一種制備電離輻射防護(hù)材料的方法
【專利摘要】一種制備電離輻射防護(hù)材料的方法，其步驟包括：將粒徑為20nm的氧化鉺納米顆粒和聚乙烯醇以質(zhì)量比0.5%-2%的比例與水混合；然后磁力攪拌并加熱到90℃，保持恒溫2.5-3.5小時，直至得到均一透明的氧化鉺納米顆粒和聚乙烯醇的混合溶液，濃度為8-12%；在室溫和相對濕度不高于40%的條件下，將冷卻至室溫的混合溶液進(jìn)行氣泡靜電紡絲，根據(jù)紡絲時間長短即可得到厚度不同且均勻的電離輻射防護(hù)材料。本發(fā)明過程操作簡便，原材料易得，制備的電離輻射防護(hù)材料性能穩(wěn)定，能有效防護(hù)β、X、γ等射線并且輕薄、透氣，在軍事、國防等領(lǐng)域具有重要的潛在應(yīng)用價值。
【專利說明】一種制備電離輻射防護(hù)材料的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及輻射防護(hù)材料領(lǐng)域，尤其涉及一種制備電離輻射防護(hù)材料的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，各種高能射線和放射性同位素廣泛應(yīng)用于軍事、通訊、醫(yī)學(xué)和日常生活等各個領(lǐng)域，直接導(dǎo)致了世界范圍內(nèi)輻射劑量的增加，已被公認(rèn)為繼大氣污染、水質(zhì)污染、噪聲污染后的第四大公害。為此，輻射安全防護(hù)問題越來越受到人們的普遍關(guān)注，射線防護(hù)已成為現(xiàn)代醫(yī)學(xué)不可缺少的重要組成部分，為了保護(hù)各類人群的健康，需要制備能屏蔽各類射線的防護(hù)用品和防護(hù)材料。輻射防護(hù)材料的研制受到世界各發(fā)達(dá)國家的普遍重視，對軍事、國防、國民經(jīng)濟(jì)相關(guān)產(chǎn)業(yè)等方面具有重要的理論意義及廣闊的應(yīng)用前景。
[0003]目前針對β、X和Y射線輻射防護(hù)所用的材料普遍存在笨重、行動不靈活、悶熱、難以長時間使用等突出弊端；而進(jìn)口的輻射屏蔽材料，價格高，進(jìn)口供貨周期長，難以適應(yīng)軍事和民用電離輻射防護(hù)的需要。
[0004]日本和奧地利的研究者分別將硫酸鋇添加到粘膠纖維中制成的防輻射纖維可用于制作長期接觸X光的工作人員的服裝，效果良好。防X射線纖維加工成的織物經(jīng)層壓或在織物中填加含有屏蔽劑的粘合劑后熱壓制成的層壓織物，均是防護(hù)X射線輻射的良好材料。
[0005]氣泡靜電紡絲是一種新型的靜電紡絲方法。相對于傳統(tǒng)靜電紡絲來說，在氣泡靜電紡絲中，氣泡作為泰勒錐，破裂時可以分裂成無數(shù)根射流，而且氣泡的體積和表面積遠(yuǎn)大于傳統(tǒng)靜電紡絲中的泰勒錐體積和表面積，因此，氣泡靜電紡在提高產(chǎn)品產(chǎn)量方面具有明顯的優(yōu)勢。
[0006]眾所周知，氣泡靜電紡納米纖維的質(zhì)輕、高比表面積、多功能性等性質(zhì)和獨(dú)特的內(nèi)部形貌以及可控制備等突出優(yōu)點(diǎn)，充分利用納米材料獨(dú)有的小尺寸效應(yīng)，表面與界面效應(yīng)和量子尺寸效應(yīng)，這些將極大的提高材料的防護(hù)性能。除了纖維本身采用可以直接防α和β射線的高分子材料外，纖維中的納米顆粒也可以使照射的X射線和Y射線等電磁波被吸收、反射和阻擋等作用，從而達(dá)到較好的防輻射目的，充分保護(hù)使用人員的安全和健康。并且此種防輻射材料特別是服裝透氣性好，穿著舒適，可長時間連續(xù)工作。
[0007]因此，針對上述技術(shù)問題，有必要提供一種新的制備電離輻射防護(hù)材料的方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種制備電離輻射防護(hù)材料的方法，該方法制備的電離輻射防護(hù)材料性能穩(wěn)定，能有效防護(hù)β、Χ、Y等射線。
[0009]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案:
[0010]一種制備電離輻射防護(hù)材料的方法，其特征在于:包括如下步驟:
