辐射交联发泡聚丙烯材料的制备与应用.docx

天津大学硕士学位论文

辐射交联发泡聚丙烯材料的制备与应用

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Dissertation Submitted to Tian Jin University for the Degree of Master

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SHANGHAI JIAO TONG UNIVERSITY

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辐射交联发泡聚丙烯材料的制备与应用
摘 要
随着水性聚氨酯合成与改性工艺的不断进步，水性聚氨酯的应用也得到了极大地提升，反过来由于水性聚氨酯涂料的优异性能以及其极好的应用前景近些年来有关于水性聚氨酯的合成与改性研究也是如火如荼。本文主要研究了水性聚氨酯的结构与性能、制备，在阻燃剂探讨中分析了阻燃剂的分类、无机阻燃剂；在有机磷阻燃改性水性聚氨酯的研究中，设计了实验过程、进行了性能测试，最后给出了红外光谱分析、预聚体中P含量影响WPU乳液粒径以及极限氧指数及垂直燃烧研究 ；在对电子标签应用中水性聚氨酯的分析中 ，探讨了交联型PUA复合乳液、自交联型PUA复合乳液、互穿网络型PUA复合乳液、环氧树脂改性水性聚氨酯乳液，最后就电子标签天线基材中进行了应用研究。研究表明采用FRC-6替代其他小分子二醇扩链剂，能够合成大量的稳定的有机磷阻燃改性的水性聚氨酯；如果P含量保持在一定范围内，那么P含量在预聚体中质量分数的增加同时还会影响PU的热释放速率，即降低热释放量，增大LOI，提高阻燃性能等。如果P的含量在预聚体中的质量分数是端点2.31％，且氧指数是28％，UL-94V-2级就是垂直燃烧的PU的阻燃性能等级；将DMAc作为溶剂，能够提高预聚体反应效率。如果要得到外观较好的半透明乳液，预聚体中DMBA用量必须控制在5％。

关键字：水性聚氨酯；预聚体；无机阻燃剂；复合乳液；RFIF基材

Based on the electronic product application of halogen free coating preparation research
Abstract
Along with the water-borne polyurethane synthesis and modification technology advances, the application of waterborne polyurethane has been greatly increased, which in turn because of the excellent properties of waterborne polyurethane coatings and its good application prospect in recent years about the synthesis of waterborne polyurethane and modification research is also like a raging fire. This paper mainly studied the structure and the properties of the waterborne polyurethane, preparation, in flame retardant agent to discuss the analysis of the flame retardant classification, inorganic flame retardant agent; In the organic phosphorus flame retardant modified waterborne polyurethane study, design the experimental process, the performance test, finally gives the infrared spectral analysis, pre polymers of P content influence WPU emulsion particle size and limit oxygen index and vertical combustion research; In the electronic label application of waterborne polyurethane in the analysis, this paper discusses the crosslinking type PUA composite emulsion, self-crosslinking PUA composite emulsion, interpenetrating network PUA composite emulsion, epoxy resin modified waterborne polyurethane emulsion, finally the electronic tag antenna base material application research. Research shows that the FRC - 6 to substitute other small molecule glycol chain extension agent, can synthesize more stable organophosphorous flame retardant modification of waterborne polyurethane; If P content to remain in a certain range, then P content in pre polymers in the increase of mass fraction of at the same time can also affect PU heat release rate, which reduce heat release quantity, increases the LOI, improve the flame retardant performance, etc. If the content of P in the prepolymerization body mass fraction is end 2.31%, and oxygen index is 28%, UL - 94 v - grade 2 is vertical burning PU flame retarding performance level; Will DMAc as solvent, can improve the efficiency of prepolymerization body reaction. If you need to get appearance translucence emulsion, pre polymers in DMBA dosage must be controlled in 5%.

