CN102704023B - 一种防x射线辐射纤维素纤维及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种防X射线辐射纤维素纤维及其制备方法，是将粒径≤3μm的硫酸钡粉体在与水互溶的有机分散介质中制备成硫酸钡乳液浆料，然后将所述硫酸钡乳液浆料按照硫酸钡含量相对于甲种纤维素10～30%的重量百分比添加到黄化溶解后的粘胶溶液中混合均匀，再经纺丝凝固浴纺丝成型、牵伸和后处理得到所述防X射线辐射纤维素纤维。本发明的X射线屏蔽剂硫酸钡在粘胶纤维中分散性好，纺丝成型时硫酸钡流失少，制备的纤维不仅具有良好的物理机械性能、纺织加工性能和服用性能，还具有X射线屏蔽率高，持久性好的优点，对X射线的屏蔽率≥65%。可广泛应用于制作长期接触X射线的工作人员的服装和非织造布行业。
Description
技术领域
本发明涉及人造纤维素纤维生产技术领域，尤其涉及一种具有防X射线辐射功能的纤维素纤维。
背景技术
随着工农业生产，特别是国防科研、放射医学和原子能工业的迅速发展，各种射线的使用日益广泛，X射线是其重要的一种。由于长期接触X射线会对人体产生较大的伤害，因此根据X射线的性质及其与物质的作用机理，应选择和制备相应的材料进行防护。
最早用于X射线屏蔽的是铅板、铁板等金属材料，后来又开发出了含铅的玻璃、有机玻璃及橡胶等制品，并加工成各种防护服、头盔、防护手套等。但这些防护用品透气性差，笨重，穿用不舒适，因此人们一直在研制服用良好的X射线防护织物。许多国家曾设计使用铅纤维作为防X射线的材料使用，尽管该纤维织物的透气性和X射线屏蔽性能均较为理想，却无法解决服用性差和铅的毒性问题。
中国专利申请号200710042057.8的专利公开了一种X-射线屏蔽纤维及其制备方法，该方法主要是在冻胶纺溶液中添加粉体，工艺要求复杂，且该屏蔽纤维主要应用在增强混凝土中，限制了其应用。日本和奥地利的研究者分别将硫酸钡直接添加到粘胶纤维中制成防辐射纤维，由于硫酸钡粉体在粘胶纤维中的分散性差以及粉体加入后易抱团问题，使得固体X射线屏蔽剂流失严重，且所得成品纤维的物理机械性能均较差，或者穿着舒适性较差，因此限制该纤维的应用。
发明内容
本发明所要解决的第一个技术问题是：针对现有技术存在的不足，提供一种X射线屏蔽剂与粘胶纤维分散性好、混合均匀、成型过程流失小、制备的纤维物理机械性能好的防X射线辐射纤维素纤维。
本发明所要解决的第二个技术问题是：针对现有技术存在的不足，提供一种X射线屏蔽剂与粘胶纤维分散性好、混合均匀、成型过程流失小、制备的纤维物理机械性能好的防X射线辐射纤维素纤维的制备方法。
为解决上述第一个技术问题，本发明的技术方案是：
一种防X射线辐射纤维素纤维，所述纤维中含有8～28wt%的X射线屏蔽剂，所述纤维的干断裂强度≥1.8cN/dtex，湿断裂强度≥0.9cN/dtex，干断裂伸长率≥16%，对X射线的屏蔽率≥65%。
其中，所述X射线屏蔽剂为硫酸钡粉体，所述硫酸钡的粒径≤3μm。
为解决上述第二个技术问题，本发明的技术方案是：
防X射线辐射纤维素纤维的方法，是将所述粒径≤3μm的硫酸钡粉体在与水互溶的有机分散介质中制备成硫酸钡乳液浆料，然后将所述硫酸钡乳液浆料按照硫酸钡含量相对于甲种纤维素10～30%的重量百分比添加到黄化溶解后的粘胶溶液中混合均匀，再经纺丝凝固浴纺丝成型、牵伸和后处理得到所述防X射线辐射纤维素纤维。
