CN103275417A - 防辐射复合材料 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种防辐射复合材料,其主要由60-68重量份防辐射填料和32-40重量份基体制备而成,该防辐射复合材料的加工过程不需硫化,其中所述防辐射填料包括以任意比混合的以下的三种组分:单一稀土氧化物和/或其盐类、氧化钨、氧化锑,所述基体选自聚氯乙烯或EPDM。本发明采用橡胶或聚氯乙烯为原料,并采用不含铅的防辐射填料,用不需硫化的熔融加工方法制成性能与现有的硫化工艺防辐射铅橡胶相同或更好的防辐射复合材料,由于其加工制备过程不需要硫化,因而对环境更友好。

Description

防辐射复合材料
技术领域
本发明涉及防辐射技术领域,特别涉及一种防辐射复合材料。
背景技术
随着科技的迅速发展,各种射线的使用日益广泛,各种辐射充斥于我们的生活中。辐射对人体造成了一定的伤害,严重影响了人们的身体健康。而辐射是可以对其进行防护的,以降低对我们身体及生活的影响。防辐射主要是通过吸收或消散部分辐射能从而达到降低辐射的影响。传统的X射线和γ射线屏蔽材料一般选用混凝土、水泥、铅板等具有较高密度的物质,后来逐步开发生产了一系列以铅或铅的化合物为填料的有机或无机高分子材料,如铅玻璃、铅橡胶、树脂/纳米铅复合材料等,满足了当时的需要,但是铅固有的毒性以及较高的密度限制了这类材料的应用和发展,所以不含铅的防辐射材料亟待发展。由于稀土元素具有防辐射特性,因此目前针对稀土应用于防辐射的研究越来越多,并用其他重金属氧化物替换有毒的氧化铅。
目前,传统的铅橡胶的加工工艺过程需要硫化,但是传统的硫化工艺对环境不友好,因此现有的需要硫化才能制成的铅橡胶急需更新换代产品。
发明内容
本发明的目的是提供一种防辐射复合材料,以解决现有技术中铅橡胶的制备工艺需要硫化过程而且铅元素具有毒性而面临淘汰,急需换代产品的缺陷。
本发明的技术方案如下:
本发明提供一种防辐射复合材料,其主要由60-68重量份防辐射填料和32-40重量份基体制备而成,该防辐射复合材料的加工过程不需硫化,其中所述防辐射填料包括以任意比混合的以下的三种组分:单一稀土氧化物和/或其盐类、氧化钨、氧化锑;所述基体选自聚氯乙烯或EPDM。在本发明的防辐射复合材料中,可以仅添加一种稀土元素的氧化物,或者仅添加一种稀土元素的盐类,或者同时添加一种稀土元素的氧化物和盐类。传统的铅橡胶由于其加工过程需要硫化,且铅元素由于有毒、不环保而面临淘汰,本发明采用EPDM橡胶或采用聚氯乙烯为原料,并采用不含铅的防辐射填料,以及通过调节和选择各种添加剂和/或加工助剂,从而可以采用不需硫化的制备工艺,制成性能与现有的经硫化的防辐射铅橡胶相同或更好的防辐射复合材料,有效解决了硫化对环境产生影响的问题。
在本发明的优选实施方案中,所述单一稀土氧化物和/或其盐类可选自稀土元素La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Y或Sc的氧化物及其盐类。
在本发明的防辐射复合材料制备时,还可以根据需要和对最终产品的要求添加各种加工助剂和添加剂,本发明不对加工助剂和添加剂的种类进行限制,也不对加工助剂和添加剂具体采用哪种试剂进行限制,但在本发明的优选实施方式中,所述防辐射复合材料可包括如下添加剂和/或加工助剂的一种或几种:润滑软化剂、增塑剂、低温增塑剂或防寒剂、抗氧剂、增韧剂、润滑剂、热稳定剂、填充剂、偶联剂、促进剂和胶粘剂。