[0011](I)將粒徑為20nm的氧化鉺納米顆粒和聚乙烯醇以質(zhì)量比0.5%_2%的比例與水混合，得到混合物；
[0012](2)磁力攪拌上述混合物并加熱到90°C，保持恒溫2.5-3.5小時，直至得到均一透明的氧化鉺納米顆粒和聚乙烯醇的混合溶液，濃度為8-12% ；
[0013](3)在室溫和相對濕度不高于40%的條件下，對得到的均一透明的混合溶液進(jìn)行氣泡靜電紡絲而直接得到電離輻射防護(hù)材料，
[0014]所述對得到的均一透明的混合溶液進(jìn)行氣泡靜電紡絲的步驟包括:將均一透明的混合溶液加入一貯液池中，一噴氣管沿豎直方向設(shè)于一貯液池的底部，噴氣管通過一導(dǎo)氣管與一氣泵相連，一金屬電極設(shè)于噴氣管中，忙液池通過金屬電極與一高壓靜電發(fā)生器相連，一接收板通過一接地電源線接地，打開氣泵，混合溶液表面會出現(xiàn)有規(guī)律的氣泡；打開高壓靜電發(fā)生器，混合溶液內(nèi)部自由電荷在高壓靜電作用下被極化，由于靜電力的作用，氣泡頂端會產(chǎn)生噴射細(xì)流射向接收板，最后在接收板上收集到電離輻射防護(hù)材料。
[0015]優(yōu)選的，在上述制備電離輻射防護(hù)材料的方法中，所述步驟(I)中粒徑為20nm的氧化鉺納米顆粒和聚乙烯醇的質(zhì)量比為0.5%或1%或2%。
[0016]優(yōu)選的，在上述制備電離輻射防護(hù)材料的方法中，所述步驟(I)中粒徑為20nm的氧化鉺納米顆粒和聚乙烯醇的混合溶液濃度為8%或10%或12%。
[0017]優(yōu)選的，在上述制備電離輻射防護(hù)材料的方法中，所述步驟(3 )中進(jìn)行氣泡靜電紡絲時，接收板和混合溶液液體表面間的距離調(diào)節(jié)范圍為10-20cm。
[0018]優(yōu)選的，在上述制備電離輻射防護(hù)材料的方法中，所述步驟(3 )中進(jìn)行氣泡靜電紡絲時，應(yīng)用電壓調(diào)節(jié)范圍為15-20kV。
[0019]優(yōu)選的，在上述制備電離輻射防護(hù)材料的方法中，所述步驟(3 )中進(jìn)行氣泡靜電紡絲時，氣流速率調(diào)節(jié)范圍為l_20ml/min。
[0020]從上述技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明過程操作簡便，原材料易得，制備的電離輻射防護(hù)材料性能穩(wěn)定，能有效防護(hù)β、Χ、Y等射線并且輕薄、透氣，在軍事、國防等領(lǐng)域具有重要的潛在應(yīng)用價值。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的有關(guān)本發(fā)明的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0022]圖1是本發(fā)明制備電離輻射防護(hù)材料的方法流程圖；
[0023]圖2是利用本發(fā)明方法制備的電離輻射防護(hù)材料微觀納米纖維的SEM圖片；
[0024]圖3為本發(fā)明制備的電離輻射防護(hù)材料與不含氧化鉺納米顆粒的紡絲材料的阻擋β射線情況圖。
【具體實(shí)施方式】
[0025]本發(fā)明公開了一種制備電離輻射防護(hù)材料的方法，該方法過程操作簡便，原材料易得，制備的電離輻射防護(hù)材料性能穩(wěn)定，能有效防護(hù)β、χ、Y等射線并且輕薄、透氣，在軍事、國防等領(lǐng)域具有重要的潛在應(yīng)用價值。[0026]下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)的描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動的前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0027]如圖1所示，本發(fā)明公開的制備電離輻射防護(hù)材料的方法，包括如下步驟:
[0028](I)將粒徑為20nm的氧化鉺納米顆粒和聚乙烯醇以質(zhì)量比0.5%_2%的比例與水混合，得到混合物；
[0029](2)磁力攪拌上述混合物并加熱到90°C，保持恒溫2.5-3.5小時，直至得到均一透明的氧化鉺納米顆粒和聚乙烯醇的混合溶液，濃度為8-12% ；
