聚四氟乙烯－－PTFE辐射裂解及其应用

聚四氟乙烯(聚四氟乙烯)是一种白色蜡状的热塑性塑料，具有优异的综合性能。在通常条件下，聚四氟乙烯的耐辐射能力差，是所有高分子材料中最不耐辐照的材料，几千戈瑞(kGy)的剂量就可以使其完全丧失力学性能。利用聚四氟乙烯容易辐射裂解的特点，可以制造润滑材料。在特定高温环境下，聚四氟乙烯也可以发生辐射交联反应。本工作对聚四氟乙烯的辐射裂解及其应用进行了介绍，并介绍了交联聚四氟乙烯性能变化和其潜在应用的最新研究成果。 自从Du Pont公司发明聚四氟乙烯后，聚四氟乙烯就以其优异的力学性能、化学性能及电学性能引起人们广泛的关注，并在众多领域得到应用。与这些优异的性能相比，聚四氟乙烯的耐辐射性能却很差，因此聚四氟乙烯作为一种典型的辐射降解材料被广泛地应用到各个领域。图1简单描述了聚四氟乙烯在不同的辐照条件下的辐照产物及其应用领域。 从图1可以看出：在常温或空气存在下，通过射线或加速器电子束照射，可使聚四氟乙烯分子的碳主链发生断裂，导致聚四氟乙烯发生裂解。聚四氟乙烯摩擦系数低且易辐射裂解的特性，通过控制辐射剂量，并结合研磨或气流粉碎法可制备聚四氟乙烯超细粉。聚四氟乙烯超细粉被广泛应用作工程塑料的改性剂和涂料、油墨的添加剂，也用于润滑油脂的添加剂。聚四氟乙烯超细粉(甚至聚四氟乙烯纳米粉)虽然也可以作为抗磨剂添加到润滑油中使用，但由于聚四氟乙烯的密度比油的密度大，因而分散稳定性差。通过对FITE表面辐射接枝特殊化学基团，可以有效提高其在润滑油中的长期分散稳定性。利用辐射裂解法将回收的废旧聚四氟乙烯制造成超细粉末，该产品可用于工程塑料或固体润滑材料。当前，全世界每年消耗的聚四氟乙烯超细粉在5000 t以上。例如，三叶(Shamrock)公司有三台加速器用于聚四氟乙烯超细粉的生产，美国Du Pont在我国的深圳也有一台3 MV加速器用于聚四氟乙烯超细粉生产。 通常条件下聚四氟乙烯的辐射裂解都采用较高的辐照剂量，然而低的辐照剂量也能使聚四氟乙烯发生裂解并获得巧妙利用。常规辐照引起聚四氟乙烯机械强度下降，但在聚四氟乙烯产品成型前接受极低剂量的辐照不会降低产品机械强度。相反，产品的断裂伸长率增大，且不易开裂，可以用于新产品的开发。日本的PLACT公司将聚四氟乙烯原料在空气中辐照500～1500 Gy剂量后，将产品向聚四氟乙烯材料的加工企业出售，可利用这种低剂量辐照的聚四氟乙烯原料制备性能优异的聚四氟乙烯细管，并在众多领域中都取得了广泛的应用。 聚四氟乙烯随着温度的升高，辐照时更容易发生分解，并产生有毒气体，且聚四氟乙烯本身质量急剧降低。根据聚四氟乙烯升温辐射易裂解的特点，前苏联曾先利用核反应堆的热能和射线，后改用加速器辐照对聚四氟乙烯在100～300℃进行裂解制备低分子量的全 氟聚合物。另外在惰性气体或者氧气条件下辐照聚四氟乙烯，生成的产物可作为高级表面活性剂使用。Korenev在真空条件下降解聚四氟乙烯，具有减少有毒化合物的浓度，提高辐射效率，降低加速器的能量等优点。