《Radiation Physics and Chemistry》：Assessment of gamma radiation influence on high-density polyethylene (HDPE) in oxygenated solvent media
编辑推荐：
•暴露于辐射的含氧溶剂会促使聚合物发生交联或降解。•通过傅里叶变换红外光谱（FTIR）和热重分析（TGA）证实了辐射后的聚合物变化。•在70 kGy的剂量下，所选的有机溶剂会加速降解过程。•在70 kGy的剂量下，氧化剂的混合物会导致更显著的交联效果。引言高密度聚乙烯（HDPE）
- •
暴露于辐射的含氧溶剂会促使聚合物发生交联或降解。
- •
通过傅里叶变换红外光谱（FTIR）和热重分析（TGA）证实了辐射后的聚合物变化。
- •
在70 kGy的剂量下，所选的有机溶剂会加速降解过程。
- •
在70 kGy的剂量下，氧化剂的混合物会导致更显著的交联效果。
引言
高密度聚乙烯（HDPE）是一种热塑性聚合物，具有优异的化学耐性、拉伸强度和结构稳定性。HDPE的结晶度通常超过90%，这归因于其高度线性的分子结构和非常低的分支度——沿主链每200个碳原子通常少于一个侧链。这种结构规则性使得其结晶熔点接近132°C，密度范围在约0.955 g·cm-3到0.968 g·cm-3之间（Mark等人，1986年）。高效的链排列和堆积增强了分子间的范德华相互作用，使其比其他聚乙烯等级（如低密度聚乙烯LDPE）具有更高的结晶度。HDPE无毒，化学反应性低，并且具有出色的耐腐蚀性，包括对某些电偶腐蚀过程的抵抗能力，在适当条件下其使用寿命可超过50年（Da Silva；Araújo；Neto，2014年；Costa等人，2016年）。自20世纪50年代中期工业化以来，HDPE在全球聚合物市场中占据了重要地位，目前是全球销售量最大的五种热塑性塑料之一，广泛应用于管道系统、保护衬里、塑料袋和家庭用品等领域。
伽马射线处理能够在不使用有毒物质的情况下对HDPE进行结构改性（Burillo等人，2002年；Ashfaq等人，2020年）。电离辐射与聚合物的初始相互作用会引发离子化或分子激发，从而引发后续的化学反应。可能发生两种过程：（i）降解，涉及链断裂和键断裂；（ii）交联，表现为形成分子间键，形成三维结构。每种效应的 dominant 程度取决于实验因素，如施加的辐射剂量（Cardoso，2016年）。当与含氧共溶剂结合时，辐射诱导的活性物质会增强聚合物链断裂，降低分子量并改善加工性能（Manas等人，2018年）。例如，水在电离辐射下的辐射分解会产生高反应性的化学物质，这些物质能够氧化和降解分子，并生成酸和醛等副产物（Tauhata等人，2013年；LOH等人，2020年）。
科学界对氧化过程增强HDPE结构改性的效果表现出兴趣（Yunsheng等人，2002年；Shahsavari-Badvestani等人，2023年）。这些研究共同推进了对聚乙烯降解机制、改性效果以及聚合物系统中辐射诱导氧化的理解。例如，促氧化剂硬脂酸锰显著影响聚乙烯在热氧化环境中的降解性（Antunes等人，2017年），伽马辐射对聚乙烯和其他氟聚合物的影响不同，凸显了在高能辐射下的氧化敏感性和结构变化（Shim等人，2022年），Pinsuwan等人（2023年）探讨了将HDPE转化为高价值二元羧酸的方法，强调了氧化途径在可持续回收和丙烯酸酯固化剂中的应用潜力。这些工作加深了对热降解、氧化降解和辐射诱导降解过程及其对聚合物稳定性、可回收性和材料工程影响的理解。因此，本研究旨在评估水和单乙醇氧合溶剂对伽马辐照HDPE结构的影响。为此，本研究评估了在30 kGy、50 kGy和70 kGy的伽马辐射下，含有两种含氧溶剂（有机的（单乙醇）和无机的（水）的HDPE塑料袋的结构和热性能变化。结构变化和热性能变化通过傅里叶变换红外光谱（FTIR）和热重分析（TGA）进行了表征。研究结果得到了关于伽马辐照聚乙烯的研究支持（Medeiros等人，2022年），该研究表明电离辐射能够根据剂量和化学环境调节聚合物的热性能和机械性能。
