CN103824605B

CN103824605B - 一种无铅防电离辐射复合材料

Info

Publication number: CN103824605B
Application number: CN201410062184.4A
Authority: CN
Inventors: 高潮; 胥强; 季平
Original assignee: HUBEI SANHE BUILDING MATERIAL TECHNOLOGY DEVELOPMENT Co Ltd
Current assignee: HUBEI SANHE BUILDING MATERIAL TECHNOLOGY DEVELOPMENT CO., LTD.
Priority date: 2014-02-24
Filing date: 2014-02-24
Publication date: 2017-02-15
Anticipated expiration: 2034-02-24
Also published as: CN103824605A

Abstract

本发明公开了一种无铅防电离辐射复合材料，按重量百分比计，其包含30～95%的防辐射粉体材料及5～70%的成型材料；其中，相对于所述复合材料的总重量而言，所述粉体材料包含1～65%硫酸钡粉、1～50%氧化铁粉、5～90%钨及其化合物、及1～25%镉及其化合物。本发明复合材料无毒、不污染环境、生产工艺简单、屏蔽能量范围宽、防电离辐射效果好、重量轻，可广泛用于各种防护用途。

Description

一种无铅防电离辐射复合材料

技术领域

本发明涉及电离辐射的防护领域，尤其涉及一种无铅防电离辐射复合材料。

背景技术

随着各种电离辐射在工业社会中的应用越来越广泛，对相关工作人员的防护卫生要求也越来越高。目前国内使用的防电离辐射复合材料一直局限于采用铅或铅化合物作为主要的添加材料来防止电离辐射对人体的危害，其主要应用于x射线、γ射线、α表面污染、β表面污染、及医院辐射设备室工作人员等的防护、无损探伤防护、核防护等，但该类产品比重大、屏蔽范围窄，且铅本身具有毒性，易给相关使用人员造成身体上的危害，同时也对环境造成污染。由于铅对人体及环境带来的严重危害，目前欧美等国家已经限制含铅制品在本国内使用。

为克服上述缺陷，目前已提出几种无铅x射线屏蔽材料。例如，中国专利申请CN101137285A公开了一种用于医用x射线防护的复合屏蔽材料，以重量百分比含量计算其包括以下组分：混合镧系元素：30～70％；钨：1～40％；铋：0～30％；锡：0.1～20％；载体材料：15～20％。

中国专利CN101572129A也公开了一种全无铅x射线屏蔽塑料复合材料，其基体材料为塑料，其组成和重量份数为：塑料，50-100；稀土有机配合物，20-300；无机稀土化合物，20-500；锡，20-500；铋单质或铋无机化合物，20-550；铋有机配合物，20-230；钨，20-260；软化剂，2-30；抗氧剂，1-3；硅烷偶联剂，0.5-3；及原位反应引发剂，0.2-1。

这些现有技术均是建立在用钨、铋、锡及其化合物与稀土元素等按一定比例配合，利用成型材料加工成型而制得的屏蔽材料，其解决了大多数现有技术含铅的不足之处，但其自身也存在一些缺陷：1)成本高，其中所用的铋及无机稀土化合物、有机稀土配合物单价高，造成制造出来的产品整体成本高；2)有机稀土配合物在市场上不易购买，自行生产又增加了工艺的复杂性，影响了产品的生产及广泛推广；3)屏蔽能量范围窄，在屏蔽能量范围内，屏蔽效果没有通过多种防辐射材料进行优化防护。

发明内容

本发明的目标在于提供一种无毒、不污染环境、降低生产工艺复杂性、屏蔽能量范围宽、防电离辐射效果好、重量轻的防电离辐射复合材料。

本发明的目标由一种无铅防电离辐射复合材料实现，按重量百分比计，其包含30～95％的防辐射粉体材料及5～70％的成型材料；其中，相对于复合材料的总重量而言，粉体材料包含1～65％硫酸钡粉、1～50％氧化铁粉、5～90％钨及其化合物、及1～25％镉及其化合物。

