TRÙNG hợp bức xạ polime

TRÙNG HỢP BỨC XẠ
I.

Những Khái Niệm Cơ Bản Về Bức
Xạ
II. Phản Ứng Trùng Hợp Bức Xạ
III. Một Số Vấn Đề Về Trùng Hợp Bức
Xạ


I.Những Khái Niệm Cơ Bản Về
Bức Xạ
 Nguồn bức xạ gamma Co60 và Cs137.
 Nguồn bức xạ electron nhanh và bức
xạ hãm từ máy gia tốc e
 Ngoài ra bức xạ gamma từ lò phản
ứng cũng được sử dụng.
 Nguồn được sử dụng nhiều nhất là
bức xạ gamma Co60.


I.1.Nguồn bức xạ gamma Co60
 Tia gamma thường phát ra bởi những
hạt nhân kích thích ngay sau quá
trình phân rã β của hạt nhân mẹ.
 Ứng dụng rộng rãi nhất của nguồn
Co60 và Cs137 là: Khử trùng dụng cụ y
tế. Ngoài ra nó còn được dùng để xử
lý thực phẩm, xử lý nguồn nước
 Khả năng thâm nhập cao: Có thể xử
lý các vật liệu có bề dày lớn

I.2.Máy gia tốc electron
 Các máy thông dụng chủ yếu là máy gia tốc
tác dụng trực tiếp. Trong số này phổ biến
nhất là loại “Electron curtain” và
Dinamitron. Ngoài ra loại máy gia tốc tuyến
tính cũng được sử dụng.
 Các máy công nghiệp có công suất phổ biến
từ vài kilooat tới 200kW. Máy có công suất
lớn là Dinamitron. Dinamitron có thể có
công suất lớn 200 - 300kW, phát ra
electron năng lượng 4 - 6MeV


I.2.Máy gia tốc electron
 Hiện nay các máy gia tốc hiện đại có thể
đạt tới công suất 10 MW. Một máy gia tốc
electron 100kW tương đương với nguồn
Co60 6,74 MCi hoặc Cs137 30,12 MCi.
 Hiệu suất sử dụng năng lượng cao .
 Nhược điểm chủ yếu của bức xạ electron
dưới quan điểm của công nghệ bức xạ là độ
xuyên thấp so với bức xạ gamma


I.2.Máy gia tốc electron
 Máy gia tốc Dinamitron (tư liệu của
Viện nghiên cứu năng lượng nguyên
tử Nhật Bản - JAERI)

II.Phản Ứng Trùng Hợp Bức Xạ
 Phản ứng trùng hợp các chưa no tiến
hành dưới tác dụng của búc xạ ion
hóa từ các tia gamma, ronghen.
 I.1.Cơ chế phản ứng
Dưới tác dụng của ion bức xạ thì các
hợp chất chưa no sẽ tự tách electron
và ion hóa monome.
M
M+ + e


I.1. Cơ chế phản ứng
 Chuyển monome tới trạng thái có năng
lượng cao hơn và phân tử chuyển
thành trạng thái kích thích
M
M*
 Phân tách thành gốc tự do.
M*
M●
 Dưới tác dụng của bức xạ ion hóa thì
đa số phản xẩy ra theo cơ chế gốc.


I.1. Cơ chế phản ứng
 Bảng hiệu suất bức xạ của các gốc hữu cơ.
Hợp chất

Benzen
Styren
Acrylonitrin
Toluen
Xyclohexan
Metanol

Hiệu suất
bức xạ
1.8
1.6
2.7
3.1
14.3
21.0

Hợp chất
Metylmetacrylat
Vinylaxetat
Axeton
Clorofom
Tetracloruacacbon
Metylacrylat

Hiệu suất
bức xạ
7.5
33.0
50.0
59.5

70.0
23.5


I.2.Máy gia tốc electron
 So sánh hiệu suất sử dụng năng lượng
của các nguồn bức xạ
Nguồn bức xạ
Hiệu suất %
Máy gia tốc electron
nhanh 10 MeV

