CN115787289A - 一种轻质核辐射防护面料及其制备工艺 - Google Patents

一种轻质核辐射防护面料及其制备工艺 Download PDF

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Abstract

本发明涉及核辐射防护技术领域，具体为一种轻质核辐射防护面料及其制备工艺。其主要制备一种具有核辐射屏蔽效果的防护面料，该防护面料可用于核辐射防护服的制备，方案研发时，以钨粉为内核粉体，在其表面包覆聚多巴胺，并利用聚多巴胺吸附沉积的性能在其表面制备屏蔽外壳体，以制备得到复合屏蔽粉；将其添加至有机硅改性乳液中，制备得到浸渍液，并在基布表面二浸二轧，以实现基布的表面屏蔽防护整理，由于复合屏蔽粉的存在，通过该方法制备得到的防护面料具有较优异的X射线防护性能，防护屏蔽效果优异。

Description

一种轻质核辐射防护面料及其制备工艺
技术领域
本发明涉及核辐射防护技术领域，具体为一种轻质核辐射防护面料及其制备工艺。
背景技术
随着各学科技术的迅猛发展，学科之间的相互交叉利用备受关注。核技术也正广泛应用于国防、生产、生活等各个领域，为人类社会文明进步作出伟大贡献。当世界能源问题日益严峻，核能作为绿色能源已发展成为不可或缺的能源，与此同时，对于核辐射防护领域的要求也越来越高，轻质便利的核辐射防护服显然是我们的研发热点。
现如今的核辐射防护服在实际使用时，其防护屏蔽效率无法满足我们的需求；同时，在防护服面料加工时，一般会利用核屏蔽粉体在其表面浸渍附着，而如何使其能够保持长效附着，是我们主要关注的问题之一。
基于该情况，我们公开了一种轻质核辐射防护面料及其制备工艺，以解决该技术问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种轻质核辐射防护面料及其制备工艺，以解决上述背景技术中提出的问题。
为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：
一种轻质核辐射防护面料的制备工艺，包括以下步骤：
(1)取甲基丙烯酰氯和四氢呋喃混合，搅拌至溶解，得到甲基丙烯酰氯溶液；
取多巴胺盐酸盐和甲醇，氮气环境搅拌均匀，冰水浴下加入三乙胺和甲基丙烯酰氯溶液，25～30℃搅拌反应4～5h，反应结束后旋蒸除去甲醇，纯化洗涤，重结晶，得到邻苯二酚单体；
(2)取聚四氢呋喃二醇、1,4-丁二醇、二羟甲基丙酸和N-甲基吡咯烷酮混合，抽真空脱水，在75～80℃下加入异佛尔酮二异氰酸酯，搅拌10～20min，加入二月桂酸二丁基锡，继续反应2～2.5h，降温至60～65℃，加入甲基丙烯酸羟乙酯，反应3～4h，降温至40～50℃，加入三乙胺中和，去离子水乳化，加入乙二胺，搅拌均匀，得到聚氨酯乳液；
取过硫酸铵和去离子水混合，得到引发剂溶液；取甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸羟乙酯、邻苯二酚单体和有机硅单体混合均匀，得到复配单体，将复配单体与聚氨酯乳液混合，搅拌20～30min，加入引发剂溶液，75～80℃下聚合反应6～8h，得到有机硅改性乳液；
(3)取复合屏蔽粉和去离子水，超声分散20～30min，得到分散液；将分散液与有机硅改性乳液混合，搅拌均匀，得到浸渍液；
将基布置于浸渍液中，二浸二轧，80℃下预烘2～3min，转移至130～140℃下烘焙2～4min，得到防护面料。
较优化的方案，步骤(1)中，所述甲基丙烯酰氯溶液的浓度为10mmol/mL；所述多巴胺盐酸盐和甲基丙烯酰氯的摩尔比为1：(1～1.3)；所述三乙胺用量为多巴胺盐酸盐的1.5～1.8倍的摩尔量。
较优化的方案，步骤(2)中，所述聚四氢呋喃二醇、二羟甲基丙酸、1,4-丁二醇、异佛尔酮二异氰酸酯的摩尔比为1：1：2：5；所述甲基丙烯酸羟乙酯与异佛尔酮二异氰酸酯的摩尔比为1：5，所述二月桂酸二丁基锡用量为聚四氢呋喃二醇、1,4-丁二醇、异佛尔酮二异氰酸酯总质量的0.3～0.5wt％。