其中，所述硫酸钡乳液浆料的制备过程如下：在粒径小于3μm的硫酸钡粉体中加入表面活性剂和分散剂混合均匀，将混合物加入到与水互溶的有机分散介质中，随后在搅拌的条件下加入已用水溶胀的羧甲基纤维素钠以增强乳化，所述羧甲基纤维素钠的加入量为硫酸钡的0.1～1wt%，并继续搅拌15～40min，然后进行超声波分散10～40min，配制成硫酸钡质量含量为15～30%的硫酸钡乳液浆料。
优选的，所述表面活性剂为胺类阳离子表面活性剂，所述表面活性剂的加入量为硫酸钡的0.1～0.8wt%。
作为进一步的优选，所述胺类阳离子表面活性剂为多烷基三甲基氯化铵。
优选的，所述分散剂为聚硅氧烷聚胺盐或者聚磷酸钠类分散剂，所述分散剂的加入量为硫酸钡的0.2～1.2wt%。
优选的，所述与水互溶的有机分散介质为乙醇、异丙醇、聚乙二醇和乙酸乙酯中的一种或几种。
其中，所述纺丝凝固浴的组成为：50～200g/L的H2SO4，5～20g/L的ZnSO4和/或Al2(SO4)3，50～400g/L的Na2SO4，其温度为30～50℃。
所述牵伸包括喷丝头牵伸、盘间牵伸和凝固浴牵伸，所述喷丝头牵伸的牵伸率为-10～30%，盘间牵伸的牵伸率为20～60%，第二凝固浴牵伸的牵伸率为2～15%。
由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
本发明通过将X射线屏蔽剂—粒径小于3μm硫酸钡制备成硫酸钡乳液后添加到粘胶纺丝液中，不仅有效地解决了现有技术中直接将硫酸钡粉体加入纺丝粘胶中存在的硫酸钡的流失以及硫酸钡粉体的分散性差和团聚等问题，而且由于本发明的硫酸钡乳液浆料采用与水互溶的有机分散介质制备，因此硫酸钡在粘胶纤维中分散性好，与粘胶纤维混合均匀，纺丝成型时硫酸钡流失少，制备的纤维不仅具有良好的物理机械性能、纺织加工性能和服用性能，除了保留了常规粘胶纤维的吸水透气、穿着舒适的优点外，还具有X射线屏蔽率高，持久性好的优点，可广泛应用于制作长期接触X射线的工作人员的服装和非织造布行业，具有很好的经济效益和社会效益。
本发明提供的具有防X射线辐射纤维素纤维的生产方法，具有工艺合理、简单，适合工业化生产的特点。
具体实施方式
下面结合具体的实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
实施例1
（1）硫酸钡乳液浆料的制备：在粒径为1μm的硫酸钡粉体中，加入硫酸钡重量含量0.2wt%的多烷基三甲基氯化铵，和硫酸钡重量含量0.4wt%的六偏磷酸钠混合均匀，将混合物加入到乙醇中，随后在搅拌的条件下加入已用水溶胀的硫酸钡重量含量0.1wt%的羧甲基纤维素钠以增强乳化，并继续搅拌20min，然后进行超声波分散20min，配制成硫酸钡质量含量为20%的硫酸钡乳液浆料。
（2）粘胶原液的制备：以纤维素浆粕为原料，经过浸渍、压榨、粉碎、老成、黄化和溶解步骤制得粘胶。
（3）纺丝原液的制备：将制备好的硫酸钡乳液浆料按照硫酸钡含量相对于甲种纤维素10%的重量百分比添加到黄化溶解后的粘胶溶液中混合均匀，上述混合好的粘胶经过熟成、脱泡、过滤，得到粘胶纺丝原液，粘胶纺丝原液粘度为38s（落球粘度），熟成度12mL(10%NH4Cl)，甲纤7.6wt%，含碱5.6wt%。
（4）纺丝成型：将上述粘胶纺丝原液经由105g/L的硫酸、11.5g/L的ZnSO4，和320g/L的硫酸钠组成的凝固浴中纺丝成型，凝固浴温度为45℃，丝束牵伸工艺为：喷丝头牵伸-10%，盘间牵伸30%，第二凝固浴牵伸7%，然后经过后处理步骤制得1.67dtex×38mm、含有相对甲种纤维素8wt%的X射线屏蔽剂的具有防X射线辐射纤维素纤维。制得的具有防X射线辐射纤维素纤维的指标：干断裂强度2.07cN/dtex，湿断裂强度1.09cN/dtex，干断裂伸长率19.3%，对X射线的屏蔽率（对X射线的衰减能力）≥68%，即X射线的透过率≤32%。
