專利名稱:輻射保護(hù)性衣服制品的制作方法
輻射保護(hù)性衣服制品
相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
本申請(qǐng)要求2004年12月20日提交的美國(guó)專利申請(qǐng)第11/019952號(hào)(該專利申請(qǐng)的內(nèi)容通過(guò)參考結(jié)合于此)的優(yōu)先權(quán)，專利申請(qǐng)第11/019952號(hào)是2003年7月16日提交的申請(qǐng)序列號(hào)為10/620,954并作為美國(guó)專利第6841791號(hào)授權(quán)的題為“MultipleHazard Protection Articles And Methods ForMaking Them"的專利的部分繼續(xù)申請(qǐng)，申請(qǐng)10/620，954是2002年9月9日提交的申請(qǐng)序列號(hào)為10/238160并以題為“Lightweight Radiation ProtectiveArticles And Methods For Making Them"的美國(guó)專利第6828578號(hào)授權(quán)，又作為美國(guó)專利第6828578B2于2004年12月7日授權(quán)的專利的部分繼續(xù)申請(qǐng)，申請(qǐng)10/238160本身是2001年8月27日提交的申請(qǐng)序列號(hào)為09/940，681并作為美國(guó)專利第6459091B1于2002年10月I日授權(quán)的題為"LightweightRadiationProtective Garments"白勺專利的部分繼續(xù)申請(qǐng)，申請(qǐng)09/940，681是1998年12月7日提交的申請(qǐng)序列號(hào)為09/206671并作為美國(guó)專利第6281515號(hào)于2001年8月28日授權(quán)的題為"Lightweight Radiation ProtectiveGarments"的專利的部分繼續(xù)申請(qǐng)。這些先期申 請(qǐng)的內(nèi)容通過(guò)參考結(jié)合于此。
發(fā)明領(lǐng)域
本發(fā)明涉及輻射可檢測(cè)和防護(hù)制品。本發(fā)明的輻射檢測(cè)制品容易通過(guò)使用X射線和其它放射性輻射進(jìn)行檢測(cè)，生產(chǎn)這類輻射可檢測(cè)制品的方法和組合物也可用于生產(chǎn)能夠抵抗輻射以及其它類型的危害如火、化學(xué)、生物和射彈危害的制品。
發(fā)明背景
人類已經(jīng)以許多方式利用了輻射。最廣為人知的輻射的破壞性應(yīng)用是原子彈。原子彈釋放的電磁輻射能夠深深地穿透到人體組織中，破壞人體細(xì)胞。隨著恐怖活動(dòng)和恐怖分子通過(guò)使用容易獲得的原子能工業(yè)廢料來(lái)制備“臟彈(dirty bomb) ”的真實(shí)可能性的增加，近年來(lái)原子彈造成的威脅確實(shí)在上升。這類核彈對(duì)人類的破壞性威脅已經(jīng)促使人們需要高性價(jià)比的輻射保護(hù)，包括需要輕質(zhì)輻射防護(hù)服。在理想情況下，這類輕質(zhì)輻射防護(hù)服同時(shí)能夠抵抗其它類型的危害，例如火、化學(xué)、生物、射彈危害和其它形式的電磁輻射。這樣，緊急狀況處置人員(例如消防員、急救人員、警察或軍人)可以僅使用一件衣服而獲得保護(hù)，能夠抵抗他們將面臨的任何類型的危害。2003年7月16日提交的題為"MultipleHazard Protection Articles AndMethods For Making Them"的本申請(qǐng)人的共同待審查申請(qǐng)序列號(hào)10/620954中提及了這類“萬(wàn)能的”保護(hù)服，該文獻(xiàn)的內(nèi)容通過(guò)參考結(jié)合于此。
已經(jīng)開發(fā)了許多利用輻射的建設(shè)性應(yīng)用。這些建設(shè)性應(yīng)用包括醫(yī)用X射線和核電站。然而，輻射的其它建設(shè)性應(yīng)用還鮮為人知。例如，在許多工業(yè)中，使用自動(dòng)化高速機(jī)器迅速且廉價(jià)地制造產(chǎn)品。食品工業(yè)是這樣一類工業(yè)。例如，機(jī)器主要用來(lái)制造和包裝許多流行品牌的早餐谷類食品。為了擴(kuò)大這種大量生產(chǎn)的早餐谷類食品的市場(chǎng)，早餐谷類食品制造商通常在谷類食品盒中裝入獎(jiǎng)品或“獎(jiǎng)賞”。例如流行的超級(jí)英雄的模型。這種獎(jiǎng)品通常在包裝的過(guò)程中通過(guò)機(jī)器插入并密封在食品盒中。[0007]在采用高速自動(dòng)化制造工藝時(shí)，需要品質(zhì)控制程序。再看谷類食品盒的例子，如果谷類食品盒的組裝機(jī)器漏插了獎(jiǎng)品或者其獎(jiǎng)品插入設(shè)備擁堵，則許多谷類食品盒會(huì)在沒有獎(jiǎng)品的情況下被密封、運(yùn)輸和出售。因?yàn)?，?duì)于兒童谷類食品，購(gòu)買谷類食品盒主要就是為了獲取里面的獎(jiǎng)品，所以制造商沒有在谷類食品盒中裝入獎(jiǎng)品會(huì)導(dǎo)致消費(fèi)者憤怒和失望。
因此，特別是在高速制造工藝中，需要能夠迅速地檢查所制造的產(chǎn)品是否完全按照符合公司制造標(biāo)準(zhǔn)的方式制造(例如，裝入任何獎(jiǎng)品)，并且還檢查產(chǎn)品是否不含外來(lái)的污染物。對(duì)于谷類食品盒，這包括確保應(yīng)該具有獎(jiǎng)品的谷類食品盒確實(shí)包含了獎(jiǎng)品，并且不含有外來(lái)的污染物如石頭和金屬，這些污染物會(huì)無(wú)意地進(jìn)入最終的組裝中。
雖然人們通常通過(guò)肉眼檢查來(lái)保持品質(zhì)控制，但是對(duì)于在高速組裝線上制造的產(chǎn)品，肉眼檢查難以有效地進(jìn)行。肉眼檢查的一個(gè)問題是給予檢查人員足夠的時(shí)間進(jìn)行合適的檢查而不減慢制造工藝。在試圖檢查谷類食品盒中的獎(jiǎng)品時(shí)，這個(gè)問題就變得比較復(fù)雜，因?yàn)楣阮愂称泛性谝曈X上是不透明的，因而難以通過(guò)視覺檢查谷類食品盒中的對(duì)象，例如獎(jiǎng)品。發(fā)明概述
本發(fā)明包括用于形成輻射不透性聚合物制品的組合物和方法。當(dāng)這些輻射不透性聚合物制品用于高速自動(dòng)化制造工藝中時(shí)，它們的品質(zhì)和存在容易通過(guò)使用輻射檢查設(shè)備來(lái)確認(rèn)。
可通過(guò)使輻射不透性材料(例如，鋇、鉍、鎢或它們的混合物)與粉末聚合物、粒狀(palletized)聚合物或聚合物在溶劑或水中的液體溶液、乳液或懸浮液混合來(lái)形成本發(fā)明的輻射不透性聚合物制品。所述聚合物可有利地選自多種塑料，包括，但不限于，聚氨酯、聚酰胺、聚氯乙烯、聚乙烯醇、天然乳膠、聚乙烯、聚丙烯、乙烯-乙酸乙烯酯、聚酯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯、丙烯酸類、聚碳酸酯、聚甲醛、縮醛、聚四氟乙烯(TEFLON )、離聚物、纖維素、聚醚酮、硅樹脂、環(huán)氧樹脂、彈性體、聚合物泡沫和其它聚合物。
輻射不透性聚合物混合物隨后可通過(guò)許多現(xiàn)有的工業(yè)方法(例如注塑、擠出和熱成形)用于形成輻射不透性聚合物制品。例如，在注塑的情況中，輻射不透性聚合物混合物可以在擠出機(jī)中加熱，然后注入模中，直到它呈現(xiàn)出模的形狀。在輻射不透性聚合物混合物變硬、形成合適的模形狀后，將它從模中取出。在超級(jí)英雄模型的情況中，模制的模型隨后可用玻璃紙包裝，作為獎(jiǎng)品插入谷類食品盒中。
還可以通過(guò)將輻射不透性粘合劑混合物噴涂、粘著或涂布到現(xiàn)有的制品上，來(lái)有利地形成輻射不透性制品。例如，使輕質(zhì)輻射不透性材料與粘合劑(例如樹膠粘合劑或液體聚合物)混合，可以形成輻射不透性粘合劑組合物。然后可通過(guò)將輻射不透性粘合劑混合物噴涂到制品上或者將制品浸潰到輻射不透性粘合劑混合物中而將輻射不透性粘合劑混合物施加到現(xiàn)有的制品上。
在制造過(guò)程中，輻射檢查設(shè)備可用于檢測(cè)輻射不透性聚合物制品的存在和品質(zhì)。在一個(gè)實(shí)施方式中，X射線通過(guò)輻射不透性聚合物制品本身或者裝有輻射不透性聚合物制品的可透過(guò)輻射的包裝。將X射線檢測(cè)器設(shè)置在輻射不透性聚合物制品的相對(duì)一側(cè)，以檢測(cè)輻射被削弱的位置和輻射透過(guò)的位置。通過(guò)這種X射線檢測(cè)器，可以確認(rèn)輻射不透性聚合物制品的存在，如果需要的話，還可以確定輻射不透性聚合物制品的品質(zhì)(例如，適當(dāng)?shù)某叽纭⒘?、沒有缺陷等)。這種X射線檢測(cè)器還可以確保最終產(chǎn)品中不含有不利的外來(lái)污染物，例如石頭或金屬碎片。
許多用于產(chǎn)生輻射不透性可檢測(cè)物體的方法和組合物還可用于防范寬范圍的電離輻射，例如中子、紫外、Y和射頻輻射。例如，在本發(fā)明人共同待審查的優(yōu)先權(quán)申請(qǐng)序列號(hào)10/620954 (其內(nèi)容通過(guò)參考結(jié)合于此)中，本發(fā)明的輻射不透性聚合物用于產(chǎn)生輻射防護(hù)月艮，在一些情況中，這些輻射防護(hù)服還可以防范其它危害(例如，火、化學(xué)、生物、射彈等)。類似地，按照將輻射保護(hù)材料的粘合劑混合物噴涂到現(xiàn)有的物體上以使該物體具有輻射檢測(cè)性相同的方式，將相同類型的材料噴涂到輻射保護(hù)服上，以削弱輻射。