Key words: water-based polyurethane; Pre polymers; Inorganic flame retardant agent; Composite latex; RFIF base material

目 录
摘 要 II
Abstract III
第一章 绪论 7
1.1 课题来源 1
1.2 国内外研究现状 1
1.3 当前存在的问题 2
1.4 本文研究内容 3
第二章 水性聚氨酯分析 4
2.1水性聚氨酯制备概述 4
2.1.1水性聚氨酯的合成 4
2.1.2 水性聚氨酯的改性 5
2.2 水性聚氨酯的结构与性能 8
2.3 水性聚氨酯的制备 11
2.4阻燃剂 12
2.4.1阻燃剂的分类 13
2.4.2无机阻燃剂 13
2.5 阻燃剂阻燃的基本原理 15
2.5.1 凝聚相阻燃机理 15
2.5.2自由基捕获机理 16
2.5.3冷却机理 16
2.5.4协同阻燃机理 16
2.6 水性聚氨酯的阻燃的应用研究现状 17
第三章 有机磷阻燃改性水性聚氨酯 19
3.1 简介 19
3.2 实验过程 20
3.2.1 实验基本材料 20
3.2.2有机磷阻燃改性水性聚氨酯的合成 20
3. 3 性能测试 21
3.3.1胶膜的处理和制造 21
3.3.2红外光谱的检测 22
3.3.3胶膜耐水性的检测 22
3.3.4乳液稳定性测试 22
3.3.5乳液粒径测试 22
3.3.6热重测试 22
3.3.7极限氧指数测试 22
3.4 结果分析 22
3.4.1红外光谱分析 23
3.4. 2预聚体中P的含量影响WPU乳液外观、稳定性及胶膜性能 24
3.4. 3预聚体中P含量影响WPU乳液粒径 25
3.4.4 不同P含量的PU胶膜的热重研究 26
3.4. 5微型燃烧量热研究 27
3.4.6极限氧指数及垂直燃烧研究 28
3.5本章小结 29
第四章 电子标签应用中水性聚氨酯的分析 30
4.1 简介 30
4.2 电子标签水性聚氨酯的研究背景 30
4.2.1交联型PUA复合乳液 30
4.2.2 自交联型PUA复合乳液 31
4.2.3 互穿网络型PUA复合乳液 31
4.2.4 环氧树脂改性水性聚氨酯乳液 31
4.2.5 聚硅氧烷改性 32
4.2.6纳米材料复合改性 32
4.2.7水性聚氨酯胶粘剂的交联方式 32
4.3 电子标签天线基材中应用研究 33
4.3.1 RFID天线 33
4.4 实验过程 33
4.4.1 原料 33
4.4. 2水性聚氨酯乳液的制备 33
4.4.3 RFID基材的合成 34
4.4.4性能测试和条件 34
4.5 测试 34
4.5.1合成条件 34
4.6影响水性聚氨酯乳液性能的要素 35
4.6.1 DMBA加入形式 35
4.6.2 DMBA用量 35
4.6.3溶剂 36
4.6.4预聚体中和度 36
4.6.5加水量 37
4.6.6固化剂的不同 37
4.7结论 38
第五章 结论与展望 40
5.1 结论 40
5.2 展望 40
参考文献 41
致 谢 44
攻读硕士期间作者发表论文的情况 45

