CN104575643B - 防核辐射复合柔性材料及其制备方法以及含有防核辐射复合柔性材料的土工膜 - Google Patents

防核辐射复合柔性材料及其制备方法以及含有防核辐射复合柔性材料的土工膜 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种防核辐射复合柔性材料，包括：非织造布和交联复合在所述非织造布表面的粘结剂层；所述非织造布由聚合物纤维和不锈钢纤维制成；所述粘结剂层由包括丙烯酸树脂、PE树脂、交联剂和水的乳液交联形成。本发明提供了一种防核辐射复合柔性材料的制备方法。一种防核辐射复合土工膜。本发明提供的防核辐射复合柔性材料具有力学性能高、屏蔽和辐射效果好、耐温性能好和便于施工等优点。同时，本发明以聚合物作为防核辐射复合柔性材料的主体，重量轻、成本低。

Description

防核辐射复合柔性材料及其制备方法以及含有防核辐射复合 柔性材料的土工膜
技术领域
本发明属于防核辐射技术领域，尤其涉及一种防核辐射复合柔性材料及其制备方法。
背景技术
放射性物质会通过外照射或其他途径进入人体产生内照射的方式危害人体健康，因此，需要控制和防止放射性物质污染。对于铀矿山开采、铀矿山封闭治理、铀矿冶炼厂、核电站、铀矿以及伴生有核物质的金属矿山产生的废渣、尾砂坝、垃圾堆填埋场等可能产生核辐射的工作环境而言，采用防核辐射材料对含放射性物质进行覆盖是减轻核辐射的有效手段之一。
现有技术公开了多种屏蔽核辐射的材料，例如屏蔽混凝土、钢板、硼钢、铅硼聚乙烯板、Al-B4C复合板等。公开号为103377739A的中国专利文献公开了一种防核辐射砂浆，其由水泥、骨料和外加剂组成，具有良好的核辐射屏蔽性能、力学性能、防水性能及施工性能，但是该砂浆存在重量大、施工难度大的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种防核辐射复合柔性材料及其制备方法，本发明提供的防核辐射复合柔性材料重量轻、易施工，且具有优良屏蔽核辐射效果和力学性能。
本发明提供了一种防核辐射复合柔性材料，包括：
非织造布和交联复合在所述非织造布表面的粘结剂层；
所述非织造布由聚合物纤维和不锈钢纤维制成；
所述粘结剂层由包括丙烯酸树脂、PE树脂、交联剂和水的乳液交联形成。
优选的，所述非织造布由质量比为1:0.05～0.2的聚合物纤维和不锈钢纤维通过针刺固结制成。
优选的，所述聚合物纤维为聚丙烯纤维。
优选的，所述不锈钢纤维的细度为3.0～6.0dtex，长度为50～70mm；所述聚丙烯纤维的细度为3.0～6.0dtex，长度为50～70mm，强度大于50CN/dtex。
优选的，所述交联形成粘结剂的乳液包括：
1～10wt％的丙烯酸树脂；
1～10wt％的PE树脂；
0.5～5wt％的交联剂；
和余量的水。
本发明还提供了一种防核辐射复合柔性材料的制备方法，包括：
将非织造布在包括丙烯酸树脂、PE树脂、交联剂和水的乳液中浸渍后进行热交联处理；所述非织造布由聚合物纤维和不锈钢纤维制成；
将热交联处理得到的非织造布烘干、冷轧，得到防核辐射复合柔性材料。
优选的，所述非织造布按照以下方法制备：
将不锈钢纤维和聚合物纤维混合后经开松和梳理，得到初生纤网；
所述初生纤网经交叉铺网机平铺，得到蓬松纤维网；
将所述蓬松纤维网经过针刺固结复合，得到非织造布。
优选的，经过浸渍后，乳液在非织造布上的上胶量为3～7wt％。
优选的，所述热交联处理的温度为100～120℃；
所述烘干的温度为120～140℃；
所述冷轧的温度为5～15℃。
本发明还提供了一种防核辐射复合土工膜，包括
土工布；
复合在所述土工布上的PE膜，复合在所述土工布上的PE膜，所述PE膜由包括乙烯聚合物和母粒的混合物形成；所述母粒包括乙烯聚合物、硫酸钡和铅粉；