作為本發(fā)明的另一部分，納米技術(shù)的新近發(fā)展可用來(lái)產(chǎn)生更好地輻射可檢測(cè)和削弱輻射的制品。在某些實(shí)施方式中，這些削弱輻射的制品還可以提供防范其它類型的危害，例如，火、化學(xué)、生物、射彈危害和寬范圍的電磁輻射能量。由于這些納米材料的尺寸小和表面積/體積比高，它們表現(xiàn)出獨(dú)特的電學(xué)、機(jī)械和光學(xué)性質(zhì)。在本發(fā)明中，各種類型的納米材料可用于提高產(chǎn)品的機(jī)械性質(zhì)、熱性質(zhì)、削弱和阻擋保護(hù)性質(zhì)。
在本發(fā)明中，至少按照三種不同的方式使用納米材料。在一個(gè)實(shí)施方式中，將納米材料加入到先前揭示的防輻射聚合物混合物中，以提高防輻射功能或提供其它保護(hù)，例如防火、防化學(xué)、防生物和/或防射彈保護(hù)。在第二個(gè)實(shí)施方式中，將由輻射不透性材料(例如鋇、鉍、鎢等)形成的納米顆粒用于防輻射混合物，以代替體積更大的相同或類似輻射不透性材料形式。使用這類輻射不透性納米材料能夠使輻射不透性材料更均勻地分散在聚合物混合物中，從而還有可能在聚合物變脆之前使輻射不透性材料的濃度更高。在第三個(gè)實(shí)施方式中，納米材料形成不連續(xù)的納米材料層，這種不連續(xù)的納米材料層可以加入到產(chǎn)品中，或者形成獨(dú)立的產(chǎn)品。
用于本發(fā)明的納米材料包括納米顆粒、納米管和納米板。納米顆粒主要作為實(shí)心顆粒形成，但是也可以由空心納米球、納米殼、半球、拋線體(parabolas)等組成。納米顆粒可由各種金屬/非金屬粉末形成，包括氧化物、硫化物和陶瓷粉末。納米板是層狀納米材料，包括天然納米粘土和合成納米粘土，例如硅酸和過(guò)渡金屬二硫?qū)僭鼗?即與鋰互相作用的鉭的二硫?qū)僭鼗?。納米管是直徑為幾納米，但是長(zhǎng)度可以為幾微米的管狀納米材料。
為了削弱無(wú)線電波、紫外線和電離輻射之類的電磁輻射，可由常規(guī)的輻射不透性材料形成納米顆粒，所述材料如鎢、鉭、鋇或它們的化合物，殼結(jié)構(gòu)如金屬涂布的磁性顆粒(例如Fe2O3Au、Si02/Au)，或其它涂布的半導(dǎo)體顆粒(例如PbS/CdS)?？招慕饘佟⒔饘傺趸?硫化物納米球或其它化合物的納米球；具有拋物線、半球形狀和殼結(jié)構(gòu)的納米顆粒也可用于本發(fā)明。成形的納米顆粒(例如納米拋物線、納米半球、納米球等)據(jù)信會(huì)以類似鏡面折射、反射和捕獲光波的形式折射、反射和捕獲輻射。因?yàn)檫@些成形的納米顆粒據(jù)信削弱輻射的程度與粉末輻射不透性納米顆粒不同，所以這些成形的納米顆粒不需要由輻射不透性材料形成，而是可以由金屬/半導(dǎo)體混合顆粒之類的材料形成。例如，混合CdS涂布的Ag納米顆粒表現(xiàn)出紅移的等離子體激元(plasmon)共振吸收。金屬納米顆粒的這種共振吸收帶是顆粒粒度的函數(shù)。隨著粒度減小，可以達(dá)到最大吸收強(qiáng)度的理論波長(zhǎng)。通過(guò)產(chǎn)生這些具有特定形狀和曲率的納米球、納米半球和納米拋物線結(jié)構(gòu)，可利用針對(duì)光譜中較小波長(zhǎng)的光學(xué)性質(zhì)，以削弱無(wú)線電波、紫外線和電離輻射頻率的電磁輻射。不同于重金屬吸收電磁輻射，這種情況是使電磁輻射有效地改變方向、遷移或反射，使得它的能量被降低到較低的水平或者轉(zhuǎn)化為熱量。
為了提高聚合物混合物的化學(xué)和阻燃性質(zhì)，可以將適當(dāng)組成的納米材料均勻地分散在聚合物混合物中。例如，當(dāng)納米粘土適當(dāng)?shù)胤稚⒃诰酆衔镏袝r(shí)，由于在聚合物基質(zhì)中產(chǎn)生彎曲的通道，使有害的化學(xué)、生物試劑和其它氣體(例如氧氣)難以穿透聚合物而提高了納米粘土的化學(xué)性質(zhì)。為了提高聚合物的阻燃性質(zhì)，可以將少量(2-10%)納米粘土或其它納米板與常規(guī)阻燃劑一起加入，所述常規(guī)阻燃劑例如三水合鋁、氫氧化鎂或其它有機(jī)溴化物和有機(jī)氯化物，它們可以是納米規(guī)格或微米規(guī)格的。納米管可用于增強(qiáng)聚合物混合物的機(jī)械性質(zhì)，例如拉伸強(qiáng)度、撓性、模量和電導(dǎo)率。
將納米材料分散到聚合物混合物中的常規(guī)方法有三種。第一種是將聚合物和作為獨(dú)立相或溶液的納米材料直接混合。第二種是在納米材料存在下進(jìn)行原位聚合，第三種是包括原位形成納米材料和原位聚合的原位顆粒處理。此外，可以通過(guò)若干技術(shù)將納米材料涂布在多種基材上，這些技術(shù)例如氣化、濺射(輝光放電、離子束、激光)、離子電鍍、化學(xué)氣相沉積(CVD)、等離子體增強(qiáng)CVD、熱噴涂、浸潰涂布、流化床和霧化液體噴涂。還應(yīng)注意到，納米材料往往會(huì)團(tuán)聚以減小它們的表面積，因此，不適當(dāng)分散和分布在聚合物基質(zhì)中，所得納米復(fù)合物就不能獲得所需的性質(zhì)。為了將納米材料分散在聚合物中，并且通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)制造技術(shù)加工所得混合物，應(yīng)該優(yōu)選對(duì)納米材料進(jìn)行表面改性。例如，在納米粘土的情況中，通過(guò)已知的增容處理方法對(duì)粘土表面進(jìn)行改性，使得納米粘土顆粒能夠被吸附在樹脂基質(zhì)上，從而得到充分地分散。兩種已知的最常規(guī)的增容方法是鎗離子改性和離子-偶極子相互作用。
通過(guò)在本發(fā)明的聚合物混合物中結(jié)合納米材料或者產(chǎn)生純納米層，可以產(chǎn)生輻射防護(hù)屏，對(duì)制品進(jìn)行輻射檢測(cè)、輻射保護(hù)(紫夕卜、射頻、電磁、X射線輻射或Y輻射)或“通用”保護(hù)(即防范一種或多種危害，如中子輻射、火、化學(xué)、生物或射彈危害)。如先前參考的專利申請(qǐng)中所述，可另行將所得的含有或不含有納米材料的輻射不透性聚合物混合物層疊到化學(xué)膜、防彈織物(織造或非織造)或阻燃材料上。
附圖簡(jiǎn)要說(shuō)明
圖I顯示本發(fā)明的輻射不透性聚合物制品的正視圖。
圖2顯示用于產(chǎn)生本發(fā)明的輻射不透性聚合物制品的注塑設(shè)備的側(cè)視圖。
圖3顯示用于檢測(cè)高速組裝線上輻射不透性聚合物制品的存在和品質(zhì)的設(shè)備的透視圖。
圖4顯示全身輻射防護(hù)服的正視圖。
圖5A顯示用于削弱輻射的納米半球的側(cè)視圖。
圖5B顯示用于削弱輻射的納米球的側(cè)視圖。
圖6顯示可提供多種形式的危害防護(hù)的復(fù)合材料的截面圖。
圖7顯示由多個(gè)危害防護(hù)層形成的背心。
圖8顯示可作為內(nèi)衣穿著的防護(hù)衣的分解圖。
圖9顯示了口袋和用于該口袋的危害保護(hù)插件。

圖10顯示了削弱輻射的炸彈容納器的透視圖。
發(fā)明詳述
現(xiàn)在參看圖1，顯示了本發(fā)明的輻射不透性聚合物制品10的一個(gè)例子。在該例子中，輻射不透性聚合物制品10是作為塑料玩具模型插入到谷類食品盒中的獎(jiǎng)品。輻射不透性聚合物制品10優(yōu)選由包含一種或多種輻射不透性材料和一種或多種聚合物的聚合物混合物形成。包含一種或多種輻射不透性材料對(duì)于該聚合物混合物來(lái)說(shuō)是重要的，因?yàn)榫酆衔锉旧韺?duì)于許多形式的輻射如X射線基本是可以透過(guò)的，因此僅使用聚合物不會(huì)產(chǎn)生有效的輻射不透性聚合物制品。
對(duì)于輻射不透性材料，硫酸鋇、鎢和鉍優(yōu)選用于本發(fā)明，這是因?yàn)榕c鉛相比，這些材料所已知的對(duì)健康的危害更少。也可以使用其它輻射不透性材料，包括但不限于鋇、其它鋇化合物(例如，氯化鋇)、鎢化合物(例如，碳化鎢和氧化鎢)、鉍化合物、鉭、鉭化合物、錫、鈦、鈦化合物、泛影葡胺(Diatrizoate Meglumine I η j. USP,由NycomedCorporation 以商品名 HYPAQUE 出售)、醋碘苯酸鈉(Acetrizoate Sodium)、硼、硼酸、硼氧化物、硼鹽、其它硼化合物、鈹、鈹化合物、丁碘桂酸鈉(Bunamiodyl Sodium)、泛影鈉(Diatrizoate Sodium)、乙碘油(Ethiodized Oil)、碘苯酸氨酸(IobenzamicAcid)、碘卡明酸(Iocarmic Acid)、碘西他酸(Iocetamic Acid)、膽影酸(Iodipamide)、碘克沙醇(Iodixanol)、碘化油(Iodized Oil)、碘阿芬酸(Iodoalphionic Acid)、鄰碘馬尿酸鈉(o-Iodohippurate Sodium)、碘酞鈉(Iodophthalein Sodium)、烏里俄通(Iodopyracet)、甘氨碘苯酸(IoglycamicAcid)、碘海醇(Iohexol)、碘漫酸(Iomeglamic Acid)、碘帕醇(Iopamidol)、碘番酸(Iopanoic Acid)、碘噴托(Iopentol)、碘苯酉旨(Iophendylate)、碘酌■酸(Iophenoxic Acid)、碘普胺(Iopromide)、碘普羅酸(Iopronic Acid)、碘卩比多(Iopydol)、碘卩比酮(Iopydone)、碘他拉酸(Iothalamic Acid)、碘曲侖(Iotrolan)、碘佛醇(Ioversol)、碘克沙酸(Ioxaglic Acid)、碘昔蘭(Ioxilan)、3_{[( 二甲氨基)亞甲基]氨基}-2,4,6_三碘苯丙酸(Ipodate)、醋碘苯酸葡胺(MeglumineAcetrizoate)、泛影葡胺碘甲橫鈉(Meglumine Ditrizoate Methiodal Sodium)、甲泛葡胺(Metrizamide)、甲泛影酸(Metrizoic Acid)、碘芬布酸(Phenobutiodil)、四碘酌·酞鈉(PhentetiothaleinSodium)、丙碘酮(Propyliodone)、甲碘批酮酸鈉(Sodium Iodomethamate)、二碘酌·橫酸(Sozoiodolic Acid)、氧化娃(ThoriumOxide)和臺(tái)盼鈉(Trypanoate Sodium)。