DE1063372B - Verfahren zur energiereichen Bestrahlung organischer, in Form duenner Schichten vorliegender polymerer Massen - Google Patents
Verfahren zur energiereichen Bestrahlung organischer, in Form duenner Schichten vorliegender polymerer MassenInfo
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Description
O 1
mehrschichtig oder als Schlauch vorliegen u. sind bes. gegebenenfalls
chloriertes Polyäthylen, Polyamide, natürlicher oder künstlicher Kautschuk, zu Elastomeren
hartbare Organopolysiloxane, Polyacrylnitril u. Polyäthyleng]ykolterephthalate.
(D. A. S. 1 063 372 Kl. 39b vom 11/1. 1956, veröff. 13/8.1959. E. p! 805 818 vom 10/1
1956, ausg^lO/12. 1958. Beide A. Prior. 11/1. 1955.) G. Tewes. 7171
G 18773 IVb/39 b
ANMELDETAG: 11. J A N U A R 1956
BEKANNTMACHUNG
DER ANMELDUNG
UND AUSGABE DER
AUSLEGESCHRIFT: 1 3. A U G U S T 1 9 5 9
DER ANMELDUNG
UND AUSGABE DER
AUSLEGESCHRIFT: 1 3. A U G U S T 1 9 5 9
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestrahlen organischer Polymerer mit energiereichen Strahlen,
um seine Eigenschaften zu verbessern. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Verfahren zum gleichmäßigen,
vorzugsweise kontinuierlichen Bestrahlen flacher, schichtartiger polymerer Massen, wie Polyäthylen,
deren Eigenschaften durch die Bestrahlung in günstiger Weise abgewandelt werden können. Um das
Polymer so zu bestrahlen, daß man eine gleichmäßige Bestrahlung über die Breite der flachen Grundmasse
auf wirtschaftliche und schnelle Art erzielt, kann man ein kreisförmiges Strahlenbündel einer energiereichen
Strahlung, z. B. von Elektronen hoher Energie, verwenden.
In der Patentanmeldung DAS 1 005 266 ist ein Verfahren zum Bestrahlen von Polyäthylen mit Elektronen
hoher Energie offenbart, wodurch Polyäthylen so gut wie unschmelzbar und unlöslich bei Temperaturen
gemacht wird, die beträchtlich über denjenigen liegen, bei denen die unbestrahlten Stoffe schmelzen
oder erweichen. Eine solche Bestrahlung vermindert z. B. auch die Löslichkeit des Polyäthylens in verschiedenen
Lösungsmitteln, in denen sich das unbestrahlte Material gewöhnlich löst.
Nach der obengenannten Patentanmeldung wird die Bestrahlung des Polyäthylens so durchgeführt, daß
man eine Polyäthylenschicht z. B. in Form einer Folie oder eines Bandes kontinuierlich unter und durch ein
Strahlenbündel von Elektronen hoher Energie mit einer solchen Geschwindigkeit hindurchführt, daß es
die erwünschte Bestrahlungsdosis erhält. Die Quelle dieser energiereichen Elektronen ist gewöhnlich ein
Kathodenstrahlengenerator oder ein Elektronenbeschleuniger, aus dem gewöhnlich ein kreisförmiges
Strahlenbündel austritt, bei dem die Mittelstrahlen die größte Intensität besitzen, während die Intensität der
Strahlen nach außen hin abnimmt. Wegen dieser ungleichen Intensitätsverteilung wird viel Energie als
Überbestrahlung der mittleren Fläche des zu bestrahlenden Gegenstandes verschwendet, während man an
der äußeren Seite eine zu geringe Dosis erhält. Die so erhaltenen Produkte waren daher für eine allgemeine
Anwendung zu teuer. Diese praktische und wirtschaftliche Tatsache hat die Anwendung der Bestrahlung
und die Verwendung bestrahlter polymerer Produkte in der Technik eingeschränkt.
Es hat sich nun gezeigt, daß man die Kosten für das Bestrahlen von organischen Polymeren weitgehend
senken und die Anwendungsgebiete sowohl für die Bestrahlung als auch für bestrahlte Produkte weitgehend
dadurch ausdehnen kann, daß man die in Form dünner, vorzugsweise bandartiger Schichten vorliegenden
polymeren Massen in einer Breite bestrahlt, die etwa dem halben Durchmesser des Strahlenbündels
15 Verfahren zur energiereichen Bestrahlung organischer, in Form dünner Schichten
vorliegender polymerer Massen
Anmelder:
General Electric Company,
Schenectady, N. Y. (V. St. A.)
