JPS6130045B2

JPS6130045B2 -

Info

Publication number: JPS6130045B2
Application number: JP56126694A
Authority: JP
Inventors: Shigehiro Oochi; Masao Kataoka
Original assignee: Toray Industries Inc
Current assignee: Toray Industries Inc
Priority date: 1981-08-14
Filing date: 1981-08-14
Publication date: 1986-07-10
Also published as: EP0072550A1; DE3269630D1; JPS5831117A; CA1186465A; EP0072550B1

Description

【発明の詳細な説明】本発明は優れた中性子遮蔽能を有するととも
に、二次的に発生する放射性物質および放射線が
少なく、それらによる障害を防禦乃至低減する繊
維からなる柔軟性に富んだ中性子遮蔽繊維材料の
製造法に関する。

原子力産業の発展に伴ないそれに携わる人の放
射性物質および放射線による被爆が問題となつて
いる。最近原子力発電所等での定期補修工事等に
おいて、γ線のような強い放射線からの作業者の
保護はもちろんのこと、緊急事の作業においては
原子炉から発生する中性子線から作業者を保護す
る必要があり、できれば作業者が衣服として身に
つけられる防護衣のような柔軟で作業性のよい中
性子遮蔽材料が強く要望されてきている。

また原子炉から発生する中性子を医療に利用せ
んとする試みが注目されている。たとえば、脳腫
瘍の中性子捕獲法による除去がそれであり、中性
子線を患部に照射して腫瘍部位だけを除去する治
療法である。この場合、患者の疾患部以外の身体
部位を中性子線および二次的に発生する放射線か
ら保護することが必須である。この為に中性子線
を透過せずまた中性子線によつて二次的に発生す
る放射能および放射線が少ないかまたは全くなく
かつ人体を効果的に被覆できる柔軟性のある中性
子遮蔽材の開発が強く望まれている。

従来の中性子遮蔽材としてはカドミユウムおよ
びボロン化合物等からなる板があるが、これらは
いずれも剛直なもので柔軟性は全くなく、しかも
カドミユウムについて強い二次γ線の発生がある
ため人体の遮蔽材には不向きである。

また近年柔軟な中性子遮蔽材として比較的二次
γ線の発生が少ないボロンＢ化合物やリチウムLi
化合物を各種樹脂等に配合し、これをシート状に
成形したもの（たとえば、特開昭52−127597、同
52−131097）があるが柔軟性が不充分で防護衣服
として着用できるものではない。

また中性子遮蔽性を有する無機化合物をイオン
交換能を有する繊維に吸着固定したものあるいは
該中性子遮蔽性化合物を繊維形成性重合体および
該重合体の溶解性溶媒と混合した懸濁液を高圧下
細孔から噴射紡糸して、形態としてはとにかく繊
維状のものを作る提案がすでになされている（特
開53−21398）。しかしイオン交換性繊維への中性
子遮蔽能を有するイオン原子の吸着固定が不十分
であつたり、一旦吸着固定しても洗たく等によつ
て脱離しやすかつたりして満足すべきものが得ら
れない。また中性子遮蔽性の化合物と繊維形成重
合体の混合噴射によつて得られたものは繊維形態
はとにかく保持しているものの、強伸度、繊維形
態等から紡編織に適さず、しかも、このようにし
て得られた繊維の表面には添加混合した中性子遮
蔽性化合物が露出しているため脱落しやすく結果
的に遮蔽性能が劣るという弊害がさけられないの
が現状である。