這些福射不透性材料可從許多化學(xué)供應(yīng)公司購(gòu)買，例如Fisher Scientific, P. O. Box 4829,Norcross，Georgia 30091 (電話1-800-766-7000)，Aldrich Chemical Company, P. 0. Box2060,Milwaukee, Wisconsin (電話1-800-558-9160)和 Sigma, P. 0. Box 14508, St. Louis,Missouri 63178(電話1-800-325-3010)。本領(lǐng)域技術(shù)人員容易意識(shí)到結(jié)合了相同金屬的其它輻射不透性材料可與上述材料替換使用。
用于本發(fā)明的聚合物混合物的聚合物優(yōu)選自多種塑料，包括但不限于聚氨酯、聚 酰胺、聚氯乙烯、聚乙烯醇、天然乳膠、聚乙烯、聚丙烯、乙烯-乙酸乙烯酯、聚酯、聚異戊二烯、聚苯乙烯、聚砜、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯、丙烯酸類、聚碳酸酯、聚甲醛、縮醛、聚四氟乙烯(TEFLON )、離聚物、纖維素、聚醚酮、硅樹脂、環(huán)氧樹脂、彈性體、聚合物泡沫和其它聚合物。
聚合物混合物可包含常規(guī)的添加劑以提高最終產(chǎn)品的撓性、強(qiáng)度、耐久性或其它性質(zhì)和/或有助于確保聚合物混合物具有合適的均一性和一致性。在合適的情況中，這些添加劑可以是增塑劑(例如，環(huán)氧豆油、乙二醇、丙二醇等)、乳化劑、表面活性劑、懸浮劑、流平劑、干燥促進(jìn)劑、粘合劑、流動(dòng)增強(qiáng)劑和阻燃劑。[0042]可以調(diào)整這些聚合物混合物組分的比例。使用較高比例的常規(guī)尺寸的輻射不透性材料通?？梢愿菀椎赝ㄟ^(guò)輻射檢測(cè)技術(shù)確認(rèn)輻射不透性聚合物制品的存在和品質(zhì)。但是，如果常規(guī)尺寸的輻射不透性材料的比例與聚合物相比太高，則聚合物混合物在干燥或冷卻時(shí)會(huì)變脆，容易破碎。本發(fā)明人從其工作中已經(jīng)發(fā)現(xiàn)聚合物混合物中超過(guò)50重量％可以是硫酸鋇、鎢、鉍或其它常規(guī)尺寸的輻射保護(hù)性材料，混合物中剩余的部分大多由聚合物組成。
在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中，聚合物混合物含有大約85重量％的常規(guī)尺寸的輻射不透性材料和大約15重量％的聚合物。在該優(yōu)選實(shí)施方式中，用于聚合物混合物的輻射不透性材料是鎢(75% )、硫酸鋇(20% )和鉍(5% )。目前用于此優(yōu)選實(shí)施方式的優(yōu)選聚合物是乙基乙烯基乙酸酯(EVA)和聚乙烯的混合物。考慮使用鉛作為用于聚合物混合物的一種輻射不透性材料也是合適的。雖然由于對(duì)健康存在潛在危害，鉛不像上述其它輻射不透性材料那么優(yōu)選，但是鉛還是可以用于一些輻射不透性聚合物混合物。
可以有利地使用許多已知的制造方法來(lái)產(chǎn)生本發(fā)明的輻射不透性聚合物制品。例如，本發(fā)明的輻射不透性聚合物混合物可以首先熔化在擠出機(jī)中，然后通過(guò)活塞以熔融形式推動(dòng)到注塑機(jī)器的模中。圖2顯示了這種注塑機(jī)器20。在圖2的實(shí)施方式中，將輻射不透性聚合物混合物24裝入漏斗26中。然后通過(guò)漏斗26將輻射不透性聚合物混合物24加入到擠出機(jī)30中，通過(guò)使用擠出加熱器32使聚合物混合物24熔化至面團(tuán)似的稠度。擠出桿34推動(dòng)熔化的聚合物混合物向模40移動(dòng)。在熔化的聚合物混合物離開擠出機(jī)30時(shí)，通過(guò)擠出機(jī)噴嘴36在壓力下被注入到模40中。當(dāng)聚合物混合物在模40中冷卻時(shí)，可以最終的形式從模40中取出。Walter的美國(guó)專利第6，572，801 BI號(hào)中描述了注塑設(shè)備和工藝的其它例子，該文獻(xiàn)的內(nèi)容通過(guò)參考結(jié)合于此。
熱塑性材料、熱固性材料和彈性體都可以注塑。通過(guò)使用多個(gè)進(jìn)入模40的進(jìn)口(未示出)，共注塑工藝可以模塑不同材料、顏色和/或特征的組分。而且，根據(jù)注塑制品的形狀、厚度、重量范圍、容許公差、表面粗糙度和經(jīng)濟(jì)批料規(guī)模，使用其它類型的模塑技術(shù)。這些其它類型的模塑技術(shù)包括，但不限于，用于大空心閉合或半閉合結(jié)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)模塑、吹塑、泡沫成型、壓縮模塑、樹脂傳遞模塑、壓模、砂型鑄造、熔模鑄造、聚合物鑄造、成形輥軋、熱模鍛、擠出、壓制成形、成形軋制、旋壓、熱成型、層疊法、粉末法、激光原型制作和沉積。
可使用許多其它已知的塑料成形技術(shù)來(lái)形成本發(fā)明的輻射不透性聚合物制品。例如，本發(fā)明的聚合物混合物可以再次被放入到擠出機(jī)的漏斗中，加熱，在此情況中，以熔融形式作為薄膜沉積到傳送帶上。然后對(duì)薄膜施加真空壓，使熔融薄膜與模壓痕(moldimpression)緊密接觸,形成所需形狀的薄膜。Gilbert的美國(guó)專利第6319456 BI號(hào)中更詳細(xì)地描述了這類真空成形技術(shù)的例子，該文獻(xiàn)的內(nèi)容通過(guò)參考結(jié)合于此?；蛘撸皇菍⒈∧だ胝婵漳Ｖ?，而是僅僅將薄膜片切割成所需的平面形狀。
又或者，預(yù)形成制品(例如超級(jí)英雄)，然后通過(guò)施加輻射不透性薄層來(lái)產(chǎn)生輻射不透性。在此情況中，使輕質(zhì)輻射不透性材料與粘合劑(例如樹膠粘合劑或液體聚合物)混合，可以有利地形成輻射不透性層。然后可通過(guò)將輻射不透性粘合劑混合物噴涂到制品的外部或使制品浸潰到輻射不透性粘合劑混合物的溶液中而將輻射不透性粘合劑混合物施加到預(yù)形成的制品上。[0049]用于圖2所示的注塑工藝的模具的形狀可以是例如圖I所示的超級(jí)英雄模型10的形狀。除了獎(jiǎng)品外，注塑工藝目前還用于產(chǎn)生許多其它類型的塑料制品，這些塑料制品成為本發(fā)明的輻射不透性聚合物制品將是有益的。例如，為了使兒童在飲果汁時(shí)不濺出，通常在兒童果汁盒上附著有塑料吸管。類似地，在每份用塑料盒裝載的食品中通常附帶有塑料器具(例如勺子或叉子)。如果在食品盒中遺漏了吸管或其它器具，則使用者必須扔掉產(chǎn)品或者嘗試用手去吃食品盒中的食物，從而需要收拾帶來(lái)的混亂。如果該實(shí)施例中吸管或其它器具由本發(fā)明的輻射不透性聚合物制成，則可使用輻射檢查設(shè)備來(lái)確保所有離開組裝線的食品盒都附帶有輻射不透性吸管或其它器具。
因?yàn)樵谠搶?shí)施例中，吸管或其它器具接觸使用者的口腔，所以選擇無(wú)毒性的輻射不透性材料(例如硫酸鋇、碘、鉍或它們的組合或它們的化合物)而不是毒性材料(例如鉛)用于聚合物混合物是非常重要的。在選擇合適的輻射不透性材料時(shí)需要考慮的另一個(gè)因素是材料提供的輻射削弱的程度。例如，在吸管和果汁盒的例子中，紙板果汁盒自由地透過(guò)輻射。因此，不需要具有強(qiáng)削弱性質(zhì)的輻射不透性化合物在吸管和盒之間產(chǎn)生足夠的輻射對(duì)比。更具體地，具有較弱削弱性質(zhì)的輻射不透性化合物(例如碘化合物)可用于吸管和果汁盒的例子，或者具有較強(qiáng)削弱性質(zhì)的輻射不透性化合物(例如鉍化合物)可以較低 的濃度使用。
其它包裝工業(yè)也可以得益于本發(fā)明的原理。在一次性醫(yī)療產(chǎn)品中，大部分器件由塑料制成，如果器件中含有的任何部分丟失，整個(gè)器件將無(wú)法使用。使用本發(fā)明的輻射不透性塑料，在工廠對(duì)密封的醫(yī)療包裹進(jìn)行X射線檢查，可以確保醫(yī)療器械中所有的組成部分都存在。此外，在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，可使用本發(fā)明的原理用輻射不透性材料制造導(dǎo)管，這樣可以使用X射線儀器小心地監(jiān)控導(dǎo)管插入到人體中的情況。通過(guò)監(jiān)控導(dǎo)管的插入，醫(yī)生可以確保導(dǎo)管到達(dá)患者體內(nèi)的正確位置。