Schenectady, N. Y. (V. St. A.)
Vertreter: Dr.-Ing. F. Wuesthoff und Dipl.-Ing. G. Puls,
Patentanwälte, München 9, Schweigerstr. 2
Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 11. Januar 1955
V. St. v. Amerika vom 11. Januar 1955
Frederic Werner Hammesfahr
und Robert Lynwood Hatch,
Pittsfield, Mass. (V. St. A.),
sind als Erfinder genannt worden
entspricht und gleichzeitig durch die eine Hälfte des kreisförmigen Strahlenbündels und dann durch die
andere Hälfte führt, so daß der zuerst von den intensiveren Mittelstrahlen bestrahlte Teil der Schicht beim
Durchgang durch die zweite Hälfte von den weniger intensiven Randstrahlen getroffen wird. Dadurch erhält
das erfindungsgemäß behandelte Material trotz uneinheitlicher Bestrahlungsfelder eine gleichmäßigere
Dosierung als dies bisher möglich war. Das organische Polymer kann z. B. als Folien, Filme, Bänder, flach
liegende Schläuche von variabler Schichtdicke vorliegen. Es wird zweimal bei jeder Schichttiefe des
Durchgangs unter und durch das Elektronenstrahlenbündel hindurchgeführt, und zwar so, daß die erste
Reihe der Durchgänge mit der rechten Kante des Films unter der Mittellinie des Strahlenbündels und
die zweite Reihe der Durchgänge mit der linken Kante des Films unter der Mittellinie des Strahlenbündels
erfolgt. Das Verfahren wird so bewerkstelligt, daß man einen Teil des Bands in einer zweiten Serie hindurchführt,
während ein anderer Teil in der ersten Serie hindurchgeführt wird. Dieses Verfahren hat die
Bezeichnung »Parallelbandverfahren« erhalten.
Infolge des zweifachen Durchgangs, wobei die Lage des Films, den man unter dem Strahlenbündel hindurchführt,
bezüglich seiner Kanten umgekehrt wird, ist es möglich, eine im wesentlichen einheitliche Be-
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3 4
strahlung der gesamten Breite und Fläche des Films einer Dosis von 7,5 · 100R bestrahlt. Das Band wird
zu erzielen. über die oben beschriebenen Rollen geführt, wobei die
In der Zeichnung ist perspektivisch eine Vorrich- zuvor im Mittelpunkt des Strahlenbündels liegende
tung zur einheitlichen Bestrahlung mit einem kreis- Kante jetzt an seine Außenseite kommt. In dem
förmigen Strahlenbündel gezeigt. Die Rollen a, b 5 Maße, in dem das Polyäthylen über die Rollen läuft,
und c drehen sich in Pfeilrichtung und fördern ein gelangt es unter die vom Ende des Fensters des
Band aus einer flach ausgebildeten polymeren Masse, Kathodenstrahlengerierators ausgestrahlten Elektronen
z. B. Polyäthylen. Das Band wird bei d eingeführt, von hoher Energie und wird von ihnen durchdrungen,
um eine sich drehende Achse e geführt und gelangt Während der Gesamtdauer, in der ein bestimmter Teil
dann zur Rolle a. Die Bandoberfläche / wird nun unter io des Films nach oben gelangt, kann das Bild des
dem kreisförmigen Strahlenbündel g vorbeigeführt, Strahlenbündels so auffallen, daß eine Kante unter
das z. B. von energiereichen Elektronen h gebildet dem Bereich mit höchster Intensität durchläuft, wähwird,
die aus dem Fenster i einer Vorrichtung zur rend die andere Kante unter dem Bereich des
Erzeugung von Strahlung hoher Energie wie einer Strahlenbündels mit niedrigster Intensität durchläuft,
Kathodenstrahlenröhre j austreten. Aus der Zeich- 15 wobei der Rest der Bandbreite mit mittlerer Intennung
ist ersichtlich, daß die innere Kante k des sität bestrahlt wird. Wenn das Polyäthylenband
Bandes durch den Mittelteil des kreisförmigen weiterwandert, wird die Intensität der auffallenden
Strahlenbündel läuft, der die höchste Strahlungs- Strahlung umgekehrt. Nun wird die Kante des PoIyintensität
aufweist, während die Kante / durch den äthylenbandes, die anfangs im Zentrum des Strahlenäußeren Teil des Strahlenbündel mit niedriger 20 bündeis einer Bestrahlung von höchster Energie ausStrahlungsintensität
geht. Bei seiner weiteren Fort- gesetzt war, die Kante, die nun am weitesten vom
bewegung über die Rolle b wird dann das Band über Mittelpunkt des Elektronenstrahlenbündels entfernt
weitere Achsen m und η um die Rolle c geführt. ist, und die Kante des Bandes, das beim ersten Durch-Daraufhin
tritt es erneut in das kreisförmige Strahlen- gang die kleinste Dosis erhielt, erhält nun die größte
bündel ein. Aber diesmal wandert die Kante k', die 25 Dosis. Da das Band zuerst mit seiner rechten Kante
bei dem ersten Durchgang als k unter der Achse des unter dem Zentrum des Strahlenbündels vorbei nach
Strahlenbündels von höchster Intensität durchlief, oben gelangt und sich dann dieselbe Prozedur mit der
durch den äußeren Teil des Strahlenbündels mit linken Kante unter der Mittellinie des Strahlenniederer Intensität, während die Kante/' jetzt durch bündeis wiederholt, läßt sich auf der gesamten
die Mittelachse des Strahlenbündels mit höchster 30 Bandbreite trotz des uneinheitlichen kreisförmigen
Intensität wandert. Bei dem ersten Durchgang lief Strahlenbildes eine gleichmäßige Gesamtdosis ersie
durch das Strahlenbündel als Kante / durch den zielen.
