CN106833290B - 热中子屏蔽涂料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种热中子屏蔽涂料及其制备方法，属于辐射防护材料技术领域。所述热中子屏蔽涂料由以下组分按质量百分比制备得到：环氧树脂22％‑38％；屏蔽物质12％‑40％；固化剂12％‑27％；固化促进剂5％‑5.5％；稀释剂5％‑10％；偶联剂或流变剂6.5％‑7.8％；阻燃剂6％‑10％；其中，所述环氧树脂为双酚A型环氧树脂；所述屏蔽物质为氮化硼粉末。本发明的热中子屏蔽涂料中含有高含量的硼物质，具有优异的热中子屏蔽性能，且其耐受温度高，耐高温性强，阻燃性强，满足了高温等特殊场所的应用需求。本发明的制备方法简单，工艺条件要求低，易于操作，制备速度快，成本低。

Description

热中子屏蔽涂料及其制备方法
技术领域
本发明属于辐射防护材料技术领域，涉及一种热中子屏蔽涂料以及制备此热中子屏蔽涂料的制备方法。
背景技术
随着科技和社会的发展，更多的核设施应用于社会生产和人类生活当中，但是，对于核反应堆、放射性同位素以及加速器所产生的射线中，中子射线由于穿透能力强，使其对人体、环境、仪器设备等产生很强的辐射损伤，威胁生命安全和仪器的正常工作，所以对中子进行良好地屏蔽是使中子正常为人类服务的必要手段。
对中子的屏蔽一般通过氢元素慢化快中子至较低能量，使中子慢化成热中子，再使用硼、锂、镉等材料进行吸收，以达到降低屏蔽体外中子剂量至安全水平的目的。其中，热中子与10B发生(n,α)反应的核反应截面很大，当中子能量降低到热能时，在屏蔽层中加入适量的10B，就可以大概率的吸收热中子，从而达到屏蔽热中子的效果。
目前，已经研究出采用碳化硼、氧化硼、铅硼聚乙烯等硼类物质制备屏蔽热中子的防护材料，这些材料对热中子具有较好的屏蔽效果，但是，这些屏蔽热中子的防护材料基本都是需要高温固化后的固体防护材料产品，使用范围窄，而极少部分屏蔽热中子的防护材料为类似建筑涂料(可在室温下固化成型得以应用)、使用范围广的热中子屏蔽涂料，且已有的热中子屏蔽涂料耐高温性和阻燃性弱，无法满足高温等特殊场所的应用需求，且存在工艺复杂，难以操作，制备速度慢，成本高的问题。
因此，亟需提供一种具有优异的热中子屏蔽性能、耐高温性和阻燃性强的热中子屏蔽涂料，以及制备工艺简单，易于操作，制备速度快，成本低的热中子屏蔽涂料的制备方法。
发明内容
(一)要解决的技术问题
为了解决现有技术的上述问题，本发明提供一种具有优异的热中子屏蔽性能，耐高温性和阻燃性强，能够满足高温等特殊场所的应用需求的热中子屏蔽涂料。
本发明还提供一种制备上述热中子屏蔽涂料的制备方法，该热中子屏蔽涂料的制备方法简单，易于操作，制备速度快，成本低。
(二)技术方案
为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：
一种热中子屏蔽涂料，所述热中子屏蔽涂料由以下组分按质量百分比制备得到：
环氧树脂 22％-38％；
屏蔽物质 12％-40％；
固化剂 12％-27％；
固化促进剂 5％-5.5％；
稀释剂 5％-10％；
偶联剂或流变剂 6.5％-7.8％；
阻燃剂 6％-10％；
其中，所述环氧树脂为双酚A型环氧树脂；