本発明者らは先に一定粒度の中性子遮蔽能を有
する化合物を配合した繊維形成重合体からなる繊
維を検討したが、種々の問題点があることがわか
つた。ことえば繊維の表面およびその近傍に存在
する配合された中性子遮蔽能を有する化合物が脱
落し、ガイドやローラ等に汚れや摩擦によるキズ
を発生させ、安定した繊維の製造ができなくなる
ばかりでなく、得られた繊維の機械的特性が劣る
ことになる。さらに該繊維から得られた中性子遮
蔽衣料は、洗たくや摩擦等によつて中性子遮蔽性
化合物の脱落が回避できない。また上記中性子遮
蔽能を有する繊維からなる製品を中性子線にさら
すと核反応によつて二次的放射性物質が発生す
る。たとれば⁶Li化合物を中性子遮蔽化合物とし
た場合、熱中性子線の照射によつて繊維表面にあ
る⁶Li化合物がトリチウムを生成し大気中に拡散
して来る等の問題があることが上記繊維の開発段
階でわかつた。

一方、かかる問題を回避するため、芯成分にの
み中性子遮蔽化合物を大量に混合して芯鞘複合紡
糸することは著しく曵糸性を損うため安定な品質
の繊維を生産できなかつたのである。

本発明の目的とするところは、実用上要求され
る中性子遮蔽能を十分に満足し、二次的に発生す
るγ線等が少なく、かつ繊維として十分な機械的
特性を有し、さらに中性子遮蔽化合物の繊維表面
からの脱落等のない安定な中性子遮蔽性繊維およ
び該繊維から得られる柔軟性に富んだ中性子遮蔽
材の製造法を提供するにある。

すなわち、本発明は次の構成を有する。

最大粒子径が約25μ以下の中性子遮蔽能を有す
る⁶Liおよび／または¹⁰Bの同位体元素を含む微粒
子を少なくとも10重量％配合した繊維形成性重合
体Ａを芯成分として、該芯成分に対して接合性を
有する少なくとも１種の繊維形成性重合体Ｂをさ
や成分とする芯さや複合繊維を製造する際に繊維
形成性重合体Ａの溶融粘度をＸ、繊維形成性重合
体Ｂの溶融粘度をＹとしたとき、 0.2≦Ｙ／Ｘ≦0.9 となるような溶融粘度比の範囲で複合紡糸するこ
とを特徴とする中性子遮蔽性複合繊維材料の製造
法。

本発明における特徴の１つは、複合繊維を構成
する芯成分に最大粒子径が約25μ以下、好ましく
は15μ以下の中性子遮蔽能を有する化合物を少な
くとも10重量％以上、好ましくは20〜60重量％含
有させ、かつ芯成分重合体に対して0.2〜0.9の粘
度比をもつ繊維形成性重合体をさや成分に採用す
ることにある。

上記複合繊維を構成する芯成分の重合体Ａとし
ては、従来公知の繊維製造原料、たとえばポリエ
ステル，ポリアミド，ポリオレフイン系等の各種
重合体があげられるが、中性子遮蔽性化合物を配
合するにあたつて該重合体に均一に混合分散しや
すく中性子遮蔽能を十分に発揮させるためには溶
融紡糸可能な重合体を用いるのがよく、また中性
子線に対する安定性を考慮して、特にポリエチレ
ン並びにポリエチレンを主成分とする共重合体が
有利である。

また重合体Ａに配合される中性子遮蔽能を有す
る化合物としては、化学的に安定で中性子に対す
る遮蔽性を有するとともに二次的に発生するγ線
等の放射線が比較的少ないがほとんどないものが
よいが、特に⁶Liおよび／または¹⁰Bの同位体元素
を含む微粒子から選ばれた化合物がよい。通常こ
れらの同位体元素の天然での存在での存在比は、
⁶Li同位体の場合は約７〜８％，¹⁶B同位体で約19
〜20％の範囲にあるが、これらの同位体を含む天
然のリチウム化合物および／又はボロン化合物、
たとえば炭酸リチウム，弗化リチウム，ホウ酸，
炭化ホウ素，窒化ホウ素等の化合物が好ましい。
さらに前記同位体を人工的に分離濃縮した濃縮同
位体からなる化合物を用いるのが有利である。ま
た上記中性子遮蔽能を有する化合物を重合体Ａに
配合するにあたつて、該中性子遮蔽能を有する化
合物の粒度として最大粒子径が25μ以下好ましく
は15μ以下の微粉粒子であることが重要であり、
この範囲を満たさない場合、繊維化が困難となる
ばかりでなく最終的に得られた繊維の機械的特性
が劣ることとなる。さらに該中性子遮蔽性化合物
を、重合体Ａに配合するにあたつて、その配合割
合は重合体Ａに対して少なくとも10重量％以上好
ましくは20〜60重量％の範囲であることが重要で
ある。配合割合が10％以下では最終的に得られた
繊維の中性子遮蔽性が低くなり不利である。また
配合割合を60％以上にした場合、最終的に得られ
る繊維の中性子遮蔽性はさらに向上するが、繊維
化が困難となり得られた繊維の機械的特性も劣る
ことになる。