较优化的方案，步骤(2)中，所述有机硅单体为3-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷中的任意一种或两种复配；所述甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸羟乙酯、邻苯二酚单体和有机硅单体的质量比为7：6：3：2；所述复配单体用量为聚氨酯乳液的6～8wt％；所述引发剂溶液的浓度为4～5g/L，所述引发剂用量为聚氨酯乳液的0.1～0.2wt％。
较优化的方案，步骤(3)中，所述复合屏蔽粉用量为有机硅改性乳液的20～30wt％。
较优化的方案，步骤(3)中，所述屏蔽复合粉的制备步骤为：
S1：取多巴胺和Tris-HCl缓冲液混合，得到多巴胺溶液；取钨粉，无水乙醇洗涤，加入多巴胺溶液中，超声分散，25～30℃下搅拌20～24h，离心洗涤，真空干燥，得到聚多巴胺包覆粉体；所述多巴胺溶液的浓度为2～3g/L，所述Tris-HCl缓冲液的pH为8.5；所述钨粉与多巴胺的质量比为1：(4～5)。
S2：取硝酸银和去离子水混合，搅拌至溶解，得到硝酸银溶液；在硝酸银溶液中缓慢滴加氨水至溶液透明，加入聚乙烯吡咯烷酮，搅拌均匀，得到银氨溶液；所述聚乙烯吡咯烷酮在体系中浓度为8～10g/L。取硝酸钆和去离子水混合，得到硝酸钆溶液；
S3：取聚多巴胺包覆粉体和银氨溶液混合，超声分散10～20min，加入硝酸钆溶液，继续超声分散10～20min，25～30℃下搅拌10～12h，离心收集，洗涤干燥，得到复合粉体A；
取复合粉体A，置于硝酸钆溶液中，25～30℃下二次搅拌反应，反应时间为10～12h，离心收集，洗涤干燥，得到复合粉体B；
取复合粉体A、复合粉体B混合，750～800℃下煅烧2～2.5h，得到复合屏蔽粉。
较优化的方案，步骤S3中，复合粉体A制备时，所述硝酸银溶液的浓度为7～8g/L，所述硝酸钆溶液的浓度为0.05～0.08mol/L，所述硝酸钆、硝酸银的摩尔比为1：2；所述聚多巴胺包覆粉体、银氨溶液和硝酸钆溶液总和的质量比为1：(6～8)。
较优化的方案，步骤S3中，复合粉体B制备时，所述硝酸钆溶液的浓度为0.1～0.3mol/L；所述复合粉体A、硝酸钆的质量比为1：(6～8)；所述复合粉体A、复合粉体B的质量比为(2～3)：1。
较优化的方案，根据以上任意一项所述的一种轻质核辐射防护面料的制备工艺制备的防护面料。
与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：
本发明公开了一种轻质核辐射防护面料及其制备工艺，其主要制备一种具有核辐射屏蔽效果的防护面料，该防护面料可用于核辐射防护服的制备，方案中以基布为防护服主体面料，基布组分可根据实际性能需求进行；方案研发时，由于现有的防辐射材料主要分为有铅材料和无铅材料，其中有铅材料主要以铅为主，其虽然具有较优异的防护性能，但铅存在毒性，实际生产隐患较大，因此本方案以钨粉为内核粉体，在其表面包覆聚多巴胺，并利用聚多巴胺吸附沉积的性能在其表面制备屏蔽外壳体，以制备得到复合屏蔽粉；将其添加至有机硅改性乳液中，制备得到浸渍液，并在基布表面二浸二轧，以实现基布的表面屏蔽防护整理，由于复合屏蔽粉的存在，通过该方法制备得到的防护面料具有较优异的X射线防护性能，防护屏蔽效果优异。
在该方案基础上，本申请进一步对复合屏蔽粉体进行优化改性，众所周知，钆具有X射线屏蔽性能，但其屏蔽范围较窄，因此方案在制备聚多巴胺包覆粉体后，将其浸渍于银氨溶液和硝酸钆溶液中，在聚多巴胺层表面沉积氧化钆、纳米银复合层以得到复合粉体A，一方面，利用纳米银与氧化钆相互配合，以提高屏蔽效果；另一方面，纳米银在其表面沉积，同样能够实现基布的抗菌改性，复合粉体A能够同时实现抗菌性能和核辐射屏蔽性能，后续无需额外再添加抗菌剂。
同时，方案还制备了复合粉体B，在氧化钆、纳米银复合层外表面继续沉积形成氧化钆层，制备得到的复合粉体B的屏蔽性能得到提升；在复合粉体A、复合粉体B制备时，方案还对硝酸钆的浓度进行限定，复合粉体A制备时硝酸钆浓度为0.05～0.08mol/L，在该浓度下氧化钆的沉积量较少，此时银占主要沉积量；而在复合粉体B制备时，硝酸钆的浓度为0.1～0.3mol/L，此时最外层会沉积大量的氧化钆，基于两种复合粉体的制备工艺存在差异，其制备得到的粉体的粒径也会存在差异，因此方案限定“所述复合粉体A、复合粉体B的质量比为(2～3)：1”，在该限定参数下，两种复合粉体的粒径相互配合，能够提高其在基布表面的附着效果，屏蔽效果更为优异，还具有较优异的抗菌性能。
