CN110359151A - 一种具有控温功能核辐射防护纱线及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于核辐射防护技术领域，公开了一种具有控温功能核辐射防护纱线及其制备方法，将具有核壳结构形貌的相变微胶囊表面改性处理、洗涤及过滤；将改性后的相变微胶囊与聚合物在去离子水中共混，并溶液纺丝制备出相变微胶囊聚合物复合纤维；将相变微胶囊聚合物复合纤维与辐射防护聚合物复合纤维并纱，形成一种具有中子和伽马射线防护及控温功能的核辐射防护纱线。本发明制备的具有控温功能核辐射防护纱线能进一步织造形成核辐射防护纺织面料及可穿戴辐射防护制品，在涉核操作、核应急等领域具有广阔的应用前景，并提供操作简便、工艺稳定、成本低廉的制备新方法。

Description

一种具有控温功能核辐射防护纱线及其制备方法
技术领域
本发明属于核辐射防护技术领域，尤其涉及一种具有控温功能核辐射防护纱线及其制备方法。
背景技术
目前，最接近的现有技术：
核辐射环境通常会同时存在多种射线，如α、β、γ-rays、X-rays、中子及质子等，能导致生物体细胞损伤、癌变甚至基因突变，需要对其进行有效防护与控制。中子和伽马射线各自特点不同，也是众多高能射线中最难防护、危害最大的两种射线，而目前的商用防护材料或产品的射线防护功能单一。
其次，目前主要是利用橡胶材料制造可穿戴辐射防护制品，尤其是在40～50℃的工作环境透气透湿性较差，穿戴过程中人体分泌的汗液不能及时排出，而在较低温度条件下，制品保温性能较差，难以确保制品穿戴舒适性，影响涉核人员的工作效率。随着核科学技术快速发展及应用，涉核活动更为频繁，市场迫切需求辐射防护安全和穿戴舒适性良好的可穿戴辐射防护制品。
综上所述，现有技术存在的问题是：
(1)现有技术中，辐射防护制品射线防护功能单一，要么防护中子，要么防护伽马射线，不能确保核辐射环境条件下的辐射防护安全性。
(2)现有技术中，辐射防护制品主要是由橡胶制造，透气透湿性较差，人体分泌汗液不能及时排出，导致穿戴舒适性不佳。
(3)现有技术中，辐射防护制品控温性能较差，穿戴制品内侧与外侧温度差较小，环境温度较高时闷热，环境温度较低时冰冷，也会影响穿戴舒适性。
解决上述技术问题的难度：
如何同时组合中子和伽马射线共同防护功能结构是现有技术难点之一。
其次，如何实现制品在一定温度范围内具有控温功能，同时能透气透湿是现有技术难点之二。
解决上述技术问题的意义：
本发明制备的辐射防护制品能应用于存在多种射线核辐射环境的个人防护装备，确保辐射防护的安全性；其次，制品透气透湿且具有控温功能能够确保制品的穿戴舒适性。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种具有控温功能核辐射防护纱线及其制备方法。
本发明是这样实现的，一种具有控温功能核辐射防护纱线的制备方法，包括：
步骤一，将具有核壳结构形貌的相变微胶囊表面改性处理、洗涤及过滤。
步骤二，将改性后的相变微胶囊与聚合物在去离子水中共混，并溶液纺丝制备出相变微胶囊聚合物复合纤维。
步骤三，将相变微胶囊聚合物复合纤维与辐射防护聚合物复合纤维并纱，形成一种具有中子和伽马射线防护及控温功能的核辐射防护纱线。
进一步，所述步骤一中的相变微胶囊是以具有核辐射防护功能的物质为壳层及相变功能的物质为芯层的核壳结构。
其中，核辐射防护功能的物质为金属单质(如铅、铁、钨、铋、钽等重金属)、金属氧化物(如氧化铅、氧化铁、氧化物钨，氧化铋等)、金属盐(如钨酸铅、钨酸铋、钽酸铋，铁酸铋等)、含硼物质(如氮化硼、碳化硼、硼酸铅，硼酸铋等)及重元素与硼的混合物(如氮化硼/钨酸铅、氮化硼/钨酸铋、碳化硼/钨酸铅,碳化硼/钨酸铋等)。相变功能的物质为石蜡、硫酸钠水合盐、氯化钙水合盐、磷酸氢二钠水合盐、乙二醇和氯化铵的任意一种或两种混合物。
