CN103603089A

CN103603089A - 一种辐射屏蔽非织布及其制备方法

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Publication number: CN103603089A
Application number: CN201310537370.4A
Authority: CN
Inventors: 费宾; 李剑华
Original assignee: Hong Kong Polytechnic University HKPU
Current assignee: Hong Kong Polytechnic University HKPU
Priority date: 2013-10-31
Filing date: 2013-10-31
Publication date: 2014-02-26
Anticipated expiration: 2033-10-31
Also published as: CN103603089B

Abstract

本发明涉及一种辐射屏蔽非织布及其制备方法，该辐射屏蔽非织布的原料组分按重量百分比包括：1～10%的钨酸铵盐、5～20%的聚丙烯腈共聚物，80～95%的DMF；该辐射屏蔽非织布的制备方法则是按比例配备原料，并按照先后顺序投料，从而得到淡黄色透明澄清均一相的混合溶液，超声静置脱泡，即得到纺丝液，然后通过静电纺丝处理，制备出纳米级或微米级的坯布；将得到的坯布进行干燥，在空气存在的条件下，把干燥后的坯布作预氧化处理；将预氧化处理过的坯布在氮气的氛围中进行碳化处理，即得到辐射屏蔽非织布。实施本发明的有益效果：既具有纤维物的性能，同时又具有金属钨的抗辐射功能，并且可根据不同的配比制造出不同密度的产品。

Description

一种辐射屏蔽非织布及其制备方法

技术领域

本发明涉及辐射防护材料领域，尤其涉及一种具有电离辐射防护功能的辐射屏蔽非织布及其制备方法。

背景技术

随着现代科学技术的迅猛发展，各种高能射线（如X-射线）在工业、农业、医学、国防等领域得到越来越广泛的应用。在给人们带来巨大经济和社会效益的同时，这些高能射线对人体的伤害和对环境的破坏也变得日趋严重。由于人们对辐射生物效应认识的不断深入，高能射线的防护已经引起人们的高度重视。X-射线是一种电离辐射，它不同于一般的电磁辐射，它对人体具有更大的破坏性。ICRP(国际放射防护委员会)已将X-射线列为致癌物质,它对人体的各种代谢、造血功能、免疫系统、生殖系统及中枢神经系统造成显著影响，同时可引起微循环障碍、癌变、染色体畸变等。所以为预防辐射的致癌作用和因细胞变异导致的遗传效应，对X-射线的防护已刻不容缓。X-射线的防护可采用时间防护、距离防护和屏蔽防护等3种方式。而屏蔽防护就是在放射源和人员之间使用或设置一种能有效吸收X-射线的屏蔽材料，从而减弱或消除X-射线对人体的危害。

目前对于X-射线防护材料及现有技术而言，主要是采用密度大的金属材料作屏蔽，来防护X-射线的电离辐射，如用铅板、铅橡胶以及含金属铅的复合物等，如专利CN200420114740.X、CN200620081066.9及CN201220320504.8等。虽然这些材料能达到防护的效果，但是毕竟这些铅制品舒适性差，而且铅的氧化物还是具有毒性，对环境有污染。为此开发一种具有防X-射线又环保的非织布具有很大应用前景。

金属钨是稀有高熔点金属，化学性质很稳定。与金属铅相比，其密度（19.3g/cm3）高于铅(11.3g/cm3)，屏蔽电离辐射效果优于铅，同时其对人体无毒，不会造成环境的污染。但是金属钨材料成型困难，只能简单加工成金属钨板，不能加工成复杂形状的防护装置或者屏障。中国专利CN200710023999.1报道了一种金属与塑料复合新材料的制备方法，通过金属钨粉与塑料进行共混注塑成型，从而得到防辐射屏蔽复合材料。