由于复合屏蔽粉体是与有机硅改性乳液混合后浸渍至基布表面的，为提高复合屏蔽粉体在基布表面的附着效果，方案利用多巴胺盐酸盐和甲基丙烯酰氯反应，以制备得到具有邻苯二酚基团的功能单体，该功能单体引入有机硅改性乳液中，能够提高有机硅改性乳液在基布表面的浸渍附着性能，同时，复合屏蔽粉体也具有较优异的附着性，能够保证防护服具有长效屏蔽效果。
本发明公开了一种轻质核辐射防护面料及其制备工艺，工艺设计合理，各组分配比适宜，制备得到的防护面料不仅具有较优异的屏蔽防护性能，对X射线屏蔽效果优异，同时，该面料还能够保持长效屏蔽，在多次水洗后依旧能够保持其屏蔽性能，抗菌性能优异，具有较高的实用性。
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。
本实施例中，按照以下方法制备聚多巴胺包覆粉体：取50g多巴胺和Tris-HCl缓冲液混合，得到多巴胺溶液，所述多巴胺溶液的浓度为2g/L，所述Tris-HCl缓冲液的pH为8.5。取10g钨粉，无水乙醇洗涤，洗涤后加入多巴胺溶液中，超声分散25min，30℃下搅拌24h，离心洗涤，真空干燥，得到聚多巴胺包覆粉体。
本实施例中，钨粉购自安徽科润纳米科技有限公司，粒径为1μm；多巴胺、聚乙烯吡咯烷酮、甲基丙烯酰氯均购自阿拉丁；硝酸银、硝酸钆均购自国药集团化学试剂有限公司；聚四氢呋喃二醇(PTMG-1000)，购自德国BASF公司，羟值为107-118mgKOH/g；异佛尔酮二异氰酸酯购自德国Bayer公司(CP)；二月桂酸二丁基锡、甲基丙烯酸羟乙酯、三乙胺、乙二胺均购自阿拉丁；所述基布为涤纶面料，平纹编织，克重为200g/m2。
实施例1：
一种轻质核辐射防护面料及其制备工艺，包括以下步骤：
(1)复合屏蔽粉的制备：取硝酸银(0.2mol)和去离子水混合，搅拌至溶解，得到硝酸银溶液；所述硝酸银溶液的浓度为8g/L。在硝酸银溶液中缓慢滴加氨水至溶液透明，加入聚乙烯吡咯烷酮，搅拌均匀，得到银氨溶液；所述聚乙烯吡咯烷酮在体系中浓度为10g/L。
取硝酸钆和去离子水混合，得到硝酸钆溶液。
取聚多巴胺包覆粉体和银氨溶液混合，超声分散10min，加入硝酸钆溶液，继续超声分散10min，25℃下搅拌12h，离心收集，洗涤干燥，得到复合粉体A；该步骤中，所述聚多巴胺包覆粉体、银氨溶液和硝酸钆溶液总和的质量比为1：6。所述硝酸钆溶液的浓度为0.08mol/L。所述硝酸钆、硝酸银的摩尔比为1：2。
取复合粉体A(20g)，置于硝酸钆溶液中，25℃下二次搅拌反应，反应时间为12h，离心收集，洗涤干燥，得到复合粉体B；所述硝酸钆溶液的浓度为0.3mol/L；所述复合粉体A、硝酸钆的质量比为1：6。
取复合粉体A、复合粉体B混合，所述复合粉体A、复合粉体B的质量比为2：1，以2℃/min升温至750℃，煅烧2.5h，得到复合屏蔽粉。
(2)取甲基丙烯酰氯(27mmol)和四氢呋喃混合，搅拌至溶解，得到甲基丙烯酰氯溶液；所述甲基丙烯酰氯溶液的浓度为10mmol/mL。
取多巴胺盐酸盐(22mmol)和甲醇，氮气环境搅拌均匀，冰水浴下加入三乙胺(35mmol)和甲基丙烯酰氯溶液，25℃搅拌反应5h，反应结束后旋蒸除去甲醇，纯化洗涤，重结晶，得到邻苯二酚单体。
(3)取聚四氢呋喃二醇(0.05mol)、1,4-丁二醇(0.1mol)、二羟甲基丙酸(0.05mol)和N-甲基吡咯烷酮(0.1mol)混合，110℃下抽真空脱水，降温至75℃，加入异佛尔酮二异氰酸酯(0.25mol)，搅拌20min，加入二月桂酸二丁基锡，继续反应2h，降温至60℃，加入甲基丙烯酸羟乙酯(0.05mol)，反应4h，降温至40℃，加入三乙胺(6.2g)中和30min，去离子水乳化，加入乙二胺(0.04mol)，搅拌均匀，得到固含量为30％的聚氨酯乳液；所述二月桂酸二丁基锡用量为聚四氢呋喃二醇、1,4-丁二醇、异佛尔酮二异氰酸酯总质量的0.4wt％。