さらに本発明においては、上記複合繊維を構成
するさや成分の重合体Ｂとしては、重合体Ａと接
合性があるものであれば特に限定されないができ
れば重合体Ａと同系の繊維形成重合体が好まし
い。

さらに本発明において芯成分の鞘成分に対する
複合比が0.5〜10であることが好ましい。すなわ
ち、上記複合比を満たされない場合、たとえば芯
さや複合比が10以上ではさや成分の被覆性が不安
定となり芯成分が露出する場合があり中性子遮蔽
化合物の脱落および中性子線照射の場合、核反応
によつて二次的に生成する放射性物質の放散のお
それか十分あり問題である。また複合比が0.5以
下では上記の問題はむしろ改善される方向である
が逆に中性子遮蔽化合物を含む芯成分が繊維断面
積からみて減少する方向であるため本来の目的で
ある中性子遮蔽性能が低下することになり不利と
なる。できれば芯さや複合比（Ｂ／Ａ）が１〜４
の範囲内を満たすものが好ましく、安定なさや成
分の被覆によつて中性子化合物の脱落もなくさら
に中性子線の照射によつて生成する放射性物質も
芯成分の内部に封入され大気中に放出される心配
がないと同時に十分な中性子遮蔽能を持つた芯さ
や型複合繊維が得られることがわかつた。

さらに本発明の芯さや複合繊維を製造する場合
の特徴として、従来合成繊維の複合紡糸で採用さ
れている口金構成を使つて芯さや複合繊維の紡糸
を本発明に適用する場合、中性子遮蔽化合物を配
合した重合体Ａの溶融粘度Ｘと重合体Ｂの溶融粘
度Ｙとの比が重要となることがわかつた。すなわ
ち適用紡糸温度条件下での溶浴融粘度比、すなわ
ちＹ／Ｘの値の範囲が0.2〜0.9、好ましくは0.3〜
0.7を満たす場合に本発明の芯さや複合繊維の紡
糸が安定となり繊維化できることがわかつた。該
溶融粘度比がこの範囲を満たさない場合は紡糸が
不安定となり糸切れ等が多発し紡糸ができなくな
る。かかる現象の理由についてはよくわからない
が、芯成分に比較的多量の添加剤粒子が配合され
た芯さや複合繊維の特異的な現象と考えられる。

本発明法で得られた繊維さらにこれらの二次加
工品、たとえば織物、編物、不織布等に代表され
る布帛は、中性子特に熱中性子に対する優れた遮
蔽性能を有するとともに、強い捕獲放射線等の発
生もなく、また配合された中性子遮蔽性化合物の
脱落も皆無であり遮蔽性能の耐久性にも優れてい
るばかりでなく、通常の繊維の機械的特性を持ち
かつ非常に柔軟性に富んだ繊維として、中性子か
ら人体を保護するよう防護衣服にできるため、原
子力産業関係で非常に利用価値と高い製品となる
ものと考えられる。