作為另一個(gè)用途，目前可由塑料生產(chǎn)槍、刀和爆炸物，機(jī)場(chǎng)使用的X射線掃描儀無(wú)法檢測(cè)到這些物品。如果這些塑料槍、刀和/或爆炸物在恐怖分子手中，則他們可用于威脅飛機(jī)乘務(wù)員和乘客。利用本發(fā)明的原理，政府可以要求所有塑料槍、刀和爆炸物中結(jié)合本發(fā)明的一種或多種輻射不透性材料，則機(jī)場(chǎng)所用的X射線掃描儀就很容易檢測(cè)出這些塑料物品?？紤]到在機(jī)場(chǎng)檢測(cè)槍、刀和爆炸物的極度重要性，政府應(yīng)該要求具有高削弱性質(zhì)的輻射不透性化合物(例如鉍化合物)用于這些用途。
現(xiàn)在參看圖3，說(shuō)明了用于檢測(cè)本發(fā)明的輻射不透性聚合物制品10的輻射檢查設(shè)備50和方法。在圖3所示的方法中，在高速制造工藝中，結(jié)合了輻射不透性聚合物制品10的盒子或其它容器52沿著傳輸帶60移動(dòng)。在此優(yōu)選的實(shí)施方式中，X射線管70用于產(chǎn)生檢測(cè)盒子或其它容器52中是否存在輻射不透性聚合物制品10所需的輻射。X射線管70由X射線控制器72控制，該控制器72輸送控制信號(hào)到高壓發(fā)生器74。高壓發(fā)生器74在X射線管70的陽(yáng)極和陰極之間施加高壓，產(chǎn)生X射線76。具有狹縫79的鉛板78設(shè)置在X射線管70和盒子或其它容器52之間。該鉛版79用于使X射線集中在待檢查的盒子或其它容器52上，防止外來(lái)X射線傷害制造工人。
在X射線通過(guò)待檢查的盒子或其它容器52后，通過(guò)X射線檢測(cè)器80檢測(cè)X射線。X射線檢測(cè)器80包括閃爍器和一個(gè)或多個(gè)MOS圖象傳感器。在這種裝置中，入射的X射線通過(guò)閃爍器轉(zhuǎn)化為可見光，被MOS圖象傳感器檢測(cè)。MOS圖像傳感器隨后輸出檢測(cè)信號(hào)82，該檢測(cè)信號(hào)的特征對(duì)應(yīng)于所檢測(cè)的入射X射線輻射的量。
信號(hào)處理器84用于分析從X射線檢測(cè)器80接收的檢測(cè)信號(hào)82。因?yàn)楹凶?2本身能夠均勻地透過(guò)X射線輻射，沒有中斷的檢測(cè)信號(hào)表明盒子52中沒有輻射不透性聚合物制品10。相反，因?yàn)檩椛洳煌感跃酆衔镏破?0會(huì)阻斷一部分輻射，所以具有尖銳的不連續(xù)的檢測(cè)信號(hào)通常表明盒子中存在輻射不透性聚合物制品10。
可通過(guò)測(cè)量X射線檢測(cè)器80檢測(cè)到的X射線的水平或圖案來(lái)進(jìn)一步確定盒子52中確實(shí)存在輻射不透性聚合物制品10。例如，可以測(cè)量X射線檢測(cè)器80檢測(cè)的包含輻射可檢測(cè)制品10的盒子52的輻射的量，并作為模板載入數(shù)據(jù)處理器84的存儲(chǔ)器中。然后數(shù)據(jù)處理器84可以將傳輸帶60上后面的各盒子52的水平與存儲(chǔ)的模板的值相比較，如果兩個(gè)值在預(yù)先確定的公差范圍內(nèi)匹配，則數(shù)據(jù)處理器84可以得出盒子52中確實(shí)含有輻射不透性聚合物制品10的結(jié)論。如果相反，則數(shù)據(jù)處理84的結(jié)論是盒子52中缺少輻射不透性聚 合物制品10，它會(huì)將信號(hào)輸送到警報(bào)器86，提醒工作人員注意該缺陷盒12。或者，數(shù)據(jù)處理器84可以指示操作單元88停止組裝線或者將該缺陷盒從組裝線中剔除。
為了更精確地檢查，X射線檢測(cè)器80可以具有檢測(cè)像素的圖案，各像素檢測(cè)較小的指定區(qū)域內(nèi)X-射線輻射的透過(guò)率。為了建立模板，包含輻射不透性聚合物制品10的盒子52用X射線照射，通過(guò)像素圖案檢測(cè)X射線。然后將各像素檢測(cè)的X射線的水平作為模板存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)處理器84的存儲(chǔ)器中，用于之后的檢查。然后對(duì)于各像素，數(shù)據(jù)處理器84對(duì)制造過(guò)程中檢查的各盒52的檢測(cè)輻射的水平與存儲(chǔ)的模板進(jìn)行比較，首先確定在預(yù)定的公差范圍內(nèi)，所檢查的盒子52中是否含有輻射不透性聚合物制品10。從具體的檢測(cè)像素接收的數(shù)據(jù)隨后可用于確定輻射不透性聚合物制品的形狀。而且，使用檢測(cè)像素還可以分析輻射不透性聚合物制品10中是否存在裂縫、缺口或其它缺陷。Sawada的美國(guó)專利第6574303B2中更詳細(xì)地描述了在輻射不透性設(shè)備中使用像素?cái)?shù)據(jù)檢測(cè)制品中裂縫或缺口的存在，該文獻(xiàn)的內(nèi)容通過(guò)參考結(jié)合于此。
除了檢測(cè)盒中所需物品的存在和品質(zhì)之外，圖3所示的輻射檢查設(shè)備50可以同時(shí)或者單另檢測(cè)不希望出現(xiàn)的污染物，例如石頭、污垢或金屬碎片。因?yàn)檫@類污染物削弱輻射的程度與盒子和輻射不透性聚合物不同，數(shù)據(jù)處理器84可以利用檢測(cè)到的輻射削弱程度上的可疑差別來(lái)發(fā)出警報(bào)86，或者利用操作單元88停止傳輸帶60。
迄今為止，焦點(diǎn)集中在用于形成輻射不透性可檢測(cè)制品的方法和組合物上。然而，許多同樣的原理可應(yīng)用于制造防輻射(包括紫外、電磁、射頻、X射線和Y輻射)和其它危害(例如，火、化學(xué)、生物和炸彈危害)的有害影響的制品上。例如，在本發(fā)明人的共同待審查優(yōu)先權(quán)申請(qǐng)序列號(hào)10/620954中，本發(fā)明的輻射不透性聚合物可用于制造防范輻射和其它危害的衣服，該文獻(xiàn)的內(nèi)容通過(guò)參考結(jié)合于此。類似地，與之前例子中輕質(zhì)輻射防護(hù)材料被噴涂、粘著或涂布到預(yù)形成的物品上，使得它具有輻射可檢測(cè)性的方式相同，相同類型的混合物也可以被噴涂、粘著或涂布到衣服上，使得它具有輻射防護(hù)性。
圖4顯示了全身服100，該衣服由本發(fā)明的輻射保護(hù)性聚合物混合物制成。為了提供完全的表面保護(hù)，全身服100應(yīng)該優(yōu)選是覆蓋人體每一部分的整體連身服。在手和腳區(qū)域周圍使用松緊帶112、114以確保緊密貼身?；蛘?，手套116、靴子118和面罩120可以是單獨(dú)的物件，它們與連身服的其余部分重疊，這樣就沒有皮膚表面暴露出來(lái)。全身服110還可以包括鉤式和圈式扣件或者拉鏈119，這樣使用者容易進(jìn)入全身服110中。在全身服110中優(yōu)選包括透明的眼罩124，以提供對(duì)面部的保護(hù)。為了簡(jiǎn)便起見，眼罩124可以是鉸合的(例如用角鉚釘126)，以使使用者可以向上和向下翻轉(zhuǎn)眼罩124?；蛘?，眼保護(hù)裝置可以是單獨(dú)的器件，例如安全眼鏡(未示出)。為了提供輻射保護(hù)，眼罩124優(yōu)選結(jié)合鉛或其它能夠削弱輻射的輻射不透性化合物。
參看圖6，顯示了復(fù)合材料的截面圖200，當(dāng)這種材料被結(jié)合到制品中時(shí)，能夠提供保護(hù)，除了抵抗由輻射造成的危害外，還能抵抗許多對(duì)生命有威脅的危害，包括毒性化學(xué)品、傳染性生物試劑、火和金屬射彈危害。作為這種多重危害保護(hù)復(fù)合材料的一部分，具有兩層織物204和208，在這兩層織物之間夾著輻射保護(hù)性聚合物混合物206。除了這三層204,206,208以外，還有其它層210、220、230，以防范不同的危害。例如，可以向三個(gè)輻射保護(hù)層204、206和208添加無(wú)孔化學(xué)保護(hù)層210和/或220。該無(wú)孔化學(xué)層可以是層疊在三個(gè)輻射保護(hù)層204、206、208之上的聚合物膜210和/或縫制或以其它方式附著在三個(gè)輻射保護(hù)層之上的化學(xué)保護(hù)織物220。
該化學(xué)保護(hù)層210、220可由已知的化學(xué)防護(hù)聚合物和/或織物制成。例如， 一類已知的化學(xué)防護(hù)織物是非織造織物，例如由DuPont以商品名Tyvek 出售的快速旋紡(f Iashspun)聚乙烯織物，聚丙烯織物，例如Kimberly-Clark ' s Kleenguard 、Kappler; s Proshield 1 >Lakeland; s Safeguard76 ,聚乙烯和聚丙烯的混合織物，以及纖維素基織物，例如DuPont' sSontara 和Kimberly Clark' s Prevail 。相似類型的非織造織物可以是一類層疊到非織造織物的一面或兩面上的塑料膜，包括DuPont' sTyChem 系列的織物，Kimberly Clark' s HazardGard I、II 織物，Kappler' s CPF 和Responder系列的織物，以及ILC Dover' s Ready lFabric 。這些非織造織物通常與三個(gè)輻射防護(hù)層204、206和208組合，通過(guò)縫制或其它方式將織物粘著在一起。
還可以使用聚氯乙烯和/或氯化聚乙烯膜(例如ILC Dover' sChemturion )賦予化學(xué)保護(hù)性。這些膜可以層疊或擠出到三個(gè)輻射保護(hù)層204、206和208上。