取过硫酸铵和去离子水混合，得到引发剂溶液；所述引发剂溶液的浓度为4g/L。取甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸羟乙酯、邻苯二酚单体和有机硅单体混合均匀，得到复配单体，所述有机硅单体为3-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷以质量比为1：1复配，所述甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸羟乙酯、邻苯二酚单体和有机硅单体的质量比为7：6：3：2。
将复配单体与聚氨酯乳液(70g)混合，搅拌20min，加入引发剂溶液，75℃下聚合反应8h，得到有机硅改性乳液；所述复配单体用量为聚氨酯乳液的8wt％；所述引发剂用量为聚氨酯乳液的0.2wt％。
(3)取复合屏蔽粉和去离子水，超声分散20min，得到分散液；所述分散液的浓度为4g/L；将分散液与有机硅改性乳液(100g)混合，搅拌均匀，得到浸渍液；所述复合屏蔽粉用量为有机硅改性乳液的24wt％。
将基布置于浸渍液中，浴比为1：20，二浸二轧，轧余率为80％，80℃下预烘3min，转移至140℃下烘焙3min，得到防护面料。
实施例2：
一种轻质核辐射防护面料及其制备工艺，包括以下步骤：
(1)复合屏蔽粉的制备：取硝酸银(0.2mol)和去离子水混合，搅拌至溶解，得到硝酸银溶液；所述硝酸银溶液的浓度为8g/L。在硝酸银溶液中缓慢滴加氨水至溶液透明，加入聚乙烯吡咯烷酮，搅拌均匀，得到银氨溶液；所述聚乙烯吡咯烷酮在体系中浓度为10g/L。
取硝酸钆和去离子水混合，得到硝酸钆溶液。
取聚多巴胺包覆粉体和银氨溶液混合，超声分散15min，加入硝酸钆溶液，继续超声分散15min，30℃下搅拌11h，离心收集，洗涤干燥，得到复合粉体A；该步骤中，所述聚多巴胺包覆粉体、银氨溶液和硝酸钆溶液总和的质量比为1：6。所述硝酸钆溶液的浓度为0.08mol/L。所述硝酸钆、硝酸银的摩尔比为1：2。
取复合粉体A(20g)，置于硝酸钆溶液中，30℃下二次搅拌反应，反应时间为11h，离心收集，洗涤干燥，得到复合粉体B；所述硝酸钆溶液的浓度为0.3mol/L；所述复合粉体A、硝酸钆的质量比为1：6。
取复合粉体A、复合粉体B混合，所述复合粉体A、复合粉体B的质量比为2：1，以2℃/min升温至750℃，煅烧2.5h，得到复合屏蔽粉。
(2)取甲基丙烯酰氯(27mmol)和四氢呋喃混合，搅拌至溶解，得到甲基丙烯酰氯溶液；所述甲基丙烯酰氯溶液的浓度为10mmol/mL。
取多巴胺盐酸盐(22mmol)和甲醇，氮气环境搅拌均匀，冰水浴下加入三乙胺(35mmol)和甲基丙烯酰氯溶液，30℃搅拌反应4.5h，反应结束后旋蒸除去甲醇，纯化洗涤，重结晶，得到邻苯二酚单体。
(3)取聚四氢呋喃二醇(0.05mol)、1,4-丁二醇(0.1mol)、二羟甲基丙酸(0.05mol)和N-甲基吡咯烷酮(0.1mol)混合，110℃下抽真空脱水，降温至80℃，加入异佛尔酮二异氰酸酯(0.25mol)，搅拌15min，加入二月桂酸二丁基锡，继续反应2.5h，降温至65℃，加入甲基丙烯酸羟乙酯(0.05mol)，反应3.5h，降温至45℃，加入三乙胺(6.2g)中和30min，去离子水乳化，加入乙二胺(0.04mol)，搅拌均匀，得到固含量为30％的聚氨酯乳液；所述二月桂酸二丁基锡用量为聚四氢呋喃二醇、1,4-丁二醇、异佛尔酮二异氰酸酯总质量的0.4wt％。
取过硫酸铵和去离子水混合，得到引发剂溶液；所述引发剂溶液的浓度为4g/L。取甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸羟乙酯、邻苯二酚单体和有机硅单体混合均匀，得到复配单体，所述有机硅单体为3-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷以质量比为1：1复配，所述甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸羟乙酯、邻苯二酚单体和有机硅单体的质量比为7：6：3：2。