以下実施例をあげて本発明を説明する。

実施例１最大粒子径約８μで平均体積径が2.5μの同位
体濃縮LiF（⁶Li濃度95％以上）粉粒体500gと270
℃での溶融粘度が2000ポイズの高密度ポリエチレ
ン粉末（三井石油化学(株)製“ハイゼツクス
2100GP”）750gとをヘンシルミキサー中で混合撹
拌後、これらの混合粉体をエクストルーダー（シ
リンダー径および長さ：30mmφおよび500mm）で
スクリユウ回転数60rpm，混練温度250〜280℃の
条件で３回溶融混練をくり返し、冷却チツプ化し
た。得られたチツプはLiF粒子を38.5重量％含む
非常に均一に分散したものであつた。

上記チツプを芯成分とし、さや成分としては、
前述したのと同一条件で測定した溶融粘度が、
1400ポイズの高密度ポリエチレンチツプ（三井石
油化学(株)製“ハイゼツクス1300J”）を使い、同芯
円複合紡糸用口金（口金孔径：0.5mmφ，．口金ホ
ール数：10ホール）による芯さや複合紡糸を行つ
た。芯側の吐出量を12.5g／分とし、さや側の吐
出量を4g／分で、紡糸温度を270℃とし、紡糸引
取速度は300m／分で行つた。ここで得られた芯
さや複合糸をさらにホツトプレート（温度95℃）
上で5.5倍に延伸して目的とする芯さや複合連続
フイラメント繊維を得た。この繊維の機械的特性
を測つた結果、強度2.9g／１、伸度25％であつ
た。またこの繊維の断面を透過型光学顕微鏡で観
察した結果、芯成分に添加粒子を含んだほぼ均一
な同芯円芯さや複合繊維になつていることがわか
つた。さらにこの断面の写真から芯さや複合比を
計算した結果、約2.4の複合比になつていた。

本実施例で得られた繊維を加工して、密度が約
0.28g／cm³となるような筒状平編の編地サンプル
を試作し、厚さ10mmにした場合の面状熱中性子線
に対する透過率を測定した結果、8.2×10^-2とな
り優れた遮蔽能を有することがわかつた。

実施例２ B₄C粉末（電気工学工業(株)製“デンカボロン
＃1200”）を乾式分級した最大粒子径10μ平均体
積径3.2μの微粉末400gと270℃での溶融粘度が
2000ポイズの高密度ポリーエチレン粉末〔三井石
油化学(株)製“ハイゼツクス2100GP”〕１Kgとを実
施例１と同様に粉末混合およびエクストルーダー
での溶融混練を行つてB₄Cて均一に分散混合され
たチツプを調製した。このチツプのB₄C含量は
28.0重合量％であつた。

上記チツプを芯成分とし、さや成分としては、
前述と同一条件で測定した溶融粘度が1000ポイズ
の中密度ポリエチレンチツプ〔三井石油化学(株)製
“ネオゼツクス45150”〕を使い、実施例１とほぼ
同じ方法で芯さや複合紡糸を行つた。芯さや複合
比がほぼ4.0になるよう吐出量を選び紡糸温度は
270℃、紡糸引取速度は300m／分の条件で行つ
た。ここで得られた複合糸をさらにホツトプレー
ト（温度98℃）上で6.0倍に延伸して、日的とす
る芯さや複合繊維を得た、この繊維の強度は
3.1g／ｄ、伸度は21％であつた。またこの繊維の
断面を顕微鏡観察した結果では芯成分にB₄C粒子
を含んだほぼ均一な同芯円芯さや複合繊維になつ
ていた。さらにこの断面写真から芯さや複合比を
計算した結果は約3.8の複合比になつていた。

上記の繊維を加工して、実施例１とほぼ同じ筒
状平編のサンプルを作り、厚さ10mmにした場合の
面状熱中性子線に対する透過率を測定した結果、
3.8×10^-2となり優れた遮蔽能を有することがわ
かつた。