复合在所述PE膜上的防核辐射层，所述防核辐射层包括：
非织造布和交联复合在所述非织造布表面的粘结剂层；
所述非织造布由聚合物纤维和不锈钢纤维制成；
所述粘结剂层由包括丙烯酸树脂、PE树脂、交联剂和水的乳液交联形成。
与现有技术相比，本发明提供的防核辐射复合柔性材料包括：非织造布和交联复合在所述非织造布表面的粘结剂层；其中，所述非织造布由聚合物 纤维和不锈钢纤维制成；所述粘结剂层由包括丙烯酸树脂、PE树脂、交联剂和水的乳液交联形成。本发明以聚合物纤维和不锈钢纤维制成的非织造布作为主体防核辐射材料，并将包括丙烯酸树脂、PE树脂、交联剂和水的乳液在其表面热交联复合形成丙烯酸/PE共聚物，在浸渍过程中，乳液渗透双向渗透进入非织造布内部，使得到的防核辐射复合柔性材料具有力学性能高、屏蔽和辐射效果好、耐温性能好和便于施工等优点。同时，本发明以聚合物作为防核辐射复合柔性材料的主体，重量轻、成本低。实验结果表明，本发明提供的厚度为2mm、单位克重200g/m2的防核辐射复合柔性材料的纵向断裂强度为580N/5cm、横向断裂强度为612N/5cm，对γ射线的屏蔽率为0.2mSv/h。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供了一种防核辐射复合柔性材料，包括：
非织造布和交联复合在所述非织造布表面的粘结剂层；
所述非织造布由聚合物纤维和不锈钢纤维制成；
所述粘结剂层由包括丙烯酸树脂、PE树脂、交联剂和水的乳液交联形成。
本发明以非织造布作为防核辐射复合柔性材料的主体材料，在本发明中，所述非织造布由聚合物纤维和不锈钢纤维制成，优选由质量比为1:0.05～0.2的聚合物纤维和不锈钢纤维通过针刺固结制成，更优选由质量比为1:0.1的聚合物纤维和不锈钢纤维通过针刺固结制成。其中，所述聚合物纤维优选为聚丙烯纤维。
在所述非织造布中，所述不锈钢纤维的细度优选为3.0～6.0dtex，长度优选为50～70mm；所述聚丙烯纤维的细度优选为3.0～6.0dtex，长度优选为50～70mm，强度优选大于50CN/dtex。
在本发明中，所述非织造布优选按照以下方法制备：
将不锈钢纤维和聚合物纤维混合后经开松和梳理，得到初生纤网；
所述初生纤网经交叉铺网机平铺，得到蓬松纤维网；
将所述蓬松纤维网经过针刺固结复合，得到非织造布。
首先将不锈钢纤维和聚合物纤维混合，然后经开松机开松、梳理机梳理后形成初生纤网；所述初生纤网经过交叉铺网机铺网即可形成蓬松的纤维网。优选的，本发明在铺网过程中，优选形成上层为聚合物纤维、中层为不锈钢纤维、下层为聚合物纤维的三层结构的蓬松纤维网。得到蓬松纤维网后，对其进行针刺固结复合，即可得到非织造布。本发明使蓬松纤维网经过预针刺机和主针刺机进行上下两道的固结复合，使上层聚合物纤维、中层不锈钢纤维和下层聚合物纤维紧密固结，形成力学性能良好的非织造布。在本发明中，所述针刺密度优选为300刺/cm2。
本发明提供的防核辐射复合柔性材料中，所述非织造布表面交联复合有粘结剂层，所述粘结剂层由包括丙烯酸树脂、PE树脂、交联剂和水的乳液交联形成。
在本发明中，所述交联形成粘结剂的乳液优选包括：
1～10wt％的丙烯酸树脂；
1～10wt％的PE树脂；
0.5～5wt％的交联剂；
和余量的水。
所述乳液更优选包括：
5wt％的丙烯酸树脂；
5wt％的PE树脂；
1wt％的交联剂；
和余量的水。
所述非织造布浸渍所述乳液时，乳液不仅分布在非织造布表面，而且会双面渗入非织造内部，从而在后续热交联复合时在非织造布的表面和内部同时形成聚合物，从而提高得到的防核辐射复合柔性材料的力学性能和辐射屏蔽能力。