[0030](3)在室溫和相對濕度不高于40%的條件下，對得到的均一透明的混合溶液進(jìn)行氣泡靜電紡絲而直接得到電離輻射防護(hù)材料，
[0031]所述對得到的均一透明的混合溶液進(jìn)行氣泡靜電紡絲的步驟包括:將均一透明的混合溶液加入一貯液池中，一噴氣管沿豎直方向設(shè)于一貯液池的底部，噴氣管通過一導(dǎo)氣管與一氣泵相連，一金屬電極設(shè)于噴氣管中，忙液池通過金屬電極與一高壓靜電發(fā)生器相連，一接收板通過一接地電源線接地，打開氣泵，混合溶液表面會出現(xiàn)有規(guī)律的氣泡；打開高壓靜電發(fā)生器，混合溶液內(nèi)部自由電荷在高壓靜電作用下被極化，由于靜電力的作用，氣泡頂端會產(chǎn)生噴射細(xì)流射向接收板，最后在接收板上收集到電離輻射防護(hù)材料。
[0032]所述步驟(I)中粒徑為20nm的氧化鉺納米顆粒和聚乙烯醇的質(zhì)量比為0.5%或1%或2% ο
[0033]所述步驟(I)中粒徑為20nm的氧化鉺納米顆粒和聚乙烯醇的混合溶液濃度為8%或 10% 或 12%。
[0034]所述步驟(3)中進(jìn)行氣泡靜電紡絲時，接收板和混合溶液液體表面間的距離調(diào)節(jié)范圍為10_20cm。
[0035]所述步驟(3)中進(jìn)行氣泡靜電紡絲時，應(yīng)用電壓調(diào)節(jié)范圍為15_20kV。
[0036]所述步驟(3)中進(jìn)行氣泡靜電紡絲時，氣流速率調(diào)節(jié)范圍為l_20ml/min。
[0037]所述的根據(jù)紡絲時間長短可得到不同厚度的輻射防護(hù)材料，并且制備的材料厚度均勻。
[0038]所述的氣泡靜電紡制備的電離輻射防護(hù)材料屬于納米纖維材料，輕薄、透氣，性能穩(wěn)定，能有效防護(hù)β、x、Y等射線。
[0039]所述的制備方法可連續(xù)制備電離輻射防護(hù)材料，實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室的小批量生產(chǎn)。
[0040]本發(fā)明應(yīng)用掃描電子顯微鏡觀察電離輻射防護(hù)材料的表面形貌；X射線衍射儀表征材料結(jié)構(gòu)；用電子萬能試驗(yàn)機(jī)測試防護(hù)材料的力學(xué)性能；差示掃描量熱實(shí)驗(yàn)表征其熱力學(xué)性質(zhì)。
[0041]本發(fā)明還應(yīng)用各類射線標(biāo)準(zhǔn)源及其劑量探測儀檢測材料的輻射屏蔽和防護(hù)性能，驗(yàn)證本發(fā)明方法的可行性。
[0042]本發(fā)明涉及了三個基本原理:
[0043]1、利用氣泡靜電紡絲技術(shù)制備電離輻射防護(hù)材料；
[0044]2、通過調(diào)節(jié)紡絲時間，實(shí)現(xiàn)對電離輻射防護(hù)材料厚度的可控制備；
[0045]3、電離輻射防護(hù)材料微觀納米纖維具有的巨大比表面積和獨(dú)特的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)能夠有效防護(hù)β、x、Y等射線。
[0046]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，避免了傳統(tǒng)靜電紡絲單、多噴針頭的頻繁堵塞和清洗；現(xiàn)有的氣泡靜電紡絲方法可連續(xù)制備電離輻射防護(hù)材料，并且根據(jù)紡絲時間長短實(shí)現(xiàn)對防護(hù)材料厚度的可控制備，過程操作簡便，原材料易得，制備的電離輻射防護(hù)材料性能穩(wěn)定，能有效防護(hù)β、Χ、Y等射線并且輕薄、透氣，在軍事、國防等領(lǐng)域具有重要的潛在應(yīng)用價值。
[0047]下面結(jié)合具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。應(yīng)理解，這些實(shí)施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。此外應(yīng)理解，在閱讀了本發(fā)明講授的內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對本發(fā)明作各種改動或修改，這些等價形式同樣落于本申請所附權(quán)利要求書所限定的范圍。