将复配单体与聚氨酯乳液(70g)混合，搅拌25min，加入引发剂溶液，80℃下聚合反应7h，得到有机硅改性乳液；所述复配单体用量为聚氨酯乳液的8wt％；所述引发剂用量为聚氨酯乳液的0.2wt％。
(3)取复合屏蔽粉和去离子水，超声分散25min，得到分散液；所述分散液的浓度为4g/L；将分散液与有机硅改性乳液(100g)混合，搅拌均匀，得到浸渍液；所述复合屏蔽粉用量为有机硅改性乳液的24wt％。
将基布置于浸渍液中，浴比为1：20，二浸二轧，轧余率为80％，80℃下预烘3min，转移至140℃下烘焙3min，得到防护面料。
实施例3：
一种轻质核辐射防护面料及其制备工艺，包括以下步骤：
(1)复合屏蔽粉的制备：取硝酸银(0.2mol)和去离子水混合，搅拌至溶解，得到硝酸银溶液；所述硝酸银溶液的浓度为8g/L。在硝酸银溶液中缓慢滴加氨水至溶液透明，加入聚乙烯吡咯烷酮，搅拌均匀，得到银氨溶液；所述聚乙烯吡咯烷酮在体系中浓度为10g/L。
取硝酸钆和去离子水混合，得到硝酸钆溶液。
取聚多巴胺包覆粉体和银氨溶液混合，超声分散20min，加入硝酸钆溶液，继续超声分散20min，30℃下搅拌10h，离心收集，洗涤干燥，得到复合粉体A；该步骤中，所述聚多巴胺包覆粉体、银氨溶液和硝酸钆溶液总和的质量比为1：6。所述硝酸钆溶液的浓度为0.08mol/L。所述硝酸钆、硝酸银的摩尔比为1：2。
取复合粉体A(20g)，置于硝酸钆溶液中，30℃下二次搅拌反应，反应时间为10h，离心收集，洗涤干燥，得到复合粉体B；所述硝酸钆溶液的浓度为0.3mol/L；所述复合粉体A、硝酸钆的质量比为1：6。
取复合粉体A、复合粉体B混合，所述复合粉体A、复合粉体B的质量比为2：1，以2℃/min升温至750℃，煅烧2.5h，得到复合屏蔽粉。
(2)取甲基丙烯酰氯(27mmol)和四氢呋喃混合，搅拌至溶解，得到甲基丙烯酰氯溶液；所述甲基丙烯酰氯溶液的浓度为10mmol/mL。
取多巴胺盐酸盐(22mmol)和甲醇，氮气环境搅拌均匀，冰水浴下加入三乙胺(35mmol)和甲基丙烯酰氯溶液，30℃搅拌反应4h，反应结束后旋蒸除去甲醇，纯化洗涤，重结晶，得到邻苯二酚单体。
(3)取聚四氢呋喃二醇(0.05mol)、1,4-丁二醇(0.1mol)、二羟甲基丙酸(0.05mol)和N-甲基吡咯烷酮(0.1mol)混合，110℃下抽真空脱水，降温至80℃，加入异佛尔酮二异氰酸酯(0.25mol)，搅拌20min，加入二月桂酸二丁基锡，继续反应2.5h，降温至65℃，加入甲基丙烯酸羟乙酯(0.05mol)，反应3h，降温至50℃，加入三乙胺(6.2g)中和30min，去离子水乳化，加入乙二胺(0.04mol)，搅拌均匀，得到固含量为30％的聚氨酯乳液；所述二月桂酸二丁基锡用量为聚四氢呋喃二醇、1,4-丁二醇、异佛尔酮二异氰酸酯总质量的0.4wt％。
取过硫酸铵和去离子水混合，得到引发剂溶液；所述引发剂溶液的浓度为4g/L。取甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸羟乙酯、邻苯二酚单体和有机硅单体混合均匀，得到复配单体，所述有机硅单体为3-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷以质量比为1：1复配，所述甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸羟乙酯、邻苯二酚单体和有机硅单体的质量比为7：6：3：2。
将复配单体与聚氨酯乳液(70g)混合，搅拌30min，加入引发剂溶液，80℃下聚合反应6h，得到有机硅改性乳液；所述复配单体用量为聚氨酯乳液的8wt％；所述引发剂用量为聚氨酯乳液的0.2wt％。
(3)取复合屏蔽粉和去离子水，超声分散30min，得到分散液；所述分散液的浓度为4g/L；将分散液与有机硅改性乳液(100g)混合，搅拌均匀，得到浸渍液；所述复合屏蔽粉用量为有机硅改性乳液的24wt％。
将基布置于浸渍液中，浴比为1：20，二浸二轧，轧余率为80％，80℃下预烘3min，转移至140℃下烘焙3min，得到防护面料。