进一步，所述步骤一中的将具有核壳结构形貌的相变微胶囊表面改性处理、洗涤、过滤及干燥的具体步骤为：将相变微胶囊和30wt％过氧化氢水溶液混合加入至烧瓶，超声处理30mins。50℃下机械搅拌，反应48小时。反应结束后，冷却至室温，混合溶液通过滤网，回收纳米颗粒并用去离子水洗涤、过滤，重复两次。
进一步，所述步骤二中的聚合物为聚乙二醇、聚丙烯酸和聚丙烯酰胺中的任意一种。
进一步，所述步骤二中的相变微胶囊为聚合物质量的1～50wt％，聚合物水溶液的浓度为5～30wt％。
进一步，所述步骤三中的辐射防护聚合物复合纤维为中子防护聚合物复合纤维(如碳化硼/涤纶复合纤维、氮化硼/涤纶复合纤维、碳化硼/尼龙复合纤维及氮化硼/尼龙复合纤维等)、伽马射线防护聚合物复合纤维(如氧化铅/涤纶复合纤维、钨酸铅/涤纶复合纤维、钨酸铅/尼龙复合纤维及钨酸铋/尼龙复合纤维等)及中子和伽马射线共同防护聚合物复合纤维(如硼酸铅/涤纶复合纤维、硼酸铋/涤纶复合纤维、硼酸铅/尼龙复合纤维及硼酸铋/尼龙复合纤维等)中的任意一种。
进一步，所述步骤三中的辐射防护聚合物复合纤维和相变微胶囊聚合物复合纤维的股数比为1:1～3。
进一步，所述步骤二中制得的相变微胶囊聚合物复合纤维的直径为0.06～0.12mm。
进一步，所述步骤三中制得的具有控温功能核辐射防护纱线的直径为0.1～0.46mm。
本发明另一目的在于提供一种具有控温功能核辐射防护纱线制备方法制得的具有控温功能核辐射防护纱线。
综上所述，本发明的优点及积极效果为：
本发明是一种具有控温功能核辐射防护纱线制备方法，与现有技术相比，本发明提供具有控温功能核辐射防护纱线制备方法，利用溶液纺丝制备出相变微胶囊聚合物复合纤维，然后与辐射防护聚合物复合纤维并纱，使其同时具备中子和伽马射线共同防护及控温功能，所制备的辐射防护纱线进一步织造形成面料及制品也具备透气透湿性，确保和辐射防护制品具有辐射防护安全性和穿戴舒适性。
采用本方法制备的具有控温功能核辐射防护纱线所织面料与当前核辐射防护橡胶制品性能对比如表1所示。
表1 本发明纱线所织面料与当前核辐射防护橡胶制品性能对比
本发明结合相变微胶囊聚合物复合纤维和辐射防护聚合物复合纤维的各自特点，使所制备的核辐射防护纱线同时具备中子和伽马射线防护及控温功能，同时能确保纱线具有良好的力学强度与韧性。本发明制备的具有控温功能核辐射防护纱线能进一步织造形成核辐射防护纺织面料及可穿戴辐射防护制品，在涉核操作、核应急等领域具有广阔的应用前景，并提供操作简便、工艺稳定、成本低廉的制备新方法。
附图说明
图1是本发明实施例提供的具有控温功能核辐射防护纱线的制备方法流程图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
现有技术中，辐射防护制品射线防护功能单一，要么防护中子，要么防护伽马射线，不能确保核辐射环境条件下的辐射防护安全性。现有技术中，辐射防护制品透气透湿、保温性能较差，环境温度较高时闷热，汗液不能及时排出，环境温度较低时冰冷，穿戴制品内侧与外侧温度差较小，导致穿戴舒适性不佳。
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种具有控温功能核辐射防护纱线及其制备方法，下面结合附图对本发明作详细的描述。
如图1，本发明实施例提供的具有控温功能核辐射防护纱线的制备方法，包括：
S101:将具有核壳结构形貌的相变微胶囊表面改性处理、洗涤及过滤。
S102:将改性后的相变微胶囊与聚合物在去离子水中共混，并溶液纺丝制备出相变微胶囊聚合物复合纤维。
S103:将相变微胶囊聚合物复合纤维与辐射防护聚合物复合纤维并纱，形成一种具有中子和伽马射线防护及控温功能的核辐射防护纱线。
作为本发明的优选实施，步骤S101中的相变微胶囊是以具有核辐射防护功能的物质为壳层及相变功能的物质为芯层的核壳结构。
