国外辐射化工产业现状
发布时间 : 2017-08-28

国外辐射化工产业特点

      辐射交联技术应用面广,产业规模大。目前,国外辐射化工领域规模化的产业主要有电线电缆、热收缩制品、汽车轮胎、聚烯烃发泡材料、表面涂层固化、高分子PTC器件等。这几类主导型产品约占辐射化工年总产值的95%以上,创造了可观的经济效益。这些产品的共同点都是采用辐射交联技术:即经电离辐射(γ射线或高能电子束)照射高聚物时,生成高分子自由基并互相结合形成交联键的过程。它无须添加交联剂,在室温下即可实现交联反应,通过控制吸收剂量即可控制交联密度。辐射交联后的材料提高了电绝缘性、热稳定性、抗老化性、耐腐蚀性、阻燃性等。辐射交联技术的应用尚存在巨大的发展潜力,一批新的产业增长点正在培育和形成之中,如橡胶硫化制品、SiC纤维以及胶乳硫化等。

      辐射聚合、辐射接枝技术产业规模较小,但在新材料合成与材料改性方面发挥着重要作用。水性乳胶、离子交换膜是其中代表性的产品,特别是由辐射乳液聚合获得的水性乳胶,质纯性优,没有残存易挥发有机物,更符合环保要求。用水性乳胶调制的乳胶漆,水性家具漆、地板漆等是名符其实的环保涂料。目前这类产品尚处于产业化前期,对经济社会的贡献率较低,但是,作为一种新技术,用于对新材料的研制与开发具有良好的发展前景。

      辐射固化与紫外固化正成为互补性技术,应用范围广,构成表面涂层加工的重要产业。辐射固化是利用低能电子束(EB)或紫外光(UV)照射液体低聚物涂层(膜)使其快速固化的技术。EB固化具有室温固化、节能高效、零污染、涂层不畸变等优点,主要加工大、厚、重的物件,与EB固化相比UV固化有投资少,成本低等竞争优势,适合加工小、薄、轻的物件。两种技术路线构成互补,目前,在日本、北美、欧洲已经形成较大的产业规模。

      辐射降解技术,主要用于对天然高聚物和废塑料、橡胶的再利用,由于辐照剂量大,成本高,目前国外有工业化中间实验,但产业化前景尚不明朗。

      电离辐射导致的辐射分解及辐射合成反应被用于处理工业三废,例如火力发电厂烟道气辐射脱硫脱硝,同时合成出化肥,非常有利于资源的综合利用。用辐射技术处理工业废水,能去除废水中的有机氯和重金属离子,同时还可杀灭微生物。目前,许多国家已有中试或工业示范工厂处理三废,但大规模工业化应用尚需时日。

主要国家和地区的发展情况

     美国的状况:

     美国的辐射化工产业起步于20世纪50年代中后期,是在军工技术向民用转移的过程中播下产业的种子;辐射化工产品又以军工为最大用户,通过市场机制与军工装备进行配套,进而逐步扩大到民用市场,如电力、通讯、能源等领域。有代表性的是Raychem公司,从创建期的热缩材料制品主业到发明PTC温控电伴热线缆迎来大发展。1957年美国硅谷兴起不久,在临近斯坦辐大学的门罗园内,Raychem公司在风险基金支持下宣告成立,开创了世界辐射化工产业的历史。Raychem公司初创期仅有33人和一台1MeV、6mA的加速器,主要研制生产热缩材料,1959年申报了第一项聚乙烯热收缩材料专利权。1971年发明PTC温控电伴热线,由于产品新颖、性能优越、市场需求旺盛,迅速发展成为规模产业。到1998年Raychem公司从业人员已达到8000人,拥有227台加速器,产品规格品种达3000多种,年销售额18亿美元。1999年与ASG、AMP、Eleon等多家公司一起被著名的Tyco公司收购,强强联合成立了Tyco International Ltd,成为全球最大的电子元件、配件供货商,2000年销售额已达289亿美元。Raychem的发展,标志着美国的辐射化工主导产品热收缩材料、PTC等材料在世界市场上占有很大的份额;辐射化工由初创期相对独立的产业,进一步通过资产重组,与相关行业融为一体,又为辐射化工开拓了新的发展空间。此外,在辐射硫化方面,1957年Firestone公司首先实现了汽车轮胎的预硫化,并逐渐发展成为辐射加工的大产业,1998年北美辐射硫化轮胎的产值就达到了135亿美元

     日本的情况

     日本辐射化工产业始于1961年,住友电工开发生产的6kV辐照交联电力电缆,为辐射化工在电线电缆行业中的应用打开了窗口。1966年积水与东丽两家公司生产了聚乙烯发泡材料。LSI工厂利用辐射接枝技术生产了离子交换膜、电池隔膜。辐射化工对日本主导产业贡献最大、最有显示度的是对汽车轮胎的辐射硫化。1997年的产值达到1.02万亿日元,日产的子午轮胎中91%是经过辐射硫化的。子午轮胎采用辐射硫化工艺,可以削减胶的用量,稳定制造工艺,提高轮胎质量。日本辐射化工产业产值排在前三位的是轮胎硫化、电线电缆和发泡材料,热缩材料排在第四位。日本辐射化工产品结构与北美比较存在较大差异,这是因为日本的辐射化工更直接服务于日本主导产业(如电子、电器、汽车等),成为日本经济的重要组成部分。