另一類化學(xué)保護(hù)層是層疊在織物上的具有精細(xì)孔的聚合物膜，所述織物例如Gore-tax 或聚丙烯基織物，諸如 DuPont' s NexGenll^KimberlyClark' s KleenguardUl tra > Lake land; s Mi cro-Max 和 Kappler' s Proshield2 。可以通過(guò)結(jié)合了吸附層的材料(例如由Blucher GmbH and Lanx出售的碳/織物組合)進(jìn)一步提供化學(xué)保護(hù)。另一類化學(xué)保護(hù)織物是在一面或兩面上都涂布了橡膠或塑料的織造織物。這些涂布的化學(xué)保護(hù)織物包括聚氯乙烯和尼龍復(fù)合物、聚氨酯/尼龍復(fù)合物、氯丁橡膠/芳族聚酰胺復(fù)合物、丁基/尼龍復(fù)合物、氯化聚乙烯/尼龍復(fù)合物、聚四氟乙烯(即Teflon )玻璃纖維復(fù)合物和氯丁基/芳族聚酰胺復(fù)合物。
因?yàn)榛瘜W(xué)保護(hù)層210、220優(yōu)選是無(wú)孔的，它還會(huì)防范傳染性生物試劑。
雖然圖6所示的織物僅僅通過(guò)向三個(gè)輻射保護(hù)層204、206、208添加一個(gè)或多個(gè)化學(xué)保護(hù)層210、220就可以提供寬范圍的保護(hù)，但是可以進(jìn)一步或另行選擇層210、220和230來(lái)防范其它的危害或促進(jìn)熱消散。例如，當(dāng)化學(xué)保護(hù)層210是塑料疊合層時(shí)，圖6所示的層220可以是另一種織造或非織造織物層，層230可以是防火層，例如由DuPont的Nomex⑧耐火芳族聚酰胺織物生產(chǎn)的層。其它類型的耐火材料包括Nomex 和Kevlar 芳族聚酰胺織物的組合(例如由Southern Mills出售的)、蜜胺樹脂與芳族聚酰胺纖維的組合、聚四氟乙烯(即Teflon )與芳族聚酰胺纖維的組合、人造絲與芳族聚酰胺纖維的組合、聚苯并咪唑與芳族聚酰胺纖維的組合、聚亞苯基苯并二噁唑與芳族聚酰胺纖維的組合、聚酰亞胺與芳族聚酰胺纖維的組合和Mylar 塑料膜。而且，傳統(tǒng)阻燃添加劑包括三水合鋁(ATH)、氫氧化鎂、或有機(jī)溴化物或氯化物?；蛘?，層230可以是由能攔截子彈(bulletstopping)的芳族聚酰胺和/或聚乙烯纖維生產(chǎn)的子彈或榴霰彈抵抗層。
由熱消散材料形成層230可能也是適宜的選擇。形成這種熱消散層的一種方法是按照輻射保護(hù)材料與聚合物混合形成輻射防護(hù)層206相同的方式將高熱導(dǎo)率的化合物(例如銀、銅、金、招、鈹、 丐、鶴、鎂、鋅、鐵、鎳、鑰、碳和/或錫)與聚合物混合。
雖然圖6中顯示了六層危害防護(hù)織物200，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員容易意識(shí)到可以生產(chǎn)多于或少于六層的多重危害防護(hù)織物。例如，圖6中顯示的織造或非織造織物層204和208可以省略。還可以將不同的危害防護(hù)層或熱消散層結(jié)合在一起形成單層。例如，雖然已經(jīng)發(fā)現(xiàn)本發(fā)明的輻射防護(hù)層206本身能夠提供優(yōu)越的熱消散性質(zhì)，但是向輻射防護(hù)層 206中的輻射不透性材料的混合物中添加強(qiáng)熱導(dǎo)體(例如銀、銅和/或鋁)能夠提高這些熱消散性質(zhì)。
現(xiàn)在參看圖7，顯示了具有額外的危害防護(hù)性質(zhì)的防彈背心300。大部分防彈背心300是常規(guī)設(shè)計(jì)，類似于Borgese的美國(guó)專利第4989266號(hào)中顯示的，該文獻(xiàn)的內(nèi)容通過(guò)參考結(jié)合于此。防彈保護(hù)主要由聚乙烯纖維層314和/或芳族聚酰胺纖維層316提供。用于防彈背心的可商購(gòu)聚乙烯織物包括Honeywell的Spectra 系列的超高分子量聚乙烯織物和Honeywell的Spectraguard 超高分子量聚乙烯織物(還包含玻璃纖維)。用于防彈背心的可商購(gòu)芳族聚酰胺織物包括DuPont的Kevlar 系列的芳族聚酰胺織物和Akzo的Twaron 系列的芳族聚酰胺織物。在此優(yōu)選的例子中，防彈背心具有一個(gè)或多個(gè)夾在兩個(gè)聚乙烯纖維層314之間的芳族聚酰胺纖維層316。為了得到針對(duì)子彈和榴霰彈的較高水平的保護(hù)，通常制造許多層芳族聚酰胺纖維314和/或聚乙烯纖維316。通過(guò)相互成90°的方向放置若干層防彈材料，并且將它們包封在熱塑性材料層之間來(lái)增加強(qiáng)度?？梢蕴砑犹沾珊桶逄峁└咚降谋Ｗo(hù)。圖7所示的防彈背心300優(yōu)選通過(guò)織物插入外殼312而保持在一起。
為了增加圖7所示的防彈背心300的危害防護(hù)性，可以插入額外的層320。在一個(gè)實(shí)施方式中，該額外層320是輻射防護(hù)層。通過(guò)對(duì)防彈背心增加這種輻射防護(hù)層，防彈背心將獲得防范輻射以及子彈和榴霰彈的保護(hù)性。類似地，可通過(guò)使用在討論圖6時(shí)描述的一類多層材料賦予防彈背心以防范火、化學(xué)和/或生物的保護(hù)性。在只有輻射防護(hù)的情況中，人們通常希望附加層320靠近使用者的身體，以利用輻射防護(hù)層優(yōu)越的熱消散性質(zhì)。相反，如果有防范火、化學(xué)和/或生物的織物，人們通常希望該層接近防彈背心的外側(cè)，以防止污染物滲入防彈背心300內(nèi)。
現(xiàn)在參考圖8，顯示了可用作內(nèi)衣的多部分(multipiece)保護(hù)服400。在一些實(shí)施方式中，人們最好掩飾穿戴了防護(hù)服的事實(shí)。例如，警察或其它緊急狀況處置人員需要防范輻射和其它危害，同時(shí)又不能提示他人存在這些危害。類似地，在機(jī)場(chǎng)操作X射線檢查儀的人員需要防止在整個(gè)工作日連續(xù)暴露于輻射，但是同時(shí)不能引機(jī)場(chǎng)乘客恐慌，擔(dān)心他們與這種X射線檢查儀偶然接觸。
在圖8的實(shí)施方式中，該多部分防護(hù)服包括背心410、兩個(gè)肩片420、一個(gè)后腹股溝片(rear groin flap) 430、一個(gè)前腹股溝片440和兩個(gè)股部片450。通過(guò)領(lǐng)口(headhole)412,可將背心410套在使用者的頭上，這樣前背心片414將覆蓋使用者的胸部，后背心片415將覆蓋使用者的背部。為了實(shí)現(xiàn)適貼配合，使用帶416將前背心片414與后背心片415連接?？梢栽S多已知的方法固定帶416，包括搭扣、VELCRO 緊固件、支撐板(tiestraps)、帶扣等。后腹股溝片430和前腹股溝片440用于保護(hù)使用者的腰部和腹股溝區(qū)域。后腹股溝片430套在使用者的臀部，而前腹股溝片440套在使用者的腹股溝。提供上部的帶434、444，使得后腹股溝片430和前腹股溝片440可以連接到背心410的底部，這樣它們可以從背心上懸掛。為了適貼配合，在腹股溝片430和440上都提供下部的帶432、442，它們能夠從腹股溝下部拉過(guò)，與匹配的腹股溝片430、440的下部的帶432、442連接。為了保護(hù)使用者的股部，提供兩個(gè)股部 片450。這些股部片450是彎曲的，使得它們能夠圍繞著使用者左股部和右股部。這些股部片的每一片上都具有四個(gè)帶452、454。下部的股部片帶452圍繞使用者的上部腿，與匹配的下部的股部片帶452系緊。相反，上部的股部片帶454可以與前腹股溝片440的下部系緊，或者如同下部的股部片帶452，可以圍繞著使用者的上部腿，與匹配的上部的股部片帶454系緊。通過(guò)肩片420保護(hù)使用者的肩部。這些肩片420用于覆蓋使用者的左肩和右肩，同時(shí)與背心410的上部418連接。通過(guò)使背心410的側(cè)部敞開和使用肩片420附件，本發(fā)明的多部分保護(hù)服400能夠使肩膀自由活動(dòng)，同時(shí)提供對(duì)重要器官的保護(hù)。類似地，通過(guò)將背心410與腹股溝片430、440和股部片450分離，使用者可以自由地移動(dòng)腿和軀干，同時(shí)獲得對(duì)重要器官的保護(hù)。
多部分保護(hù)服400由上述相同類型的輻射和危害防護(hù)材料制成。對(duì)于只防輻射的情況，可以按照共同待審查申請(qǐng)10/620954所述的方式將輻射防護(hù)聚合物膜施加到織物上，然后切割為圖8所示的形狀。或者，將圖6所示類型的多層材料或圖7所示類型的多層復(fù)合物切割為圖8所示的形狀，提供防范多種危害的保護(hù)性能，這些危害包括輻射、化學(xué)、生物或/和射彈危害。除了內(nèi)衣外，這些相同原理可應(yīng)用于生產(chǎn)防范危害的覆蓋物、防范“臟”彈或核彈的覆蓋物、夾克、褲子、襯衫、窗簾、X射線圍裙、背心、帽子、手套和類似的防護(hù)制品。這些相同的原理還可應(yīng)用于制造用于車輛、墻壁、器皿、飛機(jī)、航天器、房屋基礎(chǔ)設(shè)施和容器以阻擋寬范圍內(nèi)的電磁和電離輻射的襯墊或涂層。
圖9顯示了構(gòu)建多部分保護(hù)服400的組件的另一種實(shí)施方式。在該實(shí)施方式中，由標(biāo)準(zhǔn)織物以口袋形式構(gòu)建后腹股溝片530。然后以插件540的形式制備一層或多層保護(hù)層，這些插件能夠與口袋的頂部相配。為了防止插件540在插入后從口袋中掉落，在織物袋530的底部縫制帶536。根據(jù)所預(yù)期的危害，該采用織物袋530和插件540的方法允許使用不同類型的插件。例如，如果使用者僅面對(duì)輻射危害，那么可以使用僅防范輻射危害的插件。另一方面，如果還可能遇到射彈、化學(xué)或生物危害，則使用防范這些額外危害的更大體積的插件。這類口袋530和插件540還可以用于在背心410 (常見圖8)背部形成口袋，例如，提供對(duì)脊椎的額外保護(hù)，或者作為帶環(huán)以插入帶子或腰帶。