其中，核辐射防护功能的物质为金属单质(如铅、铁、钨、铋、钽等重金属)、金属氧化物(如氧化铅、氧化铁、氧化物钨，氧化铋等)、金属盐(如钨酸铅、钨酸铋、钽酸铋，铁酸铋等)、含硼物质(如氮化硼、碳化硼、硼酸铅，硼酸铋等)及重元素与硼的混合物(如氮化硼/钨酸铅、氮化硼/钨酸铋、碳化硼/钨酸铅,碳化硼/钨酸铋等)。相变功能的物质为石蜡、硫酸钠水合盐、氯化钙水合盐、磷酸氢二钠水合盐、乙二醇和氯化铵的任意一种或两种混合物。
作为本发明的优选实施，步骤S101中的将具有核壳结构形貌的相变微胶囊表面改性处理、洗涤、过滤及干燥的具体步骤为：将相变微胶囊和30wt％过氧化氢水溶液混合加入至烧瓶，超声处理30mins。50℃下机械搅拌，反应48小时。反应结束后，冷却至室温，混合溶液通过滤网，回收纳米颗粒并用去离子水洗涤、过滤，重复两次。
作为本发明的优选实施，步骤S102中的聚合物为聚乙二醇、聚丙烯酸和聚丙烯酰胺中的任意一种。
作为本发明的优选实施，步骤S102中的相变微胶囊为聚合物质量的1～50wt％，聚合物水溶液的浓度为5～30wt％。
作为本发明的优选实施，步骤S103中的辐射防护聚合物复合纤维为中子防护聚合物复合纤维(如碳化硼/涤纶复合纤维、氮化硼/涤纶复合纤维、碳化硼/尼龙复合纤维及氮化硼/尼龙复合纤维等)、伽马射线防护聚合物复合纤维(如氧化铅/涤纶复合纤维、钨酸铅/涤纶复合纤维、钨酸铅/尼龙复合纤维及钨酸铋/尼龙复合纤维等)及中子和伽马射线共同防护聚合物复合纤维(如硼酸铅/涤纶复合纤维、硼酸铋/涤纶复合纤维、硼酸铅/尼龙复合纤维及硼酸铋/尼龙复合纤维等)中的任意一种。
作为本发明的优选实施，步骤S103中的辐射防护聚合物复合纤维和相变微胶囊聚合物复合纤维的股数比为1:1～3。
作为本发明的优选实施，步骤S102中制得的相变微胶囊聚合物复合纤维的直径为0.06～0.12mm。
作为本发明的优选实施，步骤S103中制得的具有控温功能核辐射防护纱线的直径为0.1～0.46mm。
在本发明实施例中，提供一种利用所述的具有控温功能核辐射防护纱线制备方法制得的具有控温功能核辐射防护纱线。
下面结合具体实施例对本发明的应用作进一步描述。
实施例1：
本发明实施例提供的具有控温功能核辐射防护纱线制备方法，包括以下步骤：
(1)将壳体为金属铋、核层为石蜡的相变微胶囊分散到200ml双氧水溶液烧瓶中，超声处理30mins，50℃搅拌48h，洗涤、过滤，获得表面羟基化相变微胶囊。
(2)将改性后的相变微胶囊与聚乙二醇在去离子水中共混(其中相变微胶囊为聚合物质量的1wt％，聚合物水溶液的浓度为5wt％)，然后并溶液纺丝制备出相变微胶囊聚合物复合纤维。
(3)将步骤(2)所得相变微胶囊聚合物复合纤维与碳化硼/涤纶复合纤维(股数比例1：1)并纱，即制得一种具有中子和伽马射线共同防护及控温功能的核辐射防护纱线。
实施例2：
本发明实施例提供的具有控温功能核辐射防护纱线制备方法，包括以下步骤：
(1)将壳体为氧化铅、核层为氯化钙水合盐的相变微胶囊分散到200ml双氧水溶液烧瓶中，超声处理30mins，50℃搅拌48h，洗涤、过滤，获得表面羟基化相变微胶囊。
(2)将改性后的相变微胶囊与聚丙烯酸在去离子水中共混(其中相变微胶囊为聚合物质量的5wt％，聚合物水溶液的浓度为15wt％)，然后并溶液纺丝制备出相变微胶囊聚合物复合纤维。
(3)将步骤(2)所得相变微胶囊聚合物复合纤维与钨酸铅/尼龙复合纤维(股数比例1：2)并纱，即制得一种具有伽马射线防护及控温功能的核辐射防护纱线。
实施例3：
本发明实施例提供的具有控温功能核辐射防护纱线制备方法，包括以下步骤：
(1)将壳体为钽酸铋、核层为硫酸钠水合盐和氯化钙水合盐(质量比1：1)的相变微胶囊分散到200ml双氧水溶液烧瓶中，超声处理30mins，50℃搅拌48h，洗涤、过滤，获得表面羟基化相变微胶囊。
(2)将改性后的相变微胶囊与聚丙烯酰胺在去离子水中共混(其中相变微胶囊为聚合物质量的50wt％，聚合物水溶液的浓度为30wt％)，然后并溶液纺丝制备出相变微胶囊聚合物复合纤维。