Teil des Strahlenbündels mit niedriger Intensität. Diese Ausführungsform mit parallel laufendem
Nach diesem zweiten Durchgang kann man das Band Band ergibt wesentliche Vorteile; wenn man z. B. ein
in der Pfeilrichtung entfernen. An Stelle eines ein- 35 25 cm breites Band nur in einer Durchgangsserie mit
zigen Durchgangs über die Rollen a, b und c kann seinem Mittelpunkt unter der Mittellinie des Strahlenman
das Band mehrere Male um diese Rollen laufen bündeis bei einem Fensterabstand von 20 cm gleichlassen,
wobei es bei jedem Durchgang durch die Be- zeitig mehrmals an der Strahlenquelle vorbeiführt,
Strahlungszone einer wachsenden Strahlungsdosis wobei die Dicke der Bänder insgesamt etwa der Einausgesetzt
wird, so daß beim endgültigen Verlassen 40 dringungstiefe der Strahlen in der polymeren Masse
der Bestrahlungszone jeder Teil der flachen Grund- entspricht, erhält der Mittelteil des Bandes mehr als
masse die notwendige Strahlungsdosis erhalten hat. das Doppelte der Gesamtexponierung, welche die
Um eine maximale Wirksamkeit der Bestrahlung Kanten des Films erhalten, und der Strahl wird zu
bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zu erreichen, nur 38°/o ausgenutzt. Wenn man erfindungsgemäß
ist es wesentlich, daß man die richtige Filmbreite für 45 zwei Durchgänge ausführen läßt, vermindert man" den
den Abstand von Röhre zu dem zu bestrahlenden Unterschied der Exponierung zwischen der Kante
Band verwendet, d. h., daß man den optimalen Ab- und der Mittellinie auf 16 %>
und erhöht die Strahlenstand zwischen Fenster und Band, bezogen auf die ausnutzung auf etwa 76%. Man könnte annehmen.
Breite des zu bestrahlenden Bandes einhält. Das Ver- daß eine Bestrahlung der Breite von 25 cm bei kürfahren
zur Bestimmung der optimalen Bandbreite bei 50 zerem Abstand vom Fenster den Wirkungsgrad ereinem
vorgegebenen Fensterabstand ist wie folgt: höht. Wegen der Eigenschaften des Strahlenbündels
Man wählt verschiedene Bandbreiten aus. Die re- ist dies jedoch nicht der Fall. Die folgende Tabelle I
lative Gesamtexponierung, der ein bestimmter Punkt zeigt an Hand von Meßergebnissen an verschiedenen
auf einem Band von gegebener Breite bei dem ersten Punkten über die Bandbreite (gemessen von der linken
und zweiten Durchgang ausgesetzt wird, berechnet 55 zur rechten Bandkante) die erreichbare einheitliche
man und addiert die beiden Werte. Dieses Verfahren Bestrahlung, wenn man ein Band von 25 cm Breite
wiederholt man für Punkte mit einem Abstand von 20 cm unter dem Fenster der Kathodenstrahlenröhre
2,5 cm über die vorgegebene Bandbreite. Dann multi- bestrahlt und die oben beschriebene Durchführungs-
pliziert man die vorgegebene Bandbreite mit der form mit dem parallelen Band verwendet. Die Bcdeu-
minimalen Gesamtexponierung, die über die ganze 6o tung der Buchstaben in der Tabelle ist wie folgt:
Breite stattfindet. Die so erhaltenen Produkte ver- y = Abstand in cm von der Mittellinie des Strahlen-
gleicht man bei verschiedenen untersuchten Breiten. bündeis in der Ebene des Bandes senkrecht zur
Die Breite, für die sich das größte Produkt ergibt, Bewegungsrichtung des Bandes,
ist für den angewendeten Abstand von Fenster zu D = Gesamtdosis in Röntgeneinheiten (R).