所述屏蔽物质为氮化硼粉末。
作为一种热中子屏蔽涂料的优选方案，所述环氧树脂为E51、E44中的一种。
作为一种热中子屏蔽涂料的优选方案，所述固化剂为650聚酰胺树脂或651聚酰胺树脂。
作为一种热中子屏蔽涂料的优选方案，所述固化促进剂为叔胺类芳香族促进剂或无水氯化亚锡。
作为一种热中子屏蔽涂料的优选方案，所述稀释剂为惰性稀释剂或多环氧基活性稀释剂。
作为一种热中子屏蔽涂料的优选方案，所述偶联剂为硅烷类偶联剂或钛酸酯类偶联剂；所述流变剂为气相二氧化硅。
一种如上述的热中子屏蔽涂料的制备方法，包括以下步骤：
S1、按照各原料的质量百分比，在室温下依次将环氧树脂、偶联剂或流变剂、稀释剂、屏蔽物质、固化促进剂、固化剂和阻燃剂加入容器中，搅拌混合均匀，得到混合物Ⅰ；
S2、将混合物Ⅰ在真空条件下静置，进行脱泡处理，得到热中子屏蔽涂料。
作为一种热中子屏蔽涂料的制备方法的优选方案，在所述S1之前，还包括以下步骤：S0、对屏蔽物质进行干燥处理。
作为一种热中子屏蔽涂料的制备方法的优选方案，在所述S1中，搅拌温度为24℃-26℃，搅拌时间为30min-60min。
作为一种热中子屏蔽涂料的制备方法的优选方案，在所述S2中，所述脱泡时间为10min-30min。
(三)有益效果
本发明的有益效果是：
本发明采用兼具有粘结剂和快中子慢化剂作用的环氧树脂作为制备热中子屏蔽涂料的基体，氮化硼作为屏蔽物质，通过添加固化剂和改性剂(如固化促进剂、偶联剂或流变剂、阻燃剂)制备出多官能环氧树脂基热中子屏蔽复合涂料。本发明的热中子屏蔽涂料中由于含有高含量的硼物质(硼含量的质量百分数为5.3％-16.8％)，因此，具有优异的热中子屏蔽性能，且其耐受温度高达220℃-240℃，耐高温性强，同时也具有强的阻燃性，满足了高温等特殊场所的应用需求。在本发明的热中子屏蔽涂料的应用过程中，将本发明的热中子屏蔽涂料均匀抹于所需防护材料的表面，仅需室温下固化，再经打磨、切削等加工定型，最终获得热中子辐射防护产品。
此外，本发明通过室温下直接混合各原料及脱泡处理就能制备出上述的热中子屏蔽涂料。整个制备方法简单，工艺条件要求低，易于操作，制备速度快，成本低。
具体实施方式
为了更好的解释本发明，以便于理解，下面通过具体实施方式，对本发明作详细描述。
实施例1
实施例1提供了一种热中子屏蔽涂料，该热中子屏蔽涂料的制备原料包括主剂、屏蔽物质、固化剂和改性剂。主剂采用环氧树脂E51。屏蔽物质采用粒度约为10μm，纯度为98.5％的氮化硼。固化剂采用低分子量的651聚酰胺树脂。改性剂包括稀释剂、固化促进剂和偶联剂，其中，稀释剂采用无水乙醇，固化促进剂采用2,4,6-三(二甲胺基甲基)苯酚，偶联剂采用硅烷类偶联剂KH-550，阻燃剂采用氧化镁。
制备热中子屏蔽涂料的原料配比按质量百分比计为：环氧树脂E5138％；氮化硼粉末12％；651聚酰胺树脂27％；2,4,6-三(二甲胺基甲基)苯酚5.5％；无水乙醇5％；硅烷类偶联剂KH-550 6.5％；氧化镁6％。
实施例1还提供了一种上述热中子屏蔽涂料的制备方法，该制备方法包括以下步骤：
S0、配料
按上述各原料的质量百分比配料，其中，各原料配比按质量百分比计为：环氧树脂E51 38％；氮化硼粉末12％；651聚酰胺树脂27％；2,4,6-三(二甲胺基甲基)苯酚5.5％；无水乙醇5％；硅烷类偶联剂KH-550 6.5％；氧化镁6％。
