CN103995274A - 一种辐射致可变梯度色差变色薄膜剂量计及其制备方法 - Google Patents

Abstract

一种辐射致可变梯度色差变色薄膜剂量计及其制备方法，薄膜剂量计包括第一聚酯基片，辐照敏感变色薄膜和通过热压法覆盖在辐照敏感变色薄膜上的第二聚酯基片，所述第一聚酯基片上刻有凹槽，所述辐照敏感变色薄膜设于第一聚酯基片的凹槽内。制备方法为先制备带凹槽的第一聚酯基片，再将制备好的辐照敏感变色溶液滴入上述凹槽中烘干得辐照敏感变色薄膜，最后将第二聚酯基片压在薄膜上得辐射致可变梯度色差变色薄膜剂量计。本发明公开的辐射致可变梯度色差变色薄膜剂量计高敏感性，通过颜色梯度变化来表征受照剂量大小的特点，使辐照剂量值的读取更加直观便捷；同时采用凹槽夹层结构，避免外界环境及人为的因素对薄膜的损害，延长了使用寿命。

Description

一种辐射致可变梯度色差变色薄膜剂量计及其制备方法

技术领域

本发明属于核技术应用领域，具体涉及一种辐射致可变梯度色差变色薄膜剂量计及其制备方法。 

背景技术

随着人类社会经济的发展，核技术应用的领域已涉及各行各业，而辐射防护引来了人们越来越多的关注和重视。拥有一款使用便捷、测量准确的辐射剂量计，从而有效快捷地评估所受辐射剂量是辐射防护工作中必不可少的。这种辐射剂量计，既可用于放射性工作人员随身携带的个人剂量监测，也可以用于工业辐照加工中受照货物的剂量跟踪检测等其他领域，应用领域非常广泛。目前常用的个人剂量计中，使用最广泛的量热剂量计和热释光剂量计需要专门的测量仪器进行后续剂量值读取，无法快速获取辐照剂量值；电离室剂量计虽然读取方便，但是成本高，不易广泛使用；化学剂量计大多通过辐照效应的检测来测定辐射剂量值，成本较小，但通用性较差，限制于某些特定辐照条件，而且某些化学剂量计的读取也需依靠特定仪器，无法快速、直观地显示得到剂量数值。因此，研发一种成本低、使用便捷、剂量值可直观反映、辐射灵敏度高、可快速测量的便携式剂量计已经成为当前辐射防护工作的迫切需要。

为解决传统剂量计无法快速获取辐射剂量值的不足，加之在剂量计制备过程中方法不合理会对剂量计性能产生影响的技术难点，从特殊有机材料对辐照的高敏感性的机理出发，研制一种可通过颜色梯度变化来表征受照剂量大小的材料，进一步地为制备一种辐射致可变梯度色差变色薄膜剂量计提供了最佳制作材料和合理解决方案。

发明内容

解决的技术问题：为解决现有技术问题，本发明提供了一种辐射致可变梯度色差变色薄膜剂量计及其制备方法，提高了辐射致可变梯度色差变色薄膜剂量计的敏感度，延长了使用寿命，并且制备方法简单易行，可实现批量生产。

技术方案：一种辐射致可变梯度色差变色薄膜剂量计，包括第一聚酯基片，辐照敏感变色薄膜和通过热压法覆盖在辐照敏感变色薄膜上的第二聚酯基片，所述第一聚酯基片上刻有凹槽，所述辐照敏感变色薄膜设于第一聚酯基片的凹槽内。

所述凹槽的截面形状为正方形、长方形、圆形或菱形的一种。

一种辐射致可变梯度色差变色薄膜剂量计的制备方法，包括如下步骤：

第一步，取一片聚酯基片并在上面制作深度为1.0mm-1.5mm的凹槽得第一聚酯基片并水平固定；

第二步，取胶粘剂加到有机溶剂中在60℃-70℃下加热溶解，所述有机溶剂的质量为胶粘剂的25-200倍，再向上述溶液中加入有机变色材料、光引发剂和氧化剂，在20℃-30℃下进行搅拌均匀得辐照敏感变色溶液，所述有机变色材料、光引发剂和氧化剂质量分别为胶粘剂的0.5-2倍、1-8倍和1-10倍；   