另外，近來(lái)納米技術(shù)的發(fā)展可用于生產(chǎn)更佳的輻射可檢測(cè)和防護(hù)制品。在某些實(shí)施方式中，這些輻射削弱制品還能夠提供保護(hù)，防范其它類型的危害(例如火、化學(xué)、生物和射彈危害)以及防范寬范圍內(nèi)的電磁輻射能量。
納米材料是具有結(jié)構(gòu)特征(例如，粒度或顆粒尺寸)的材料，至少在一個(gè)尺度方向上的尺寸為1-100納米。由于納米材料的小尺寸和高比表面積/體積比，這些材料表現(xiàn)出獨(dú)特的機(jī)械、電學(xué)、電子和光學(xué)性質(zhì)。另外，納米材料不同于常規(guī)的微米級(jí)材料，不那么容易產(chǎn)生較大的應(yīng)力集中，從而提高了它們的屈服強(qiáng)度、拉伸強(qiáng)度和楊氏模量。
在本發(fā)明中，至少按照三種不同的方式使用納米材料。在一個(gè)實(shí)施方式中，將納米材料加入到先前揭示的輻射防護(hù)性聚合物混合物中，以提高輻射防護(hù)或提供其它防護(hù)，例如防范火、化學(xué)、生物和/或射彈。在第二個(gè)實(shí)施方式中，由輻射不透性材料(例如鋇、鉍、鎢等)形成的納米顆?；蚱渌：Ρ７啦牧嫌糜诰酆衔锘旌衔?，而不是使用更大體積形式的相同或類似的防護(hù)材料。使用輻射不透性納米材料能夠使輻射不透性材料更均勻地分散在聚合物混合物中，從而有可能在聚合物變脆之前使輻射不透性材料的濃度更高。在第三個(gè)實(shí)施方式中，納米材料形成不連續(xù)的納米材料層，這種不連續(xù)的納米材料層可以加入到產(chǎn)品中，或者形成獨(dú)立的產(chǎn)品。
用于本發(fā)明的納米材料包括納米顆粒、納米管和納米板。
用于本發(fā)明的第一種類型的納米材料是納米顆粒。合適的納米顆粒包括常規(guī)輻射不透性材料的納米粉末、納米陶瓷、納米殼、納米球和其它半球和拋物線形狀的納米顆粒。 用輻射不透性納米粉末替代大體積輻射不透性材料或者在混合物中結(jié)合納米尺寸和微米尺寸的輻射不透性粉末，可以提高聚合物混合物中輻射不透性材料的相對(duì)比例。通過(guò)在聚合物中結(jié)合較高比例的輻射不透性納米粉末，所得產(chǎn)品的電磁輻射削弱能力增強(qiáng)。
輻射不透性材料的納米粉末可商購(gòu)，可使用標(biāo)準(zhǔn)的混合技術(shù)結(jié)合到聚合物中?？墒褂玫妮椛洳煌感约{米粉末的類型包括鎢、鋇、硼、鉛、錫、鉍、貧鈾、鈰、釔、鉭、鑭、釹和它們的化合物。鶴(APS 100納米)和鉭(APS 100納米)納米粉末可從例如ArgonideNanomaterial Technologies, Sanford, Florida購(gòu)買。氧化鋪、氧化乾或氧化釹的稀土福射不透性納米材料可從NanoProducts Corporation, Longmont, CO購(gòu)買。
而且，以空心納米球、納米半球、納米拋物線和納米殼的形狀形成的納米顆?？捎糜诒景l(fā)明，以實(shí)現(xiàn)寬電磁輻射波段內(nèi)的射電屏蔽和衰減。這些成形的納米顆粒據(jù)信能夠按照類似于鏡面折射、反射和捕獲光波的方式折射、反射和捕獲輻射。因?yàn)閾?jù)信這些成形的納米顆粒削弱輻射的方式與粉末輻射不透性納米顆粒不同，所以這些成形的納米顆粒不必由輻射不透性材料形成，而是可以由金屬/半導(dǎo)體混合顆粒之類的材料形成。例如，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)混合CdS涂布的金納米顆粒表現(xiàn)出紅移的等離子體激元共振吸收。金屬納米顆粒的這種共振吸收帶是顆粒粒度的函數(shù)。隨著粒度減小，可以達(dá)到具有最大吸收強(qiáng)度的理論波長(zhǎng)。通過(guò)產(chǎn)生具有特定形狀和曲率的這些金屬納米球、納米半球和納米拋物線結(jié)構(gòu)，其類光性質(zhì)可用來(lái)削弱較短波長(zhǎng)的電磁輻射，包括無(wú)線電波、紫外線和電離輻射，例如X射線和Y射線。不同于常規(guī)重金屬吸收或散射電磁輻射，這些納米顆粒有效地使電磁輻射改變方向、遷移或反射，然后轉(zhuǎn)化為較低的能量或熱量。
參看圖5A，顯示了納米半球的內(nèi)凹表面134對(duì)輻射132的折射。在圖5B中，輻射142通過(guò)納米球140的外凹表面144，但是在內(nèi)部反射，從而被該納米球140的內(nèi)凹表面146捕獲。
如同本領(lǐng)域中已知的，拋物線或半球形狀的調(diào)諧天線具有非常顯著的方向特征。類似地，當(dāng)納米級(jí)輻射產(chǎn)生類似的共振性質(zhì)時(shí)，人們優(yōu)先希望將納米材料的空間位置定向?yàn)楫a(chǎn)生能夠阻擋從特定方向(例如，保護(hù)服外部)來(lái)的輻射的層。但是，通過(guò)施加幾百層無(wú)規(guī)分布的顆粒的涂層，可以有效地實(shí)現(xiàn)對(duì)所有方向的屏蔽。為了獲得更佳的性能，這類納米材料的涂層應(yīng)該具有最少量的空隙。因此，在制備納米材料和粘合劑的混合物時(shí)，納米材料應(yīng)該優(yōu)選占據(jù)涂層的大部分，例如，超過(guò)70重量％，更優(yōu)選在85重量％至95重量％。
還可以向輻射不透性聚合物混合物中加入陶瓷納米顆粒，不僅提高機(jī)械強(qiáng)度，如拉伸強(qiáng)度和蠕變阻力，而且提高了耐熱性、防彈性、電磁削弱能力和中子發(fā)射削弱能力?？梢杂欣貙⑻沾杉{米粉末結(jié)合到聚合物混合物中，以提供輻射削弱能力，這些陶瓷納米粉末包括，但不限于，鋁、鋯、硅、鈦的氧化物、富鋁紅柱石和尖晶石，以及碳化物/氮化物，諸如碳化硼、碳化硅、碳化鈦、碳化鎢、氮化硼、氮化硅、二硼化鈦、二硼化鋯和其它金屬間化合物，例如鋁化鎳、鋁化鈦和二硅酸鑰?？赏ㄟ^(guò)許多方法制備這些陶瓷納米材料，包括化學(xué)氣相沉積、脈沖激光沉積、常規(guī)粉末加工(即溶膠-凝膠方法)、等離子體合成、高溫分解、碳熱還原、水熱處理、乳化處理、燃燒合成、NIST方法、沉淀、電弧和球磨。還可以向陶瓷中加入金屬第二相顆粒，以提高機(jī)械、熱學(xué)和電磁削弱方面的性質(zhì)。可以使用常規(guī)粉末冶金技術(shù)和溶液化學(xué)方法如溶膠-凝膠以及共沉淀方法將鎢、鑰、鎳、銅、鈷和鐵之類的金屬加入到陶瓷中?；蛘?，可以通過(guò)幾種其它技術(shù)合成納米顆粒。一種這樣的技術(shù)是膠體模板技術(shù)，其中在多步膠體或氣相組裝中用金屬材料涂布內(nèi)部可移動(dòng)的模板顆粒如二氧化硅和聚合物球，然后移去模板顆粒，產(chǎn)生空的金屬殼。通過(guò)膠體自組裝在顆粒模板上產(chǎn)生均勻的涂層是基于自組裝的有機(jī)分子物質(zhì)的概念。連接的分子的兩端具有特定的官能團(tuán)(即硫醇、胺、羧基)，能夠指定與模板和用于制備涂層的團(tuán)簇體發(fā)生特定的相互作用。分子圍繞模板的均勻密堆積導(dǎo)致團(tuán)簇體的緊密堆積，圍繞模板形成多孔但滿空間的殼。無(wú)相互作用的金屬涂布的磁性顆粒，包括S i 02/Au、Fe3O4Au、Ni 0/Co、銀、鉬、鉭、鎢、鋁和銅或涂布的半導(dǎo)體顆粒，例如PbS/CdS，是這類復(fù)合顆粒結(jié)構(gòu)的例子。或者，在反相微乳液中通過(guò)離子置換合成粒徑為幾納米的PbS涂布的CdS納米復(fù)合顆粒。這些納米復(fù)合顆粒折射的非直線性起因于光學(xué)斯塔克效應(yīng)和強(qiáng)界面作用和內(nèi)部納米顆粒的相互作用。
可利用納米級(jí)別的柯肯特爾效應(yīng)合成空心納米球。當(dāng)鈷之類的納米晶體接觸硫時(shí)，兩者在擴(kuò)散方面存在差異，鈷原子比硫原子以更快地速率向上移動(dòng)，因此產(chǎn)生硫化鈷的空心納米球。氧化鈷和硒化鈷也可以通過(guò)該技術(shù)合成。類似地，可以使用該技術(shù)合成其它金屬，例如銀、金、鉬、鋁、銅和鎢。
還可以通過(guò)原位顆粒形成/原位聚合制備納米顆粒。在該方法中，在聚合物存在下制備穩(wěn)定的金屬顆粒的懸浮液。一旦在溶液中，復(fù)合物就可以進(jìn)行鑄造，或者加入其它相同或不同類型的聚合物的單體形成納米復(fù)合物。反應(yīng)在保護(hù)性聚合物存在下進(jìn)行，所述聚合物限制了所得納米復(fù)合物的尺寸。還通過(guò)金屬前體的選擇和金屬/聚合物的相互作用來(lái)控制粒度。例如，如果PdCl2與(NH4)2PdCl4比較，前者往往形成素橋接的絡(luò)合物，因此往往形成納米顆粒的團(tuán)聚體，而后者不會(huì)。金屬前體與聚合物的相互作用對(duì)于控制粒度也是非常重要的。如果聚合物與前體的相互作用較強(qiáng)，則因?yàn)榻饘偾绑w的相分離受到阻礙而使粒度往往減小。使用該技術(shù)，還可以通過(guò)使用由兩性嵌段聚合物或交聯(lián)的凝膠基質(zhì)形成的膠束形成納米顆粒。使用共聚物形成膠束，引入的金屬鹽穿透膠束或者穩(wěn)定在膠束冠中。加入還原劑，在膠束內(nèi)或膠束冠中形成金屬顆粒，得到若干種形態(tài)。
一般來(lái)說(shuō)，根據(jù)所采用的合成技術(shù)，可通過(guò)幾種方法控制納米顆粒的粒度。例如，在氣相中，可通過(guò)改變系統(tǒng)參數(shù)(例如溫度、氣體流量和系統(tǒng)壓力)來(lái)控制合成顆粒的粒度。在其它方法如溶膠-凝膠技術(shù)中，通過(guò)改變?nèi)芤旱臐舛群蜏囟葋?lái)調(diào)整粒度。在機(jī)械研磨中，粒度主要取決于研磨介質(zhì)的速度和研磨時(shí)間。