由于氮化硼粉末在储存过程中容易吸收空气中的水分而发生受潮，因此，为了避免在下一步氮化硼粉末与其他原料混合不易搅拌的现象，需要将氮化硼粉末在120℃下干燥处理8h，以去除储存过程中吸收的水分，有利于氮化硼粉末与其他原料混合后的均匀搅拌，从而保证最终制备的热中子屏蔽涂料流体均匀分布，使得硼的分布更加均匀，保证涂料各部分均具有良好的热中子屏蔽效果。
S1、混料
根据原料配比，在室温25℃下依次将环氧树脂E51、硅烷类偶联剂KH-550、无水乙醇、氮化硼粉末、2,4,6-三(二甲胺基甲基)苯酚、651聚酰胺树脂和氧化镁加入容器中，进行搅拌混料操作，搅拌时间为60min，混合均匀后，得到混合物Ⅰ。
S3、脱泡
将混合好的混合物Ⅰ在真空条件下静置20min，进行脱泡处理，得到热中子屏蔽涂料。
在这里，脱泡处理可去除混合物Ⅰ在搅拌过程中产生的大量气泡，从而提高了热中子屏蔽涂料的质量，保证了热中子屏蔽涂料的涂装效果，提升了热中子屏蔽涂料的热中子屏蔽效果。
将实施例1制备好的热中子屏蔽涂料均匀抹于所需防护材料的表面，并抹平，待室温25℃下固化24h后，进行打磨、切削等加工定型，得到热中子屏蔽产品。通过密度、成分分析及耐热性能等测试得出，该热中子屏蔽产品的密度为1.03/cm3,硼含量为5.3％，最高耐受温度为225℃。
实施例2
实施例2提供了一种热中子屏蔽涂料，该热中子屏蔽涂料的制备原料包括主剂、屏蔽物质、固化剂和改性剂。主剂采用环氧树脂E51。屏蔽物质采用粒度约为12μm，纯度为99.2％的氮化硼。固化剂采用低分子量的650聚酰胺树脂。改性剂包括稀释剂、固化促进剂和偶联剂，其中，稀释剂采用三羟甲基丙烷缩水甘油醚，固化促进剂无水氯化亚锡，偶联剂采用钛酸酯类偶联剂异丙氧基三(磷酸二辛酯)钛酸酯，阻燃剂采用氧化镁。
制备热中子屏蔽涂料的原料配比按质量百分比计为：环氧树脂E5130％；氮化硼粉末20％；650聚酰胺树脂20％；无水氯化亚锡5.5％；三羟甲基丙烷缩水甘油醚10％；异丙氧基三(磷酸二辛酯)钛酸酯6.5％；氧化镁8％。
实施例2还提供了一种上述热中子屏蔽涂料的制备方法，该制备方法包括以下步骤：
S0、配料
按上述各原料的质量百分比配料，其中，各原料配比按质量百分比计为：环氧树脂E51 30％；氮化硼粉末20％；650聚酰胺树脂20％；无水氯化亚锡5.5％；三羟甲基丙烷缩水甘油醚10％；异丙氧基三(磷酸二辛酯)钛酸酯6.5％；氧化镁8％。
为了避免在下一步氮化硼粉末与其他原料混合不易搅拌的现象，需要将氮化硼粉末在130℃下干燥处理7h，以去除储存过程中吸收的水分，有利于氮化硼粉末与其他原料混合后的均匀搅拌，从而保证最终制备的热中子屏蔽涂料流体均匀分布，使得硼的分布更加均匀，保证涂料各部分均具有良好的热中子屏蔽效果。
S1、混料
根据原料配比，在室温26℃下依次将环氧树脂E51、异丙氧基三(磷酸二辛酯)钛酸酯、三羟甲基丙烷缩水甘油醚、氮化硼粉末、无水氯化亚锡、650聚酰胺树脂和氧化镁加入容器中，进行搅拌混料操作，搅拌时间为30min，混合均匀后，得到混合物Ⅰ。
S3、脱泡
将混合好的混合物Ⅰ在真空条件下静置30min，进行脱泡处理，得到热中子屏蔽涂料。