[0048]實(shí)施例1
[0049]將粒徑為20nm的氧化鉺納米顆粒和聚乙烯醇以質(zhì)量比0.5%的比例與水混合，然后磁力攪拌并加熱到90°C，保持恒溫2.5小時，直至得到均一透明的氧化鉺納米顆粒和聚乙烯醇的混合溶液，濃度為8%。在室溫和相對濕度不高于40%的條件下，將冷卻至室溫的混合溶液進(jìn)行氣泡靜電紡絲，接收距離為15cm，應(yīng)用電壓15kV，氣流速率lml/min，紡絲20分鐘后得到具有一定厚度的電離輻射防護(hù)材料。
[0050]實(shí)施例2
[0051 ] 將粒徑為20nm的氧化鉺納米顆粒和聚乙烯醇以質(zhì)量比1%的比例與水混合，然后磁力攪拌并加熱到90°C，保持恒溫3小時，直至得到均一透明的氧化鉺納米顆粒和聚乙烯醇的混合溶液，濃度為10%。在室溫和相對濕度不高于40%的條件下，將冷卻至室溫的混合溶液進(jìn)行氣泡靜電紡絲，接收距離為10cm，應(yīng)用電壓20kV，氣流速率10ml/min，紡絲20分鐘后，將具有一定厚度的電離輻射防護(hù)材料置于真空干燥器中干燥，然后進(jìn)行SEM觀察。SEM圖片顯示(如圖2所示)，上述所得纖維形貌規(guī)則、表面平整，纖維直徑均勻。
[0052]實(shí)施例3
[0053]將粒徑為20nm的氧化鉺納米顆粒和聚乙烯醇以質(zhì)量比2%的比例與水混合，然后磁力攪拌并加熱到90°C，保持恒溫3.5小時，直至得到均一透明的氧化鉺納米顆粒和聚乙烯醇的混合溶液，濃度為12%。在室溫和相對濕度不高于40%的條件下，將冷卻至室溫的混合溶液進(jìn)行氣泡靜電紡絲，接收距離為20cm，應(yīng)用電壓20kV，氣流速率8ml/min，紡絲20分鐘后得到具有一定厚度的電離輻射防護(hù)材料。
[0054]實(shí)施例4
[0055]將粒徑為20nm的氧化鉺納米顆粒和聚乙烯醇以質(zhì)量比2%的比例與水混合，然后磁力攪拌并加熱到90°C，保持恒溫3.5小時，直至得到均一透明的氧化鉺納米顆粒和聚乙烯醇的混合溶液，濃度為12%。在室溫和相對濕度不高于40%的條件下，將冷卻至室溫的混合溶液進(jìn)行氣泡靜電紡絲，接收距離為20cm，應(yīng)用電壓20kV，氣流速率15ml/min，紡絲20分鐘后得到具有一定厚度的電離輻射防護(hù)材料。
[0056]實(shí)施例5
[0057]將粒徑為20nm的氧化鉺納米顆粒和聚乙烯醇以質(zhì)量比2%的比例與水混合，然后磁力攪拌并加熱到90°C，保持恒溫3.5小時，直至得到均一透明的氧化鉺納米顆粒和聚乙烯醇的混合溶液，濃度為12%。在室溫和相對濕度不高于40%的條件下，將冷卻至室溫的混合溶液進(jìn)行氣泡靜電紡絲，接收距離為20cm，應(yīng)用電壓20kV，氣流速率20ml/min，紡絲20分鐘后得到具有一定厚度的電離輻射防護(hù)材料。
[0058]實(shí)施例6
[0059]在相同實(shí)驗(yàn)條件下，結(jié)果與實(shí)施例2進(jìn)行比較，配制不含氧化鉺納米顆粒的聚乙烯醇溶液，濃度10%。然后在室溫和相對濕度不高于40%的條件下，將冷卻至室溫的聚乙烯醇溶液進(jìn)行氣泡靜電紡絲，接收距離為10cm，應(yīng)用電壓20kV，氣流速率10ml/min，同樣紡絲20分鐘后，將具有相同厚度的紡絲材料置于真空干燥器中干燥。選取干燥后的電離輻射防護(hù)材料(含氧化鉺納米顆粒)與不含氧化鉺納米顆粒的紡絲材料進(jìn)行防輻射測試，結(jié)果如圖3所示，虛線表示干燥后的電離輻射防護(hù)材料不含氧化鉺納米顆粒，實(shí)黑線表示干燥后的電離輻射防護(hù)材料含氧化鉺納米顆粒。由圖中可以看出，含有氧化鉺納米顆粒的紡絲材料具有顯著地電離輻射防護(hù)效果，說明納米顆粒在納米纖維中均勻分布，起到良好的防護(hù)效果，在軍事、國防等領(lǐng)域具有重要的潛在應(yīng)用價值。