优选地，相对于复合材料的总重量而言，防辐射粉体材料还包括1～20％的、另外的防辐射粉体材料，另外的防辐射粉体材料包含下述之一或多个的混合物：铋及其化合物、锆及其化合物、硒及其化合物、锑及其化合物、锡及其化合物、铟及其化合物、铈及其化合物、钆及其化合物、铯及其化合物、以及这些材料与其他金属制成的合金材料。

优选地，成型材料包含下述之一或多个的混合物：橡胶、塑料、树脂、玻璃、碳粉、石英砂/粉、及玻璃纤维。

优选地，该复合材料还包含0.1～10％(重量)的辅助添加剂，用于确保产品的成型、增强防辐射效果及产品机械性能等。辅助添加剂包含下述之一或多种的混合物：交联剂、分散剂、固化剂、促进剂、偶联剂、及有机膨润土。

进一步优选地，交联剂、分散剂、固化剂、促进剂、和偶联剂分别为硼交联剂、硬脂酸钡分散剂、甲乙酮固化剂、环烷酸钴促进剂和KH570硅烷偶联剂。

进一步优选地，该复合材料包含85～95％的防辐射粉体材料。

进一步优选地，防辐射粉体材料包含5～30％的硫酸钡粉、1～15％的氧化铁粉末、30～50％的钨及其化合物、及1～10％的镉及其化合物。

优选地，防辐射粉体材料的粒度为1μm～100μm。如果粒度太粗，会降低产品的防辐射效果；反之，则不利于防辐射材料在成型材料中的分散，增加工艺的复杂性，不利于生产加工。

优选地，防辐射粉体材料的纯度达到99％以上。

本发明的原理为根据不同的防护要求即根据实际能量屏蔽需求，通过调整各种防电离辐射的粉末材料的比例而组成合理的配比，均匀分散到成型材料中，利用不同材料对应不同能量级的电离辐射，通过光电效应及康普顿效应，吸收或转化不同能量级的电离辐射，以此来达到屏蔽不同能量级的电离辐射的效果。

使用本发明的无铅防电离辐射复合材料，能够达到吸收屏蔽99％以上的电离辐射，确保电离辐射工作人员的身体不受射线伤害。而且本发明复合材料还具有下述优点：1)不含铅，无毒无害，不会对人体造成伤害，不会对环境造成污染；2)在同等防护效果下，质量比含铅制品明显要轻；3)所用材料常见，因此减少了工艺的复杂性，不需要另行生产原材料；4)屏蔽能量范围宽，通过多种防辐射材料优化配方，所得的复合材料对低能(80Kev以下)和高能(80Kev以上)的辐射起到优化的防护作用。

具体实施方式

根据不同的防护要求，可通过调整各种防电离辐射的粉末材料的比例及添加另外的防电离辐射材料粉末和/或添加剂，而使本发明复合材料可用于多种用途。下面给出本发明的部分优选实施例。

实施例一

防x射线辐射橡胶，按重量百分比计，包含：4.5μm硫酸钡粉24％，6.5μm氧化铁粉15％，4.5μm钨粉40％，4.5μm氧化镉粉5％，丁腈橡胶8％，氯丁橡胶3％，4.5μm碳粉3％，硼交联剂1％，及硬脂酸钡分散剂1％(粉末材料纯度均须≥99％)。

依据该配方，在混炼时将各粉末材料加入到橡胶中，使其均匀分散在橡胶里，再通过硫化成型，即制得所需的橡胶样品。所制造出来的橡胶样品通过中国计量科学研究院检测，其检测结果的铅当量在防X射线辐射方面超过同类产品的指标，完全可用来制造防X射线辐射器具。检测结果如下：

X射线能量(keV)	40	60	80	100	120
						管电压(kv)	50	75	100	125	140
铅当量(mmPb)	0.42	>0.42	>0.56	>0.56	>0.56