60

Nguồn bức xạ hãm
Emax = 5 MeV

50

Nguồn Co60

30

Nguồn Cs137

20


I.1. Cơ chế phản ứng
 Dưới tác dụng của bức xạ thì gốc tự do tạo

thành không chỉ từ hợp chất chưa no mà
còn có thể từ hợp chất no.
 Đối với hợp chất chưa no thì sự tạo thành
gốc tự do không chỉ với sự tham gia của
liên kết đôi mà còn do liên kết  như đã
xẩy ra khi bức xạ lên hợp chất no.
●

-CH + CH2
2
 - CH2 – CH2 ●
- CH2- CH- + H●


II.2.Phương trình tốc độ trùng hợp
bức xạ
 Khi trùng hợp trong dung dịch
M
M●
 Khi trùng hợp trong dung môi
S
S●
 Tốc độ tạo thành gốc tự do từ monome
(1)

VM  M .I .[M ]

Với I: cường độ bức xạ, M : hằng số tỷ lệ
với hiệu suất bức xạ của gốc từ monome.

II.2.Phương trình tốc độ trùng hợp
bức xạ
 Tốc độ tạo thành gốc của dung môi
(2)
VS  S .I .[S ]
 Tốc độ chung tạo thành gốc kích thích
trùng hợp:
VKT  M .I .[M ]  S .I .[S ] (3)
 Tốc độ trùng hợp bức xạ:

k lm [ M ] 1 / 2
Vlm  1 / 2  Vkt
k tm

(4)


II.2.Phương trình tốc độ trùng hợp
bức xạ
 Đặt giá trị Vkt từ phương trình(3) vào
phương trình (4) và nhận tốc độ
trùng hợp bằng tốc độ phản ứng
klm
(5)
V  1 / 2  [M ]{ M .I .[M ]   S .I .[S ]}1 / 2
ktm
 Biến đổi phương trình (5) ta đươc:
klm
 S .[S ] 1/ 2 (6)

1/ 2
1/ 2

V

k

1/ 2
tm

 [M ]{ M .I } [M ]  [1 

 M .[M ]

]


II.2.Phương trình tốc độ trùng hợp
bức xạ
klm
 S .[S ] 1/ 2
3/ 2
1/ 2
V  1 / 2  [M ] { M .I }  [1 
]
 M .[M ]
ktm

(7)

 Khi nồng độ của dung môi nhỏ thì
phương trình(7) được thay thế bằng:
[S ] 1 / 2
3/ 2
(8)
V  k[M 0 ] [1 
]
[M 0 ]
Với:

k lm
k  1 / 2  { M .I }1 / 2
k tm

và

S
k 
M
,


II.2.Phương trình tốc độ trùng hợp
bức xạ
 Tốc độ trùng hợp của một số
monome:1-vinylaxetat, 2-vinylclorua,
3-metylmetacrylat, 4-acrylonitrin, 5Styren.


II.2.Phương trình tốc độ trùng hợp

bức xạ
 Hiệu suất % polyme A trong thời gian
t được mô tả theo phương trình sau:
A  k .[ M 0 ]3 / 2 [1  k '
 100.k.[M 0 ]1 / 2 [1  k '

[ S ] 1/ 2 100
]
[M 0 ] [M 0 ]
[S ] 1/ 2
]
[M 0 ]

 Trùng hợp ở trạng thái rắn xẩy ra ở
nhiệt độ thấp vì năng lượng ion hóa
trùng hợp gần tới 0.


Một Số Vấn Đề Về Trùng Hợp Bức Xạ
 Nếu nhiệt độ trùng hợp thấp hơn
nhiều nhiệt độ nóng chảy thì không
quan sát được trùng hợp.
 Phản ứng trùng hợp gốc kèm theo sự
tách nhiệt và chuyển các vùng vi mô
của tinh thể sang trang thái nóng
chảy.
 Ta có thể tiến hành bức xạ trong
những trường hợp chất bọc như ure..