Band optimal 65 γ = Ljneare Bandgeschwindigkeit in m/Min.
Dieses Verfahren wird durch das folgende Beispiel , = Schichtdicke der Polväthvlenschicht in Mikron,
erläutert, bei dem ein 25 cm breites Polyathylenband
mit einer Schichtdicke von etwa 125 Mikron so be- Die Werte (DVt) sind das mathematische Produkt
strahlt wird, indem man es 20 cm unter dem Fenster von Bestrahlungsdosis, linearer Geschwindigkeit und
einer Kathodenstrahlenröhre hindurch führt und mit T° Schichtdicke des Bandes, das an den angegebenen
Punkten über die Bandbreite hin besteht. Die Werte in der mit »Gesamtdosis« bezeichneten Spalte zeigt,
daß für eine bestimmte Bandgeschwindigkeit und Schichtdicke die Dosis D erstaunlich konstant ist
trotz des nicht einheitlichen Bildes des Strahlenbündels :
Abstand der Meßstelle von der linken zur rechten Bandkante in cm |
y in cm erster Durchgang (Rolle α und V) |
y in cm zweiter Durchgang (Rolle c und V) |
[DVt) Dosis im ersten Durchgang |
10-8 Dosis im zweiten Durchgang |
Gesamtdosis |
0 | 0 | 25,0 | 4220 | 550 | 5770 |
2,5 | 2,5 | 22,5 | 3900 | 715 | 4615 |
5,0 | 5,0 | 20,0 | 3460 | 935 | 4395 |
7,5 | 7,5 | 17,5 | 3040 | 1200 | 4240 |
10,0 | 10,0 | 15,0 | 2580 | 1590 | 4170 |
12,5 | 12,5 | 12,5 | 2080 | 2080 | 4160* |
15,0 | 15,0 | 10,0 | 1590 | 2580 | 4170 |
17,5 | 17,5 | 7,5 | 1200 | 3040 | 4240 |
20,0 | 20,0 | 5,0 | 935 | 3460 | 4395 |
22,5 | 22,5 | 2,5 | 715 | 3900 | 4615 |
25,0 | 25,0 | 0 | 550 | 4220 | 5770 |
Minimalwert.
Wenn man eine minimale Dosis (D) von 7,5 · 106R
wünscht, hält man bei einer Schichtdicke von 250 Mikron eine lineare Geschwindigkeit von 2,2 m je Minute.
In der Beschreibung soll der Ausdruck »Schicht« oder »Band« eine Lage einer flach ausgebildeten polymeren
Masse von im wesentlichen einheitlicher Schichtdicke bedeuten, z. B. flache Folien, Bänder,
Filme, abgeflachte Schläuche, U-förmige Schläuche, bei denen die Folie, der Film oder das Band zu einem
U-förmigen Körper gebogen sind, in dem die geraden Schenkel des U parallel Hegen und unter dem
Strahlenbündel von hoher Energie durchgehen.
Der Ausdruck »organische polymere Massen« betrifft feste Kunstharzmassen, die sich in Schichtform
verarbeiten lassen und die man mit verschiedenartigen energiereichen Strahlen, z. B. mit energiereichen
Elektronen, bestrahlen kann, um die Eigenschaften des organischen Polymers in vorteilhafter
und erwünschter Weise abzuwandeln. Zu diesen Polymeren gehören z. B. Polyäthylen, chloriertes
Polyäthylen, chlorsulfoniertes Polyäthylen, Polyamide, verschiedene natürliche und synthetische
Gummiarten einschließlich Mischpolymerisaten von Butadien und Styrol, Mischpolymerisaten von Butadien
und Acrylnitril, Silikonkautschukarten, wie Organopolysiloxane, die man durch Behandlung mit
Strahlung von hoher Energie in einen gehärteten festen elastischen Zustand überführen kann, Polyacrylnitrilstoffe,
Polyäthylen-Terephthalat-Polymere.
