酸化について

放射線酸化は、電子線照射された高分子にできたラジカルが酸素と結合して起こります。
酸化は、電子線架橋、重合、グラフト重合の妨げになり、破断強度や破断伸びなどの性能を大きく劣化したり、異臭の原因になる場合があります。材料の極表層を加工するキュアリングやグラフトでは特に酸化に注意する必要があります。
酸化を防ぐためには、不活性ガス中での照射などが有効です。詳しくは放射線酸化の記事を参照ください。

照射によるガス発生について

電子線照射による架橋反応と分解反応は同時におこります。材料によって架橋と分解のどちらの反応が起こりやすいかは異なりますが、分解反応が全く起こらないということはありません。分解反応に伴いガスが発生し、これを分解ガスと呼びます。
分解ガスの種類は照射される材料によって異なります。例えばポリエチレンで発生するガスは99%以上が水素です。ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)などのフッ素系樹脂ではフッ酸が、ポリ塩化ビニル(PVC)では塩酸が発生します。
材料によって、可燃性ガスや腐食性ガス、有毒ガスなど人体や周辺装置に悪影響を与えるガスが発生する可能性がありますので、注意しなければなりません。
発生するガスの種類と量を知ることにより、照射時の対策を講じられます。ガス発生量は「ガス発生のG値」を用いて概算可能です。計算方法は別の記事で紹介します。

着色について¹⁾

着色の原因は、高分子材料では材料自身の構造変化、酸化防止剤や安定剤等添加物の影響など様々です。着色の原因は大きく二つに分かれます。

①物理的原因：電子のトラップや結晶構造の変化
電子のトラップなどによる物理的原因の着色は経時で減衰します。
加熱（アニール）により、その減衰を促進できる場合もあります。

②化学的変化：共役ポリエンの形成、酸化防止剤や安定化剤等の添加物の影響
化学変化が原因の着色は減衰しませんが、着色抑制効果のある物質を加えることで、着色を軽減できることもあります。

熱

電子線を照射すると材料は発熱します。
電子線の線量とエネルギーの関係は、1Gy＝1J/kg です。たとえば、断熱系で10kGy照射した場合、比熱1の物質は約2.4℃温度上昇します。電子線照射時は、一部のエネルギーは反応に使われ、実際は70～80%程度が熱エネルギーに代わります。
電子線照射は、線量を分割して照射できますので、材料の耐熱性を十分考慮して、照射条件を決める必要があります。分割照射については別の記事にて紹介しています。

残存ラジカル

残存ラジカルとは、照射した材料中に反応せずに留まっているラジカルのことです。一般的には、数時間～数日で消滅します。
残存ラジカルは経時で、目的とする反応に寄与することもありますが、反対に材料劣化を引き起こすこともありますので、材料評価時には、この経時変化の観察・評価も必要です。

まとめ

気をつけるポイントをまとめると以下の通りとなります。
・電子線照射条件：加速電圧、サンプル背面の基材、分割照射
・その他の条件：ガス発生、着色、熱、残存ラジカル
電子線試験照射時に気をつけるべき点は多々ありますが、これらを事前に想定・確認し、材料毎に対策を施すことが重要です。
弊社では40年以上積み重ねて得られたノウハウを元に試験照射に際し、材料毎に適切な照射条件、照射雰囲気を提案いたします。

(野口記)

参考文献

1) 鷲尾：「各種高分子材料の電子線照射効果」、応用放射線化学シンポジウム、p30(1993)