本发明提供的防核辐射复合柔性材料以非织造布为主体，其表面及内部复合有由包括丙烯酸树脂、PE树脂、交联剂和水的乳液交联形成的粘结剂层。在另外一个实施例中，非织造布具有聚丙烯纤维/不锈钢纤维/聚丙烯纤维的三层网络结构，纤维之间由上述乳液形成的粘结剂填充，非织造布表面复合有 上述乳液形成的粘结剂。
本发明还提供了一种防核辐射复合柔性材料的制备方法，包括：
将非织造布在包括丙烯酸树脂、PE树脂、交联剂和水的乳液中浸渍后进行热交联处理；所述非织造布由聚合物纤维和不锈钢纤维制成；
将热交联处理得到的非织造布烘干、冷轧，得到防核辐射复合柔性材料。
本发明以非织造布作为防核辐射复合柔性材料的主体材料，所述非织造布优选按照以下方法制备：
将不锈钢纤维和聚合物纤维混合后经开松和梳理，得到初生纤网；
所述初生纤网经交叉铺网机平铺，得到蓬松纤维网；
将所述蓬松纤维网经过针刺固结复合，得到非织造布。
首先将不锈钢纤维和聚合物纤维混合，然后经开松机开松、梳理机梳理后形成初生纤网；所述初生纤网经过交叉铺网机铺网即可形成蓬松的纤维网。优选的，本发明在铺网过程中，优选形成上层为聚合物纤维、中层为不锈钢纤维、下层为聚合物纤维的三层结构的蓬松纤维网。得到蓬松纤维网后，对其进行针刺固结复合，即可得到非织造布。本发明使蓬松纤维网经过预针刺机和主针刺机进行上下两道的固结复合，使上层聚合物纤维、中层不锈钢纤维和下层聚合物纤维紧密固结，形成力学性能良好的非织造布。在本发明中，所述针刺密度优选为300刺/cm2。
在本发明中，所述聚合物纤维和不锈钢纤维的质量比优选为1:0.05～0.2，更优选为1:0.1。所述聚合物纤维优选为聚丙烯纤维。所述不锈钢纤维的细度优选为3.0～6.0dtex，长度优选为50～70mm；所述聚丙烯纤维的细度优选为3.0～6.0dtex，长度优选为50～70mm，强度优选大于50CN/dtex。
得到非织造布后，将其在包括丙烯酸树脂、PE树脂、交联剂和水的乳液中浸渍后进行热交联处理。在本发明中，所述乳液优选包括：
1～10wt％的丙烯酸树脂；
1～10wt％的PE树脂；
0.5～5wt％的交联剂；
和余量的水。
所述乳液更优选包括：
5wt％的丙烯酸树脂；
5wt％的PE树脂；
1wt％的交联剂；
和余量的水。
浸渍过程中，所述乳液不仅分布在非织造布表面，还会渗入非织造布内部。优选的，本发明控制上胶量为3～7wt％，更优选为5wt％，上胶量即为浸渍完毕后乳液占非织造布的质量百分比。
浸渍完毕后，将浸渍有乳液的非织造布进行热交联复合处理，乳液中的丙烯酸树脂和PE树脂在交联剂的作用下发生交联，在非织造布内部和表面形成交联聚合物。在本发明中，所述热交联处理的温度优选为100～120℃，更优选为110±2℃。
热交联完毕后，将得到的材料进行烘干，所述烘干的温度优选为120～140℃，更优选为130±2℃。烘干后，将得到的材料进行冷轧得到防核辐射复合柔性材料。在本发明中，所述冷轧的温度优选为5～15℃，更优选为10±0.5℃。本发明优选将烘干的材料进行急骤冷轧，冷轧完毕即可得到防核辐射复合柔性材料。
本发明还提供了一种防核辐射复合土工膜，包括
土工布；
复合在所述土工布上的PE膜，复合在所述土工布上的PE膜，所述PE膜由包括乙烯聚合物和母粒的混合物形成；所述母粒包括乙烯聚合物、硫酸钡和铅粉；
复合在所述PE膜上的防核辐射层，所述防核辐射层包括：
非织造布和交联复合在所述非织造布表面的粘结剂层；
所述非织造布由聚合物纤维和不锈钢纤维制成；
所述粘结剂层由包括丙烯酸树脂、PE树脂、交联剂和水的乳液交联形成。
本发明将上述技术方案提供的防核辐射复合柔性材料复合于土工膜表面，即可得到防核辐射复合土工膜。在本发明中，所述土工膜优选包括：复合在所述土工布上的PE膜，所述PE膜由包括乙烯聚合物和母粒的混合物形成；所述母粒包括乙烯聚合物、硫酸钡和铅粉，上述防核辐射复合柔性材料复合于所述PE膜上。
