2024年度中國紡織工業(yè)聯(lián)合會科學技術(shù)獎近日揭曉。由浙江理工大學、杭州路先非織造股份有限公司、世源科技(嘉興)醫(yī)療電子有限公司、東綸科技實業(yè)有限公司、中紡標檢驗認證股份有限公司 等單位共同完成的項目“可溶性聚乙烯醇非織造防護材料研發(fā)及其在核防護中的典型應(yīng)用 ”榮獲科技進進步獎一等獎 。

核電是國家能源戰(zhàn)略的重要組成，中國核電已經(jīng)成為世界核電發(fā)展的生力軍(僅次于美國)。核電安全關(guān)乎公共安全和人類生存環(huán)境。作為一種典型的核放射性顆粒污染物，核塵埃防護至關(guān)重要。當前核電站普遍使用的核放射性顆粒防護材料為一次性非織造聚烯烴，使用后易產(chǎn)生難以降解的巨量廢棄物，填埋處理耗費大量土地資源，焚燒處理易產(chǎn)生廢氣污染。聚乙烯醇(PVA)具有純水溶、溶解溫度可調(diào)控、易降解等典型特征，易與核放射性顆粒污染物分離，為發(fā)展可降解核放射性顆粒防護材料及廢棄物高效清潔減量化處理提供了思路。項目提出制備水溶性PVA水刺非織造材料和水溶性PVA微孔薄膜2種防護材料，創(chuàng)制1套核防護廢棄物高減容比減量化處理裝備，解決了PVA纖維水溶性和水刺成形間的突出矛盾，突破了PVA薄膜難以熱塑加工的局限，破解了核防護廢棄物難以超高減容比減量化處理的難題，形成了核防護用可溶性PVA非織造防護材料產(chǎn)業(yè)化加工技術(shù)體系。 項目在水刺材料和薄膜成形及廢棄物減容的關(guān)鍵設(shè)備與工藝技術(shù)等方面取得突破，整體技術(shù)達到國際先進水平 。項目產(chǎn)品逐步替代不可降解的聚烯烴防護服，有力推動核放射性顆粒污染物防護材料行業(yè)的技術(shù)進步，對保衛(wèi)國家能源安全、支撐核電高質(zhì)量發(fā)展意義重大。

創(chuàng)制關(guān)鍵設(shè)備，為材料均勻成形奠定基礎(chǔ)

PVA纖維吸水性強、易溶脹，使得其難以完全適應(yīng)常規(guī)的水刺加工，尤其是先預刺再主刺極易導致纖維板結(jié)，纖維在常規(guī)高壓水刺摩擦下甚至會產(chǎn)生溶解，造成加工不勻，進而影響非織造材料的成形。項目創(chuàng)新性研制噴淋輥壓轉(zhuǎn)鼓，通過噴淋預濕代替常規(guī)的預刺，避免纖網(wǎng)內(nèi)的PVA纖維發(fā)生流失、位移;創(chuàng)制預除水裝置，將常規(guī)的“主刺-烘燥(>120 ℃)”工序改為“主刺-預除水-低溫烘燥(100 ℃)”工序，通過預除水既能解決烘干過程中PVA纖維的溶解黏連問題，還能實現(xiàn)低溫烘燥。

研發(fā)新工藝，提升防護水平

PVA分子鏈上含有大量的強極性羥基，容易形成分子內(nèi)和分子間氫鍵，使分子鏈堆積規(guī)整、結(jié)晶度高，導致其熔融溫度(220~230 ℃)和分解溫度(230~250 ℃)接近，難以進行熱塑加工。基于“相似相溶”原理，項目采用分段増塑策略制備寬熔融加工窗口PVA熔體，并創(chuàng)制熔體均勻分配模頭，形成了熱塑加工成形的水溶性PVA薄膜。

開展核防護廢棄物無害化處理研究，實現(xiàn)超高減容比消減

針對高醇解度PVA分子量大、高濃溶液粘度高，導致核塵埃不易分離、燃燒時溶液難以噴淋和燃燒不充分的問題，項目研究PVA溶解-降解-分解機制，發(fā)明高濃溶液降黏技術(shù)，形成包括溶解降粘、熱燃燒分解、尾氣催化凈化等裝置的一體化減容設(shè)備， 研發(fā)的可溶性PVA核防護材料(PVA水刺非織造材料和PVA薄膜)在廢棄后可實現(xiàn)高減容比減量化處理，填埋土地總量降低2個數(shù)量級，比常規(guī)焚燒相比節(jié)約投資成本90%。

項目獲授權(quán)發(fā)明專利6件、實用新型專利9件;發(fā)表期刊論文5篇;制定國家標準1項、行業(yè)標準2項。建成PVA水刺非織造材料生產(chǎn)線4條、PVA薄膜生產(chǎn)線2條、超聲波復合生產(chǎn)線2條，工藝技術(shù)成熟，設(shè)備運行穩(wěn)定，通過水刺材料和薄膜的選擇性搭配形成的2類核防護服產(chǎn)品應(yīng)用于國內(nèi)外核電站。