实施例2
（1）硫酸钡乳液浆料的制备：在粒径为750nm的硫酸钡粉体中，加入硫酸钡重量含量0.5wt%的多烷基三甲基氯化铵，和硫酸钡重量含量0.7wt%的聚硅氧烷聚胺盐混合均匀，将混合物加入到聚乙二醇中，随后在搅拌的条件下加入已用水溶胀的硫酸钡重量含量0.4wt%的羧甲基纤维素钠以增强乳化，并继续搅拌15min，然后进行超声波分散30min，配制成硫酸钡质量含量为20%的硫酸钡乳液浆料。
（2）粘胶原液的制备：以纤维素浆粕为原料，经过浸渍、压榨、粉碎、老成、黄化和溶解步骤制得粘胶。
（3）纺丝原液的制备：将制备好的硫酸钡乳液浆料按照硫酸钡含量相对于甲种纤维素20%的重量百分比添加到黄化溶解后的粘胶溶液中混合均匀，上述混合好的粘胶经过熟成、脱泡、过滤，得到粘胶纺丝原液，粘胶纺丝原液粘度为35s（落球粘度），熟成度10mL(10%NH4Cl)，甲纤8.9wt%，含碱5.8wt%。
（4）纺丝成型：将上述粘胶纺丝原液经由110g/L的硫酸、20g/L的ZnSO4和Al2(SO4)3，和380g/L的硫酸钠组成的凝固浴中纺丝成型，凝固浴温度为50℃，丝束牵伸工艺为：喷丝头牵伸10%，盘间牵伸38%，第二凝固浴牵伸9%，然后经过后处理步骤制得3.33dtex×60mm、含有相对甲种纤维素18wt%的X射线屏蔽剂的具有防X射线辐射纤维素纤维。制得的具有防X射线辐射纤维素纤维的指标：干断裂强度2.02cN/dtex，湿断裂强度1.02cN/dtex，干断裂伸长率18.4%，对X射线的屏蔽率（对X射线的衰减能力）≥72%，即X射线的透过率≤28%。
实施例3
（1）硫酸钡乳液浆料的制备：在粒径为500nm的硫酸钡粉体中，加入硫酸钡重量含量0.7wt%的多烷基三甲基氯化铵，和硫酸钡重量含量0.9wt%的聚磷酸钠混合均匀，将混合物加入到乙酸乙酯中，随后在搅拌的条件下加入已用水溶胀的硫酸钡重量含量0.6wt%的羧甲基纤维素钠以增强乳化，并继续搅拌40min，然后进行超声波分散15min，配制成硫酸钡质量含量为30%的硫酸钡乳液浆料。
（2）粘胶原液的制备：以纤维素浆粕为原料，经过浸渍、压榨、粉碎、老成、黄化和溶解步骤制得粘胶。
（3）纺丝原液的制备：将制备好的硫酸钡乳液浆料按照硫酸钡含量相对于甲种纤维素15%的重量百分比添加到黄化溶解后的粘胶溶液中混合均匀，上述混合好的粘胶经过熟成、脱泡、过滤，得到粘胶纺丝原液，粘胶纺丝原液粘度为40s（落球粘度），熟成度9mL(10%NH4Cl)，甲纤8.3wt%，含碱5.7wt%。
（4）纺丝成型：将上述粘胶纺丝原液经由120g/L的硫酸、20g/L的ZnSO4和/或Al2(SO4)3，和230g/L的硫酸钠组成的凝固浴中纺丝成型，凝固浴温度为35℃，丝束牵伸工艺为：喷丝头牵伸20%，盘间牵伸42%，第二凝固浴牵伸5%，然后经过后处理步骤制得1.33dtex×38mm、含有相对甲种纤维素14wt%的X射线屏蔽剂的具有防X射线辐射纤维素纤维。制得的具有防X射线辐射纤维素纤维的指标：干断裂强度2.13cN/dtex，湿断裂强度1.07cN/dtex，干断裂伸长率20.4%，对X射线的屏蔽率（对X射线的衰减能力）≥66%，即X射线的透过率≤34%。
实施例4