本发明对所述土工布没有限制，可以为市售的聚丙烯长丝土工布等。
所述PE膜由包括乙烯聚合物和母粒的混合物形成，其中，所述乙烯聚合物为聚乙烯和低密度聚乙烯中的一种或两种，优选为聚乙烯。本发明所述的聚乙烯和低密度聚乙烯为本领域技术人员熟知的材料，本发明对此没有特殊限制。
所述母粒包括乙烯聚合物、硫酸钡和铅粉，其中，所述乙烯聚合物为聚乙烯和低密度聚乙烯中的一种或两种，优选为聚乙烯；所述硫酸钡为粉状，中值粒径优选为0.2mm-0.4mm；所述铅粉的中值粒径为0.2mm-0.4mm。本发明对所述聚乙烯、低密度聚乙烯、硫酸钡和铅粉的来源没有特殊限制，为市售即可。优选地，所述乙烯聚合物、硫酸钡和铅粉的质量比为100：(40～50)：10。所述母粒优选按照以下方法制备：将乙烯聚合物、硫酸钡和铅粉熔融混合、造粒，得到母粒。本发明对所述造粒的方法没有特殊的限制，采用本领域技术人员熟知的造粒方法即可；优选地，所述方法在造粒机中完成；得到母粒的粒径优选为30mm～40mm。
在本发明中，所述乙烯聚合物和母粒的质量比优选为100：(8～10)。所述乙烯聚合物膜优选按照以下方法制备：将母粒和乙烯聚合物熔融混合、吹膜，得到乙烯聚合物膜。本发明对所述吹膜的方法没有特殊的限制，采用本领域技术人员熟知的吹膜方法即可；优选地，所述方法在吹膜机中完成；得到乙烯聚合物膜的厚度优选为0.3mm～1mm。
所述PE膜优选按照冷压复合的方法复合在所述土工布上。
将上述技术方案得到的防核辐射复合柔性材料复合在所述PE膜上，即可得到防核辐射复合土工膜。本发明优选采用红外线加热的方式将防核辐射复合材料复合在PE膜上，最终形成土工布/PE膜/防核辐射层的防核辐射复合土工膜。
本发明提供的防核辐射复合土工膜优选还包括复合在PE膜和防核辐射层之间的第二土工布，即，以具有土工布/PE膜/土工布结构的复合土工布与上述技术方案所述的防核辐射复合柔性材料复合，此时，其结构为土工布/PE膜/土工布/防核辐射层。
本发明以聚合物纤维和不锈钢纤维制成的非织造布作为主体防核辐射材料，并将包括丙烯酸树脂、PE树脂、交联剂和水的乳液在其表面热交联复合形成丙烯酸/PE共聚物，在浸渍过程中，乳液渗透双向渗透进入非织造布内部， 使得到的防核辐射复合柔性材料具有力学性能高、屏蔽和辐射效果好、耐温性能好和便于施工等优点。同时，本发明以聚合物作为防核辐射复合柔性材料的主体，重量轻、成本低。实验结果表明，本发明提供的厚度为2mm、单位克重200g/m2的防核辐射复合柔性材料的纵向断裂强度为580N/5cm、横向断裂强度为612N/5cm，对γ射线的屏蔽率为0.2mSv/h。
以下列举本发明的典型实施例，但是，并不意味着本发明仅有以下几种实现方式，对于本领域技术人员而言，其在上文公开的技术内容基础上进行常规组合、常规替换等获得的、与本申请思路一致的技术方案均在本申请的保护范围内。
实施例1
将细度为3.0～6.0dtex、长度为56～65mm的不锈钢纤维和细度为3.0～6.0dtex、长度为56～65mm、强度为70CN/dtex的聚丙烯纤维按照0.1:1的比例混合，将混合后的纤维经过开松和梳理后形成初生纤网；将所述初生纤网经过较差铺网机平铺成200g/m2的蓬松纤维网；将所述蓬松纤维网经过上下两道针刺固结复合，针刺密度为300刺/cm2，得到厚度为2mm的非织造布；
将所述非织造布浸渍在包括5.0wt％的丙烯酸树脂、5.0wt％的PE树脂、1.0wt％的SAden163交联剂和89wt％的水的乳液中，使上胶量为5.0wt％；将浸渍乳液后的非织造布在110±2℃的温度下交联复合，然后在130±2℃的温度下烘干，再进入温度为10±0.5℃的冷轧机中急骤冷轧成布成膜，得到防核辐射复合柔性材料。