实施例二

防X射线辐射橡胶，按重量百分比计，包含：4.5μm硫酸钡粉13％，10μm氧化铁粉5％，19μm钨粉32％，19μm氧化镉粉7％，丁腈橡胶18％，氯丁橡胶10％，4.5μm碳粉10％，硼交联剂2％，及硬脂酸钡分散剂3％(粉末材料纯度均须≥99％)。依据该配方，在混炼过程中加入各种防辐射粉末材料，使其在橡胶中分散均匀，再通过硫化成型，即制得所需的防辐射橡胶样品。使用该橡胶制得的防辐射器具，屏蔽效果能达到0.35mm铅当量防护器具要求。

实施例三

防电离辐射橡胶，按重量百分比计，包含：4.5μm硫酸钡粉23％，10μm氧化铁粉10％，19μm钨粉37％，19μm氧化镉5％，10μm氧化锡粉5％，丁腈橡胶12％，天然橡胶3％，4μm碳粉3％，硼交联剂1％，硬脂酸钡分散剂1％(粉末材料纯度均须≥99％)。

依据该配方，在混炼时将各粉末材料加入到橡胶中，使其均匀分散在橡胶里，再通过硫化成型，即制得所需的防辐射橡胶。使用该橡胶制得的防辐射器具，屏蔽效果能达到0.45mm铅当量防护器具的要求。

实施例四

防x射线辐射屏，按重量百分比计，包含：4.5μm硫酸钡粉10％，10μm氧化铁粉3％，74μm钨粉30％，19μm氧化镉粉5％，10μm硒粉3％，不饱和聚酯树脂42％，玻璃纤维3m²，有机膨润土3％，固化剂甲乙酮0.8％，促进剂环烷酸钴1.2％，KH570硅烷偶联剂2％，其中玻璃纤维不计入重量百分比(粉末材料纯度均须≥99％)。

将各种粉末加入到不饱和聚酯树脂中搅拌均匀，再加入各种辅助添加剂搅拌均匀，将搅拌好的混合物涂覆到玻璃纤维上，使混合物完全渗透玻璃纤维并形成一定厚度，然后室温固化，再通过切割成型，单片屏蔽效果能达到0.05mm铅当量，通过将产品叠加，可制得不同铅当量防护要求的射线防护屏。

实施例五

防x射线辐射屏，按重量百分比计，包含：4.5μm硫酸钡粉23％，10μm氧化铁粉7％，74μm钨粉40％，19μm氧化镉粉5％，10μm氧化铋粉6％，不饱和聚酯树脂15％，玻璃纤维3m²，有机膨润土1％，固化剂甲乙酮0.4％，促进剂环烷酸钴0.6％，KH570硅烷偶联剂2％，其中玻璃纤维不计入重量百分比(粉末材料纯度均须≥99％)。

将各种粉末加入到不饱和聚酯树脂中搅拌均匀，再加入各种辅助添加剂搅拌均匀，将搅拌好的混合物涂覆到玻璃纤维上，使混合物完全渗透玻璃纤维并形成一定厚度，然后室温固化，再通过切割成型，单片屏蔽效果能达到0.1mm铅当量，通过将产品叠加，可制得不同铅当量防护要求的射线防护屏。

实施例六

x射线防护门，按重量百分比计，包含：硫酸钡粉4.5μm12％，74μm氧化铁粉3％，74μm钨粉33％，19μm氧化镉粉2％，10μm铯粉3％，不饱和聚酯树脂10％，玻璃15％，固化剂甲乙酮0.2％，促进剂环烷酸钴0.4％，KH570硅烷偶联剂1％，124μm石英砂20.4％(粉末材料纯度均须≥99％)。

依据该配方，将固化剂甲乙酮、促进剂环烷酸钴加入到不饱和树脂中并搅拌均匀，然后加入到混合均匀的其余粉体材料中，高速搅拌8分钟，把搅拌好的物料铺成3250cm×1650cm×5cm的形状，在人造石压机高压高振动下压制成型，再在80℃下烘干固化30分钟，经过打磨抛光，再根据实际需要切割即制得所需的x射线防护门，屏蔽效果能达到3mm铅当量以上。