Der Ausdruck »Strahlenbündel« soll einen Strom einer Strahlung von hoher Energie bedeuten, z. B. von
Elektronen hoher Energie, die durch einen Kathodejistrahlengenerator
erzeugt werden.
Man kann auch andere Strahlungsformen verwenden, die ein kreisförmiges symmetrisches Bild ergeben,
z. B. Röntgeustrahlengeneratoren, radioaktive Stoffe, wie eine aus Kobalt 60 bestehende Quelle von
Gammastrahlen. Im allgemeinen wird, obwohl man Alpha-, Beta-, Gamma- oder sogar Neutronenstrahlen
anwenden kann, die Verwendung von Elektronen von hoher Energie oder eine Bestrahlung mit Kathodenstrahlen
vorgezogen.
Bei einem üblichen Elektronengenerator ändert sich die relative Strahlungsintensität, die auf eine parallel
zu dem Fenster des Kathodenstrahlenrohrs gelegene und in einem Luftabstand von 20 cm von dem Fenster
entfernte Fläche fällt, mit dem angegebenen radialen Abstand von der Röhrenachse wie folgt:
Tabelle | II | Annähernd relative |
Radialer Abstand von der | Strahlungsintensität | |
3° Röhrenachse in cm | 1,000 | |
0 | 0,905 | |
5,08 | 0,673 | |
10,16 | 0,292 | |
35 15,24 | 0,115 | |
20,32 | 0,088 | |
25,40 | 0,023 | |
30,48 | ||
Bei Ebenen, die näher am Fenster gelegen sind, wird die Gesamtausbreitung des Strahlenbündels
kleiner und der Intensitätsabfall entsprechend stärker. Bisher wurde bei einem Band, das genügend breit
war, um das gesamte Strahlenbündel zu unterbrechen, der Mittelpunkt in verschwenderischer Weise •überbestrahlt,
wenn man wartete, bis es an den äußeren Kanten die erwünschte Strahlungsdosis erhielt. Durch
das errindungsgemäße Verfahren in Verbindung mit einem kreisförmigen Strahlenbündel wird dieses unwirtschaftliche
Vorgehen, das eine Folge der nicht einheitlichen kreisförmigen, für viele solche Strahlenbündel
typischen Bilder ist, ausgeschaltet.
An Stelle einer einzelnen Schicht kann natürlich auch ein Laminat bzw. mehrere aufeinandergelegte
Schichten verwendet werden, z. B. ein flachliegender Schlauch, der auch ein- oder mehrmals in sich selbst
gefaltet sein kann.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann schließlich auch so durchgeführt werden, daß die äußere Kante
des Strahlenbildes die Kante des polymeren Films, die am weitesten vom Mittelpunkt des Strahls entfernt
ist, überlappt, so daß an den äußeren Kanten eine etwas stärkere Bestrahlung erzielt wird, als wenn die
äußere Kante des Films mit dem äußersten Rand des kreisförmigen Strahlenbündels zusammenfallen würde.
Claims (5)
1. Verfahren zur energiereichen Bestrahlung organischer, in Form dünner, z. B. bandartiger
Schichten vorliegender polymerer Massen mit einem kreisförmigen Strahlenbündel, dadurch gekennzeichnet,
daß man die Schichten in einer Breite, die etwa dem halben Durchmesser des Strahlenbündels entspricht, gleichzeitig durch die
eine Hälfte des kreisförmigen Strahlenbündels und dann durch die andere Hälfte führt, so daß
der zuerst von den intensiveren Mittelstrahlen bestrahlte Teil der Schicht beim Durchgang durch
die zweite Hälfte von den weniger intensiven Randstrahlen getroffen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß man als organische polymere Masse
Polyäthylen oder chloriertes Polyäthylen verwendet.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als organische polymere Masse
ein härtbares, in einen festen, elastischen Zustand überführbares Organopolysiloxan verwendet.
4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man als energiereiche Strahlung
Elektronen hoher Energie verwendet.
5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß man eine Vielzahl aufeinandergeschichteter
Grundmassen der Bestrahlung unterwirft.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
© 909 607/433 8.
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---|---|---|---|
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1956
- 1956-01-10 GB GB853/56A patent/GB805818A/en not_active Expired
- 1956-01-11 DE DEG18773A patent/DE1063372B/de active Pending
- 1956-01-11 CH CH2874156A patent/CH366148A/de unknown
Also Published As
Publication number | Publication date |
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CH366148A (de) | 1962-12-15 |
US2914450A (en) | 1959-11-24 |
GB805818A (en) | 1958-12-10 |
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