第三步，取辐照敏感变色溶液滴在第一聚酯基片的凹槽中，并将溶液涂抹均匀，再将第一聚酯基片置于干燥箱中，在20℃-40℃下干燥处理10-15min，待辐照敏感变色溶液烘干后得到厚度为0.1-0.5mm的膜即为辐照敏感变色薄膜；

第四步，取另一片厚度为0.5mm-1.0mm的聚酯基片剪裁成与凹槽形状大小相同，作为第二聚酯基片，采用热压法覆盖在辐照敏感变色薄膜之上，得辐射致可变梯度色差变色薄膜剂量计。

所述胶黏剂为航空级聚乙烯醇缩丁醛。

所述有机变色材料为10,12-二十五烷二炔羧酸。

所述有机溶剂为分析级无水乙醇。

所述光引发剂为1-羟基环己基苯基甲酮。

所述氧化剂为过氧化苯甲酰。

所述有机变色材料与光引发剂的质量比为1:6-1:2。

本发明一种辐射致可变梯度色差变色薄膜剂量计，其原理为：根据有机高分子化合物辐照变色的“辐射固相聚合变色”机理和“辐射自由基氧化还原变色”机理，由于所述有机变色材料单体具有碳碳三键与单键相互交替的链状结构，当接受辐照能量后，发生固相辐射聚合反应，生成的聚合物具有共轭体系（双键和三键共轭）的特有结构。该共轭体系受辐照后薄膜便显现出其对应色蓝色，且随着共轭体系的增多，颜色逐渐加深，即随着所受辐照剂量的增加其颜色具有较为明显的梯度色差变化。

有益效果

一、本发明为辐射致可变梯度色差薄膜的制备提供了最佳的制备材料，其中所述的光引发剂和氧化剂能促进有机变色材料在辐照下的变色反应，提高了辐照敏感变色薄膜的灵敏度和线性相应范围。

二、本发明为辐射致可变梯度色差薄膜的制备提供了合理的制备方法，其中采用将胶黏剂在高温下溶解和有机变色材料在20℃-30℃下溶解的方法，避免了有机变色材料在溶解过程中因高温而变性。

三、本发明的辐照敏感变色薄膜未辐照时呈现粉红色，辐照后辐照敏感变色薄膜呈现蓝色，且随辐照的剂量呈现梯度色差，颜色对比明显，便于观察。

四、本发明的辐射致可变梯度色差变色薄膜剂量计的线性响应范围为5～1000Gy,具有较宽的线性响应范围。

五、本发明所述剂量计采用的为凹槽夹层结构，辐照敏感变色层位于聚酯基片保护层之间，最大限度地避免了外界环境及人的因素对薄膜的损害。

六、本发明所述辐射致可变梯度色差薄膜由于优化光引发剂与有机变色材料的比例，因此相较从前的剂量计而言具有分辨率高，灵敏度优良，环境适用性强等优点。

综上所述，本发明所得的一种辐射致可变梯度色差变色薄膜剂量计通过增加氧化剂成分、合理的制备方法以及设计的凹槽夹层结构，提高了敏感度高，延长了使用寿命、简化了工艺等特点，同时制备成功率高，具有广阔的应用前景。 

附图说明

图1为一种辐射致可变梯度色差变色薄膜剂量计的结构示意图，其中，1、第一聚酯基片，2、辐照敏感变色薄膜，3、第二聚酯基片；

图2为有机变色材料与光引发剂在不同质量比下制备的薄膜剂量计的吸光度；

图3为有氧化剂存在且有机变色材料与光引发剂质量比为1：4时辐射致可变梯度色差变色薄膜剂量计在小剂量（5～100Gy）下辐照后与辐照剂量的线性响应关系；

图4为有氧化剂存在且有机变色材料与光引发剂质量比为1：4时辐射致可变梯度色差变色薄膜剂量计在大剂量(100～1000Gy)下辐照后与辐照剂量的线性响应关系；

图5为对由实施例1制备的辐射致可变梯度色差变色薄膜剂量计进行剂量标定后制成的成品图。

具体实施方式

下面的实施例可使本专业技术人员更全面地理解本发明，但不以任何方式限制本发明。

一种辐射致可变梯度色差变色薄膜剂量计，包括第一聚酯基片1，辐照敏感变色薄膜2和通过热压法覆盖在辐照敏感变色薄膜2上的第二聚酯基片3，所述第一聚酯基片1上刻有凹槽，所述辐照敏感变色薄膜2设于第一聚酯基片1的凹槽内。