第一章 绪论
第一章 发泡聚丙烯材料的简介
1. 1发泡聚丙烯材料的作用
泡沫塑料也叫多孔塑料，它的密度小、吸收冲击载荷性好、隔热性强、隔音效果好、比强度高，因而无论是在生活中还是工业领域中都被大量使用着。目前，泡沫塑料在我们生活中扮演着越来越重要的作用，数据显示，在2004年中，我国泡沫塑料的用量就达到了80万吨。从市场领域来看，泡沫塑料品种中使用最广泛的是：聚氨酯(Pu)泡沫塑料、聚苯乙烯(Ps)泡沫塑料、聚乙烯(PE)泡沫塑料口。然而这些泡沫塑料的力学性能、热学性能差、对环境也有一定的破坏。于是，人们努力寻找能够解决这些难题的高性能的发泡材料。聚苯乙烯泡沫塑料曾经曾经被认为是最好的材料，然而，聚苯乙烯制品的缺陷是废弃物体积大、不腐烂、难回收，我们平时所说的 “白色污染”就是这种材料，因此 1991年欧洲共同体建立了强制性的“包装规则”，限制发泡Ps使用范围，联合国环保组织也积极支持这项决策，并提出在2005年将停止生产和使用发泡Ps。
其实，泡沫塑料的种类多种多样，他们有着自己的优缺点，我们只是无法衡量好其中的利害关系，所以我们仍在积极寻找能够结合所有的优点摒弃所有的缺点的泡沫材料。聚氨酯泡沫片材的缺点是，在制备期间会留下一些对人体有害的异氰酸酯，并且发泡的材料无法回收，破坏了环境；聚乙烯泡沫塑料的优点是，抗化学腐蚀性强、吸震性好、燃烧无毒性、易于回收性，但是它还有着缺点，即力学性能比较低，耐热性不高，降解困难，不利于其大量使用；目前，聚丙烯泡沫塑料可以较好的适应人们的要求，和其它泡沫塑料相比，聚丙烯泡沫塑料的优点是力学性能和热性能能够较好的发挥，可回收、可降解有力的保护了环境。因此，聚丙烯泡沫塑料吸引了各国研究者、生产商和消费者的注意力，大量的人力、物力的投入加快了聚丙烯泡沫塑料的研究和开发。聚丙烯发泡材料与其它发泡材料的使用性能、成本和与环境的关系对比的结果如表1.1。在使用性能方面：与其他发泡材料制品相比，聚丙烯发泡材料是一种复合材料，它的性能卓越，是高结晶型聚合物／气体，凭借着它独特而优秀的性能使它具有环保、抗压、缓冲、隔热的特点。表1.2为交联聚丙烯与交联聚乙烯发泡材料的性能比较图，从图中我们可以发现，聚丙烯发泡产品热稳定性好，它的热变形温度点较聚乙烯发泡材料来说非常高，最高温度甚至能够达到130℃，而且因为聚丙烯的玻璃化温度比室温低，着就增加了聚丙烯的抗冲击性能，因此聚丙烯发泡材料抗震吸能性能和形变后恢复性能都是十分优越的，此外聚丙烯泡沫塑料耐性好，热、化学品、油都不能破坏它，拉伸强度和抗冲击强度都比较大，韧性高、微波适应性强、环保且易于回收。这些特点使PP发泡材料在包装、汽车缓冲和隔热材料等领域大量的使用。