目前，尚未见关于具有X-射线防护功能含金属钨的非织布的专利报道。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种辐射屏蔽非织布及其制备方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种辐射屏蔽非织布，该辐射屏蔽非织布的原料组分按重量百分比包括：钨酸铵盐：1～10%；聚丙烯腈共聚物:5～20%；DMF:80～95%。

优选地，所述钨酸铵盐包括正钨酸铵、仲钨酸铵、偏钨酸铵中的至少一种。

优选地，所述聚丙烯腈共聚物是丙烯腈-丙烯酸酯聚合物、丙烯腈-甲基丙烯酸酯聚合物、丙烯腈-丙烯酸聚合物、丙烯腈-衣康酸聚合物、丙烯腈-马来酸聚合物中的至少一种。

一种辐射屏蔽非织布的制备方法，包括以下步骤：

S1、以重量百分比为1～10%钨酸铵盐、重量百分比为5～20%的聚丙烯腈共聚物、以及重量百分比为80～95%的DMF为原料，将上述原料配制成混合溶液，对所述混合溶液进行超声静置脱泡，即得到纺丝液，然后对所述纺丝液通过静电纺丝处理，制成纳米级或微米级的坯布；

S2、对所述坯布进行干燥处理，然后对干燥后的坯布在空气中作预氧化处理；

S3、将预氧化处理过的坯布在氮气中进行碳化处理，即得到辐射屏蔽非织布。

优选地，所述步骤S1中配制所述混合溶液的方法是：先将聚丙烯腈共聚物溶解在DMF中形成聚丙烯腈共聚物的DMF溶液，然后往聚丙烯腈共聚物的DMF溶液中添加钨酸铵盐，在25～100℃的温度下进行机械搅拌，直至钨酸铵盐完全溶解，且所形成的聚丙烯腈共聚物与钨酸铵盐在DMF中的混合溶液呈现出透明的均一相，该呈现出透明的均一相的聚丙烯腈共聚物与钨酸铵盐在DMF中的混合溶液即为可进行后续的超声静置脱泡操作的混合溶液。

优选地，所述步骤S1中所述静电纺丝处理的方法是：使用静电纺丝装置进行静电纺丝处理，且静电纺丝处理的工作参数为：静电电压为10～30KV，静电纺丝装置的喷嘴到滚筒之间距离为10～20cm，滚筒转速不大于5m/min，挤出速度为0.1～1ml/h。

优选地，所述步骤S2中，对所述坯布进行的所述干燥处理是在温度为70～120℃的环境下进行的。

优选地，所述步骤S2中，对所述干燥后的坯布进行的所述预氧化处理的方法是：将所述干燥后的坯布在180～300℃的温度范围内进行加热处理，处理时间为20～90分钟。

优选地，所述步骤S3中所述的碳化处理的方法是：将预氧化处理过的坯布，在氮气中加热，加热温度在400～1300℃之间,处理时间为9-15分钟。

实施本发明的有益效果：原材料来源方便，工艺稳定可靠，整体采用现有的纺丝与碳化设备，产品应用安全无毒性，相比于铅板，钨板等，该非织布具有轻便，环保等特点；获得的具有电离辐射防护作用的纳米级或微米级的非织布，该材料中金属钨与纤维紧密结合，不会从纤维中脱落，既具有纤维物的性能，同时又具有金属钨的抗辐射功能，并且可根据不同的配比制造出不同密度的产品，开拓金属钨材料在织物领域的应用。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明一种辐射屏蔽非织布的制备方法的方法实施例1的流程图;

图2是本发明一种辐射屏蔽非织布的制备方法的方法实施例1中静电纺丝装置的结构示意图；

图3是本发明一种辐射屏蔽非织布的制备方法的方法实施例2的流程图。

具体实施方式

产品实施例1

一种辐射屏蔽非织布，该辐射屏蔽非织布的原料组分按重量百分比包括：

钨酸铵盐：1～10%；聚丙烯腈共聚物:5～20%；DMF（N,N-二甲基甲酰胺）:80-95%。

本实施例中，钨酸铵盐是指仲钨酸铵。

本实施例中，聚丙烯腈共聚物是指丙烯腈-丙烯酸甲酯聚合物（P（AN-MA））。

在本实施例中，P（AN-MA）与DMF的重量比为1:9，仲钨酸铵与P（AN-MA）重量比是1:2。具体的重量百分比数据为仲钨酸铵：4.76%；P（AN-MA）：9.52%；DMF：85.72%。