对比例1：对比例1以实施例3为对照，对比例1中仅加入复合粉体A，其余步骤不变。
具体对照步骤为：
(1)复合屏蔽粉的制备：取硝酸银(0.2mol)和去离子水混合，搅拌至溶解，得到硝酸银溶液；所述硝酸银溶液的浓度为8g/L。在硝酸银溶液中缓慢滴加氨水至溶液透明，加入聚乙烯吡咯烷酮，搅拌均匀，得到银氨溶液；所述聚乙烯吡咯烷酮在体系中浓度为10g/L。
取硝酸钆和去离子水混合，得到硝酸钆溶液。
取聚多巴胺包覆粉体和银氨溶液混合，超声分散20min，加入硝酸钆溶液，继续超声分散20min，30℃下搅拌10h，离心收集，洗涤干燥，得到复合粉体A；该步骤中，所述聚多巴胺包覆粉体、银氨溶液和硝酸钆溶液总和的质量比为1：6。所述硝酸钆溶液的浓度为0.08mol/L。所述硝酸钆、硝酸银的摩尔比为1：2。
取复合粉体A，以2℃/min升温至750℃，煅烧2.5h，得到复合屏蔽粉。
对比例2：对比例2以实施例3为对照，对比例2中仅加入复合粉体B，其余步骤不变。
具体对照步骤为：
(1)复合屏蔽粉的制备：取硝酸银(0.2mol)和去离子水混合，搅拌至溶解，得到硝酸银溶液；所述硝酸银溶液的浓度为8g/L。在硝酸银溶液中缓慢滴加氨水至溶液透明，加入聚乙烯吡咯烷酮，搅拌均匀，得到银氨溶液；所述聚乙烯吡咯烷酮在体系中浓度为10g/L。
取硝酸钆和去离子水混合，得到硝酸钆溶液。
取聚多巴胺包覆粉体和银氨溶液混合，超声分散20min，加入硝酸钆溶液，继续超声分散20min，30℃下搅拌10h，离心收集，洗涤干燥，得到复合粉体A；该步骤中，所述聚多巴胺包覆粉体、银氨溶液和硝酸钆溶液总和的质量比为1：6。所述硝酸钆溶液的浓度为0.08mol/L。所述硝酸钆、硝酸银的摩尔比为1：2。
取复合粉体A，置于硝酸钆溶液中，30℃下二次搅拌反应，反应时间为10h，离心收集，洗涤干燥，得到复合粉体B；所述硝酸钆溶液的浓度为0.3mol/L；所述复合粉体A、硝酸钆的质量比为1：6。
取复合粉体B，以2℃/min升温至750℃，煅烧2.5h，得到复合屏蔽粉。
对比例3：对比例3以实施例3为对照，对比例3中加入复合粉体A、B，其质量比为1：1，其余步骤不变。
具体对照步骤为：
(1)复合屏蔽粉的制备：取硝酸银(0.2mol)和去离子水混合，搅拌至溶解，得到硝酸银溶液；所述硝酸银溶液的浓度为8g/L。在硝酸银溶液中缓慢滴加氨水至溶液透明，加入聚乙烯吡咯烷酮，搅拌均匀，得到银氨溶液；所述聚乙烯吡咯烷酮在体系中浓度为10g/L。
取硝酸钆和去离子水混合，得到硝酸钆溶液。
取聚多巴胺包覆粉体和银氨溶液混合，超声分散20min，加入硝酸钆溶液，继续超声分散20min，30℃下搅拌10h，离心收集，洗涤干燥，得到复合粉体A；该步骤中，所述聚多巴胺包覆粉体、银氨溶液和硝酸钆溶液总和的质量比为1：6。所述硝酸钆溶液的浓度为0.08mol/L。所述硝酸钆、硝酸银的摩尔比为1：2。
取复合粉体A(20g)，置于硝酸钆溶液中，30℃下二次搅拌反应，反应时间为10h，离心收集，洗涤干燥，得到复合粉体B；所述硝酸钆溶液的浓度为0.3mol/L；所述复合粉体A、硝酸钆的质量比为1：6。
取复合粉体A、复合粉体B混合，所述复合粉体A、复合粉体B的质量比为1：1，以2℃/min升温至750℃，煅烧2.5h，得到复合屏蔽粉。
对比例4：对比例4以实施例3为对照，对比例4中并未引入银沉积，其余步骤不变。
具体对照步骤为：
(1)复合屏蔽粉的制备：取硝酸钆和去离子水混合，得到硝酸钆溶液。
取聚多巴胺包覆粉体，置于硝酸钆溶液中，30℃下搅拌反应，反应时间为10h，离心收集，洗涤干燥，以2℃/min升温至750℃，煅烧2.5h，得到复合屏蔽粉。所述硝酸钆溶液的浓度为0.3mol/L；所述聚多巴胺包覆粉体、硝酸钆的质量比为1：6。
对比例5：对比例5以实施例3为对照，对比例5中并未加入邻苯二酚单体，其余步骤不变。
具体对照步骤为：