空心納米晶體可從Berkeley California 的 Berkeley National Laboratory 的Molecular Foundry商購(gòu),該公司專門合成空心金屬、金屬氧化物/硫化物納米晶體。
用于本發(fā)明的第二種類型的納米材料是納米管。納米管通常由碳形成。當(dāng)向聚合物混合物中加入納米管時(shí)，納米管代表另一種提高混合物的機(jī)械性質(zhì)(例如模量)、耐化學(xué)性、阻燃性、強(qiáng)度和電導(dǎo)率的方法。碳納米管具有獨(dú)特的電學(xué)性質(zhì)，這是因?yàn)榧{米管內(nèi)的電子傳導(dǎo)途徑被限制在徑向方向上，因此它們可用于削弱電磁輻射。產(chǎn)生這些納米管的方法包括使用催化劑和烴前體使納米管生長(zhǎng)的化學(xué)氣相沉積技術(shù)。還可以通過(guò)電弧、激光燒蝕、化學(xué)氣相沉積和高壓一氧化碳轉(zhuǎn)化(HiPCO)制備納米管。HiPCO利用一氧化碳?xì)怏w在羰基鐵蒸氣存在下的高壓歧化反應(yīng)生產(chǎn)大量純度達(dá)80%的納米管。其它類型的納米管包括六角氮化硼納米管、由二硫?qū)僭鼗?即MoS2, WS2)制備的納米管、氧化物(即V20，MoO3)的納米管、金納米管和有機(jī)納米管。納米管可以從Materials and Electrochemical ResearchCorporation ofTucson, Arizona 商購(gòu)。在生產(chǎn)后，在將納米管結(jié)合到本發(fā)明的輻射不透性聚合物混合物之前，應(yīng)該先對(duì)納米管進(jìn)行純化處理。純化處理的方法包括初步過(guò)濾、溶解、微過(guò)濾、沉降和色譜處理。然后優(yōu)選將所得的納米管產(chǎn)品分散在含有表面活性劑(例如十二烷基硫酸鈉)的聚合物混合物中。
可加入到輻射不透性聚合物混合物中的第三種類型的納米材料是納米板(板狀的納米纖維)。納米板是通常具有高長(zhǎng)寬比、厚度約為I納米的層狀材料。
當(dāng)以一定量加入到聚合物混合物中時(shí)，納米板將提高混合物的耐化學(xué)性、防彈性、防火性、防電磁輻射性和防中子性。納米板包括納米粘土，例如蒙脫石粘土。蒙脫石粘土屬于綠土族，還包括膨潤(rùn)土、鋰蒙脫石、葉蠟石、滑石、蛭石、鋅皂石、皂石和綠脫石、層狀硅酸(即水硅鈉石和馬水鈉硅石)和層狀雙氫氧化物之類的粘土。還可使用選自其它族的粘土，例如高嶺石和綠泥石以及其它層狀硅酸鹽，例如云母?？梢詫⑦^(guò)渡金屬二硫?qū)僭鼗?即嵌有鋰的二硫化鉭)分散在聚合物混合物中，不僅使混合物具有類似于納米粘土的性質(zhì)(因?yàn)樗鼈冇邢嗨频膶訝罱Y(jié)構(gòu))，而且提高了電磁輻射削弱能力。
天然納米粘土(例如綠土)是高度層化的弱粘合材料。各層由兩片二氧化硅四面體組成，其中四面體的邊與氧化鋁或氧化鎂的八面體片共享。由于氧化鋁進(jìn)入硅酸鹽層或者鎂替代鋁的同構(gòu)取代，各單元具有負(fù)電荷。天然納米粘土層通過(guò)電荷補(bǔ)償陽(yáng)離子(例如鋰(Li+)、鈉(Na+)、鉀(K+)和鈣(Ca+))層保持在一起。這些電荷補(bǔ)償陽(yáng)離子提供納米粘土分散在聚合物中所需的豐富的化學(xué)嵌入和表面改性的途徑。合成粘土(例如水滑石)在納米板上帶有正電荷。為了使這些層狀納米粘土可用于輻射不透性聚合物混合物，應(yīng)該使這些層分離且適當(dāng)?shù)胤稚⒃诨旌衔镏?。在硅酸鹽粘土之類的納米粘土的情況中，它們本身是親水的，而聚合物往往是疏水的。為了使這些粘土實(shí)現(xiàn)嵌入和脫落，這些粘土的層間空隙(galleries)或?qū)颖仨毷情_放的，并且所得粘土的極性必須與聚合物的極性匹配，這樣聚合物可以嵌入在層之間。用有機(jī)陽(yáng)離子替代無(wú)機(jī)陽(yáng)離子可以實(shí)現(xiàn)此目的。較大的有機(jī)陽(yáng)離子使層膨脹，提高了粘土的疏水性質(zhì)。然后可通過(guò)幾種途徑使聚合物嵌在有機(jī)改性的粘土中。對(duì)于帶有正電荷的粘土(例如水滑石)，可以使用陰離子表面活性劑。根據(jù)聚合物的選擇，可以采用其它類型的粘土改性方法。這些方法包括離子-偶極子相互作用，使用硅烷偶聯(lián)劑和使用嵌段聚合物。離子-偶極子相互作用的例子是小分子(例如十二烷基吡咯烷酮)嵌到粘土中。使用硅烷偶聯(lián)劑改性粘土邊緣可以克服粘土邊與聚合物不利的相互作用。或者，可通過(guò)使用共聚物進(jìn)行粘土和聚合物的相容化處理，其中共聚物的一種組分與粘土相容，共聚物的另一種組分與聚合物相容。
通過(guò)將少量粘土(約2-5重量％ )結(jié)合到聚合物混合物中，可以明顯提高聚合物混合物對(duì)有害化學(xué)品的耐受性。但是，耐化學(xué)性提高的程度取決于許多因素，例如聚合物混合物中納米板脫落的程度、納米材料填充劑的百分?jǐn)?shù)、其長(zhǎng)寬比和納米板的排列情況。由于在聚合物混合物中結(jié)合了納米粘土，氧穿過(guò)混合物的傳輸能力明顯下降，這樣，聚合物的降解因樹脂氧化減少而降低，從而提高了阻燃性質(zhì)。另外，無(wú)機(jī)相可用作散熱劑(sink)，防止聚合物鏈分解。
為了提高本發(fā)明的聚合物混合物的阻燃性，通常加入傳統(tǒng)的阻燃添加劑，例如三水合鋁(ATH)、氫氧化鎂或有機(jī)溴化物和氯化物。但是，通常必須加入極高含量的這些阻燃添加劑，才能達(dá)到可接收的阻燃水平(例如對(duì)于電纜或電線)。這些高添加劑含量使得制造工藝更為困難，從而使聚合終產(chǎn)物變脆。
在本發(fā)明中，納米材料可用于聚合物混合物中以克服阻燃劑的脆化問題。更具體地，可以將較低重量百分?jǐn)?shù)的納米粘土(例如2-10%)與傳統(tǒng)大體積阻燃添加劑(例如ATH或氫氧化鎂)一起加入，以明顯降低實(shí)現(xiàn)相同或提高聚合物混合物的阻燃水平所需的添加劑負(fù)載量?？梢韵蚓酆衔锘旌衔镏屑尤氲钠渌{米級(jí)阻燃添加劑是納米/微米級(jí)氧化物如氧化銻，鑰、鈦、鋯和鋅的納米/微米級(jí)化合物。碳化硅、硝酸硅、氮化鋁、硅納米管、碳納米管、氮化硼納米管也可用于提高聚合物的阻燃性。而且，常規(guī)阻燃添加劑(例如ATH或氫氧化鎂)可以納米級(jí)的范圍加入，從而更有效地獲得聚合物混合物的阻燃性。通過(guò)使用這些納米材料，所得聚合物混合物的強(qiáng)度更高、重量更輕、撓性更佳。
在聚合物組合物中使用納米材料的一個(gè)重要限制是處理過(guò)程。更具體地，納米材料往往會(huì)團(tuán)聚以降低它們的表面積，因此，在沒有適當(dāng)分散和分布到聚合物混合物中的情況下，所得納米復(fù)合物無(wú)法獲得所需性質(zhì)。為了有效地將納米材料分散在聚合物中，并且通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)制造技術(shù)處理所得的混合物，應(yīng)該對(duì)納米材料進(jìn)行表面改性。例如，在納米粘土的情況中，通過(guò)已知的增容方法對(duì)粘土表面進(jìn)行改性，使得粘土能夠被吸引在聚合物樹脂基質(zhì)上，從而得到充分地分散。兩種最常規(guī)的增容方法是鎗離子改性和離子-偶極子相互作用。
在克服了納米材料團(tuán)聚的問題后，有三種常規(guī)方法將納米材料分散在聚合物混合物中。第一種方法是使聚合物與作為獨(dú)立相或溶液的納米材料直接混合。第二種方法在納米材料存在下進(jìn)行原位聚合，第三種方法是包括納米材料的原位形成和原位聚合的原位顆粒處理。
例如，為了制備耐化學(xué)性的阻燃納米復(fù)合物，可以將聚合物(例如乙基乙烯基乙酸酯(EVA))與納米板如納米粘土、硅酸或過(guò)渡金屬二硫?qū)僭鼗镏苯踊旌稀？梢栽诖嬖诨虿淮嬖诔Ｒ?guī)阻燃劑(例如ATH和氫氧化鎂)的情況下制備這種混合物。所得的聚合物混合物隨后可在雙螺桿擠出機(jī)中進(jìn)行加工，使用吹塑或注塑工藝形成所需的產(chǎn)品。用雙螺桿擠出機(jī)進(jìn)行混合產(chǎn)生大量剪切力，有助于納米材料在聚合物混合物中脫落。加入納米粘土或納米管會(huì)提高聚合物混合物的粘度。因此，應(yīng)該通過(guò)加入與所用的聚合物和填料(即納米粘土或納米管)相容的流變添加劑來(lái)密切監(jiān)控混合物的流變學(xué)性質(zhì)。[0101]為了生產(chǎn)本發(fā)明的防護(hù)產(chǎn)品，還可以將納米材料涂布在幾種不同的基材上，包括聚合物基材。使用已知的技術(shù)，例如蒸發(fā)、濺射(輝光放電/離子和束/激光)、離子電鍍、化學(xué)氣相沉積(CVD)、等離子體增強(qiáng)CVD、熱噴涂、浸涂、流化床和霧化液體噴涂，可以將納米復(fù)合物涂布在幾種不同的基材上。而且，可以通過(guò)其它技術(shù)如無(wú)輔助噴涂、高壓電場(chǎng)輔助噴涂、通過(guò)輥涂、擠出、涂布和共擠出之類的現(xiàn)有技術(shù)進(jìn)行液體涂布將納米材料作為涂層施加在不同基材上。
或者，可以將納米材料施涂到撓性薄膜上，隨后涂布上壓敏性粘合劑，產(chǎn)生具有屏蔽性質(zhì)的自粘著材料。為了保護(hù)人體皮膚免受太陽(yáng)紫外線輻射，例如，可以將納米材料與粘合劑混合，形成直接施加到皮膚上的噴劑或油膏。此外，因?yàn)閹装傩屑{米材料的厚度是在幾微米的級(jí)別上，所以本發(fā)明的納米屏蔽材料可以制備成對(duì)可見光是透明的，因此它可以用于制造具有極佳光學(xué)性質(zhì)的護(hù)目鏡和其它透明護(hù)罩。
