不同辐照方式对高结晶度聚丙烯辐照后行为及性能的影响及其在医疗器械辐射灭菌中的应用

这篇综述聚焦三种电离辐射（γ射线、X射线和电子束）对高结晶度等规聚丙烯（iPP）的灭菌效应，揭示了结晶相中长寿命自由基（FRC）的演化规律及其对材料热性能（DSC）、晶体结构（WAXD）和微观形貌（SEM/OM）的长期影响，为医疗器械辐射灭菌工艺优化提供了关键理论依据。

　　

Highlight

实验方法

研究选用两种高结晶度iPP（PP-A和PP-H，等规度>95%），通过190°C热压后缓慢冷却制备单斜晶α相样品（χ≥55%）。采用电子束（EB）和γ射线（50 kGy灭菌剂量）辐照，通过电子自旋共振（ESR）追踪自由基长达180天，并结合差示扫描量热（DSC）、广角X射线衍射（WAXD）和电子显微镜（SEM）进行多尺度表征。

结果与讨论

• 自由基动力学：ESR显示α晶相中自由基半衰期（t_1/2）达5-30天，显著长于低结晶度PP（<30天），证实晶体核心对自由基的"囚禁效应"。

• 辐照方式差异：γ射线组氧化降解更显著（DSC熔融峰偏移3°C），而EB辐照导致更明显的表面裂纹（SEM），归因于剂量率差异引发的扩散限制氧化（DLO）效应。

• 后辐照演变：储存期间，自由基迁移引发二次结晶（WAXD峰宽增加15%），机械性能衰退与自由基浓度呈指数相关（R²>0.9）。

结论

高结晶度iPP的α晶相显著延长自由基寿命，导致灭菌后材料性能持续劣化。γ射线因低剂量率加剧氧化，而EB的高剂量率更易引发微观缺陷。该研究为医疗器械灭菌工艺选择（如优先选用EB）和抗辐射材料设计提供了关键参数。