将实施例2制备好的热中子屏蔽涂料均匀抹于所需防护材料的表面，并抹平，待室温24℃下固化48h后，进行打磨、切削等加工定型，得到热中子屏蔽产品。通过密度、成分分析及耐热性能等测试得出，该热中子屏蔽产品的密度为1.09/cm3,硼含量为9％，最高耐受温度为230℃。
实施例3
实施例3提供了一种热中子屏蔽涂料，该热中子屏蔽涂料的制备原料包括主剂、屏蔽物质、固化剂和改性剂。主剂采用环氧树脂E44。屏蔽物质采用粒度约为8μm，纯度为99％的氮化硼。固化剂采用低分子量的651聚酰胺树脂。改性剂包括稀释剂、固化促进剂和流变剂，其中，稀释剂采用丁二醇二缩水甘油醚，固化促进剂采用2,4,6-三(二甲胺基甲基)苯酚，流变剂采用气相二氧化硅，阻燃剂采用氧化镁。
制备热中子屏蔽涂料的原料配比按质量百分比计为：环氧树脂E4425％；氮化硼粉末30％；651聚酰胺树脂15％；2,4,6-三(二甲胺基甲基)苯酚5.2％；丁二醇二缩水甘油醚10％；气相二氧化硅7.8％；氧化镁7％。
实施例3还提供了一种上述热中子屏蔽涂料的制备方法，该制备方法包括以下步骤：
S0、配料
按上述各原料的质量百分比配料，其中，各原料配比按质量百分比计为：环氧树脂E44 25％；氮化硼粉末30％；651聚酰胺树脂15％；2,4,6-三(二甲胺基甲基)苯酚5.2％；丁二醇二缩水甘油醚10％；气相二氧化硅7.8％；氧化镁7％。
为了避免在下一步氮化硼粉末与其他原料混合不易搅拌的现象，需要将氮化硼粉末在140℃下干燥处理6h，以去除储存过程中吸收的水分，有利于氮化硼粉末与其他原料混合后的均匀搅拌，从而保证最终制备的热中子屏蔽涂料流体均匀分布，使得硼的分布更加均匀，保证涂料各部分均具有良好的热中子屏蔽效果。
S1、混料
根据原料配比，在室温25℃下依次将环氧树脂E44、气相二氧化硅、丁二醇二缩水甘油醚、氮化硼粉末、2,4,6-三(二甲胺基甲基)苯酚、651聚酰胺树脂和氧化镁加入容器中，进行搅拌混料操作，搅拌时间为45min，混合均匀后，得到混合物Ⅰ。
S3、脱泡
将混合好的混合物Ⅰ在真空条件下静置10min，进行脱泡处理，得到热中子屏蔽涂料。
将实施例3制备好的热中子屏蔽涂料均匀抹于所需防护材料的表面，并抹平，待室温26℃下固化12h后，进行打磨、切削等加工定型，得到热中子屏蔽产品。通过密度、成分分析及耐热性能等测试得出，该热中子屏蔽产品的密度为1.14/cm3,硼含量为12.1％，最高耐受温度为240℃。
实施例4
实施例4提供了一种热中子屏蔽涂料，该热中子屏蔽涂料的制备原料包括主剂、屏蔽物质、固化剂和改性剂。主剂采用环氧树脂E44。屏蔽物质采用粒度约为10μm，纯度为99.5％的氮化硼。固化剂采用低分子量的650聚酰胺树脂。改性剂包括稀释剂、固化促进剂和偶联剂，其中，稀释剂采用二缩水甘油醚，固化促进剂采用2,4,6-三(二甲胺基甲基)苯酚，偶联剂采用硅烷类偶联剂KH-550，阻燃剂采用氧化镁。
制备热中子屏蔽涂料的原料配比按质量百分比计为：环氧树脂E4422％；氮化硼粉末40％；650聚酰胺树脂12％；2,4,6-三(二甲胺基甲基)苯酚5％；二缩水甘油醚7％；硅烷类偶联剂KH-550 7％；氧化镁10％。