环境方面：发泡PP属于环保型材料，它主要由热塑性树脂聚丙烯构成，它能够可回收再利用，而且还具有在自然光的照耀下自动分解的功能，因为聚丙烯分子链上具有活泼的a甲基氢原子，“光合作用”时就会产生分子键降解反应。如果再对进行改进还可以增加其对生物降解的特性，这样“白色污染”就得到了解决，环境也得到了保护。因此发泡聚丙烯也可以作为环保型发泡包装制品的材料。
生产成本方面：聚丙烯发泡材料可以用生活中常见的挤出设备和二次成型设备进行制备，它的成本小，生产工艺简单，还可以用挤出发泡成型片材进行热成型，发泡PP片材的加工成本是最低的。所以聚丙烯发泡材料的研制成功势必会促进发泡材料的发展，进而改变国内外泡沫塑料市场的现状。
1．2聚丙烯发泡材料的应用和未来发展状况
1．2．1食品容器及包装
在食品容器和包装上，发泡塑料被大量使用着，因为其密度小、重量轻、缓冲作用强，但是它不能循环利用降解也是一大问题。美国环境保护组织宣称，容器和包装已经造成了环境的破坏，相对于其他包装材料，发泡聚丙烯材料的重量轻、隔热性好、硬度高，最主要的是绿色(无毒副作用)无污染，这就间接的解决了食品容器和包装的难题。发泡PP片材在食品包装、肉类包装、托盘、可循环使用的器皿如盘、碟等方面广泛应用，它能够使用抵抗较强的冲击强度，也可在深冷的环境下中使用，触感好，对环境的破坏性小。德国Reifenhauser公司制出了密度为0．1～O．59／cm3、厚度为l～3．5mm的聚丙烯片材，它主要用于食品或肉类的包装，生产薄壳制品和盘、碟、碗、盒等，其生产的包装盒等产品可以使用绿色标志来确定其环保无公害。日本劳宋公司从1999年5月起也发展了聚丙烯单层发泡片材料产业，它主要用在微波炉加热的各式餐具上，因为安全性好、不易受到热的影响，被用于食品包装容器的制造。美国CSI公司也成立了生产发泡聚丙烯产品的生产线，主要在生产食品包装盒和微波炉用托盘和容器上应用。生产发泡聚丙烯片材的德国OfotecFolien公司表示，聚丙烯发泡盘正在逐渐步入市场，发泡聚苯乙烯模塑盘将会被取代，因为聚丙烯发泡片材的生产可以实现从片材卷取辊上第一次的成型罐装封口装置上再进行第二次成型罐装封口，生产过程一般比较简单。而且聚丙烯发泡片材可以生产占货架较少的容器，符合商家的需求。目前，奥地利PCD聚合物公司、丹麦Borealis公司和许多公司都在致力于发泡聚丙烯材料的研究。
随着科技的发展，各种产品都与防震有了联系，所以各种高端产品缺乏防护性，所以对它的保护成为了我们亟待解决的难题。聚丙烯泡沫模塑产品能够承受高载荷，它的抵抗重复冲击的防护能力优于可发聚苯乙烯模塑制品或就地发泡聚氨酯，所有已各种高端产品的包装品应运而生。其中包括计算机、高级医疗器具、精密仪器、声像材料、照相机、玻璃陶瓷、工艺品、各种家用电器等防震缓冲的包装，这种包装材料能够避免在颠簸的运输过程中遭到损伤或破坏，而且能够直接回收，柔软的质地保护了被包装物的表面。美国威斯康星大学成功开发了一种新型弹性聚丙烯发泡塑料，该泡沫PP是采用茂盒属催化剂作用下聚合形成的嵌段聚合物和特殊发泡剂为原料制成的，如果将它制成家电、易碎器皿的包装容易，那么在运输及装卸期间这些重要的高科技产品就可以得到很好的保护。继威斯康星大学之后，美国阿曼泰库公司为新型发泡聚丙烯材料的研究做出了贡献，这种发泡聚丙烯材料具有封闭的细微独立气泡，大大提高了发泡率，它的密度更小，所以更有利于阻热性、防水性、耐腐蚀性、缓冲性和耐磨性的提高，它可以在包装领域作为缓冲材料大量使用。
1．2．2一次性发泡餐饮具领域
