一種防x射線表面活性稀土/聚丙烯納米復(fù)合纖維的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種醫(yī)用防X射線表面活性稀土 /聚丙烯納米復(fù)合纖維的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]自1895年倫琴發(fā)現(xiàn)X射線以來，經(jīng)過大量科學(xué)家不懈的努力，X射線逐漸被應(yīng)用于生活中的方方面面，醫(yī)學(xué)上被用來透視，工業(yè)上被用于探傷。X射線是一種波長極短，能量很大的電磁波，X射線的波長比可見光的波長更短(約在0.0Olnm?lOOnm，醫(yī)學(xué)上應(yīng)用的X射線波長約在0.0Olnm?0.1nm之間)，它的光子能量比可見光的光子能量大幾萬至幾十萬倍。
[0003]X射線對生物體危害很大，具有一定能量的X射線會造成細(xì)胞內(nèi)生物大分子的電離，破壞細(xì)胞正常結(jié)構(gòu)，造成細(xì)胞死亡。短時間直接暴露于高劑量X射線環(huán)境中可直接致使生物體死亡。
[0004]我國目前有大量人員從事于與X射線有關(guān)的工作，對高質(zhì)量個體防護(hù)X射線材料的需求很大。傳統(tǒng)的防X射線材料為含鉛或鉛鹽橡膠，鉛屬于對人體有害元素且有研宄表明鉛元素對能量落在40?88kev的X射線粒子存在弱吸收。
[0005]由于稀土特殊的4f電子層結(jié)構(gòu)以及K層電子吸收邊(從La的38.9keV到Lu的63.3keV，有效彌補(bǔ)了鉛的弱吸收)，稀土作為新型的射線屏蔽物質(zhì)在2000年后引起了不小的關(guān)注，各種研宄方法和含稀土材料被相繼報道。北京化工大學(xué)劉力教授近幾年一直從事稀土 /橡膠新型防護(hù)材料的研發(fā)，在防X，γ射線個體防護(hù)領(lǐng)域取得了實質(zhì)性進(jìn)展，部分個體防護(hù)服種類已產(chǎn)業(yè)化，獲益千萬。基于橡膠材質(zhì)的不透氣、穿著不舒適等缺陷，部分科學(xué)工作者轉(zhuǎn)向穿著更舒適的纖維防護(hù)制品研宄，齊魯?shù)热藢⑵帘蝿┖途郾┕不熘频梅垒椛淅w維，制成非織造布，并做了 X射線屏蔽率測試，本課題組申請公開號CN104532381A專利中也對稀土/聚丙烯防X射線纖維做了研宄。日本和奧地利學(xué)者曾經(jīng)嘗試將硫酸鋇添加入粘膠纖維中制得防輻射纖維，可用于制作防X射線服，效果良好。然而，以上大部分研宄是將未表面改性無機(jī)填料直接與有機(jī)填料共混、紡絲制成非織造布。這樣極易造成無機(jī)填料團(tuán)聚，在基體中分散差，進(jìn)而導(dǎo)致防X射線缺陷，材質(zhì)機(jī)械性能差，基于此限制了防X射線纖維的應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種防X射線表面活性稀土 /聚丙烯納米復(fù)合纖維的制備方法，改善稀土顆粒在聚丙烯基體里的分散度以及兩相界面的結(jié)合能力，彌補(bǔ)在制備稀土 /聚丙烯防X射線纖維時無機(jī)、有機(jī)填料直接熔融共混后稀土顆粒分布不均勻而導(dǎo)致的屏蔽X射線缺陷及機(jī)械性能差。
[0007]本防X射線表面活性稀土 /聚丙烯納米復(fù)合纖維的制備方法包括:表面活性稀土的制備(所敘包括一種或多種稀土元素)，表面活性稀土 /聚丙烯納米纖維的制備。
[0008]本發(fā)明步驟如下:
[0009]一種防X射線表面活性稀土 /聚丙烯納米復(fù)合纖維的制備方法，其特征在于，步驟如下:
I)表面活性稀土的制備:室溫下按照質(zhì)量百分?jǐn)?shù)無水乙醇70%?80%，去離子水18%?28%，KH560硅氧烷偶聯(lián)劑(γ _縮水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷)0.5%?1%，丙酮I %制備表面活性稀土處理液，添加乙酸調(diào)節(jié)溶液pH至3?5，攪拌后靜置1min ;然后將相當(dāng)于所配表面活性稀土處理液質(zhì)量的25%?35%且粒徑小于10 μπι的稀土顆粒加入所述溶液中，經(jīng)超聲振蕩0.2h?0.5h后轉(zhuǎn)移至蒸發(fā)皿靜止5min?lOmin，最后將蒸發(fā)皿放入鼓風(fēng)烘箱在40°C?60°C下烘1h?15h得到表面活性稀土粉末；
