我们以高能电子对PET瓶辐射处理后空瓶的颜色变化和恢复程度为指标，来确定高能电子对PET 瓶辐射剂量的上限。分别对添加绿色色母、白色色母和无色母添加的PET 瓶进行辐射处理，然后观察其颜色的恢复时间，结果见表4。

表4 添加不同色母的PET 瓶在不同能量和剂量下颜色恢复时间能量 350keV 400keV 450keV色母 无绿白无绿白无绿白辐射参数 1mA、5s 1mA、5s 1mA、5s辐射剂量 39.8kGy 39.1kGy 38.4kGy恢复天数 2 天 2 天 2 天 2 天 2 天 2 天 2 天 2 天 2 天辐射参数 1mA、10s 1mA、10s 1mA、10s辐射剂量 50.2kGy 46.3kGy 47.3kGy恢复天数 2 天 4 天 4 天 2 天 4 天 4 天 2 天 4 天 4 天辐射参数 1mA、20s 1mA、20s 1mA、20s辐射剂量 70.4kGy 68.3kGy 69.2kGy恢复天数 6 天 6 天 20 天 6 天 6 天 20 天 6 天 6 天 20 天

我们通过试验发现，在一定辐射剂量下，辐射处理后的PET 瓶的颜色会发生变化，其后会逐渐恢复到正常。

图3 高能电子辐射PET 瓶后的色泽变化及其相关机理

汪辉亮对聚乙烯( PE) 辐射致色的主要原因进行了研究[19]，结果表明，PE 辐射后黄度的产生以及后期的消退主要是由生成的陷落自由基引起的。PET 瓶在经高能电子处理前后的颜色变化及其机理见图3，PET 分子链与捕捉到的电子形成自由基，自由基迁移形成酮醌式显色基团，放置之后，随着电子的释放，形成的自由基缓慢脱离或复位，酮醌式显色基团消失，PET 的颜色会逐渐恢复回来。试验数据显示，变色程度和恢复时间与高能电子的能量无关，而与剂量和所添加的色母有关。对于没有添加色母或添加绿色色母的PET 瓶，在70kGy 左右辐射后，其颜色在六天内基本颜色会恢复正常，而对于添加白色色母的PET 瓶，在70kGy 左右辐射后，其颜色需要在20 天以上才可能恢复正常。在使用高能电子对PET瓶进行杀菌时，考虑饮品实际生产的特点，我们初步确定将高能电子剂量限制在70kGy 以下。

2.2.1.2.高能电子对PET 瓶杀菌剂量下限设定

目前国际上常用的灭菌剂量（Sterilization Dose，SD）设定方法主要包括25kGy 单一剂量法、公式法和AMMI 方法。在世界上大多数国家或地区中，最低剂量为25 kGy， 但是在许多情况下，它显然高于必要水平[20]。辐射灭菌剂量也可由公式计算所得[18]：

其中：SD 为辐射剂量

D 为指示菌的D10值

N0为辐射前污染菌数

N 为辐射后残留菌数

SD 值大小主要取决于产品的初始污染菌类型、数量和无菌保证水平（SAL）。如果灭菌前污染微生物计数非常低，而且D10也很小，为了提高经济效应，避免产品的辐射损伤，也可采用较低的灭菌剂量[18]。研究表明，在一次性医疗用品上可降低辐射剂量[21]。对于一次性使用PVC 输液器，无菌保证水平取10-6，辐射灭菌剂量值选择为8～13kGy[22]。

资料表明，对于塑料容器，大约9kGy 就可以将短小芽胞杆菌ATCC 芽胞杀灭到6log[9]。目前，随着PET 瓶在线吹制技术的广泛应用，相对于离线吹制，PET 瓶的初始染菌数量可大幅度降低并可有效控制。结合资料，本项目以9kGy 作为辐射剂量最低值作为探索方向。

2.2.2.高能电子对PET 瓶内壁杀菌的能量确定

采用高能电子对PET 瓶内壁进行杀菌的方法有多种[23]。在采用外照射法对PET 空瓶内壁进行杀菌时，空瓶各部分的厚度将会对高能电子杀菌效果有一定的影响。

高能电子发射器的能量决定了高能电子的穿透能力，能量越高，穿透的厚度就越大（见图4）。

图4 不同能量深度剂量分布曲线

PET 材料的密度为1.38g/cm3，计算所得不同能量高能电子所穿透的最佳厚度值（Ropt）见表5。

表5 不同能量所对应的PET 材料最佳厚度值序号 能量（keV） 最佳厚度Ropt（μm）1 300 400 2 350 480 3 400 570 4 450 680 5 500 800

表6 测试用PET 瓶主要指标及剂量测试点images/BZ_50_1268_533_1590_1143.png厚度 其它指标A 413μm瓶身最大直径：68mm瓶身最大高度：208mm瓶口内径：31mm B 468μm C 593μm D 481μmimages/BZ_50_1278_1304_1680_1689.pngPET 瓶身内壁剂量测试点 PET 瓶口内壁剂量测试点

表7 不同能量下瓶身内壁不同点的剂量值位置 350keV 400keV 450keV辐射参数 1mA，20s 1mA，20s 1mA，20s表面剂量（kGy） 47.2 69 55.4 58.6 80.9 79.9 69.9 80.4 69内壁剂量（kGy）01# 7.1 10.7 8.1 15.8 21.1 21 25.3 29.5 23 02# 5 9.3 6.1 15.8 22.3 24.2 29.4 32.4 25.6 03# ＜3.4 6.8 ＜3.4 11.3 16.1 21.9 22.2 25.6 19.8 04# ＜3.4 3.6 ＜3.4 7.9 12.9 12.2 14 16.2 12.5 05# ＜3.4 ＜3.4 ＜3.4 5.2 6.2 7.2 9.8 10.1 9.2

我们在不同能量下，测定了表6 所列参数的样品瓶瓶身内壁不同点的剂量值（见表7），其中表面剂量为PET瓶外壁离发射器最近点的值，虽然在试验中辐射参数一致，但由于试验装置的原因，开机和关机过程的操作过程会导致表面剂量值的波动。从表7 中可以看出，在350KeV，由于穿透厚度所限，PET 瓶内壁多个点的剂量＜3.4kGy，而在450keV，测试点的剂量均达到9kGy 以上，由于瓶底结构的特点，瓶底04 点和05 点是辐射的薄弱点。

文章来源：《电子元器件与信息技术》 网址: http://www.dzyqjyxxjs.cn/qikandaodu/2021/0728/1420.html