạch polyme cú thể gắn sõu vào bề mặt vật liệu làm tăng thờm độ bền vững của lớp phủ.
- Cỏc ứng dụng: xử lý chất phủ, sơn, vật liệu trang trớ, lớp phủ vật liệu dẫn điện, mực in, băng từ v.v…
7.7 Sản xuất vật liệu gỗ – chất dẻo và vật liệu bờ tụng – polyme bằng cụng nghệ bức xạ
Trong những năm gần đõy phương phỏp bức xạ biến tớnh vật liệu chứa cỏc lỗ rỗng như
gỗ, bờ tụng, xi măng amian v.v… được sử dụng rộng rói. Nội dung của phương phỏp là tẩm vật liệu bằng monome hoặc aligome (polyme cú phõn tử lượng thấp), sau đú cho trựng hợp dưới tỏc dụng của bức xạ.
88
- Trựng hợp cỏc monome bằng bức xạđối với gỗ cải thiện được tớnh chất của chỳng:
+ Tăng độ bền. + Giảm độ hỳt ẩm. + Chống sõu mọt. - Cụng nghệ gồm cỏc giai đoạn sau: + Sấy gỗ tới một độẩm nhất định; + Hỳt chõn khụng của gỗ tới ỏp suất 0,5-80kPa (4ữ600mmHg); + Tẩm monome; + Chiếu xạđể trựng hợp.
Cú thể bổ sung vào cỏc chất monome cỏc chất màu, do đú cú thể tạo cho gỗ những gam màu khỏc nhau. Việc sấy gỗ cú tỏc dụng hạn chếđộẩm vốn cản trở sự thõm nhập của polyme. Cú thể sử dụng gỗ khụ tự nhiờn (độẩm 5 – 10%). Xử lý chõn khụng cú tỏc dụng hỳt khụng khớ từ cỏc lỗ hổng (oxy nhưđó núi cản trở quỏ trỡnh trựng hợp), đồng thời đẩy nhanh quỏ trỡnh xử lý.
- Nhược điểm của quy trỡnh: Quỏ trỡnh xử lý kốm theo hiện tượng toả nhiệt do cỏc lỗ
hổng và do sự tớch luỹ năng lượng liờn quan đến độ dẫn nhiệt kộm của vật liệu; sự phõn bố
nhiệt khụng đều cú thể làm biến dạng sản phẩm, đồng thời làm bay hơi một phần monome từ
gỗ. Để giảm bớt tỏc hại của quỏ trỡnh này, cú thể làm nguội bằng khớ trơ theo chu trỡnh kớn, hoặc chiếu với suất liều thấp.
- Bức xạ thường dựng là tia gamma của 60Co. Liều lượng từ 10ữ20 kGy đối với metylmetacrylat. Núi chung liều để xử lý gỗ thường dưới 50 kGy. Đối với những monome khú trựng hợp, cú thể dựng cỏc chất tăng nhạy như CCl4.
Thời kỳ đầu người ta cho rằng, xử lý gỗ mềm – polyme bằng bức xạ rất cú triển vọng. Tuy nhiờn, cỏc nghiờn cứu cho thấy loại gỗ xử lý này khụng kinh tế vỡ tốn nhiều monome. Ở
Mỹ, người ta thường xử lý cỏc loại gỗ rắn, trong đú trờn 80% là gỗ sồi. Cỏc cơ sở cụng nghiệp cú sản lượng hàng trăm nghỡn một vuụng một năm.
Cú thể xử lý theo phương phỏp tương tựđối với giấy và cỏc sản phẩm từ gỗ, như tượng gỗ, đồ gỗ cổ .v.v…
7.7.2 Xử lý vật liệu bờ tụng - polyme
Trong số cỏc vật liệu xốp xử lý bằng bức xạ cú thể kể tới bờ tụng. Vật liệu này cú độ bền gấp 3 – 5 lần so với bờ tụng thường. Ngoài ra nú cũng ớt chịu tỏc động của mụi trường bờn ngoài.
- Cụng nghệ chế tạo: tương tự như cụng nghệ chế tạo gỗ – chất dẻo. Điểm khỏc biệt là ở
chỗ trong bờ tụng khoảng khụng gian tự do rất ớt, do đú quỏ trỡnh sấy khụ khi chiếu xạ quan trọng hơn so với trường hợp của gỗ. Độẩm sau khi sấy khụ phải cú giỏ trị khoảng 0,1%.
89
- Lĩnh vực ứng dụng: cỏc ống bờ tụng, tấm đậy trờn cỏc tuyến giao thụng, cỏc vật liệu bờ tụng tiếp xỳc với mụi trường xõm thực như nước biển, hoỏ chất, v.v…
Quỏ trỡnh cú thể ỏp dụng cho một số đối tượng khỏc như thạch cao, tượng cổ, đồ đỏ v.v…
7.8 Gắn bức xạ cỏc chất đồng trựng hợp
7.8.1 Xử lý vật liệu dệt
Quỏ trỡnh gắn bức xạ cú thể cải thiện tớnh chất của cỏc loại sợi và vải nhõn tạo cũng như
tự nhiờn như tăng độ bền, tăng độ bỏm dớnh của thuốc nhuộm, giảm độ tớch điện, tăng độ
tương thớch giữa cỏc loại sợi, tăng tớnh chống chỏy.
- Quy trỡnh: Tẩm sợi hoặc vải bằng dung dịch monome, sấy khụ và chiếu electron. Khi chiếu xạ, diễn ra quỏ trỡnh gắn cỏc monome vào phõn tử xenlulo.