[0010]2)表面活性稀土 /聚丙烯納米纖維的制備:將粒徑小于50目的聚丙烯顆粒按質(zhì)量比100:(100?150)與步驟I)制得的表面活性稀土粉末在密煉機(jī)中熔融共混，共混溫度200°C?220°C，共混時間5min?8min，轉(zhuǎn)速80?200r/min，后擠出造粒得到共混物顆粒；將所得共混物顆粒喂入單螺桿紡絲機(jī)，經(jīng)紡絲、卷繞得到初生纖維，所采用紡絲溫度200 °C?23CTC，螺桿轉(zhuǎn)速20r/min?30r/min,卷繞速率6m/min?9m/min，噴絲孔直徑為0.1mm ?0.2mmο
[0011]本復(fù)合纖維基體為聚丙烯，硅氧烷偶聯(lián)劑的作為中間者，一邊依靠水解形成的硅氧鍵與無機(jī)表面結(jié)合，一邊依靠有機(jī)官能團(tuán)與有機(jī)體之間建立良好的親和力，基于這樣的原理，增強(qiáng)氧化鑭顆粒與有機(jī)界面之間的結(jié)合力。在高溫、強(qiáng)剪切的無機(jī)、有機(jī)料共混過程中，氧化鑭顆粒與聚丙烯表面結(jié)合的越好，越容易在密練過程中在強(qiáng)剪切力作用下更好的游離，被分散?？紤]到聚丙烯分子鏈的特殊性，選用含有環(huán)氧基官能團(tuán)的的硅氧烷偶聯(lián)劑KH560。由于水的表面張力較大，在制備納米氧化鑭顆粒時為得到粒徑分布均勻的納米顆粒，必須控制在干燥過程中表面板結(jié)，顆粒團(tuán)聚現(xiàn)象，所以水的比例在改性溶液中的比例應(yīng)盡可能的小，在不影響硅氧烷偶聯(lián)劑水解效果的情況下探索到恰當(dāng)?shù)奶砑颖壤掖蓟谄湟讚]發(fā)、表面張力較小的特點在改性過程中起到分散劑的的作用。經(jīng)高分辨場效應(yīng)掃描電鏡觀測上述步驟制得纖維截面觀測，可觀測到表面活性稀土在聚丙烯基體內(nèi)均勻分散，經(jīng)高分辨場效應(yīng)透射電鏡觀測粒徑范圍50nm?lOOnm，且表面活性稀土與聚丙烯界面結(jié)合良好。在高溫、強(qiáng)剪切力以及表面活性稀土與基體之間的親和力作用下，表面活性稀土在基體中得到良好的分散，呈納米分散。單根纖維的斷裂伸長率達(dá)到5%?15%，斷裂強(qiáng)度達(dá)到20MPa?30MPa，均較未經(jīng)改性直接共混的斷裂伸長〈I %，斷裂強(qiáng)度〈lOMPa有所提升。
[0012]將得到的防X射線初生纖維剪成長度約為5公分短纖維，將短纖維按橫鋪一層豎鋪一層的方法逐層鋪勻，借助壓膜機(jī)在壓力4MPa，溫度100°C下壓制10分鐘，制成厚度為5mm的非織造布。此壓膜方法在申請公開號CN104532381A專利中提出權(quán)利要求，此處本專利不做權(quán)利要求。由此纖維制得的非織造布經(jīng)中國疾病控制中心輻射防護(hù)與核安全研宄所測定，在X射線管電壓120KV，2.50mm厚度鋁片過濾條件下，鉛當(dāng)量可達(dá)0.25mmPb?
0.50mmPbo增加非織造布的厚度可提高非織造布的鉛當(dāng)量。
[0013]本發(fā)明的優(yōu)點一是制造工藝簡單，操作簡便，未采用復(fù)雜工藝通過巧妙地構(gòu)想找到一種納米表面活性稀土的制備方法，拋棄傳統(tǒng)的邊改邊共混的粗糙方式。在共混過程中通過提高共混溫度降低聚丙烯粘度，提高共混螺桿轉(zhuǎn)速增強(qiáng)剪切作用使稀土顆粒在聚丙烯基體中達(dá)到了納米分散，進(jìn)而使得纖維的機(jī)械性能和防X射線能力均有所提高。二是使用的都是常規(guī)設(shè)備，便于產(chǎn)業(yè)化，所采用工藝綠色環(huán)保。
【附圖說明】
[0014]圖1為表面活性稀土氧化鑭與聚丙烯按質(zhì)量比100:120的比例熔融共混，共混溫度220°C，共混時間5min，轉(zhuǎn)速100r/min條件下，得到壓膜片第一斷裂口處的掃描電鏡圖，從圖中可以看出表面活性氧化鑭在聚丙烯基體中分散較均勻。
[0015]圖2為表面活性稀土氧化鑭與聚丙烯按質(zhì)量比100:120的比例熔融共混，共混溫度220°C，共混時間5min，轉(zhuǎn)速100r/min條件下，得到共混物切50nm薄片高分辨透射電鏡圖，從圖中可以看出表面活性氧化鑭粒徑在50nm?10nm.
【具體實施方式】
[0016]下面結(jié)合實例繼續(xù)敘述本發(fā)明，應(yīng)當(dāng)理解，此處所敘實例僅為解釋本發(fā)明，非限定本發(fā)明。
[0017]實施例1
[0018]I)表面活性稀土的制備:室溫下按照質(zhì)量百分?jǐn)?shù)無水乙醇70%，去離子水28%，KH560硅氧烷偶聯(lián)劑I %，丙酮I %制備表面活性稀土處理液，添加適量乙酸調(diào)節(jié)溶液pH至3，攪拌后靜置lOmi