实施例4还提供了一种上述热中子屏蔽涂料的制备方法，该制备方法包括以下步骤：
S0、配料
按上述各原料的质量百分比配料，其中，各原料配比按质量百分比计为：环氧树脂E44 22％；氮化硼粉末40％；650聚酰胺树脂12％；2,4,6-三(二甲胺基甲基)苯酚5％；二缩水甘油醚7％；硅烷类偶联剂KH-5507％；氧化镁10％。
为了避免在下一步氮化硼粉末与其他原料混合不易搅拌的现象，需要将氮化硼粉末在150℃下干燥处理5h，以去除储存过程中吸收的水分，有利于氮化硼粉末与其他原料混合后的均匀搅拌，从而保证最终制备的热中子屏蔽涂料流体均匀分布，使得硼的分布更加均匀，保证涂料各部分均具有良好的热中子屏蔽效果。
S1、混料
根据原料配比，在室温24℃下依次将环氧树脂E44、硅烷类偶联剂KH-550、二缩水甘油醚、氮化硼粉末、2,4,6-三(二甲胺基甲基)苯酚、650聚酰胺树脂和氧化镁加入容器中，进行搅拌混料操作，搅拌时间为50min，混合均匀后，得到混合物Ⅰ。
S3、脱泡
将混合好的混合物Ⅰ在真空条件下静置15min，进行脱泡处理，得到热中子屏蔽涂料。
将实施例4制备好的热中子屏蔽涂料均匀抹于所需防护材料的表面，并抹平，待室温24℃下固化36h后，进行打磨、切削等加工定型，得到热中子屏蔽产品。通过密度、成分分析及耐热性能等测试得出，该热中子屏蔽产品的密度为1.19/cm3,硼含量为15.2％，最高耐受温度为240℃。
实施例5
实施例5提供了一种热中子屏蔽涂料，该热中子屏蔽涂料的制备原料包括主剂、屏蔽物质、固化剂和改性剂。主剂采用环氧树脂E51。屏蔽物质采用粒度约为10μm，纯度为99.0％的氮化硼。固化剂采用低分子量的650聚酰胺树脂。改性剂包括稀释剂、固化促进剂和偶联剂，其中，稀释剂采用丁二醇二缩水甘油醚，固化促进剂采用2,4,6-三(二甲胺基甲基)苯酚，偶联剂采用钛酸酯类偶联剂异丙氧基三(磷酸二辛酯)钛酸酯，阻燃剂采用氧化镁。
制备热中子屏蔽涂料的原料配比按质量百分比计为：环氧树脂E5125％；氮化硼粉末35％；650聚酰胺树脂15％；2,4,6-三(二甲胺基甲基)苯酚5％；丁二醇二缩水甘油醚7％；异丙氧基三(磷酸二辛酯)钛酸酯7％；氧化镁6％。
实施例5还提供了一种上述热中子屏蔽涂料的制备方法，该制备方法包括以下步骤：
S0、配料
按上述各原料的质量百分比配料，其中，各原料配比按质量百分比计为：环氧树脂E51 25％；氮化硼粉末35％；650聚酰胺树脂15％；2,4,6-三(二甲胺基甲基)苯酚5％；丁二醇二缩水甘油醚7％；异丙氧基三(磷酸二辛酯)钛酸酯7％；氧化镁6％。
为了避免在下一步氮化硼粉末与其他原料混合不易搅拌的现象，需要将氮化硼粉末在145℃下干燥处理5h，以去除储存过程中吸收的水分，有利于氮化硼粉末与其他原料混合后的均匀搅拌，从而保证最终制备的热中子屏蔽涂料流体均匀分布，使得硼的分布更加均匀，保证涂料各部分均具有良好的热中子屏蔽效果。
S1、混料
根据原料配比，在室温26℃下依次将环氧树脂E51、异丙氧基三(磷酸二辛酯)钛酸酯、丁二醇二缩水甘油醚、氮化硼粉末、2,4,6-三(二甲胺基甲基)苯酚、650聚酰胺树脂和氧化镁加入容器中，进行搅拌混料操作，搅拌时间为30min，混合均匀后，得到混合物Ⅰ。
S3、脱泡
