一种基于聚乙烯醇的环保型中子防护材料及其制备方法与流程

本发明属于辐射防护，涉及一种基于聚乙烯醇的环保型中子防护材料及其制备方法。

背景技术：

1、在核工业领域中核反应堆的运行、乏燃料贮存/运输/后处理过程中都会在工作场所产生中子辐射场，中子是电中性粒子，不受库仑力作用，穿透性极强，且在碰撞过程中会产生次级γ射线，过量的中子或γ射线照射会对人体造成难以逆转的辐射危害甚至导致人员死亡。

2、作业人员在工作场所中因巡检、维修等工作需要难以避免的进入中子辐射场所，虽然这些核设施在设计建造阶段，已经采用一定的屏蔽措施对中子辐射进行屏蔽防护，但仍然难以对工作人员提供充分的屏蔽保护作用。为了减少或消除中子辐射对作业人员造成伤害，这些核设施内部通常会为进入中子辐射场作业的工作人员提供中子防护服。

3、当前使用的中子防护服基本是以聚乙烯、聚丙烯、橡胶基材料等非可降解高分子材料为基体添加热中子吸收截面大的材料实现对热中子的屏蔽与防护，典型热中子吸收截面大的材料包括硼、镉、银、铟、铪、铕、钆、镝等。这些材料制备的中子防护服虽然能对中子进行有效的屏蔽与防护，但是中子防护服报废后只能作为放固体射性废物进行处理，增加了核设施放射性废物的处理量，既不经济，也不环保，更谈不上回收利用。

技术实现思路

1、针对现有技术中所存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种基于聚乙烯醇的环保型中子防护材料及其制备方法，以改善当前中子防护服报废后只能作为放射性废物进行焚烧或深埋等污染环境的处置方式，也解决了当前中子防护服内热中子吸收材料难以回收再利用的难题。

2、为实现此目的，本发明提供一种基于聚乙烯醇的环保型中子防护材料，所述环保型中子防护材料包括：

3、中间聚乙烯醇非织造布层，所述中间聚乙烯醇非织造布层设置于所述环保型中子防护材料的中心层；

4、前聚乙烯醇薄膜层和后聚乙烯醇薄膜层，所述前聚乙烯醇薄膜层和后聚乙烯醇薄膜层对称的粘合于所述中间聚乙烯醇非织造布层的前侧和后侧；

5、前热中子屏蔽吸收层和后热中子屏蔽吸收层，所述前热中子屏蔽吸收层粘合于所述前聚乙烯醇薄膜层的前侧，所述后热中子屏蔽吸收层粘合于所述后聚乙烯醇薄膜层的后侧。

6、进一步，所述中间聚乙烯醇非织造布层采用克重为150～250g/m2、厚度为0.6～1mm的聚乙烯醇非织造布。

7、进一步，所述中间聚乙烯醇非织造布层采用中、高温水溶的聚乙烯醇纤维经过交叉水刺工艺制作；

8、所述中、高温水溶的聚乙烯醇纤维采用pva-1799、pva-2499、pva-2699中的一种聚乙烯醇经过湿法纺丝工艺制备而成。

9、进一步，所述中、高温水溶性聚乙烯醇纤维及其制成的所述中间聚乙烯醇非织造布层在80℃以下不溶于水，在95℃以上温度的水中溶解。

10、进一步，所述前聚乙烯醇薄膜层、后聚乙烯醇薄膜层为经过耐水改性的高温水溶聚乙烯醇薄膜，在80℃以下水中不溶化，且耐水溶胀至少8秒以上。

11、进一步，所述前聚乙烯醇薄膜层、后聚乙烯醇薄膜层的厚度为20～30μm。

12、进一步，所述中间聚乙烯醇非织造布层与所述前聚乙烯醇薄膜层之间、所述中间聚乙烯醇非织造布层与所述后聚乙烯醇薄膜层之间采用超声波焊接复合工艺或热压胶粘合复合工艺进行粘合。

13、进一步，当采用超声波焊接复合工艺进行粘合时，超声波发生器频率使用15khz或20khz；当采用常规热压胶粘合复合工艺时，使用聚乙烯醇材料制作的热压胶进行粘合。

