Пластик CR-39: свойства, применение и производство.

Введение

Пластик

Полиаллильдигликолькарбонат (PADC) – это пластик, широко используемый в производстве линз для очков вместе с материалом ПММА (полиметилметакрилат). Мономер – аллильдигликолькарбонат (ADC). Термин CR 39 технически относится к мономеру ADC, но чаще используется для обозначения готового пластика. Аббревиатура расшифровывается как "Columbia Resin #39" – это была 39-я формула термореактивного пластика, разработанная в рамках проекта Columbia Resins в 1940 году. Первое коммерческое применение мономера CR 39 (ADC) заключалось в создании армированных стеклопластиком топливных баков для бомбардировщиков B-17 во время Второй мировой войны, что позволило снизить вес и увеличить дальность полета. После войны компания Armorlite Lens Company в Калифорнии считается производителем первых линз CR 39 в 1947 году. Пластик CR 39 имеет показатель преломления 1,498 и число Аббе 58. В настоящее время CR 39 является зарегистрированным товарным знаком компании PPG Industries. Также существует альтернативное применение – очищенная версия используется для измерения нейтронного излучения, разновидности ионизирующего излучения, в нейтронной дозиметрии. Хотя CR 39 является типом поликарбоната, его не следует путать с общим термином "поликарбонат" – прочным гомополимером, обычно изготавливаемым из бисфенола А.

Синтез

CR 39 получают путем полимеризации ADC в присутствии инициатора диизопропилового пероксидикарбоната (IPP). Наличие аллильных групп позволяет полимеру образовывать поперечные связи, таким образом, это термореактивный полимер. Режим полимеризации мономеров ADC с использованием IPP обычно составляет 20 часов при максимальной температуре 95 °C. Повышенные температуры могут быть обеспечены с помощью водяной бани или камеры с принудительной циркуляцией воздуха. Бензоилпероксид (BPO) является альтернативным органическим пероксидом, который может быть использован для полимеризации ADC. Чистый бензоилпероксид представляет собой кристаллическое вещество и менее летуч, чем диизопропиловый пероксидикарбонат. Использование BPO приводит к получению полимера с более высоким показателем желтизны, а также перекись растворяется в ADC при комнатной температуре медленнее, чем IPP.

Оптическая

CR 39 прозрачен в видимом спектре и почти полностью непрозрачен в ультрафиолетовом диапазоне. Он обладает высокой устойчивостью к истиранию, фактически – наивысшей устойчивостью к истиранию и царапинам среди всех не покрытых оптических пластиков. CR 39 весит примерно вдвое меньше стекла, при этом его показатель преломления лишь незначительно ниже, чем у кронового стекла, а высокое число Аббе обеспечивает низкую хроматическую аберрацию, что в целом делает его выгодным материалом для изготовления очков и солнцезащитных очков. Широкий спектр цветов можно получить путем окрашивания поверхности или всего объема материала. CR 39 также устойчив к большинству растворителей и других химических веществ, гамма-излучению, старению и усталости материала. Он выдерживает небольшие горячие искры, образующиеся при сварке, в отличие от стекла. Его можно использовать непрерывно при температурах до 100 °C и до одного часа при 130 °C.

Обнаружение радиации

В применении для обнаружения излучения CR 39 используется в качестве твердотельного ядерного детектора (SSNTD) для обнаружения присутствия ионизирующего излучения. Энергетические частицы, сталкиваясь со структурой полимера, оставляют след разрыва химических связей в CR 39. При погружении в концентрированный раствор щелочи (обычно гидроксид натрия), ионы гидроксида атакуют и разрушают структуру полимера, травя большую часть пластика с номинально фиксированной скоростью. Однако, вдоль путей повреждений, оставленных взаимодействием заряженных частиц, концентрация радиационного повреждения позволяет химическому агенту атаковать полимер быстрее, чем в объеме материала, выявляя траектории ионных следов заряженных частиц. В результате травления пластик содержит постоянную запись не только местоположения излучения на пластике, но и предоставляет спектроскопическую информацию об источнике. CR 39 преимущественно используется для обнаружения радионуклидов, испускающих альфа-излучение (особенно радона), а его свойства чувствительности к излучению также применяются для дозиметрии протонов и нейтронов, а также в исторических исследованиях космических лучей. Способность CR 39 регистрировать местоположение источника излучения, даже при крайне низких концентрациях, используется в авторадиографических исследованиях с альфа-частицами и для (относительно недорогого) обнаружения альфа-излучателей, таких как уран. Обычно тонкий срез биологического материала фиксируется к CR 39 и хранится замороженным в течение месяцев или лет в среде, максимально защищенной от возможных радиологических загрязнений. Перед травлением биологический образец фотографируется вместе с прикрепленным детектором CR 39, с обязательной фиксацией отметок расположения на детекторе. После травления автоматическое или ручное "сканирование" CR 39 используется для физического определения местоположения зарегистрированного ионизирующего излучения, которое затем можно сопоставить с положением радионуклида в биологическом образце. Не существует другого неразрушающего метода для точного определения местоположения следовых количеств радионуклидов в биологических образцах при таких низких уровнях эмиссии.

In the radiation detection application, CR 39 is used as a solid state nuclear track detector (SSNTD) to detect the presence of ionising radiation. Energetic particles colliding with the polymer structure leave a trail of broken chemical bonds within the CR 39. When immersed in a concentrated alkali solution (typically sodium hydroxide) hydroxide ions attack and break the polymer structure, etching away the bulk of the plastic at a nominally fixed rate. However, along the paths of damage left by charged particle interaction the concentration of radiation damage allows the chemical agent to attack the polymer more rapidly than it does in the bulk, revealing the paths of the charged particle ion tracks. The resulting etched plastic therefore contains a permanent record of not only the location of the radiation on the plastic but also gives spectroscopic information about the source. Principally used for the detection of alpha radiation emitting radionuclides (especially radon gas), the radiation sensitivity properties of CR 39 are also used for proton and neutron dosimetry and historically cosmic ray investigations. The ability of CR 39 to record the location of a radiation source, even at extremely low concentrations is exploited in autoradiography studies with alpha particles, and for (comparatively cheap) detection of alpha emitters like uranium. Typically, a thin section of a biological material is fixed against CR 39 and kept frozen for a timescale of months to years in an environment that is shielded as much as possible from possible radiological contaminants. Before etching, photographs are taken of the biological sample with the affixed CR 39 detector, with care taken to ensure that prescribed location marks on the detector are noted. After the etching process, automated or manual 'scanning' of the CR 39 is used to physically locate the ionising radiation recorded, which can then be mapped to the position of the radionuclide within the biological sample. There is no other non destructive method for accurately identifying the location of trace quantities of radionuclides in biological samples at such low emission levels.