（1）硫酸钡乳液浆料的制备：在粒径为2μm的硫酸钡粉体中，加入硫酸钡重量含量0.8wt%的多烷基三甲基氯化铵，和硫酸钡重量含量1.2wt%的聚磷酸钠混合均匀，将混合物加入到乙醇和异丙醇的混合溶液中，随后在搅拌的条件下加入已用水溶胀的硫酸钡重量含量1wt%的羧甲基纤维素钠以增强乳化，并继续搅拌25min，然后进行超声波分散30min，配制成硫酸钡质量含量为25%的硫酸钡乳液浆料。
（2）粘胶原液的制备：以纤维素浆粕为原料，经过浸渍、压榨、粉碎、老成、黄化和溶解步骤制得粘胶。
（3）纺丝原液的制备：将制备好的硫酸钡乳液浆料按照硫酸钡含量相对于甲种纤维素25%的重量百分比添加到黄化溶解后的粘胶溶液中混合均匀，经过熟成、脱泡、过滤得到粘胶纺丝原液，将上述粘胶纺丝原液经凝固浴纺丝成型，然后经过后处理步骤制得1.96dtex×60mm、含有相对甲种纤维素23.5wt%的X射线屏蔽剂的具有防X射线辐射纤维素纤维。制得的具有防X射线辐射纤维素纤维的指标：干断裂强度1.96cN/dtex，湿断裂强度0.98cN/dtex，干断裂伸长率19.2%，对X射线的屏蔽率（对X射线的衰减能力）≥83%，即X射线的透过率≤17%。
Claims (7)
1.一种防X射线辐射纤维素纤维的制备方法，其特征在于：将粒径≤3μm的硫酸钡粉体在与水互溶的有机分散介质中制备成硫酸钡乳液浆料，然后将所述硫酸钡乳液浆料按照硫酸钡含量相对于甲种纤维素10～30%的重量百分比添加到黄化溶解后的粘胶溶液中混合均匀，再经纺丝凝固浴纺丝成型、牵伸和后处理得到所述防X射线辐射纤维素纤维；
所述硫酸钡乳液浆料的制备过程如下：在粒径小于3μm的硫酸钡粉体中加入表面活性剂和分散剂混合均匀，将混合物加入到与水互溶的有机分散介质中，随后在搅拌的条件下加入已用水溶胀的羧甲基纤维素钠，继续搅拌15～40min，然后进行超声波分散10～40min，配制成硫酸钡质量含量为15～30%的硫酸钡乳液浆料；
所述纤维中含有相对甲种纤维素8～28wt%的X射线屏蔽剂，所述纤维的干断裂强度≥1.8cN/dtex，湿断裂强度≥0.9cN/dtex，干断裂伸长率≥16%，对X射线的屏蔽率≥65%，所述X射线屏蔽剂为硫酸钡粉体，所述硫酸钡的粒径≤3μm。
2.如权利要求1所述的防X射线辐射纤维素纤维的制备方法，所述表面活性剂为胺类阳离子表面活性剂，所述表面活性剂的加入量为硫酸钡的0.1～0.8wt%。
3.如权利要求2所述的防X射线辐射纤维素纤维的制备方法，其特征在于：所述胺类阳离子表面活性剂为多烷基三甲基氯化铵。
4.如权利要求1所述的防X射线辐射纤维素纤维的制备方法，其特征在于：所述分散剂为聚硅氧烷聚胺盐或者聚磷酸钠类分散剂，所述分散剂的加入量为硫酸钡的0.2～1.2wt%。
5.如权利要求1所述的防X射线辐射纤维素纤维的制备方法，其特征在于：所述与水互溶的有机分散介质为乙醇、异丙醇、聚乙二醇和乙酸乙酯中的一种或几种。
6.如权利要求1至5任一项所述的防X射线辐射纤维素纤维的制备方法，其特征在于所述纺丝凝固浴的组成为：50～200g/L的H2SO4，5～20g/L的ZnSO4和/或Al2(SO4)3，50～400g/L的Na2SO4，其温度为30～50℃。
7.如权利要求6所述的防X射线辐射纤维素纤维的制备方法，其特征在于：所述牵伸包括喷丝头牵伸、盘间牵伸和凝固浴牵伸，所述喷丝头牵伸的牵伸率为-10～30%，盘间牵伸的牵伸率为20～60%，第二凝固浴牵伸的牵伸率为2～15%。
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