在本发明的进一步优选实施方式中,所述润滑软化剂为橡胶操作油;
所述增塑剂为磷酸三苯酯;
所述低温增塑剂或防寒剂为己二酸二(2-乙基)己酯;
所述抗氧剂选自对苯二胺或2,6-对二叔丁基对苯酚;
所述增韧剂为丙烯酸酯-苯乙烯-丁二烯共聚物;
所述润滑剂选自硬脂酸或棕榈酸中的一种或两种;
所述热稳定剂为硫醇甲基锡;
所述填充剂为陶土或高岭土;
所述偶联剂选自硅烷偶联剂或苯乙烯-丁二烯共聚物中的一种或两种;
所述促进剂选自促进剂M或促进剂TMTD中的一种或两种;
所述胶粘剂为C9石油树脂。
本发明还具体提供一种聚氯乙烯基防辐射复合材料,其由包括以下组分的原料制备而得:
聚氯乙烯   17-20重量份,
磷酸三苯酯 6.5-7.5重量份,或邻苯二甲酸二异辛酯 8重量份,
己二酸二(2-乙基)己酯 2.0-3.0重量份,
对苯二胺   0.5-1.0重量份,
丙烯酸酯-苯乙烯-丁二烯共聚物  2.0-3.0重量份,
棕榈酸  0.5-1.0重量份,
硫醇甲基锡  0.3-0.5重量份,
防辐射填料 65重量份,所述防辐射填料包括以任意比混合的如下的三种组分:单一稀土氧化物和/或其盐类、氧化钨、氧化锑。
本聚氯乙烯基防辐射复合材料采用塑料为原料,同时结合不含铅的防辐射填料的添加,并通过各种添加剂和/或加工助剂的选择和添加比例的优化,使防辐射的无机物成分和有机基体成分高效融合,然后采用通用的熔融加工方法,不需经过硫化工艺,就能使得到的复合材料具有与现有的硫化工艺铅橡胶类似的性能,有效解决了目前的防辐射铅橡胶需要硫化且铅元素不环保的问题。
以上方案优选,所述防辐射填料为:
单一稀土氧化物和/或其盐类 18重量份,
氧化钨31重量份,
氧化锑 16重量份。其中,此处列举的防辐射填料各组分的比例仅为一优选实施例,不用于限定,防辐射填料中各组分的含量可根据需要或产品要求进行调整。
上述聚氯乙烯基防辐射复合材料可进一步优选如下:
聚氯乙烯  17-19重量份,
磷酸三苯酯 6.5-7.5重量份,
己二酸二(2-乙基)己酯  2.0-3.0重量份,
对苯二胺 0.5-1.0重量份,
丙烯酸酯-苯乙烯-丁二烯共聚物 2.0-3.0重量份,
棕榈酸 0.5-1.0重量份,
硫醇甲基锡 0.3-0.5重量份,
单一稀土氧化物和/或其盐类 18重量份,
氧化钨 31重量份,
氧化锑 16重量份。
申请人通过实验和结果测试证明,采用上述进一步优选的方案得到的防辐射复合材料在提高其力学性能和防辐射性能及其它综合性能上具有更好的综合效果。
此外,本发明还具体提供一种橡胶基防辐射复合材料,其由包括以下组分的原料制备而得:
橡胶操作油 9重量份,
EPDM 12重量份,
陶土或高岭土 6重量份,
硅烷偶联剂 0.2重量份, 
苯乙烯-丁二烯共聚物 2重量份,
硬脂酸 1重量份,
棕榈酸 0.8重量份,
磷酸三苯酯 0.5重量份,
促进剂M 0.2重量份,
促进剂TMTD 0.3重量份,
防辐射填料 60-68重量份,所述防辐射填料包括以任意比混合的如下的三种组分:单一稀土氧化物和/或其盐类、氧化钨、氧化锑。此外,还可在原料中加入2重量份C9石油树脂。本橡胶基防辐射复合材料采用EPDM为原料,同时结合不含铅的防辐射填料的添加,并通过各种添加剂和/或加工助剂的选择和添加比例的优化,使防辐射的无机物成分和有机基体成分高效融合,然后采用通用的熔融加工方法,不经过硫化工艺就能使得到的防辐射复合材料具有与防辐射硫化铅橡胶类似的性能,有效解决了目前的防辐射铅橡胶需要硫化、给环境带来污染的问题。