方法实施例1：

一种辐射屏蔽非织布的制备方法,如图1所示,其制备步骤包括：

S1、以重量百分比为4.76%钨酸铵盐、重量百分比为9.52%的P（AN-MA）、以及重量百分比为85.72%的DMF为原料，将上述原料配制成混合溶液，对混合溶液进行超声静置脱泡，即得到纺丝液，然后对纺丝液通过静电纺丝处理，制成纳米级或微米级的坯布；

S2、对坯布进行干燥处理，然后对干燥后的坯布在空气中作预氧化处理；

制备步骤S1中的投料先后顺序是：先将P（AN-MA）粉末溶解在DMF中形成聚丙烯腈共聚物的DMF溶液，然后往P（AN-MA）的DMF溶液中添加钨酸铵盐，在40℃的温度下进行机械搅拌，直至钨酸铵盐完全溶解，且所形成的P（AN-MA）与钨酸铵盐在DMF中的混合溶液呈现出透明的均一相，该呈现出透明的均一相的P（AN-MA）与钨酸铵盐在DMF中的混合溶液即为可进行后续的超声静置脱泡操作的混合溶液。

制备步骤S1中的静电纺丝处理，使用静电纺丝装置，如图2所示，成型过程为：套筒2内盛装有纺丝液4，推进器1将纺丝液4推至喷嘴3，之后在高压电源5形成的静电电压的条件下进行纺丝制备出纳米级或微米级的坯布7，且静电纺丝处理的工作参数为：静电电压为10～30KV，静电纺丝装置的喷嘴到滚筒之间距离为10～20cm，滚筒转速不大于5m/min，挤出速度为0.1～1ml/h。本实施例中静电电压优选为25KV，喷嘴3到滚筒6之间距离优选为15cm，滚筒转速优选为1m/min，挤出速度优选为0.75ml/h。

制备步骤S2中的干燥处理，其干燥温度为70-120℃，以便能处理掉坯布中多余的有机溶剂。在本实施例中干燥温度优选为110℃。

制备步骤S2中的预氧化处理，即将干燥后的坯布在温度180-300℃范围内进行加热处理，处理时间为20-90分钟，得到具有梯形环状结构的坯布。在本实施例中，优先选用多个温区来处理坯布，将干燥后的坯布放置于马弗炉内进行预氧化，此时气氛为空气，分别在180，210，240℃空气的氛围中各处理20分钟。

制备步骤S3中的碳化处理，即将预氧化过的坯布，在氮气的保护下，加热使高分子聚合物纤维转变成碳纤维，同时里面的钨酸铵盐也分解出金属钨，碳化温度在400-1300℃,处理时间为9-15分钟。在本实施例中，将经过预氧化处理过的坯布，在氮气氛围的保护下进行碳化处理，氮气的流速为50ml/min，在450，500，550℃各处理3分钟，再在750，900，1000℃各处理2分钟，从而得到具有辐射屏蔽非织布。

X-射线防护功能评定采用西门子Multix射线源在70kV运行，使用Radcal-MDH2025电离腔剂量计在样品下方15厘米处测定透过剂量，计算等效铅板厚度。本实施例收集的非织布累计厚度为0.54mm，经X射线评定，其等效铅板厚度为0.20mm。