14、进一步，所述前热中子屏蔽吸收层包括前侧热中子屏蔽吸收材料聚乙烯醇非织造布混合体、聚乙烯醇水溶胶；其中，所述前侧热中子屏蔽吸收材料聚乙烯醇非织造布混合体包括外层聚乙烯醇非织造布、b或b4c热中子吸收材料；所述b或b4c热中子吸收材料均匀弥散于所述外层聚乙烯醇非织造布中；

15、所述聚乙烯醇水溶胶浇铸于水平放置在前聚乙烯醇薄膜层上的所述前侧热中子屏蔽吸收材料聚乙烯醇非织造布混合体上，所述聚乙烯醇水溶胶的厚度高于所述前侧热中子屏蔽吸收材料聚乙烯醇非织造布混合体，并将所述前侧热中子屏蔽吸收材料聚乙烯醇非织造布混合体粘合在所述前聚乙烯醇薄膜层的前侧。

16、进一步，所述后热中子屏蔽吸收层包括后侧热中子屏蔽吸收材料聚乙烯醇非织造布混合体、聚乙烯醇水溶胶；其中，所述后侧热中子屏蔽吸收材料聚乙烯醇非织造布混合体包括外层聚乙烯醇非织造布、b或b4c热中子吸收材；所述b或b4c热中子吸收材料均匀弥散于所述外层聚乙烯醇非织造布中；

17、所述聚乙烯醇水溶胶浇铸于水平放置在后聚乙烯醇薄膜层上的所述后侧热中子屏蔽吸收材料聚乙烯醇非织造布混合体上，所述聚乙烯醇水溶胶的厚度高于所述后侧热中子屏蔽吸收材料聚乙烯醇非织造布混合体，并将所述后侧热中子屏蔽吸收材料聚乙烯醇非织造布混合体粘合在所述后聚乙烯醇薄膜层的后侧。

18、进一步，所述外层聚乙烯醇非织造布采用克重为30～150g/m2的聚乙烯醇非织造布；

19、所述b或b4c热中子吸收材料为13000～20000目的b或b4c粉末。

20、本发明还提供一种基于聚乙烯醇的环保型中子防护材料的制备方法，所述方法包括如下步骤：

21、s1、制备中间聚乙烯醇非织造布层：采用规格为1.0～2.0dtex×38mm的中、高温水溶的聚乙烯醇纤维通过交叉水刺工艺制作克重为150～250g/m2、厚度约为0.6～1mm的中间聚乙烯醇非织造布层；

22、s2、将前聚乙烯醇薄膜层、后聚乙烯醇薄膜层对称粘合在所述中间聚乙烯醇非织造布层的前侧、后侧；

23、s3、将前热中子屏蔽吸收层粘合于所述前聚乙烯醇薄膜层的前侧，将后热中子屏蔽吸收层粘合于所述后聚乙烯醇薄膜层的后侧。

24、进一步，步骤s2中，采用超声波焊接复合工艺或热压胶粘合复合工艺将所述前聚乙烯醇薄膜层、后聚乙烯醇薄膜层对称粘合在所述中间聚乙烯醇非织造布层的前侧、后侧。

25、进一步，步骤s3包括如下具体步骤：

26、s31、将b或b4c热中子吸收材料均匀弥散于外层聚乙烯醇非织造布中，形成热中子屏蔽吸收材料聚乙烯醇非织造布混合体；

27、s32、将前侧热中子屏蔽吸收材料聚乙烯醇非织造布混合体置于水平放置的所述前聚乙烯醇薄膜层上，聚乙烯醇水溶胶浇铸于前侧热中子屏蔽吸收材料聚乙烯醇非织造布混合体上，通过刮刀控制聚乙烯醇水溶胶的厚度高于所述前侧热中子屏蔽吸收材料聚乙烯醇非织造布混合体，并将所述热中子屏蔽吸收材料聚乙烯醇非织造布混合体粘合在所述前聚乙烯醇薄膜层的前侧；