塑料制品尤其是一次性塑料制品对自然环境影响巨大，“白色污染”就是其中最重要的问题，各国都将扩大废弃塑料回收再利用作为可发展战略的主要目标。我国也是这样的。以可持续发展为前提，促进经济又好又快的发展，原国家经贸委多次提出“禁止一次性发泡Ps餐具的生产、销售和使用”的通知，1999年2月国家经贸委发布第6号令，规定聚苯乙烯发泡餐具要在2000年前全部退出市场。在2001年4月和5月又先后发布《关于立即停止生产一次性发泡塑料餐具的紧急通知》、《关于餐饮企业停止使用一次性发泡塑料餐具的通知》，各省市相关部门也在积极响应国家经贸委的号召，马不停蹄的制定了废除不可降解、不能回收的一次性发泡塑料餐具的措施，这些一次性餐具一般是对环境破坏力度最大的PS发泡塑料餐其。为了使用环保的一次性餐具，国家质量技术监督检验检疫总局将一次性可降解餐饮具的技术和降解方法公之于众。一次性餐具的新型环保替代品一般分为两大类、五种类型，其中有一种叫做光一生物降解 (菲发泡)型。面对当前的发展趋势，部分厂家已经开始制备降解性的一次性餐具了，如今全国已经创建了十几条光一生物双降解非发泡型聚丙烯餐盒的生产线，平均一年内的生产能力达到10余亿只。然而成本问题也是困扰我们的难题，不发泡的一次性可降解PP餐饮具和PS发泡塑料餐具相比，建一条生产一次性PS发泡塑料樱具的小型生产线投资额一般在200多万元左右，年产餐盒估计可以达到8000万只，但是相反的，建一条小型环保不发泡餐具(降解聚丙烯餐具)生产线只需要七八十万元，年产量与PS生产线生产的产品差距不大。那么，我们可以知道新的环保材料的投资额要低于发泡餐具的成本，然而，对于原料的成本，聚丙烯环保餐具的成本是发泡塑料餐具的3倍之多。由此可知，不发泡聚丙烯餐具的较高的原料成本，减弱其市场竞争力，是发泡Ps餐具不能退出市场的主因。为了提高利润，大量的生产厂家采取在不发泡PP餐具中填加较多的材料，例如cac03的出现，这就造成安全性大大减弱。过多的填料在损害材料的使用性能的同时也会污染食物，对人体健康造成了伤害。与此同时，我们还要注意不发泡PP的餐具一般比较薄，隔热性和刚性就会随之降低，也是阻碍其应用的原因。日常生活中，我们都在追求快节奏，所以使用一次性餐具是发展趋势，但是我们必须对这种餐具的安全性负责，发泡PP材料制作的一次性餐具可以有效的降低伤害值，它的成本可以降低，但是可降解餐饮具的竞争力也会提高，而且各种隔热性、刚性等使用性能也增强了。因此，随着时间的推移，一次性发泡PP餐具必将成为一次性餐具的主流。
1．2．3汽车工业领域
在汽车工业领域中，发泡PP也有自己的发展市场，例如：汽车保险杠、汽车侧面防震芯、汽车车门防震芯、高级安全汽车座椅、工具箱、后备箱、扶手、底垫板、遮阳板、仪表盘等都需要发泡PP来发挥作用(资料显示：每辆汽车至少要用到塑料100～130kg，其中发泡PP塑料在4～6kg范围内)。现代汽车保险杠一般采用合成树脂加上泡沫塑料芯材来制备，泡沫芯材是保证汽车保险杠正常工作的重要材料，一般芯材不仅要有良好的能量吸收性和耐冲击性，还要足够轻。现在聚烯烃发泡材料已经成为汽车保险杠的芯材，大量的汽车生产商步入正轨，聚烯烃中聚丙烯泡沫塑料是制作吸能型保险杠芯材的最佳材料，它的优点是即使温度差距很大仍然可以具有高效吸能性和弹性恢复性能，较低生产成本，回收再利用的环保性能等。美国正在着手于汽车保险杠的PP发泡珠粒材料生产。丰田公司也开始于日本的Paper公司合作生产非交联发泡保险杠，因为这种JSP公司开发的PP更适合市场需求。它耐热性好、尺寸稳定性强、吸收冲击能量大、质轻、易回收。法国标致公司也已经为306型车安装了发泡PP保险杠系统。与Pu保险杠芯材相比，PP发泡塑料制作的保险杠芯材质轻，吸能性强，虽然两者的耐冲击力一样，但是PP泡沫塑料受的冲击力度更大。而且，因为发泡PP能够减轻部件重量，车辆的车身和内饰件也在采用这种材料，如果车辆报废，PP泡沫塑料部件还可以回收利用，充分满足了环保的要求。KenjiH建议将发泡PP与车辆轻量化新技术结合，减轻部件重量大约可达到20～30％。AtsudaN等也建议PP泡沫塑料的回收技术可以在车辆部件中使用。以环境友好性的汽车产业发展为目的，采用天然材料(如亚麻、木材等)与PP复合材料发泡产品制成汽车内饰件，不仅能够减轻汽车的重量还能提高环境效应。
I．2．4 PP发泡材料发展的市场前景