实施例七

x射线防护门，按重量百分比计，包含：4.5μm硫酸钡粉9％，74μm氧化铁粉2％，74μm钨粉36％，19μm氧化镉粉2％，10μm铈粉2％，不饱和聚酯树脂18％，玻璃7％，固化剂甲乙酮0.2％，促进剂环烷酸钴0.4％，KH570硅烷偶联剂1％，124μm石英砂22.4％(粉末材料纯度均须≥99％)。

依据该配方，将固化剂甲乙酮、促进剂环烷酸钴加入到不饱和树脂中并搅拌均匀，然后加入到混合均匀的其余粉体材料中，高速搅拌8分钟，把搅拌好的物料铺成3250cm×1650cm×5cm的形状，利用人造石压机压制成型，再在80℃下烘干固化30分钟，经过打磨抛光，再根据实际需要切割即制得所需的x射线防护门，屏蔽效果能达到1.5mm铅当量以上。

实施例八

防电离辐射涂料，按重量百分比计，包含：4.5μm硫酸钡粉12％，2.5μm氧化铁粉2％，19μm钨粉38％，10μm氧化镉粉3％，4.5μm锡粉2％，环氧树脂40％，UV光固化剂2％，硼酸钡分散剂1％(粉末材料纯度均须≥99％)。

依据该配方，将粉体材料及各种辅助添加剂加入到环氧树脂中搅拌均匀，粉刷到安装有射线设备房间的墙上，粉刷厚度达到2mm，其能达到防止电离辐射穿过墙体给其他人造成伤害的效果。

实施例九

防电离辐射涂料，按重量百分比计，包含：4.5μm硫酸钡粉18％，2.5μm氧化铁粉9％，19μm钨粉35％，10μm氧化镉粉5％，4.5μm氧化锑粉5％，环氧树脂25％，UV光固化剂2％，硼酸钡分散剂1％(粉末材料纯度均须≥99％)。

应当理解，在详细描述和具体例子表明本发明优选实施例的同时，它们仅为说明目的给出。对于本领域的技术人员来说，通过这些详细说明在本发明精神和范围内做出各种变化和修改将显而易见，所有这些变化和修改均在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种无铅防电离辐射复合材料，按重量百分比计，其包含30～95％的防辐射粉体材料及5～70％的成型材料；其中，相对于所述复合材料的总重量而言，所述粉体材料包含9～24％硫酸钡粉、2～15％氧化铁粉、30～50％钨及其化合物、及1～10％镉及其化合物。

2.根据权利要求1所述的复合材料，其中，相对于所述复合材料的总重量而言，所述防辐射粉体材料还包括1～20％的、另外的防辐射粉体材料，所述另外的防辐射粉体材料包含下述之一或多个的混合物：铋及其化合物、硒及其化合物、锑及其化合物、锡及其化合物、铟及其化合物、铈及其化合物、钆及其化合物、铯及其化合物、以及这些材料与其他金属制成的合金材料。

3.根据权利要求1所述的复合材料，其中所述成型材料包含下述之一或多个的混合物：橡胶、塑料、树脂、玻璃、碳粉、石英砂/粉、及玻璃纤维。

4.根据权利要求1所述的复合材料，所述复合材料还包含0.1～10％(重量)的辅助添加剂，所述辅助添加剂包含下述之一或多种的混合物：交联剂、分散剂、固化剂、促进剂、偶联剂、及有机膨润土。

5.根据权利要求4所述的复合材料，其中所述交联剂、分散剂、固化剂、促进剂、和偶联剂分别为硼交联剂、硬脂酸钡分散剂、甲乙酮固化剂、环烷酸钴促进剂、和KH570硅烷偶联剂。

6.根据权利要求1所述的复合材料，其中所述复合材料包含85～95％的防辐射粉体材料。

7.根据权利要求1-6任一所述的复合材料，其中所述防辐射粉体材料的粒度为1μm～100μm。

8.根据权利要求7所述的复合材料，其中所述防辐射粉体材料的纯度达到99％以上。