γ射线辐照下聚烯烃医用防护服材料的老化机制与性能演变研究

本文针对新冠疫情(COVID-19)暴发后医疗防护用品短缺问题，系统研究了聚乙烯(PE-MPC)和聚丙烯复合(PE&PP-MPC)医用防护服在γ射线辐照(0-250 kGy)下的性能变化。通过SEM、FTIR、GPC等技术发现，辐照后材料虽保持形态完整且渗透性符合GB标准，但断裂强度在50 kGy时即低于45 N标准值。研究揭示了PE和PP分别经历随机断链(C-C键断裂)和二次热解两阶段降解过程，其中PE在1715 cm-1处新现C=O振动峰，PP的Mp值从28815降至19293 g/mol。该研究为辐照灭菌技术替代传统环氧乙烷(EO)灭菌提供了重要理论依据。

　　

Highlight

γ射线辐照显著影响医用防护服的机械性能但保持屏障功能：PE和PP基防护服在50 kGy辐照后断裂强度即低于国家标准(45 N)，但其抗渗透性能在250 kGy下仍符合1.67 kPa的GB标准。

Materials

实验选用湖南金鹏医疗器材公司提供的PE-MPC和南昌康华卫材公司提供的PE&PP-MPC防护服，原料PE（熔融指数6～9 g/min）和PP（软化点150～160°C）购自上海麦克林生化科技公司。⁶⁰Co γ射线源由中国黄金辐照成都公司提供。

Sample characterization

采用扫描电镜(SEM)观察微观结构，傅里叶红外光谱(FTIR)检测1715 cm^-1处羰基特征峰，凝胶渗透色谱(GPC)分析分子量变化，热重分析(TGA)研究热解行为。

Digital and SEM images of medical protective clothing

图1显示辐照后防护服宏观形态无明显裂纹，SEM观察到表面涂层结构保持完整。有趣的是，即使250 kGy高剂量辐照后，纤维结构仍保持连续网络状，这解释了其优异的抗渗透性能。

Conclusion

γ射线辐照引发PE和PP发生两阶段降解：第一阶段随机断链导致分子量显著下降（PE的M_p从72921降至27066 g/mol），第二阶段二次热解使残余质量(Res)从3.940%降至1.000%。理论键级分析表明，PE主链中部C-C键更易断裂，而PP支链连接处的C-C键对辐照更敏感。这些发现为医用防护材料的辐照灭菌工艺优化提供了分子层面的指导。