传统的发泡聚苯乙烯、聚乙烯的耐热性、机械强度和环境适应性都是比较差的，发泡聚丙烯及时改进了这些缺点，并且成本也大大降低了。如今，许多国家都意识到了发泡聚丙烯的优良特性，所以包括美国、日本、德国在内的一些发达国家正致力于新型泡沫材料的研究以便替代发泡聚苯乙烯。数据显示，1999年美国聚丙烯泡沫塑料的消耗量为35kt，欧洲为17kt，日本为10kt，亚洲其它国家为7kt，都有了巨大的提高。美国的JSP公司生产的聚丙烯泡沫塑料绝大部分用于制造汽车零部件，欧洲的JsP公司又60％的聚丙烯泡沫塑料投入到汽车零部件行业，剩下的40％则是包装行业。在硬包装行业，聚丙烯的发展力很大，自1996年以来，美国的热成型聚丙烯片材在食品包装方面的需求量已经达到了143kt，而且估计未来将会以每年lO％的速度增加。与未发泡偏财相比，聚丙烯发泡片材的质地轻很多，绝缘性能也比较强，这就造成了ABs、高抗冲聚苯乙烯、结晶性聚醋、聚碳酸醋、钢罐及纸更具有市场竞争了。2000年我国各大商场上的各种果品、熟食品、半成品、净菜托盘达100亿个，假如使用发泡聚丙烯来包装这些食品包装材料就会大大存进发泡聚丙烯的使用。微波炉已经进驻家庭，采用发泡聚丙烯生产的微波炉用餐具也创造了很大的市场。基于发泡聚丙烯的优良性能，如今很多电子产品、家电产品及许多出口产品都在使用聚苯乙烯泡沫塑料进行包装，据统计，只是彩色电视机和彩色显象管两个产品在1997年就使用聚苯乙烯泡沫塑料在20kt之上，显而易见的，发泡聚丙烯的缓冲方阵性能已经被大量使用，并逐渐以替代发泡聚苯乙烯的驱使占领市场。
继北京部分主要城市废除一次性发泡餐具的使用以来，在一次性餐具市场上，聚丙烯类环保餐具每月使用在70万只以上。因为这种可降解的环保型餐盒不仅能够减小重量、降低成本，还能提高隔热保温性能，替代聚苯乙烯发泡餐具指日可待。因为我国的食品讲究的是色香味俱全，所以耐油性好的发泡聚丙烯餐具也无疑是最好的材料。市场数据显示，现在我国的快餐用餐具年需求量甚至在100亿只以上。国家统计局的统计数字也从另一个层面说明了，快餐用具的用量的增长速度在6％以内。另外，我国的方便面数十家生产厂家中，也会有 50亿只的需求量。在绝热材料领域中，有数据表明，2002年我国空调产量达到2333万台，冰箱产量达到1351月台，太阳能热水器达到600力m2，空调、冰箱、太阳能热水器也在逐渐步入家庭，这就会以制作空调管道的绝热保温层为材料的发泡聚丙烯需求量进一步增加。聚丙烯泡沫的绝热性优、耐热性高的特点会带动各行各业的发展，经济水平也会更上一个台阶。
在缓冲材料应用的过程中，汽车占据着主要的市场，目前，全世界汽车销量在4000万辆以内，所以需要1600kt塑料专门用于汽车内装饰方面。在强大的市场推动力下，在高级轿车已经安装了发泡聚丙烯制作的汽车内装饰材料和保险杠，相信未来还会继续增加。我国的汽车工业虽然发展不强，但是在2010年产量也在500～600万辆范围内，因此汽车用塑料也达到了390～468kt。可以肯定的说，发泡聚丙烯在汽车工业的应用有很大的市场潜力。
另外，低发泡聚丙烯材料在体育用品、建筑模板、合成木材方面的也会有巨大的应用，因为它的优良性能更有利于环境的发展，经济的发展。
1．3本章小结
总而言之，发泡PP材料是站在环境友好型的经济发展角度广泛应用的，在各行各业中，发泡PP材料都有很大的市场发展潜力。但是如今的PP发泡材料的生产还有着发泡用HMSPP成本高的难题，因为我国的生产技术不足，大多数是进口，价格贵，所以发泡PP材料在中国的发展存在阻碍。为了解决上面的难题，我们开展了对PP发泡材料的研究，在青岛市科技局重点项目的支持下，本文对HMsPP的制备及聚丙烯发泡材料的应用进行了分析与介绍。本课题的研究重点主要是下列几个方面：
（1）改性期间并且提高发泡性能、解决工艺过程遇到的困难。
（2）改性期间衡量好试剂体系的应用，以较少的改性剂用量达到较好的改性效果，提高改性率，降低成本。
（3）采用混合、剪切的操作调节反应型双螺杆挤出机进行反应挤出改性。
（4）针对均聚型和共聚型的PP原料进行改性操作，增加改性方法的普适性。