28、s33、将后侧热中子屏蔽吸收材料聚乙烯醇非织造布混合体置于水平放置的所述后聚乙烯醇薄膜层上，聚乙烯醇水溶胶浇铸于后侧热中子屏蔽吸收材料聚乙烯醇非织造布混合体上，通过刮刀控制聚乙烯醇水溶胶的厚度高于所述后侧热中子屏蔽吸收材料聚乙烯醇非织造布混合体，并将所述热中子屏蔽吸收材料聚乙烯醇非织造布混合体粘合在所述后聚乙烯醇薄膜层的后侧。

29、本发明的有益效果在于，采用本发明所提供的一种基于聚乙烯醇的环保型中子防护材料及其制备方法，所述环保型中子防护材料包括：设置于所述环保型中子防护材料的中心层的中间聚乙烯醇非织造布层、对称粘合于所述中间聚乙烯醇非织造布层的前侧和后侧的前聚乙烯醇薄膜层和后聚乙烯醇薄膜层、粘合于所述前聚乙烯醇薄膜层的前侧的前热中子屏蔽吸收层，粘合于所述后聚乙烯醇薄膜层的后侧的后热中子屏蔽吸收层。本发明所提供的环保型中子防护材料通过在多层水溶可降解的聚乙烯醇复合材料中添加纳米级b粉或b4c粉末实现对热中子的屏蔽与防护，整体热中子防护效果可根据需求使用mc蒙特卡洛软件和热中子屏蔽试验验证进行辐射屏蔽设计；既保证了环保型中子防护材料的中子屏蔽性能、使用性能、水溶降解环保性能均能满足当前应用需求，也有效解决当前普遍使用的中子防护服报废后只能作为固态放射性废物进行复杂后处理的难题。本发明提供的环保型中子防护材料适用于制备环保型中子防护服，也可用于固定式辐射监测设备、巡检机器人、辐射热点的临时热中子屏蔽。本发明的有益效果具体体现在：

30、(1)本发明采用多层复合式设计的同时应用聚乙烯醇柔性胶体固定b粉或b4c粉使得环保型中子防护服材料的柔韧度和舒适性得到了有效提高，进一步改善了工作人员的穿戴舒适性；

31、(2)本发明采用环保型材料聚乙烯醇与热中子吸收材料b粉/b4c粉经物理掺合复合制作，热中子吸收材料被严密的包裹在聚乙烯醇材料内部，使用过程中确保对人体的安全性；

32、(3)采用本发明提供的环保型中子防护材料制备的中子防护服报废后，可通过热水将面料直接融入水中，通过沉淀、过滤将b粉/b4c粉回收利用，过滤后的聚乙烯醇材料可回收制膜或直接排放，也可经过湿法氧化进行氧化分解成水和co2直接排放；整个处理过程经济、环保，有效减少了放射性废物的产生量。

技术特征：

1.一种基于聚乙烯醇的环保型中子防护材料，其特征在于，所述环保型中子防护材料包括：

2.根据权利要求1所述的一种基于聚乙烯醇的环保型中子防护材料，其特征在于，所述中间聚乙烯醇非织造布层采用克重为150～250g/m2、厚度为0.6～1mm的聚乙烯醇非织造布。

3.根据权利要求1所述的一种基于聚乙烯醇的环保型中子防护材料，其特征在于，所述中间聚乙烯醇非织造布层采用中、高温水溶的聚乙烯醇纤维经过交叉水刺工艺制作；

4.根据权利要求3所述的一种基于聚乙烯醇的环保型中子防护材料，其特征在于，所述中、高温水溶性聚乙烯醇纤维及其制成的所述中间聚乙烯醇非织造布层在80℃以下不溶于水，在95℃以上温度的水中溶解。

5.根据权利要求1所述的一种基于聚乙烯醇的环保型中子防护材料，其特征在于，所述前聚乙烯醇薄膜层、后聚乙烯醇薄膜层为经过耐水改性的高温水溶聚乙烯醇薄膜，在80℃以下水中不溶化，且耐水溶胀至少8秒以上。