由于HDPE的耐用性和广泛应用，聚合物垃圾的积累成为一个严重的环境问题（Jiao等人，2024年）。随着社会向更可持续的做法转型，能够提高塑料回收率的技术（包括核技术）变得越来越重要（Ma等人，2025年；Da Silva；Moita，2016年；Li等人，2024年）。HDPE广泛应用于塑料袋等包装中，经常在陆地和海洋生态系统中积累或被焚烧，导致污染和温室气体排放（Queiroz；Garcia，2010年；Kadyirov等人，2022年）。因此，在聚合物加工中使用电离辐射已成为减少废物、实现循环经济和可持续发展的一个有前景的解决方案（Clough，2000年；Ashfaq等人，2020年）。此外，这项工作可能有助于开发聚合物废物流的解决方案，促进巴西公共政策（Mancini等人，2021年；Gallego-Schimid等人，2021年）以及可持续发展目标9、12和13所倡导的更清洁的回收链（Phillips，2024年）。
章节片段
塑料袋辐照
这种辐照方法是从文献报告（BRIGGS等人，2024年）中改编而来的。选择黑色塑料袋是因为它们在处理家庭和商业有机废物中的普遍使用。这些塑料袋通常由含有化学添加剂的HDPE制成，如受阻胺光稳定剂（HALS——0.3 wt%的Tinuvin 770或Tinuvin 622）、紫外线吸收剂（0.2 wt%的Tinuvin 327）和2 wt%的炭黑（印度标准局，2004年）。
辐照样品
通过视觉检查，整个实验过程中样品在形态、表面外观或宏观完整性方面没有出现任何显著变化。与初始状态相比，形状、颜色或质地没有观察到可观察到的变化。此外，最初引入系统的溶液体积在视觉观察范围内保持不变，表明没有明显的蒸发、泄漏或体积变化。
结论
本研究的结果表明，伽马辐照会促进HDPE的热性能和化学性能发生剂量依赖性的变化，其中降解或交联的相对优势取决于吸收的剂量和周围介质的化学组成。TGA和FTIR结果的综合解释表明，含氧添加剂显著影响了这两种竞争机制之间的平衡，表明聚合物
CRediT作者贡献声明
Aneuri Souza de Amorim：撰写 - 审稿与编辑、监督、资源管理、方法学、数据管理。Luciana Carvalheira：撰写 - 审稿与编辑、监督、项目管理、资金争取、概念化。Weslei Marcos da Silva Teixeira：撰写 - 初稿撰写、方法学、研究、数据管理。Adriana Marques：撰写 - 审稿与编辑、概念化
未引用参考文献
Ashfaq等人，2020年；da Silva等人，2014年；da Silva和Moita，2016年；Queiroz和Garcia，2010年；Skordalou和Demadis，2024年。
利益冲突声明
所有作者声明在本文的准备和发表过程中没有可能存在潜在利益冲突的财务、机构或个人关系。
本研究得到了CNPq的机构资助。
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能会影响本文报告的工作。
致谢
作者感谢核工程研究所（IEN）和IDQBRN/CTEx提供的技术支持、研究基础设施和伽马辐照设施。特别感谢Marques博士在写作监督方面的贡献，以及Amorim博士在资金争取方面的贡献。同时感谢Engepol实验室（COPPE/UFRJ）在样品表征方面的支持，以及CNPq提供的研究奖学金。
Weslei Marcos da Silva Teixeira|Adriana Marques|Aneuri Souza de Amorim|Luciana Carvalheira