(3)取聚四氢呋喃二醇(0.05mol)、1,4-丁二醇(0.1mol)、二羟甲基丙酸(0.05mol)和N-甲基吡咯烷酮(0.1mol)混合，110℃下抽真空脱水，降温至80℃，加入异佛尔酮二异氰酸酯(0.25mol)，搅拌20min，加入二月桂酸二丁基锡，继续反应2.5h，降温至65℃，加入甲基丙烯酸羟乙酯(0.05mol)，反应3h，降温至50℃，加入三乙胺(6.2g)中和30min，去离子水乳化，加入乙二胺(0.04mol)，搅拌均匀，得到固含量为30％的聚氨酯乳液；所述二月桂酸二丁基锡用量为聚四氢呋喃二醇、1,4-丁二醇、异佛尔酮二异氰酸酯总质量的0.4wt％。
取过硫酸铵和去离子水混合，得到引发剂溶液；所述引发剂溶液的浓度为4g/L。取甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸羟乙酯和有机硅单体混合均匀，得到复配单体，所述有机硅单体为3-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷以质量比为1：1复配，所述甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸羟乙酯和有机硅单体的质量比为7：6：2。
将复配单体与聚氨酯乳液(70g)混合，搅拌30min，加入引发剂溶液，80℃下聚合反应6h，得到有机硅改性乳液；所述复配单体用量为聚氨酯乳液的8wt％；所述引发剂用量为聚氨酯乳液的0.2wt％。
检测实验：
1、取实施例1-3、对比例1-5制备的防护面料样品，分别检测其抗菌性能，检测标准为GB/T 20944.3-2008《纺织品抗菌性能的评价第3部分：振荡法》，测试菌种为大肠杆菌。
2、按照GBZT 147-2002《X射线防护材料衰减性能的测定》公开的方法进行防辐射测试，并计算屏蔽率(衰减率)。X射线入射能量为150Kev、160Kev。λ射线入射能量为130Kev。
3、取实施例1-3、对比例1-5制备的防护面料，洗涤1次的方法为：取4g/L洗衣粉，按照浴比1：40进行面料洗涤，洗涤时间为10min，清洗后冷水冲洗干净，晾干。按照该方法洗涤20次后，测试洗涤后的抗菌性能，测试菌种为大肠杆菌。洗涤20次后，重新检测射线防护性能，与洗涤前屏蔽性能相比，计算屏蔽率的变化率。
表一
Figure BDA0003884575380000121
表二
Figure BDA0003884575380000131
由上述内容可知，对比例1以实施例3为对照，对比例1中仅加入复合粉体A，其余步骤不变，对比例2以实施例3为对照，对比例2中仅加入复合粉体B，其余步骤不变。经检测数据对比可知，即单纯添加复合粉体A或复合粉体B，其虽然能够依旧具有较优异的抗菌性能，但相比于实施例3，其抗菌性能依旧存在下降趋势，且屏蔽防护性能降低。
对比例3以实施例3为对照，对比例3中加入复合粉体A、B，其质量比为1：1，其余步骤不变；经检测数据对比可知，调整复合粉体A、复合粉体B比例后，产品抗菌性能、屏蔽防护性能略微有所下降，但变化趋势不明显。对比例4以实施例3为对照，对比例4中并未引入银沉积，其余步骤不变；当体系中并未沉积银时，其抗菌性能明显下降，同时屏蔽防护性能也明显下降。
对比例5以实施例3为对照，对比例5中并未加入邻苯二酚单体，其余步骤不变。经检测数据对比可知，由于邻苯二酚单体的缺失，面料表面无法保持长效抗菌和屏蔽防护，多次洗涤后，相比于实施例3，对比例5的抗菌性能和屏蔽防护性能下降较为明显。
结论：本发明公开了一种轻质核辐射防护面料及其制备工艺，工艺设计合理，各组分配比适宜，制备得到的防护面料不仅具有较优异的屏蔽防护性能，对X射线屏蔽效果优异，同时，该面料还能够保持长效屏蔽，在多次水洗后依旧能够保持其屏蔽性能，抗菌性能优异，具有较高的实用性。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种轻质核辐射防护面料的制备工艺，其特征在于：包括以下步骤：
(1)取甲基丙烯酰氯和四氢呋喃混合，搅拌至溶解，得到甲基丙烯酰氯溶液；
取多巴胺盐酸盐和甲醇，氮气环境搅拌均匀，冰水浴下加入三乙胺和甲基丙烯酰氯溶液，25～30℃搅拌反应4～5h，反应结束后旋蒸除去甲醇，纯化洗涤，重结晶，得到邻苯二酚单体；