第二章 水性聚氨酯分析
第二章 高分子辐射交联技术研究综述
高分子辐射交联技术，是利用高能量或电离放射线引发剂的聚合物的电离和激发。由此产生一些副反应，并进一步导致的化学反应来实现的聚合物之间的交联网络的形成，是一种聚合物改性的制备新材料的有效手段之一。相应的变化不仅在其结构和性能的聚合物辐射交联中产生，而且还拓宽了其应用范围。辐射交联中所用的高能量辐射或电离辐射，包括：高能量的电磁波（如X-射线和γ-射线），高能量的电荷的离子（例如，β粒子，或电子，质子，α粒子和中子，等，而核裂变碎片）。 γ-射线应用技术更成熟更普遍的CO-60-射线源，穿透力强，辐射交联效应效果佳，其次是穿透不到的伽玛射线，电子束射线源，其基本原理是类似的。辐射交联一般无催化剂，引发剂，后期处理较为简单。将反应在大气压力下在室温下，非污染，并且在另外的发射极之外，不需要特殊的设备。在许多方面优于的过氧化物交联技术。自20世纪50年代以来的快速发展的放射化学，高能量的电离辐射可能会导致交联聚乙烯聚合。目前，有几十个辐射加工产品已经被应用到工业生产。这些产品不是唯一被广泛使用在各种工业领域，并且部分产品为人们的日常生活所必要的，增加数量的工业规模或大批量生产的品种，打破过去传统上认为是辐射的破坏性影响高分子材料的可以只的角度来看，并打开了一个新的方向的辐射改性聚合物材料。聚合物辐射交联已成为增长最快的辐射化学应用最早，最广泛的领域。近100名世界各地的工厂有超过30个国家和地区实现辐射交联生产技术，年产值达十亿美元，并且每年20％至30％的增长速度。国家加速器辐射交联生产超过100台，总功率4000KW以上，高新技术产业已成为世界上经济发达的国家不可忽视的内容。
2.1　辐射交联反应机理
辐射交联的聚合物是一个复杂的过程，并可能伴随着交联，有可能是在主链的降解。一般的聚合物的辐射交联，其基本原理如下：聚合物大分子中的能量或放射性同位素（Co60γ射线）的作用下，电离和激发产生大分子游离基，自由基反应;和产生一些二次反应，如分解正离子和负离子的电荷，并在除了其他各种化学反应。聚合物的辐射交联，可以终止在以下机制。
a　辐照产生的邻近分子间脱氢, 生成的两个自由基结合而交联