通过以上的制备方法可以得到含金属钨的防辐射屏蔽功能的非织布，对这些非织布进行常规的后续处理，即可以制备出防辐射屏蔽功能的穿着衣物等。

实施本发明的有益效果：原材料来源方便，工艺稳定可靠，整体采用现有的纺丝与碳化设备，产品应用安全无毒性，相比于铅板，钨板等，该非织布具有轻便，环保等特点。

产品实施例2

钨酸铵盐：1～10%；聚丙烯腈共聚物:5-20%；DMF:80-95%。

本实施例中，钨酸铵盐是指偏钨酸铵。

本实施例中，聚丙烯腈共聚物是指丙烯腈-衣康酸聚合物（丙烯腈-甲基丙烯酸甲酯聚合物）。

丙烯腈-衣康酸聚合物与DMF重量比1:9的比例；偏钨酸铵与丙烯腈-衣康酸聚合物重量比是4:5，具体的重量百分比数据为：偏钨酸铵：7.41%；丙烯腈-衣康酸聚合物：9.26%；DMF：83.33%。

方法实施例2：

一种辐射屏蔽非织布的制备方法，如图3所示，其制备步骤包括：

S1、以重量百分比为7.41%钨酸铵盐、重量百分比为9.26%的丙烯腈-衣康酸聚合物、以及重量百分比为83.33%的DMF为原料，将上述原料配制成混合溶液，对混合溶液进行超声静置脱泡，即得到纺丝液，然后对纺丝液通过静电纺丝处理，制成纳米级或微米级的坯布；

制备步骤S1中的投料先后顺序是：先将丙烯腈-衣康酸聚合物粉末溶解在DMF中形成丙烯腈-衣康酸聚合物的DMF溶液，然后往丙烯腈-衣康酸聚合物的DMF溶液中添加钨酸铵盐，在60℃的温度下进行机械搅拌，直至钨酸铵盐完全溶解，且所形成的丙烯腈-衣康酸聚合物与钨酸铵盐在DMF中的混合溶液呈现出透明的均一相，该呈现出透明的均一相的丙烯腈-衣康酸聚合物与钨酸铵盐在DMF中的混合溶液即为可进行后续的超声静置脱泡操作的混合溶液。

制备步骤S1中的静电纺丝，该方法实施例2可以与上述方法实施例1使用同样的静电纺丝装置，成型过程为：套筒2内装有纺丝液4，推进器1将纺丝液4推至喷嘴3，之后在高压电源5形成的静电电压的条件下进行纺丝制备出纳米级或微米级的坯布7，静电电压为10-30KV，喷嘴3到滚筒6之间距离为10-20cm，滚筒转速不大于5m/min，挤出速度为0.1-1ml/h。在本实施例中，静电电压优选为25KV，挤出速度优选为0.5ml/h，滚筒转速优选为0.5m/min，喷嘴与滚筒间距离优选为13cm。

制备步骤S2中的干燥处理，其干燥温度为70-120℃，以便能处理掉坯布中多余的有机溶剂。在本实施例中，干燥温度优选为110℃。

制备步骤S2中的预氧化处理，即将干燥后的坯布在温度180-300℃范围内进行加热处理，处理时间为20-90分钟，得到具有梯形环状结构的坯布。在本实施例中，将干燥后的坯布放置于马弗炉内进行预氧化，预氧化的气氛为空气，预氧化的温度分别为200、240和280℃三个温区，每个温区分别停留20分钟。

步骤S3中碳化处理的方法是：将预氧化处理过的坯布，在氮气中加热，加热温度在400～1300℃之间,处理时间为9-15分钟;所谓的碳化处理，即将预氧化过的坯布，在氮气的保护下，加热使高分子聚合物纤维转变成碳纤维，同时里面的钨酸铵盐也分解出金属钨。在本实施例中，将经过预氧化处理过的坯布，在氮气氛围的保护下进行碳化处理，氮气的流速为70ml/min，在400，500，600℃各处理2分钟，再在700，900，1050℃各处理1分钟，从而得到具有抗电离辐射的非织布。收集到的非织布累计厚度为0.48mm，经X射线评定，其等效铅板厚度为0.26mm.