其中优选,所述防辐射填料为:
单一稀土氧化物和/或其盐类 10重量份,
氧化钨15-18重量份,
氧化锑 35-40重量份。其中,此处列举的防辐射填料各组分的比例仅为一优选实施例,不用于限定,防辐射填料中各组分的含量可根据需要或产品要求进行调整。
上述的橡胶基防辐射复合材料可进一步优选如下:
橡胶操作油 9重量份,
EPDM 12重量份,
氧化钨 16-18重量份,
氧化锑 35-40重量份,
单一稀土氧化物(Ln2O3)及其盐类 10重量份,
陶土 6重量份,
硅烷偶联剂 0.2重量份,
苯乙烯-丁二烯共聚物 2重量份,
硬脂酸 1重量份,
棕榈酸 0.8重量份,
磷酸三苯酯 0.5重量份,
促进剂M 0.2重量份,
促进剂TMTD 0.3重量份。
申请人通过实验和结果测试证明,采用上述进一步优选的方案得到的防辐射复合材料在提高其力学性能和防辐射性能及其它综合性能上具有更好的综合效果。
本发明的上述防辐射复合材料的加工方法采用常用的复合材料熔融加工方法,具体工艺过程为业内常识,此处不再赘述。
与现有技术相比,本发明的有益效果如下:
第一,本发明采用氧化锑和氧化钨代替传统的氧化铅,同时在其中加入稀土成分,稀土/高分子复合材料在X射线屏蔽应用中可有效弥补铅的弱吸收区,从而避免了使用铅产生的毒性;本发明采用EPDM橡胶或者塑料聚氯乙烯为基体,通过选择加入适当的添加剂,使防辐射的无机物成分和有机基体成分高效融合;进而经过较为简单的密炼及压延工艺,即制得新型复合材料,得到的复合材料具备传统硫化工艺铅橡胶的性能,但由于未采用硫化工艺,所以对环境更加友好,而且采用不硫化的工艺,使得防辐射的无机组分可以回收利用;
第二,本发明提供的防辐射复合材料产品加工过程简单,无需预处理,可用常规设备进行加工;
第三,本发明提供的防辐射复合材料产品无毒,环保,可回收利用;重量方面比现有的产品轻20—30%,可有效减少最终成品比如防辐射服等的重量,极大地减少了相关操作人员和使用人员的负担。
当然,实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
具体实施方式
本发明提供一种防辐射复合材料,其主要由60-68重量份防辐射填料和32-40重量份基体制备而成,该防辐射复合材料的加工过程不需硫化,其中所述防辐射填料包括以任意比混合的以下的三种组分:单一稀土氧化物和/或其盐类、氧化钨、氧化锑;所述基体选自聚氯乙烯或EPDM。
下面结合具体实施例,进一步阐述本发明。应该理解,这些实施例仅用于说明本发明,而不用于限定本发明的保护范围。在实际应用中本领域技术人员根据本发明做出的改进和调整,仍属于本发明的保护范围。其中,以下实施例中,涉及到性能测试部分,其标准为:
1.所有试样的硬度标准按GB/T531测试;
    2.所有试样的拉伸强度和拉断伸长率按标准GB/T528测试;
    3.铅当量的标准按GBZ/T147-2002测试;主要仪器设备及编号为:
         NE2550 二级标准剂量仪 J-067;
         DCI8500 精密电流积分仪 TK30 电离室 J-102;
4.样品厚度均选取为0.7mm。
 