[0060]對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，顯然本發(fā)明不限于上述示范性實(shí)施例的細(xì)節(jié)，而且在不背離本發(fā)明的精神或基本特征的情況下，能夠以其他的具體形式實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。因此，無論從哪一點(diǎn)來看，均應(yīng)將實(shí)施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求而不是上述說明限定，因此旨在將落在權(quán)利要求的等同要件的含義和范圍內(nèi)的所有變化囊括在本發(fā)明內(nèi)。不應(yīng)將權(quán)利要求中的任何附圖標(biāo)記視為限制所涉及的權(quán)利要求。
[0061]此外，應(yīng)當(dāng)理解，雖然本說明書按照實(shí)施方式加以描述，但并非每個實(shí)施方式僅包含一個獨(dú)立的技術(shù)方案，說明書的這種敘述方式僅僅是為清楚起見，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)將說明書作為一個整體，各實(shí)施例中的技術(shù)方案也可以經(jīng)適當(dāng)組合，形成本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的其他實(shí)施方式。
【權(quán)利要求】
1.一種制備電離輻射防護(hù)材料的方法，其特征在于:包括如下步驟: (1)將粒徑為20nm的氧化鉺納米顆粒和聚乙烯醇以質(zhì)量比0.5%_2%的比例與水混合，得到混合物； (2)磁力攪拌上述混合物并加熱到90°C，保持恒溫2.5-3.5小時，直至得到均一透明的氧化鉺納米顆粒和聚乙烯醇的混合溶液，濃度為8-12% ； (3)在室溫和相對濕度不高于40%的條件下，對得到的均一透明的混合溶液進(jìn)行氣泡靜電紡絲而直接得到電離輻射防護(hù)材料， 所述對得到的均一透明的混合溶液進(jìn)行氣泡靜電紡絲的步驟包括:將均一透明的混合溶液加入一貯液池中，一噴氣管沿豎直方向設(shè)于一貯液池的底部，噴氣管通過一導(dǎo)氣管與一氣泵相連，一金屬電極設(shè)于噴氣管中，忙液池通過金屬電極與一高壓靜電發(fā)生器相連，一接收板通過一接地電源線接地，打開氣泵，混合溶液表面會出現(xiàn)有規(guī)律的氣泡；打開高壓靜電發(fā)生器，混合溶液內(nèi)部自由電荷在高壓靜電作用下被極化，由于靜電力的作用，氣泡頂端會產(chǎn)生噴射細(xì)流射向接收板，最后在接收板上收集到電離輻射防護(hù)材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述制備電離輻射防護(hù)材料的方法，其特征在于:所述步驟(I)中粒徑為20nm的氧化鉺納米顆粒和聚乙烯醇的質(zhì)量比為0.5%或1%或2%。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述制備電離輻射防護(hù)材料的方法，其特征在于:所述步驟(I)中粒徑為20nm的氧化鉺納米顆粒和聚乙烯醇的混合溶液濃度為8%或10%或12%。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述制備電離輻射防護(hù)材料的方法，其特征在于:所述步驟(3)中進(jìn)行氣泡靜電紡絲時，接收板和混合溶液液體表面間的距離調(diào)節(jié)范圍為10-20cm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述制備電離輻射防護(hù)材料的方法，其特征在于:所述步驟(3)中進(jìn)行氣泡靜電紡絲時，應(yīng)用電壓調(diào)節(jié)范圍為15-20kV。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述制備電離輻射防護(hù)材料的方法，其特征在于:所述步驟(3)中進(jìn)行氣泡靜電紡絲時，氣流速率調(diào)節(jié)范圍為l_20ml/min。
【文檔編號】D01F6/50GK103614803SQ201310628880
【公開日】2014年3月5日 申請日期:2013年11月29日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月29日
【發(fā)明者】劉福娟, 徐嵐, 司娜, 何吉?dú)g, 王萍 申請人:蘇州大學(xué)