b　离子-分子反应直接导致交联

c自由基与双键反应而交联

d　环化反应导致交联

样品所需的剂量率的不同的尺寸和不同的大小，辐射的方式可以多种多样，最常用的平板固定型辐射，平面往复辐射和“8”形绕组车双面辐射。的加速器，可以有多个不同的方向辐射，也可以是一个加速器，束扫描辐射，为了实现均匀的辐射剂量，改善的交联效率和性能的聚合物材料的聚合物材料。
2.2　影响交联效率的因素及反应动力
高分子材料的不同的化学结构，并在辐射交联的能力有很大的差别，和一些降解（如聚甲基丙烯酸甲酯，聚异丁烯），和一些取交联（如PEO中，PE，聚硅氧烷分子，PS，和乙烯丙橡胶）。即使该交联的聚合物，并且也伴随着的主链的断裂。 Wall等人认为，含有的聚合物的主链中的季碳原子，具有空间位阻效应，在分子中存在一个更大的张力显而易见断链;容易发生交联而聚合和一个大的聚合物的热。对于基于乙烯的聚合物，其分子结构[CH 2-CH 2]或[CH 2-[CRH，优势的交联反应，[CH 2-CR 1 R 2]，然后主链断裂主导。聚合物是后生成的辐射交联的三维网状结构，也不能完全溶解的凝胶含量的大小显示在原来的溶剂，该聚合物的交联的程度，和交联度，这样的行为交联, 公式如下:
交联度( %) = ( Wg- Wo) / Wo×100%
式中Wo、Wg 分别为交联前后聚合物试样重量( g) 。
Charlesby等根据凝胶化理论推导出了用以预测反应倾向的关系式:
S+ S0. 5=0. 5λ+( 2- 0. 5λ) Rg/ R
式中S为溶胶质量分数, R为辐照剂量, λ= G( s) / G( x) , G( s) 和G( x) 分别是单位剂量产生的裂解度和交联度。
研究表明，该PE分子结构（例如PE的链长，分子量和分子量分布，双键含量，等）的影响的程度的交联和（即开始产生的辐射剂量的凝胶的凝胶化剂量Rg ）。 PE的数均分子量和分子量分布是窄的低结晶度，辐射剂量（即，RG小），长链支化的LLDPE一般的PE RG下降。研究还发现，在较低的聚合物的MI值，RG高，具有高的凝胶含量，但在较高剂量，并发现，HDPE与 LDPE相比，具有较高的凝胶分数。即橡胶的分子量增加，增加的乙烯含量和增加的内容的第三单体（二烯），可以显着改善三元乙丙橡胶（EPDM）辐射交联的效果;第三单体EBN（亚乙基降冰片烯）戊二比己二烯或双环烯活性，更有利于辐射。
此外推导得出具有更广泛适用性的,与高分子结构因素有关的参数β相关联的式子:
R ( S + S0. 5) = 1/ G( x ) [ 1/ μ + G( s) Rβ]
其中μ为高分子数均聚合度。
此公式也适用于辐射的良好的相容性的聚合物共混物的交联，但对于热力学不混溶，所需的β值进行校正。这些工作成功地预测了共混物的辐射交联法。凝胶含量在PMMA/ PEO系统远远大于PEO的总含量，其中所述的交联的PEO除了PEO-兼容的分子链结构，主要是（分子水平上兼容的系统）之间的强相互作用。在系统上时，共混物的制备方法和共混物的相容性的影响，从而导致的交​​联效率的差异的条件。将熔融共混物的LDPE / IPP，缓慢冷却后，在空气中辐射，辐射剂量辐射后的断裂伸长率的增加剂量迅速降低骤冷样品断裂时的伸长率没有显着的影响。
共混物的相态结构（相对的域的大小和所述界面层的厚度等）影响的多相系统的辐射交联的影响。系统的相容性差，较大的相畴，辐射交联或裂解反应进行了主要由主导的聚合物反应的反应方式。互电容度提高界面层会产生分之间的两种相互反应的接枝或交联的产品，以改善组件之间的粘合力。在反相区附近的连续相和分散相的多相体系（反相的），该系统具有一个特殊的相结构，特殊的辐照交联的行为。如在PDMVS / EVA系统相位反转区，凝胶剂突变，G（平均吸收100eV能量反应的发生或产生的分子数）达最大。
辐射剂量的大小和时间，影响交联效率。辐射时间和剂量的控制在合适的范围中，交联可达到最佳状态，以避免在反应降解。一般地，对于交联聚合物，具有的辐射时间和剂量改善的交联度增加。研究室温为四个不同的PE放置Co60γ射线源的辐照行为，改善凝胶的辐射剂量增加的比例。具有PTC特性的研究中发现PVDF / CB的导电性复合体系统的电阻稳定性，随着辐射剂量的增加，交联度增加;开始下降，当剂量超过一定值时，交联度。这加剧，由于结晶含氟树脂在高剂量时，开裂而致。 PE / CB导电复合体系具有相同的规律性。还发现，与改善的共聚物样品的吸收剂量，线性增加的凝胶分数为25℃下的X-射线辐射的共聚物在结构上的P（VDF / T RFE）。与上述理论的预测是一致的。辐射交联效果的溶剂的类型和数量，有不同的影响。溶剂如THF，二氯乙烷，环己酮，酮类是非常有用的，用于PVC辐照交联。这是由于分子运动的PVC在溶胀加强和增加碰撞的机会。聚乙烯醇，聚丙烯酸，聚丙烯酰胺等在上述的1％水溶液或固体发生辐射交联中，在水溶液中发生开裂是小于0.3％。辐射条件，如温度，压力，环境（真空，空气，惰性气体），等]的交联效率上有一定的影响。温度上升和压力加大，以提高交联聚合物的交联度。在真空中或惰性气体中的辐射，可以减少氧化降解，以提高交联效率。体育尼龙某些障碍的辐射交联的空气中的氧。
聚合物分子增塑剂，阻燃剂，抗氧化剂，填料和其它添加剂的影响交联效率。增塑剂改变聚合物的聚合状态，影响交联反应动力学。有研究认为，作为催化剂的增塑剂，可吸收的能量的γ射线，并转移到PVC链的氢或氯，并使其更容易解离，从而可以提高交联效率。辐照剂量的增加，交联速率，减少增塑剂的含量的增加。赫兰的研究发现，DBP / PVC体系的辐射效应，凝胶含量的增加而增加，DBP内容。的稳定剂，以减少的PVC的辐射引起的降解。辐射交联的PVC在研究硬脂酸铅的研究中发现，加入硬脂酸铅，硬脂酸铅的样品未添加大于所产生的凝胶含量，他还发现，除了沸石和CaO，MgO和其它填料的PVC的辐射交联敏化。多官能单体（简称交联敏化剂）加入更详细讨论