(2)取聚四氢呋喃二醇、1,4-丁二醇、二羟甲基丙酸和N-甲基吡咯烷酮混合，抽真空脱水，在75～80℃下加入异佛尔酮二异氰酸酯，搅拌10～20min，加入二月桂酸二丁基锡，继续反应2～2.5h，降温至60～65℃，加入甲基丙烯酸羟乙酯，反应3～4h，降温至40～50℃，加入三乙胺中和，去离子水乳化，加入乙二胺，搅拌均匀，得到聚氨酯乳液；
取过硫酸铵和去离子水混合，得到引发剂溶液；取甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸羟乙酯、邻苯二酚单体和有机硅单体混合均匀，得到复配单体，将复配单体与聚氨酯乳液混合，搅拌20～30min，加入引发剂溶液，75～80℃下聚合反应6～8h，得到有机硅改性乳液；
(3)取复合屏蔽粉和去离子水，超声分散20～30min，得到分散液；将分散液与有机硅改性乳液混合，搅拌均匀，得到浸渍液；
将基布置于浸渍液中，二浸二轧，80℃下预烘2～3min，转移至130～140℃下烘焙2～4min，得到防护面料。
2.根据权利要求1所述的一种轻质核辐射防护面料的制备工艺，其特征在于：步骤(1)中，所述甲基丙烯酰氯溶液的浓度为10mmol/mL；所述多巴胺盐酸盐和甲基丙烯酰氯的摩尔比为1：(1～1.3)。
3.根据权利要求1所述的一种轻质核辐射防护面料的制备工艺，其特征在于：步骤(2)中，所述聚四氢呋喃二醇、二羟甲基丙酸、1,4-丁二醇、异佛尔酮二异氰酸酯的摩尔比为1：1：2：5；所述甲基丙烯酸羟乙酯与异佛尔酮二异氰酸酯的摩尔比为1：5，所述二月桂酸二丁基锡用量为聚四氢呋喃二醇、1,4-丁二醇、异佛尔酮二异氰酸酯总质量的0.3～0.5wt％。
4.根据权利要求1所述的一种轻质核辐射防护面料的制备工艺，其特征在于：步骤(2)中，所述有机硅单体为3-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷中的任意一种或两种复配；所述甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸羟乙酯、邻苯二酚单体和有机硅单体的质量比为7：6：3：2；所述复配单体用量为聚氨酯乳液的6～8wt％；所述引发剂用量为聚氨酯乳液的0.1～0.2wt％。
5.根据权利要求1所述的一种轻质核辐射防护面料的制备工艺，其特征在于：步骤(3)中，所述复合屏蔽粉用量为有机硅改性乳液的20～30wt％。
6.根据权利要求1所述的一种轻质核辐射防护面料的制备工艺，其特征在于：步骤(3)中，所述屏蔽复合粉的制备步骤为：
S1：取多巴胺和Tris-HCl缓冲液混合，得到多巴胺溶液；取钨粉，无水乙醇洗涤，加入多巴胺溶液中，超声分散，25～30℃下搅拌20～24h，离心洗涤，真空干燥，得到聚多巴胺包覆粉体；
S2：取硝酸银和去离子水混合，搅拌至溶解，得到硝酸银溶液；在硝酸银溶液中缓慢滴加氨水至溶液透明，加入聚乙烯吡咯烷酮，搅拌均匀，得到银氨溶液；取硝酸钆和去离子水混合，得到硝酸钆溶液；
取聚多巴胺包覆粉体和银氨溶液混合，超声分散10～20min，加入硝酸钆溶液，继续超声分散10～20min，25～30℃下搅拌10～12h，离心收集，洗涤干燥，得到复合粉体A；
S3：取复合粉体A，置于硝酸钆溶液中，25～30℃下二次搅拌反应，反应时间为10～12h，离心收集，洗涤干燥，得到复合粉体B；
取复合粉体A、复合粉体B混合，750～800℃下煅烧2～2.5h，得到复合屏蔽粉。
7.根据权利要求6所述的一种轻质核辐射防护面料的制备工艺，其特征在于：步骤S2中，复合粉体A制备时，所述硝酸银溶液的浓度为7～8g/L，所述硝酸钆溶液的浓度为0.05～0.08mol/L，所述硝酸钆、硝酸银的摩尔比为1：2；所述聚多巴胺包覆粉体、银氨溶液和硝酸钆溶液总和的质量比为1：(6～8)。
8.根据权利要求6所述的一种轻质核辐射防护面料的制备工艺，其特征在于：步骤S3中，复合粉体B制备时，所述硝酸钆溶液的浓度为0.1～0.3mol/L；所述复合粉体A、硝酸钆的质量比为1：(6～8)；所述复合粉体A、复合粉体B的质量比为(2～3)：1。
9.根据权利要求1～8中任意一项所述的一种轻质核辐射防护面料的制备工艺制备的防护面料。
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