结合实施例介绍本发明一种辐射致可变梯度色差变色薄膜剂量计的制备方法。

实施例1

1)、将1.0g航空级的聚乙烯醇缩丁醛（PVB）加到50g无水乙醇(分析纯，≥99.7%)中在65℃下进行加热溶解，再将0.8 g 10,12-二十五烷二炔羧酸和3.2g光引发剂184(1-羟基环己基苯基甲酮)，2.0g过氧化苯甲酰加入其中，在20℃下进行搅拌至均匀透明的辐照敏感变色溶液；

2)、取一片聚酯基片制作成深度为1.0mm、大小为2.0cm*2.0cm的正方形凹槽得第一聚酯基片1，将其固定于水平平面上，取辐照敏感变色溶液滴在凹槽中，通过玻璃棒使溶液在凹槽中均匀流平，用干燥箱在40℃下干燥处理15min后即成为辐照敏感变色薄膜2，厚度为200 μm；

3)、另取一片聚酯基片剪裁成与凹槽形状大小一样得第二聚酯基片3，厚度为0.8mm，采用热压法将第二聚酯基片3覆盖在辐照敏感变色薄膜2上，赶走间隙的空气，使结合更紧密。

实施例2

1)、将1.0g聚乙烯醇缩丁醛（PVB，航空级）加入到50g无水乙醇(分析纯，≥99.7%)中在60℃下进行加热溶解，再将0.8g10,12-二十五烷二炔羧酸、1.6g光引发剂184(1-羟基环己基苯基甲酮)和2.0g过氧化苯甲酰加入其中，在30℃下进行搅拌至均匀透明的辐照敏感变色溶液；

2)、取一片聚酯基片组合制作成深度为1.0mm的圆形凹槽得第一聚酯基片1，将其固定于水平平面上，取辐照敏感变色溶液滴在凹槽中，通过玻璃棒使溶液在凹槽中均匀流平，用干燥箱在40℃下干燥处理15min后即成为辐照敏感变色薄膜2，厚度为200μm；

3)、另取一片聚酯基片剪裁成与凹槽形状大小一样得第二聚酯基片3，厚度为0.8mm，采用热压法将第二聚酯基片3覆盖在辐照敏感变色薄膜2上，赶走间隙的空气，使结合更紧密。

实施例3

1)、将1.0g聚乙烯醇缩丁醛（PVB，航空级）加入到50g无水乙醇(分析纯，≥99.7%)中在60℃下进行加热溶解，再将0.8g10,12-二十五烷二炔羧酸、4.8g光引发剂184(1-羟基环己基苯基甲酮)和2.0g过氧化苯甲酰加入其中，在30℃下进行搅拌至均匀透明的辐照敏感变色溶液；

2)、取一片聚酯基片组合制作成深度为1.0mm的圆形凹槽得第一聚酯基片1，将其固定于水平平面上，将辐照敏感变色溶液滴在凹槽中，通过玻璃棒使溶液在凹槽中均匀流平，用干燥箱在40℃下干燥处理15min后即成为辐照敏感变色薄膜2，厚度为200μm；

3)、另取一片聚酯基片剪裁成与凹槽形状大小一样得第二聚酯基片3，厚度为0.8mm，采用热压法将第二聚酯基片3覆盖在辐照敏感变色薄膜2上，赶走间隙的空气，使结合更紧密。

实施例4

1)、将1.0g聚乙烯醇缩丁醛（PVB，航空级）加入到25g无水乙醇(分析纯，≥99.7%)中在60℃下进行加热溶解，再将0.5g10,12-二十五烷二炔羧酸、1.0g光引发剂184(1-羟基环己基苯基甲酮)和1.0g过氧化苯甲酰加入其中，在20℃下进行搅拌至均匀透明的辐照敏感变色溶液；

2)、取一片聚酯基片组合制作成深度为1.0mm的圆形凹槽得第一聚酯基片1，将其固定于水平平面上，将辐照敏感变色溶液滴在凹槽中，通过玻璃棒使溶液在凹槽中均匀流平，用干燥箱在20℃下干燥处理10min后即成为辐照敏感变色薄膜2，厚度为100μm；