(3)将步骤(2)所得相变微胶囊聚合物复合纤维与硼酸铋/尼龙复合纤维(股数比例1：3)并纱，即制得一种具有中子和伽马射线共同防护及控温功能的核辐射防护纱线。
实施例4：
本发明实施例提供的具有控温功能核辐射防护纱线制备方法，包括以下步骤：
(1)将壳体为钨酸铅、核层为石蜡、乙二醇和氯化铵(质量比1：1：1)的相变微胶囊分散到200ml双氧水溶液烧瓶中，超声处理30mins，50℃搅拌48h，洗涤、过滤，获得表面羟基化相变微胶囊。
(2)将改性后的相变微胶囊与聚乙烯醇在去离子水中共混(其中相变微胶囊为聚合物质量的30wt％，聚合物水溶液的浓度为20wt％)，然后并溶液纺丝制备出相变微胶囊聚合物复合纤维。
(3)将步骤(2)所得相变微胶囊聚合物复合纤维与碳化硼/尼龙复合纤维(股数比例1：1)并纱，即制得一种具有中子和伽马射线共同防护及控温功能的核辐射防护纱线。
下面结合本发明事例纱线所织面料与当前核辐射防护橡胶制品性能对比对本发明作进一步描述。
本发明事例纱线所织面料与当前核辐射防护橡胶制品性能对比表如下。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种具有控温功能核辐射防护纱线的制备方法，其特征在于，所述具有控温功能核辐射防护纱线的制备方法，包括：
步骤一，将具有核壳结构形貌的相变微胶囊表面改性处理、洗涤及过滤；
步骤二，将改性后的相变微胶囊与聚合物在去离子水中共混，并溶液纺丝制备出相变微胶囊聚合物复合纤维；
步骤三，将相变微胶囊聚合物复合纤维与辐射防护聚合物复合纤维并纱，形成一种具有中子和伽马射线防护及控温功能的核辐射防护纱线。
2.如权利要求1所述的具有控温功能核辐射防护纱线的制备方法，其特征在于，所示步骤一中的相变微胶囊是以具有核辐射防护功能的物质为壳层及相变功能的物质为芯层的核壳结构。
3.如权利要求2所述的具有控温功能核辐射防护纱线的制备方法，其特征在于，核辐射防护功能的物质为金属单质、金属氧化物、金属盐、含硼物质及重元素与硼的混合物。
4.如权利要求2所述的具有控温功能核辐射防护纱线的制备方法，其特征在于，相变功能的物质为石蜡、硫酸钠水合盐、氯化钙水合盐、磷酸氢二钠水合盐、乙二醇和氯化铵的任意一种或两种混合物。
5.如权利要求1所述的具有控温功能核辐射防护纱线的制备方法，其特征在于，所述步骤一中的将具有核壳结构形貌的相变微胶囊表面改性处理、洗涤、过滤及干燥的具体步骤为：
将相变微胶囊和30wt％过氧化氢水溶液混合加入至烧瓶，超声处理30mins；50℃下机械搅拌，反应48小时；
反应结束后，冷却至室温，混合溶液通过滤网，回收纳米颗粒并用去离子水洗涤、过滤，重复两次。
6.如权利要求1所述的具有控温功能核辐射防护纱线的制备方法，其特征在于，所述步骤二中的聚合物为聚乙二醇、聚丙烯酸和聚丙烯酰胺中的任意一种。
7.如权利要求1所述的具有控温功能核辐射防护纱线的制备方法，其特征在于，所述步骤二中的相变微胶囊为聚合物质量的1～50wt％，聚合物水溶液的浓度为5～30wt％。
8.如权利要求1所述的具有控温功能核辐射防护纱线的制备方法，其特征在于，所述步骤三中的辐射防护聚合物复合纤维为中子防护聚合物复合纤维、伽马射线防护聚合物复合纤维及中子和伽马射线共同防护聚合物复合纤维中的任意一种。
9.如权利要求1所述的具有控温功能核辐射防护纱线的制备方法，其特征在于，所述步骤三中的辐射防护聚合物复合纤维和相变微胶囊聚合物复合纤维的股数比为1:1～3；
制得的相变微胶囊聚合物复合纤维的直径为0.06～0.12mm；
制得的具有控温功能核辐射防护纱线的直径为0.1～0.46mm。
10.一种如权利要求1所述具有控温功能核辐射防护纱线的制备方法制备的具有控温功能核辐射防护纱线。
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