实施例1
本实施例提供一种聚氯乙烯基防辐射复合材料,其由包括以下组分的原料制备而得:
聚氯乙烯       20重量份,
邻苯二甲酸二异辛酯    8重量份,
己二酸二(2-乙基)己酯    2重量份,
2,6-对二叔丁基对苯酚 0.2重量份,
丙烯酸酯-苯乙烯-丁二烯共聚物 3重量份,
棕榈酸    0.5重量份,
硫醇甲基锡   0.3重量份,
CeO2         18重量份,
氧化钨    31重量份,
氧化锑    16重量份。
该聚氯乙烯基防辐射复合材料的加工方法同现有的熔融混合方法,根据以上原料配比进行配料、混合,然后密炼、挤出喂料、压延、冷却、切割、包装,得到产品。
对以上得到的复合材料产品进行性能测试,并将其性能数据与现有的硫化工艺制备的铅橡胶进行比较,结果如下表1:
                                       表 1
Figure 2013102039302100002DEST_PATH_IMAGE001
  
     从以上数据可以看出,本实施例制备的复合材料与铅橡胶在硬度、力学强度、韧性和防辐射性能上均相当,完全可以替代现有的铅橡胶,而且密度比现有的铅橡胶小,重量方面比现有的产品轻20—30%,可有效减少最终成品比如防辐射服等的重量,极大地减少了相关操作人员和使用人员的负担。
 
实施例2
本实施例与实施例一的不同之处在于:
增塑剂采用7.5重量份的磷酸三苯酯,抗氧剂采用0.5重量份对苯二胺,所得复合材料产品的性能测试结果及其与现有的硫化工艺制备的铅橡胶的比较如下表2:
表2
Figure 402767DEST_PATH_IMAGE002
从以上数据可以看出,本实施例制备的复合材料与铅橡胶在硬度、力学强度、韧性和防辐射性能上均相当,完全可以替代现有的铅橡胶,而且密度比现有的铅橡胶小,重量方面比现有的产品轻20—30%,可有效减少最终成品比如防辐射服等的重量,极大地减少了相关操作人员和使用人员的负担。
 
实施例3
本实施例提供一种橡胶基防辐射复合材料,其由包括以下组分的原料制备而得:
橡胶操作油       9重量份,     
EPDM  12重量份,   
氧化钨 18重量份,   
氧化锑  40重量份,       
CeO2    10重量份,   
高岭土 6重量份,     
KH560        0.2重量份,  
C9石油树脂      2重量份,     
硬脂酸 1重量份,     
棕榈酸 0.8重量份,  
邻苯二甲酸丁二酯    0.5重量份,  
促进剂M    0.2重量份,  
促进剂TMTD    0.3重量份,
该橡胶基防辐射复合材料的加工方法同现有的熔融混合方法,根据以上原料配比进行配料、混合,然后密炼、挤出喂料、压延、冷却、切割、包装,得到产品。
对以上得到的产品进行性能测试,并将其性能数据与现有的硫化工艺制备的铅橡胶进行比较,测试结果如下表3:
表3
从以上数据可以看出,本实施例制备的复合材料与铅橡胶在硬度、力学强度、韧性和防辐射性能上均相当,完全可以替代现有的铅橡胶,而且密度比现有的铅橡胶小,重量方面比现有的产品轻20—30%,可有效减少最终成品比如防辐射服等的重量,极大地减少了相关操作人员和使用人员的负担。
 
实施例4
本实施例提供的一种橡胶基防辐射复合材料,其由包括以下组分的原料制备而得:
橡胶操作油       9重量份,
EPDM  12重量份,
氧化钨 18重量份,
氧化锑 40重量份,
CeO2   10重量份,
陶土    6重量份,
KH560        0.2重量份,
苯乙烯-丁二烯共聚物       2重量份,
硬脂酸 1重量份,
棕榈酸 0.8重量份,
磷酸三苯酯 0.5重量份,
促进剂M    0.2重量份,
促进剂TMTD    0.3重量份,
该橡胶基防辐射复合材料的加工方法同现有的熔融混合方法,根据以上原料配比进行配料、混合,然后密炼、挤出喂料、压延、冷却、切割、包装,得到产品。
对以上得到的产品进行性能测试,并将其性能数据与现有的硫化工艺制备的铅橡胶进行比较,测试结果如下表4:
                                                 表4
从以上数据可以看出,本实施例制备的复合材料与铅橡胶在硬度、力学强度、韧性和防辐射性能上均相当,完全可以替代现有的铅橡胶,而且密度比现有的铅橡胶小,重量方面比现有的产品轻20—30%,可有效减少最终成品比如防辐射服等的重量,极大地减少了相关操作人员和使用人员的负担。
本发明所列举的各原料都能实现本发明,以及各原料的上下限取值、区间值都能实现本发明,在此不一一列举实施例。