3)、另取一片聚酯基片剪裁成与凹槽形状大小一样得第二聚酯基片3，厚度为0.8mm，采用热压法将第二聚酯基片3覆盖在辐照敏感变色薄膜2上，赶走间隙的空气，使结合更紧密。

通过前三个实例制得的薄膜经相同剂量辐照后的吸光度如附图2所示，从图中可以得出，在薄膜厚度和有机变色材料与氧化剂质量比相同的情况下，有机变色材料与光引发剂的质量比在1:4时吸光度最大。

将由实施例1制备的辐射致可变梯度色差变色薄膜剂量计进行剂量标定后制成的成品图如附图5所示。对不同剂量辐照条件下的薄膜颜色变化（累积吸收剂量在0-1000Gy时，本发明辐射致可变梯度色差变色薄膜剂量计的颜色随着剂量的累积增加而变深）进行剂量标定后，制作出标准比色卡，依据视觉颜色梯度变化来表征受照辐射剂量大小的材料，实际使用过程中，使用者可通过“颜色对照”法，快速直接地“读取”剂量数值，使得剂量测量更为便捷、直观。

Claims (9)

1.一种辐射致可变梯度色差变色薄膜剂量计，其特征在于：包括第一聚酯基片（1），辐照敏感变色薄膜（2）和通过热压法覆盖在辐照敏感变色薄膜（2）上的第二聚酯基片（3），所述第一聚酯基片（1）上刻有凹槽，所述辐照敏感变色薄膜（2）设于第一聚酯基片（1）的凹槽内。

2.根据权利要求1所述一种辐射致可变梯度色差变色薄膜剂量计，其特征在于：所述凹槽的截面形状为正方形、长方形、圆形或菱形的一种。

3.权利要求1所述一种辐射致可变梯度色差变色薄膜剂量计的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

第一步，取一片聚酯基片并在上面制作深度为1.0mm-1.5mm的凹槽得第一聚酯基片（1）并水平固定；

第二步，取胶粘剂加到有机溶剂中在60℃-70℃下加热溶解，所述有机溶剂的质量为胶粘剂的25-200倍，再向上述溶液中加入有机变色材料、光引发剂和氧化剂，在20℃-30℃下进行搅拌均匀得辐照敏感变色溶液，所述有机变色材料、光引发剂和氧化剂质量分别为胶粘剂的0.5-2倍、1-8倍和1-10倍；   

第三步，取辐照敏感变色溶液滴在第一聚酯基片（1）的凹槽中，并将溶液涂抹均匀，再将第一聚酯基片（1）置于干燥箱中，在20℃-40℃下干燥处理10-15min，待辐照敏感变色溶液烘干后得到厚度为0.1-0.5mm的膜即为辐照敏感变色薄膜（2）；

第四步，取另一片厚度为0.5mm-1.0mm的聚酯基片剪裁成与凹槽形状大小相同，作为第二聚酯基片（3），采用热压法覆盖在辐照敏感变色薄膜（2）之上，得辐射致可变梯度色差变色薄膜剂量计。

4.根据权利要求3所述一种辐射致可变梯度色差变色薄膜剂量计的制备方法，其特征在于：第二步中所述胶黏剂为航空级聚乙烯醇缩丁醛。

5.根据权利要求3所述一种辐射致可变梯度色差变色薄膜剂量计的制备方法，其特征在于：第二步所述有机变色材料为10,12-二十五烷二炔羧酸。

6.根据权利要求3所述一种辐射致可变梯度色差变色薄膜剂量计的制备方法，其特征在于：第二步所述有机溶剂为分析级无水乙醇。

7.根据权利要求3所述一种辐射致可变梯度色差变色薄膜剂量计的制备方法，其特征在于：第二步所述光引发剂为1-羟基环己基苯基甲酮。

8.根据权利要求3所述一种辐射致可变梯度色差变色薄膜剂量计的制备方法，其特征在于：第二步所述氧化剂为过氧化苯甲酰。

9.根据权利要求3所述一种辐射致可变梯度色差变色薄膜剂量计的制备方法，其特征在于：第二步所述有机变色材料与光引发剂的质量比为1:6-1:2。