通过以上的制备方法可以得到含金属钨的防辐射屏蔽功能的非织布，本发明材料具有良好的成型加工性能，可通过静电纺丝装置纺出不同厚度及密度的非织布，进而加工成不同形状和结构的防护服产品。

本发明的以上实施例获得了一种具有电离辐射防护作用的纳米级和微米级的非织布，该材料中金属钨与纤维紧密结合，不会从纤维中脱落。既具有纤维物的性能，同时又具有金属钨的抗辐射功能，并且可根据不同的配比制造出不同密度的产品，开拓金属钨材料在织物领域的应用。

本发明材料可应用在放射医疗和核工业领域中的工作人员服装上，用来作为X射线等电离辐射的防护材料，相比于铅板，钨板等，该非织布具有轻便，环保等特点。

以上结合具体实施例，进一步阐述本发明。但这些实施例仅用于说明本发明而不是用于限制本发明的实施范围。此外还应该理解，在阅读本发明的内容之后，本领域相关技术人员可以对本发明作各种改动和修改，这些等价形式同样落于本申请所附要求书中所限定的范围。

Claims

1.一种辐射屏蔽非织布，其特征在于，该辐射屏蔽非织布的原料组分按重量百分比包括：钨酸铵盐：1～10%；聚丙烯腈共聚物:5～20%；DMF:80～95%。

2.根据权利要求1所述的辐射屏蔽非织布，其特征在于，所述钨酸铵盐包括正钨酸铵、仲钨酸铵、偏钨酸铵中的至少一种。

3.根据权利要求1所述的辐射屏蔽非织布，其特征在于，所述聚丙烯腈共聚物是丙烯腈-丙烯酸酯聚合物、丙烯腈-甲基丙烯酸酯聚合物、丙烯腈-丙烯酸聚合物、丙烯腈-衣康酸聚合物、丙烯腈-马来酸聚合物中的至少一种。

4.一种辐射屏蔽非织布的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

5.根据权利要求4所述的辐射屏蔽非织布的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中配制所述混合溶液的方法是：先将聚丙烯腈共聚物溶解在DMF中形成聚丙烯腈共聚物的DMF溶液，然后往聚丙烯腈共聚物的DMF溶液中添加钨酸铵盐，在25～100℃的温度下进行机械搅拌，直至钨酸铵盐完全溶解，且所形成的聚丙烯腈共聚物与钨酸铵盐在DMF中的混合溶液呈现出透明的均一相，该呈现出透明的均一相的聚丙烯腈共聚物与钨酸铵盐在DMF中的混合溶液即为可进行后续的超声静置脱泡操作的混合溶液。

6.根据权利要求4所述的辐射屏蔽非织布的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中所述静电纺丝处理的方法是：使用静电纺丝装置进行静电纺丝处理，且静电纺丝处理的工作参数为：静电电压为10～30KV，静电纺丝装置的喷嘴到滚筒之间距离为10～20cm，滚筒转速不大于5m/min，挤出速度为0.1～1ml/h。

7.根据权利要求4所述的辐射屏蔽非织布的制备方法，其特征在于，所述步骤S2中，对所述坯布进行的所述干燥处理是在温度为70～120℃的环境下进行的。

8.根据权利要求4所述的辐射屏蔽非织布的制备方法，其特征在于，所述步骤S2中，对所述干燥后的坯布进行的所述预氧化处理的方法是：将所述干燥后的坯布在180～300℃的温度范围内进行加热处理，处理时间为20～90分钟。

9.根据权利要求4所述的辐射屏蔽非织布的制备方法，其特征在于，所述步骤S3中所述的碳化处理的方法是：将预氧化处理过的坯布，在氮气中加热，加热温度在400～1300℃之间,处理时间为9-15分钟。