对所述防核辐射复合柔性材料进行性能检测，结果参见表1，表1为本发明实施例1提供的防核辐射复合柔性材料的性能指标。
表1 本发明实施例1提供的防核辐射复合柔性材料的性能指标
实施例2
将细度为3.0～6.0dtex、长度为56～65mm的不锈钢纤维和细度为3.0～6.0dtex、长度为56～65mm、强度为70CN/dtex的聚丙烯纤维按照0.1:1的比例混合，将混合后的纤维经过开松和梳理后形成初生纤网；将所述初生纤网经过较差铺网机平铺成500g/m2的蓬松纤维网；将所述蓬松纤维网经过上下两道针刺固结复合，针刺密度为300刺/cm2，得到厚度为4mm的非织造布；
将所述非织造布浸渍在包括5.0wt％的丙烯酸树脂、5.0wt％的PE树脂、1.0wt％的SAden163交联剂和89wt％的水的乳液中，使上胶量为5.0wt％；将浸渍乳液后的非织造布在110±2℃的温度下交联复合，然后在130±2℃的温度下烘干，再进入温度为10±0.5℃的冷轧机中急骤冷轧成布成膜，得到防核辐射复合柔性材料。
对所述防核辐射复合柔性材料进行性能检测，结果参见表2，表2为本发明实施例2提供的防核辐射复合柔性材料的性能指标。
表2 本发明实施例2提供的防核辐射复合柔性材料的性能指标
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种防核辐射复合柔性材料，包括：
非织造布和交联复合在所述非织造布表面的粘结剂层；
所述非织造布由聚合物纤维和不锈钢纤维制成；
所述粘结剂层由包括丙烯酸树脂、PE树脂、交联剂和水的乳液交联形成；
所述交联形成粘结剂的乳液包括：
1～10wt％的丙烯酸树脂；
1～10wt％的PE树脂；
0.5～5wt％的交联剂；
和余量的水。
2.根据权利要求1所述的防核辐射复合柔性材料，其特征在于，所述非织造布由质量比为1:0.05～0.2的聚合物纤维和不锈钢纤维通过针刺固结制成。
3.根据权利要求2所述的防核辐射复合柔性材料，其特征在于，所述聚合物纤维为聚丙烯纤维。
4.根据权利要求3所述的防核辐射复合柔性材料，其特征在于，所述不锈钢纤维的细度为3.0～6.0dtex，长度为50～70mm；所述聚丙烯纤维的细度为3.0～6.0dtex，长度为50～70mm，强度大于50CN/dtex。
5.一种权利要求1所述的防核辐射复合柔性材料的制备方法，包括：
将非织造布在包括丙烯酸树脂、PE树脂、交联剂和水的乳液中浸渍后进行热交联处理；所述非织造布由聚合物纤维和不锈钢纤维制成；
将热交联处理得到的非织造布烘干、冷轧，得到防核辐射复合柔性材料。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述非织造布按照以下方法制备：
将不锈钢纤维和聚合物纤维混合后经开松和梳理，得到初生纤网；
所述初生纤网经交叉铺网机平铺，得到蓬松纤维网；
将所述蓬松纤维网经过针刺固结复合，得到非织造布。
7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，经过浸渍后，乳液在非织造布上的上胶量为3～7wt％。
8.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述热交联处理的温度为100～120℃；
所述烘干的温度为120～140℃；
所述冷轧的温度为5～15℃。
9.一种防核辐射复合土工膜，其特征在于，包括
土工布；
复合在所述土工布上的PE膜，所述PE膜由包括乙烯聚合物和母粒的混合物形成；所述母粒包括乙烯聚合物、硫酸钡和铅粉；
复合在所述PE膜上的防核辐射层，所述防核辐射层包括权利要求1所述的防核辐射复合柔性材料。
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