6.根据权利要求1所述的一种基于聚乙烯醇的环保型中子防护材料，其特征在于，所述前聚乙烯醇薄膜层、后聚乙烯醇薄膜层的厚度为20～30μm。

7.根据权利要求1所述的一种基于聚乙烯醇的环保型中子防护材料，其特征在于，所述中间聚乙烯醇非织造布层与所述前聚乙烯醇薄膜层之间、所述中间聚乙烯醇非织造布层与所述后聚乙烯醇薄膜层之间采用超声波焊接复合工艺或热压胶粘合复合工艺进行粘合。

8.根据权利要求7所述的一种基于聚乙烯醇的环保型中子防护材料，其特征在于，当采用超声波焊接复合工艺进行粘合时，超声波发生器频率使用15khz或20khz；当采用常规热压胶粘合复合工艺时，使用聚乙烯醇材料制作的热压胶进行粘合。

9.根据权利要求1所述的一种基于聚乙烯醇的环保型中子防护材料，其特征在于，所述前热中子屏蔽吸收层包括前侧热中子屏蔽吸收材料聚乙烯醇非织造布混合体、聚乙烯醇水溶胶；其中，所述前侧热中子屏蔽吸收材料聚乙烯醇非织造布混合体包括外层聚乙烯醇非织造布、b或b4c热中子吸收材料；所述b或b4c热中子吸收材料均匀弥散于所述外层聚乙烯醇非织造布中；

10.根据权利要求9所述的一种基于聚乙烯醇的环保型中子防护材料，其特征在于，所述后热中子屏蔽吸收层包括后侧热中子屏蔽吸收材料聚乙烯醇非织造布混合体、聚乙烯醇水溶胶；其中，所述后侧热中子屏蔽吸收材料聚乙烯醇非织造布混合体包括外层聚乙烯醇非织造布、b或b4c热中子吸收材；所述b或b4c热中子吸收材料均匀弥散于所述外层聚乙烯醇非织造布中；

11.根据权利要求10所述的一种基于聚乙烯醇的环保型中子防护材料，其特征在于，所述外层聚乙烯醇非织造布采用克重为30～150g/m2的聚乙烯醇非织造布；

12.一种根据权利要求1-11中任一项所述的基于聚乙烯醇的环保型中子防护材料的制备方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

13.根据权利要求12所述的一种基于聚乙烯醇的环保型中子防护材料的制备方法，其特征在于，步骤s2中，采用超声波焊接复合工艺或热压胶粘合复合工艺将所述前聚乙烯醇薄膜层、后聚乙烯醇薄膜层对称粘合在所述中间聚乙烯醇非织造布层的前侧、后侧。

14.根据权利要求12所述的一种基于聚乙烯醇的环保型中子防护材料的制备方法，其特征在于，步骤s3包括如下具体步骤：

技术总结
本发明涉及一种基于聚乙烯醇的环保型中子防护材料及其制备方法，所述环保型中子防护材料包括：设置于所述环保型中子防护材料的中心层的中间聚乙烯醇非织造布层、对称粘合于所述中间聚乙烯醇非织造布层的前侧和后侧的前聚乙烯醇薄膜层和后聚乙烯醇薄膜层、粘合于所述前聚乙烯醇薄膜层的前侧的前热中子屏蔽吸收层，粘合于所述后聚乙烯醇薄膜层的后侧的后热中子屏蔽吸收层；本发明制备的环保型中子防护材料通过在多层水溶可降解的聚乙烯醇复合材料中添加纳米级B粉或B<subgt;4</subgt;C粉末实现对热中子的屏蔽与防护，既保证了环保型中子防护材料的应用需求，也有效解决当前普遍使用的中子防护服报废后只能作为固态放射性废物进行复杂后处理的难题。

技术研发人员：李国栋,沈华亚,韩毅,刘立业,曹勤剑,杨仲田,刘宇辰,杨明明,池晓淼,孙岩松,陈志伟,张鸿宇,武海花,张冰涛,姬俊杰,杨文英
受保护的技术使用者：中国辐射防护研究院
技术研发日：
技术公布日：2024/12/5