可溶性核防护材料支撑核电产业绿色发展

2024年度中国纺织工业联合会科学技术奖近日揭晓。由浙江理工大学、杭州路先非织造股份有限公司、世源科技(嘉兴)医疗电子有限公司、东纶科技实业有限公司、中纺标检验认证股份有限公司等单位共同完成的项目“可溶性聚乙烯醇非织造防护材料研发及其在核防护中的典型应用”荣获科技进进步奖一等奖。

核电是国家能源战略的重要组成，中国核电已经成为世界核电发展的生力军。核电安全关乎公共安全和人类生存环境。作为一种典型的核放射性颗粒污染物，核尘埃防护至关重要。当前核电站普遍使用的核放射性颗粒防护材料为一次性非织造聚烯烃，使用后易产生难以降解的巨量废弃物，填埋处理耗费大量土地资源，焚烧处理易产生废气污染。聚乙烯醇(PVA)具有纯水溶、溶解温度可调控、易降解等典型特征，易与核放射性颗粒污染物分离，为发展可降解核放射性颗粒防护材料及废弃物高效清洁减量化处理提供了思路。项目提出制备水溶性PVA水刺非织造材料和水溶性PVA微孔薄膜2种防护材料，创制1套核防护废弃物高减容比减量化处理装备，解决了PVA纤维水溶性和水刺成形间的突出矛盾，突破了PVA薄膜难以热塑加工的局限，破解了核防护废弃物难以超高减容比减量化处理的难题，形成了核防护用可溶性PVA非织造防护材料产业化加工技术体系。项目在水刺材料和薄膜成形及废弃物减容的关键设备与工艺技术等方面取得突破，整体技术达到国际先进水平。项目产品逐步替代不可降解的聚烯烃防护服，有力推动核放射性颗粒污染物防护材料行业的技术进步，对保卫国家能源安全、支撑核电高质量发展意义重大。

创制关键设备，为材料均匀成形奠定基础

PVA纤维吸水性强、易溶胀，使得其难以完全适应常规的水刺加工，尤其是先预刺再主刺极易导致纤维板结，纤维在常规高压水刺摩擦下甚至会产生溶解，造成加工不匀，进而影响非织造材料的成形。项目创新性研制喷淋辊压转鼓，通过喷淋预湿代替常规的预刺，避免纤网内的PVA纤维发生流失、位移;创制预除水装置，将常规的“主刺-烘燥(>120 ℃)”工序改为“主刺-预除水-低温烘燥(100 ℃)”工序，通过预除水既能解决烘干过程中PVA纤维的溶解黏连问题，还能实现低温烘燥。

研发新工艺，提升防护水平

PVA分子链上含有大量的强极性羟基，容易形成分子内和分子间氢键，使分子链堆积规整、结晶度高，导致其熔融温度(220~230 ℃)和分解温度(230~250 ℃)接近，难以进行热塑加工。基于“相似相溶”原理，项目采用分段増塑策略制备宽熔融加工窗口PVA熔体，并创制熔体均匀分配模头，形成了热塑加工成形的水溶性PVA薄膜。

开展核防护废弃物无害化处理研究，实现超高减容比消减

针对高醇解度PVA分子量大、高浓溶液粘度高，导致核尘埃不易分离、燃烧时溶液难以喷淋和燃烧不充分的问题，项目研究PVA溶解-降解-分解机制，发明高浓溶液降黏技术，形成包括溶解降粘、热燃烧分解、尾气催化净化等装置的一体化减容设备，研发的可溶性PVA核防护材料(PVA水刺非织造材料和PVA薄膜)在废弃后可实现高减容比减量化处理，填埋土地总量降低2个数量级，比常规焚烧相比节约投资成本90%。

项目获授权发明专利6件、实用新型专利9件;发表期刊论文5篇;制定国家标准1项、行业标准2项。建成PVA水刺非织造材料生产线4条、PVA薄膜生产线2条、超声波复合生产线2条，工艺技术成熟，设备运行稳定，通过水刺材料和薄膜的选择性搭配形成的2类核防护服产品应用于国内外核电站。