[科普中国]-电子束聚合

电子束聚合（electron beam polymerization） 是用电子束照射单体引起的聚合反应。电子束辐照物质时，分子吸收能量发生电离（或电子受激跃迁）而被活化，随后产生自由基、正离子或负离子活性种而引发单体聚合。一般电子束的穿透力比γ射线的低，特别是能量低与500kV以下的电子束只引发很薄一层单体聚合。低能电子束聚合可广泛用于涂料固化及材料表面加工。1

电子束接枝聚合接枝聚合是使高分子材料生成自由基 ，并与其它单体接枝聚合的技术。 接枝聚合可在保持基材强度等 基本物性的同时，赋予基材新功能。 但是，要使纤维、塑料等固体材料，生成可接枝反应的自由基并不容易，必须要先使其活化。使基材活化的方法有过氧化物等化学法（利用热）、 紫外线法、低温等离子体法、放射线法等 ，如下图所示。

活化方法

采用化学法 ， 因固体材料需要溶剂膨润，很难使各种高分子材料活化，且要使用聚合引发剂，导致反应体系内易产生大量的均聚物 。 紫外线法需使用光敏剂，且只能使基材表面 改性。 低温等离子体法同样也只能进行表面改性，若采用真空处理 ，或在大气中连续处理，则设备成本较高。放射线法可使各种高分子材料从表面到内部生成自由基 ，亦可 控制自由基的生成量 ，如用γ线法 ，但该法存在设备规模大 、照射时 间长等 问题 。

放射线中 ，电子束的渗透力比γ射线低 ，但对纤维类的片状基材己经足够。电子束照射通常在大气压下进行，照射时间以秒为单位 ， 电子束的开关可控制 ，安全性高 ， 适于工业生产。

电子束照射装置原来主要采用高电压电子加速器大型装置 ，近年来，随着低电压 电子加速器的开发 ， 装置 逐渐趋于小型化。这类装置 已应用在各种制造工程 ， 如：橡胶厂用于橡胶的预交联反应 ， 以制造汽车轮胎；电线厂用于提高电线包覆材料的耐热性；造纸厂用于固化纸张表面涂层的树脂组分。但是在纤维功能整理方面，该类装置尚未付诸实施 。

电子束聚合方法分类以纤维等固体高分子材料为基材的接枝聚合法可分为：

1、预照射法 ， 即基材先经电子束照射 ，再在无氧气氛中浸渍单体溶液中 ，进行后聚合；

2、同时照射法 ，基材浸渍单体溶液后 ，再进行电子束照射。这些反应都必须在无氧 的密闭槽 内进行 ， 因此，密闭槽内的单体溶液需要用氮气保护 。在接枝试验中，采用同时照射法时，疏水性纤维基材在亲水性单体水溶液中难以润湿 ，浸渍单体不充分，经电子束照射后，造成接枝不均匀。若采用预照射法 ，纤维基材照射后浸于单体水槽进行后聚合 ，单体溶液呈现粘稠状态，会产生均聚物，使单体不能有效利用 。

为解决这些问题，以狭窄的膜间为反应槽，在两高分子膜之间夹入单体溶液和基材 ，形成薄层单体水 溶液 ， 利用 电子束的渗透能力 ， 从膜可照射电子束进行后聚合，使基材整体均匀接枝 。 用膜夹层状态进行 处理 的优点有：（1）单体溶液被强制性地 附着于纤维基材，可提高反应的均匀性；（2） 单体溶液只供给纤维 基材接枝必 需量 ，不产生浪费；（3）用膜可抑制空气中氧的进入，可在空气中进行后聚合，而不 需使用氮气保护 。此方法称为膜封方式电子束接枝聚合法 。

电子束聚合干燥化学性干燥如氧化干燥，热聚合干燥、催化聚合干燥、电子束聚合干燥，光聚合干燥等均属于化学性干燥。氧化干燥是指涂层与空气中的氧进行氧化聚合反应而达到干燥的漆种，如油性漆、酯胶漆、酚醛漆、醇酸漆等。这些漆种的涂层在自然条件下2~6小时可达表干，24~36小时达实干。热聚合干燥是指该漆中的涂层靠加热聚合方可干燥，如热固性氨基醇酸漆、热固性丙烯酸漆等。催化聚合干燥指使用催化剂、固化剂才能使涂层干燥的漆种，如双组分聚氨酯漆、不饱和聚酯漆等。电子束聚合干燥指照射电子束后，使涂料产生活性游离基引发聚合反应而干燥，主要指电子束照射涂料的干燥。光聚合干燥是指靠一定波长的光线照射后才能聚合干燥，如感光千燥的涂料。2

本词条内容贡献者为:

李勇 - 副教授 - 西南大学