日本31%的EB装置用于交联线缆(主要是电器装备及汽车用细线),有14%的EB装置用于轮胎硫化。而北美以热缩材料为主,占有47%的EB装置。线缆和轮胎分别只占11%和7%。

亚洲地区,是当今世界经济增长率最高的地区,除日本外,韩国在辐射加工方面发展也很快。耐热线缆、热缩材料、汽车轮胎制造等已形成规模。马来西亚利用日本援建的EP装置,制造热缩材料;用6.8万居里Co-60源辐照交联天然胶乳。

     欧洲的情况

     欧洲的辐射加工产业具有一定的基础,以瑞士为例,STUDER公司有1~10MeV范围的加速器6台,还有几百万居里的Co-60源,而在1999年之后用于生产电线、电缆、热缩材料以及薄板、包装箱等的辐射固化。到上世纪末,随着产业结构的优化,欧洲地区的辐射加工产业进入了快速发展时期,接连出现许多大公司。IBA在1986年成立时,仅是十几个人的小公司,后来在自身发展的基础上,一举收购了美国的STEAIGENICS、RDI、GQIFIC、SCANDITRONIX等多家公司,成为辐射产业界的跨国公司。另外,英国的ISOTRON,法国的BGS等也都发展成为拥有多家工厂的大公司。

 辐射化工产业发展趋势

     综合国际发展状况,可以看出其主要发展趋势:

     主导产品进一步走向规模化和国际化。以高性能热缩材料、交联线缆、轮胎硫化、发泡材料为代表的主导产品均属技术含量高、附加值大的配套性的基础产业,历经近半个世纪,长盛不衰,生命周期较长。日、美等国通过政府引导及市场推动,进一步将这类产品融入本国的主导产业,成为提高经济核心竞争力的重要因素。随着主导产业(如汽车工业、电子、电器等)的发展,辐射化工产品进一步走向规模化和国际化,预计今后若干年内国际上没有对手能够与日本、美国竞争。

     一批新的高性能材料正走向市场。例如天然胶乳的EB辐射硫化在法国、德国、印度、马来西亚已有中试厂;工程塑料和通用塑料辐射改性正走向成熟;德国生产的室内供热聚乙烯管是将耐热70°C的PE管经辐射交联后,提高到110°C,并具有抗腐蚀、使用寿命长等优点,其年产量已达8000万米,正逐步取代传统金属管材。近年日本和美国开展对天然多糖类(海洋系甲壳素、壳聚糖、藻元酸、角叉菜胶等)辐射降解的研究,其辐解产生的生理活性物质,可用作植物生长促进剂,开辟了辐射化工的新领域。日本利用辐射技术进行环境治理和资源再利用已经取得突破。1999年日本与中方合作,在中国成都建造的电子束脱硫脱硝工业性示范装置,标志着辐射化工产业进入了一个新的发展阶段。

     政府鼓励企业增加R&D的投入,开拓辐射化工新的应用领域。日本、北美各国政府积极鼓励本国企业与科研机构合作,开展以产业化为目标的辐射化工技术创新,仅日本,专门用于R&D的EB装置就有115台;北美104台。韩国非常重视R&D以及人才培训,大约用了3年时间说服IAEA,同意在韩国设立IAEA/RCA(亚太地区原子能科技研究、开发、培训协作的地区事务所),2003年3月已在大田举行了开所仪式。同时又提出建立国际原子能大学(INU)和国际原子能培训教育中心(INTEC)。韩国原子能研究所(KAERT)计划在2004年建立“尖端放射线应用研究中心”,该计划是将KAERT为中心的区域(内有商用100万居里Co-60源、5MeV EB装置、离子束辐照设施和γ辐照温室实验农场等)作为辐射加工技术的研发中心。马来西亚是以原子能研究所(MINT)为中心进行技术转移,政府、研究机构、企业联手进行广泛的研究开发,MINT经费来源的30%~40%是靠自己的开发收入。

国外辐射化工以采用高能电子束(EB)作为主流加工技术。因为EB装置与Co-60装置比较,具有功率大、辐射场稳定、可调节、处理量大、易维护、安全性好等诸多优点,因此各种类型的工业用加速器已经成为辐射化工的主要装备,从而刺激了加速器技术的发展和辐照工艺的不断创新。现在世界范围的加速器技术和制造水平正逐步走向专业化、智能化和系列化。例如,欧洲IBA的EB装置在国际上具有较强的竞争力,它是比利时一家制造工业用加速器和生产同位素的加速器公司,在全世界47个地区十二个国家有分支机构,雇员1200多人,1999年收购了美国的RDI公司,2000年产值超过1亿欧元。公司除生产加速器外,还建有Co-60装置进行消毒,灭菌,食品保藏。