Claims (10)

1.一种防辐射复合材料,其特征在于,主要由60-68重量份防辐射填料和32-40重量份基体制备而成,该防辐射复合材料的加工过程不需硫化,其中所述防辐射填料包括以任意比混合的以下的三种组分:单一稀土氧化物和/或其盐类、氧化钨、氧化锑;所述基体选自聚氯乙烯或EPDM。
2.如权利要求1所述的防辐射复合材料,其特征在于,所述单一稀土氧化物及其盐类选自稀土元素La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Y或Sc的氧化物及其盐类。
3.如权利要求1或2所述的防辐射复合材料,其特征在于,还包括如下加工助剂和/或添加剂中的一种或几种:润滑软化剂、增塑剂、低温增塑剂或防寒剂、抗氧剂、增韧剂、润滑剂、热稳定剂、填充剂、偶联剂、促进剂和胶粘剂。
4.如权利要求3所述的防辐射复合材料,其特征在于,所述润滑软化剂为橡胶操作油;
所述增塑剂选自磷酸三苯酯或邻苯二甲酸二异辛酯;
所述低温增塑剂或防寒剂为己二酸二(2-乙基)己酯;
所述抗氧剂选自对苯二胺或2,6-对二叔丁基对苯酚;
所述增韧剂为丙烯酸酯-苯乙烯-丁二烯共聚物;
所述润滑剂选自硬脂酸或棕榈酸中的一种或两种;
所述热稳定剂为硫醇甲基锡;
所述填充剂为陶土或高岭土;
所述偶联剂选自硅烷偶联剂或苯乙烯-丁二烯共聚物中的一种或两种;
所述促进剂选自促进剂M或促进剂TMTD中的一种或两种;
所述胶粘剂为C9石油树脂。
5.一种聚氯乙烯基防辐射复合材料,其特征在于,由包括以下组分的原料制备而得:
聚氯乙烯 17-20重量份,
磷酸三苯酯6.5-7.5重量份,或邻苯二甲酸二异辛酯 8重量份,
己二酸二(2-乙基)己酯 2.0-3.0重量份,
对苯二胺 0.5-1.0重量份,或2,6-对二叔丁基对苯酚  0.2重量份,
丙烯酸酯-苯乙烯-丁二烯共聚物 2.0-3.0重量份,
棕榈酸 0.5-1.0重量份,
硫醇甲基锡 0.3-0.5重量份,
防辐射填料 65重量份,所述防辐射填料包括以任意比混合的如下的三种组分:单一稀土氧化物和/或其盐类、氧化钨、氧化锑。
6.如权利要求5所述的聚氯乙烯基防辐射复合材料,其特征在于,所述防辐射填料为:
单一稀土氧化物和/或其盐类 18重量份,
氧化钨31重量份,
氧化锑 16重量份。
7.如权利要求5或6所述的聚氯乙烯基防辐射复合材料,其特征在于,所述单一稀土氧化物及其盐类选自稀土元素La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Y或Sc的氧化物及其盐类。
8.一种橡胶基防辐射复合材料,其特征在于,由包括以下组分的原料制备而得:
橡胶操作油 9重量份,
EPDM 12重量份,
陶土和/或高岭土 6重量份,
硅烷偶联剂 0.2重量份, 
苯乙烯-丁二烯共聚物 2重量份,
硬脂酸 1重量份,
棕榈酸 0.8重量份,
磷酸三苯酯 0.5重量份,
促进剂M 0.2重量份,
促进剂TMTD 0.3重量份,
防辐射填料 60-68重量份,所述防辐射填料包括以任意比混合的如下的三种组分:单一稀土氧化物和/或其盐类、氧化钨、氧化锑。
9.如权利要求8所述的橡胶基防辐射复合材料,其特征在于,所述防辐射填料为:
单一稀土氧化物和/或其盐类 10重量份,
氧化钨15-18重量份,
氧化锑 35-40重量份。
10.如权利要求8或9所述的橡胶基防辐射复合材料,其特征在于,所述单一稀土氧化物及其盐类选自稀土元素La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Y或Sc的氧化物及其盐类。
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