現(xiàn)在參看圖10，顯示了一種炸彈容納器760，它包括炸彈容納球762、前開口 764、輪 組件766和炸彈盤768。炸彈容納器760的球762和前開口 764由抗爆的硬材料(例如硬化鋼)制成。雖然現(xiàn)有的炸彈容納器760被設(shè)計(jì)成容納常規(guī)炸彈爆炸，但是沒有將它們?cè)O(shè)計(jì)成還能捕獲或削弱核輻射，例如Y和中子發(fā)射或輻射。但是，使用本發(fā)明的原理，可以將炸彈容納器760重新設(shè)計(jì)成還能防范由例如“臟”彈或放射性炸彈產(chǎn)生的核危害。
在優(yōu)選的實(shí)施方式中，將輻射保護(hù)性聚合物層770施加在炸彈容納器760的外部。如前所述，由包含一種或多種之前提及的輻射不透性材料和一種或多種之前提及的聚合物的混合物形成輻射保護(hù)性聚合物層770。在圖10所示的優(yōu)選實(shí)施方式中，輻射不透性聚合物混合物用于形成彎曲的輻射不透性磚772。這些輻射不透性磚772可通過(guò)任何已知的制造方法形成，這些方法包括注塑、擠出、真空成形、區(qū)域成形、壓力成形和活塞輔助成形。然后將輻射不透性磚772粘著在炸彈容納器760的外表面上，以及相互粘著。為了提高炸彈容納器760的外觀，隨后在輻射不透性磚772上施加一層平整的修飾層(未示出)?；蛘?，輻射不透性聚合物層可以作為整件物品形成，或者可以通過(guò)粘合劑噴涂、旋轉(zhuǎn)模塑、注塑、浸潰在液體浴中、油漆或其它已知的涂布和注塑方法均勻地涂布在炸彈容納器的外部或內(nèi)部。
在操作中，炸彈容納器760的硬化材料將容納炸彈的爆炸力，而本發(fā)明的輻射保護(hù)層770將容納任何由炸彈發(fā)出的輻射。雖然本發(fā)明的輻射保護(hù)層還可以施加到炸彈容納器760的內(nèi)部，但是本發(fā)明人相信這樣做的效果不高，因?yàn)楸〞?huì)破壞輻射保護(hù)層770。
在上述說(shuō)明中，已經(jīng)參考了具體的優(yōu)選實(shí)施方式和方法描述了本發(fā)明。但是，對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員顯而易見的是在不背離所附權(quán)利要求
限定的本發(fā)明的寬廣精神和范圍的情況下，可以進(jìn)行各種修改和變化。例如，本領(lǐng)域技術(shù)人員將意識(shí)到本發(fā)明的原理除了應(yīng)用于之前所述的玩具、器具、武器和醫(yī)療器械之外，還可以應(yīng)用于許多類型的制品。更具體地，本發(fā)明的重量較輕的輻射不透性材料實(shí)際上可以結(jié)合到任何類型的塑料產(chǎn)品(例如汽車部件、電話、儲(chǔ)存容器等)中，從而可以使用X射線確定這類產(chǎn)品的存在和/或品質(zhì)。此外，本發(fā)明的原理實(shí)際上可應(yīng)用于所有制造塑料產(chǎn)品的工藝。雖然在優(yōu)選實(shí)施方式中已經(jīng)描述了X射線檢查，但是可以使用其它類型的輻射(例如α、β或Y輻射)檢測(cè)輻射不透性聚合物制品。在納米材料的情況中，因?yàn)樵S多納米材料經(jīng)發(fā)現(xiàn)具有最小的毒性，納米復(fù)合物可以通過(guò)靜脈注射或口服進(jìn)入人體，提供增強(qiáng)的組織對(duì)比，用于放射照相術(shù)。因此，說(shuō)明書和附圖應(yīng)被認(rèn)為是說(shuō)明性的，而非限制性的；本發(fā)明僅由所附權(quán)利要求
限定。
權(quán)利要求
1.一種衣服制品，其結(jié)合了輻射不透性聚合物混合物，所述輻射不透性聚合物混合物包含聚合物和輻射不透性納米材料，其中所述納米材料由一種或多種選自下組的納米尺寸的物質(zhì)形成鎢、鋇、硼、鉭、鉍、金、鉬、鋁、貧鈾、氧化鈰(CeO2)、氧化釔(Y2O3)、氧化鑭(La2O3)和氧化釹(Nd2O3)或所述納米材料由包括納米尺寸的鉛或錫的一種或多種輻射不透性物質(zhì)形成。
2.如權(quán)利要求
I所述的衣服制品，其特征在于，所述納米材料選自下組納米顆粒、納米管和納米板。
3.如權(quán)利要求
I所述的衣服制品，其特征在于，所述納米材料包括過(guò)渡金屬二硫?qū)僭鼗铩?br>4.如權(quán)利要求
I所述的衣服制品，其特征在于，所述納米材料選自下組納米球、納米半球和納米拋線體。
5.如權(quán)利要求
I所述的衣服制品，其特征在于，所述聚合物選自下組聚氨酯、聚酰胺、聚氯乙烯、聚乙烯醇、天然乳膠、聚乙烯、聚丙烯、乙烯-乙酸乙烯酯、聚酯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯、丙烯酸類、聚異戊二烯、聚苯乙烯、聚砜、聚碳酸酯、聚甲醛、縮醛、聚四氟乙烯、離聚物、纖維素、聚醚酮、硅樹脂、環(huán)氧樹脂、彈性體、聚合物泡沫。
6.如權(quán)利要求
I所述的衣服制品，其特征在于，所述聚合物混合物還包含阻燃劑納米材料。
7.如權(quán)利要求
6所述的衣服制品，其特征在于，所述阻燃劑納米材料選自下組納米粘土、納米尺寸的氧化銻、納米尺寸的五氧化二銻、納米尺寸的鑰化合物、鈦、鋯、鋅、碳化硅、硝酸硅、氮化鋁、三水合鋁、氫氧化鎂、有機(jī)溴化物、有機(jī)氯化物、天然和合成納米粘土、葉蠟石、綠泥石、綠土、蒙脫石、坡縷石、滑石、蛭石、鋅蒙脫石、皂石、綠脫石和云母。
8.如權(quán)利要求
I所述的衣服制品，其特征在于，在所述聚合物混合物內(nèi)還包含能提高化學(xué)、生物或射彈防護(hù)性能的添加劑。
9.如權(quán)利要求
8所述的衣服制品，其特征在于，所述化學(xué)、生物或射彈防護(hù)性添加劑選自下組氧化鋁、鐵酸鹽氧化物、鈦酸鹽氧化物、混合的絡(luò)合氧化物、碳化物粉末、氮化物粉末和硼化物粉末。
10.如權(quán)利要求
I所述的衣服制品，其特征在于，所述納米材料選自下組天然納米粘土、合成納米粘土、層狀硅酸和納米管。
11.如權(quán)利要求
I所述的衣服制品，其特征在于，所述納米材料廣泛地分布在整個(gè)所述聚合物混合物中。
12.如權(quán)利要求
I所述的衣服制品，其特征在于，所述衣服制品是內(nèi)衣、背心、帽子、手套、全身服、圍裙、襯衫、褲子、口袋或腹股溝保護(hù)件。
13.一種輻射保護(hù)性衣服制品，其結(jié)合了聚合物混合物，所述聚合物混合物包括輻射保護(hù)性納米材料和聚合物，其中所述納米材料由一種或多種選自下組的納米尺寸的物質(zhì)形成鶴、鋇、硼、鉭、秘、金、鉬、招、貧鈾、氧化鋪(CeO2)、氧化乾(Y2O3)、氧化鑭(La2O3)和氧化釹(Nd2O3)或所述納米材料由包括納米尺寸的鉛或錫的一種或多種輻射不透性物質(zhì)形成。
14.如權(quán)利要求
13所述輻射保護(hù)性衣服制品，其特征在于，所述聚合物選自下組聚氨酯、聚酰胺、聚氯乙烯、聚乙烯醇、天然乳膠、聚乙烯、聚丙烯、乙烯-乙酸乙烯酯、聚異戊二烯、聚苯乙烯、聚砜、聚酯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯、丙烯酸類、聚碳酸酯、聚甲醛、縮醛、聚四氟乙烯、離聚物、纖維素、聚醚酮、硅樹脂、環(huán)氧樹脂、彈性體、聚合物泡沫。
15.如權(quán)利要求
13所述輻射保護(hù)性衣服制品，其特征在于，所述輻射保護(hù)性納米材料選自下組納米粘土、納米球、納米半球和納米拋線體。
16.如權(quán)利要求
13所述輻射保護(hù)性衣服制品，其特征在于，還包括選自下組的常規(guī)尺寸的其它輻射保護(hù)性材料鉛、錫、鋇、硫酸鋇、氯化鋇、其它鋇化合物、鎢、碳化鎢、氧化鎢、其它鎢化合物、鉍、鉍化合物、鉭、鉭化合物、鈦、鈦化合物、泛影葡胺、醋碘苯酸鈉、硼、硼酸、硼氧化物、硼鹽、其它硼化合物、鈹、鈹化合物、丁碘桂酸鈉、泛影鈉、乙碘油、碘苯酰氨酸、碘卡明酸、碘西他酸、膽影酸、碘克沙醇、碘化油、碘阿芬酸、鄰碘馬尿酸鈉、碘酞鈉、烏里俄通、甘氨碘苯酸、碘海醇、碘漫酸、碘帕醇、碘番酸、碘噴托、碘苯酯、碘酚酸、碘普胺、碘普羅酸、碘吡多、碘吡酮、碘他拉酸、碘曲侖、碘佛醇、碘克沙酸、碘昔蘭、3_{[(二甲氨基)亞甲基]氨基}-2，4，6_三碘苯丙酸、醋碘苯酸葡胺、泛影葡胺碘甲磺鈉、甲泛葡胺、甲泛影酸、碘芬布酸、四碘酚酞鈉、丙碘酮、甲碘吡酮酸鈉、二碘酚磺酸、氧化釷和臺(tái)盼鈉。
17.如權(quán)利要求
13所述輻射保護(hù)性衣服制品，其特征在于，所述衣服制品是內(nèi)衣、背心、帽子、手套、全身服、圍裙、襯衫、褲子、口袋或腹股溝保護(hù)件。
專利摘要
揭示了形成輻射不透性聚合物制品的組合物和方法。在一個(gè)實(shí)施方式中，輻射檢查設(shè)備和方法用于確定這類輻射不透性聚合物制品的存在和品質(zhì)?？赏ㄟ^(guò)將輻射不透性材料如鋇、鉍、鎢或它們的化合物與粉末化聚合物、粒狀聚合物或聚合物在溶劑或水中的液體溶液、乳液或懸浮液混合來(lái)產(chǎn)生本發(fā)明的輻射不透性聚合物制品。除了產(chǎn)生輻射可檢測(cè)物品外，本發(fā)明的輻射不透性聚合材料可用于產(chǎn)生輻射防護(hù)性制品，例如輻射防護(hù)服和炸彈容納器。使用納米材料也可以提高輻射防護(hù)能力。本發(fā)明的原理可用于防范其它類型的危害，包括火、化學(xué)、生物和射彈危害。
文檔編號(hào)G21F3/02GKCN101385091 B發(fā)布類型授權(quán) 專利申請(qǐng)?zhí)朇N 200580047071
公開日2012年12月26日 申請(qǐng)日期2005年12月16日
發(fā)明者R·德米奧, J·庫(kù)徹羅夫斯基, A·庫(kù)魯帕瑟 申請(qǐng)人:全盛研究與開發(fā)公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan專利引用 (4),