実施例３最大粒径15μのBN粉末〔電気化学工業(株)製ボ
ロンナイトライト〕1.2Kgと270℃での溶融粘度が
2000ポイズの高密度ポリエチレン粉末〔三井石油
化学(株)製“ハイセツクス2100GP”〕をヘンシルミ
キサーで粉体混合し、この混合粉体を150℃で加
熱圧縮して板状にし、さらにこれを機械的に粉砕
したものを実施例１とほぼ同一条件でエクストル
ーダー溶融混練を行いBNが均一に分散したチツ
プを調製した。得られたチツプのBN含量は54.5
重量％であつた。

上記チツプを芯成分とし、さや成分は実施例１
と同じさや成分のポリエチレンチツプを使い、芯
さや複合比がほぼ160になるよう芯さや各吐出量
を選び、実施例１，２とほぼ同じ方式で芯さや複
合紡糸を行つた。ここで得られた複合糸をさらに
ホツトプレート（温度98℃）上で6.5倍に延伸し
て、目的とする芯さや複合繊維を得た。この繊維
の強度は4.0g／ｄ、伸度は25％であつた。またこ
の繊維の断面顕微鏡写真より、芯さや複合比を計
算した結果約1.0の複合比で、芯成分にBNが非常
に均一な同心円芯さや複合繊維になつていた。

同様に上記繊維を加工して、密度がほぼ
0.48g／cm³となるような平織物のサンブルを試作
し、厚さ10mmにした場合の面状熱中性子線に対す
る透過率を測定した結課7.5×10^-2となり優れた
遮蔽能を有することがわかつた。

比較例１ 270℃での溶融粘度が2000ポイズの高密度ポリ
エチレンチツプ（三井石油化学(株)製“ハイゼツク
ス2100J”）をさや成分とする以外は、すべて実施
例１と全く同一の条件で芯さや複合紡糸を試み
た。しかし実施例１では引取速度300m／分で紡
糸でき糸切れもほとんど発生しなやつたのにくら
べ、この場合には糸切れが多発して同一条件では
芯さや複合連続フイラメント繊維を得ることがで
きなかつた。さらに紡糸引取速度を100m／分ま
で落して巻取ることを試みたが糸切れは依然とし
て多発し、後工程に供するような繊維は得られな
かつた。

比較例２芯成分およびさや成分の重合体をいずれも、
270℃の溶融粘度が1400ボイズの高密度ポリエチ
レン（三井石油化学(株)製“ハイゼツクス1300J”）
を用い、芯成分に実施例２と同じB₄C微粉未を
28.0重量％になるよう混合した。これを実施例２
と全く同じ条件で芯さや複合紡糸を試みたが比較
例１と同様紡糸工程での糸切れが著しく、連続フ
イラメントでの繊維化はできなかつた。

Claims

【特許請求の範囲】１最大粒子径が約25μ以下の中性子遮蔽能を有
する⁶Liおよび／または¹⁰Bの同位体元素を含む微
粒子を少なくとも10重量％配合した繊維形成性重
合体Ａを芯成分として、該芯成分に対して接合性
を有する少なくとも１種の繊維形成性重合体Ｂを
さや成分とする芯さや複合繊維を製造する際に繊
維形成性重合体Ａの溶融粘度をＸ、繊維形成性重
合体Ｂを溶融粘度をＹとしたとき、 0.2≦Ｙ／Ｘ≦0.9 となるような溶融粘度比の範囲で複合紡糸するこ
とを特徴とする中性子遮蔽性複合繊維材料の製造
法。２重合体Ａ及び重合体Ｂがポリエチレンまたは
ポリエチレン系共重合体である特許請求の範囲第
１項記載の中性子遮蔽性複合繊維材料の製造法。３芯成分のさや成分に対する複合比（体積比）
が0.5〜10である特許請求の範囲第１項記載の中
性子遮蔽性複合繊維材料の製造法。