将混合好的混合物Ⅰ在真空条件下静置30min，进行脱泡处理，得到热中子屏蔽涂料。
将实施例5制备好的热中子屏蔽涂料均匀抹于所需防护材料的表面，并抹平，待室温25℃下固化48h后，进行打磨、切削等加工定型，得到热中子屏蔽产品。通过密度、成分分析及耐热性能等测试得出，该热中子屏蔽产品的密度为1.30/cm3,硼含量为16.8％，最高耐受温度为220℃。
在本发明中，环氧树脂E51的相对分子质量为370-420，其环氧值为0.48-0.54mol/100g，在25℃下黏度为10000-25000mPa·s，有机氯值≤0.02mol/100g，无机氯值≤0.001mol/100g，挥发分≤2.0％，色泽≤2号，可作为制备热中子屏蔽涂料的一种基体材料。环氧树脂E44的相对分子量为400左右，环氧值为0.41-0.47mol/100g，在25℃下黏度为30000-40000mPa·s，软化点为12-20℃，有机氯值≤0.02mol/100g，无机氯值≤0.001mol/100g，挥发分≤1.0％，色泽≤6号，也可作为制备热中子屏蔽涂料的一种基体材料。由于该两种环氧树脂在固化时基本上不产生低分子挥发物，所以可低压成型或解除压成型，能与各种固化剂配合制造水性热中子屏蔽涂料。
在本发明中，氮化硼是由氮原子和硼原子构成的晶体，热中子与10B发生(n,α)反应的核反应截面很大，当中子能量降低到热能时，在屏蔽层中加入适量的10B，就可以大概率的吸收热中子，从而达到屏蔽热中子的效果。
此外，氮化硼具有以下性能：1、高耐热性：3000℃升华，其强度1800℃为室温的2倍，1500℃空冷至室温数十次不破裂，在惰性气体中2800℃不软化；2、优良的电性能：高温绝缘性好；3、良好的耐腐蚀性：与一般金属(铁、铜、铝、铅等)、稀土金属，贵重金属，半导体材料(锗、硅、砷化钾)，玻璃，熔盐(水晶石、氟化物、炉渣)、无机酸、碱不反应。因此，本发明采用氮化硼制备的热中子屏蔽涂料具有强的耐高温性、优良的高温绝缘性和良好的耐腐蚀性。
在本发明中，环氧树脂的固化剂采用合成树脂类650聚酰胺树脂或651聚酰胺树脂。其中，650聚酰胺树脂又称H-4环氧固化剂，分子量为600-1100，其为浅棕色黏稠液体，密度在40℃条件下为0.97-0.99g/cm3，胺值为200-240mgKOH/g，无毒，可作为环氧树脂的韧性固化剂。651聚酰胺树脂为浅黄色粘稠液体，在40℃下密度为0.97-0.99g/cm3，胺值为380-450mgKOH/g，无毒，可作为环氧树脂的韧性固化剂，其固化速度快于650聚酰胺树脂。
在本发明中，2,4,6-三(二甲胺基甲基)苯酚为无色或浅黄色至淡红色透明粘稠液体，可溶于醇、苯、丙酮等有机溶剂和冷水，微溶于热水，可用作环氧树脂的固化促进剂，由于其分子结构中含有酚羟基，因而活性增加，可用于快速固化。无水氯化亚锡是将二水合氯化亚锡在氮气或干燥氯化氢气流中，在208℃-214℃温度下减压干燥制得的，其可溶于乙醇、乙酸乙酯、冰乙酸和氢氧化钠溶液，也可用作环氧树脂的固化促进剂。固化促进剂2,4,6-三(二甲胺基甲基)苯酚和无水氯化亚锡，均可提高体系的反应活性，大大加快热固性树脂与固化剂的反应速率，降低固化温度，缩短固化时间，减少固化剂用量，实现室温快速固化，满足特殊工况的要求，同时，热固定性树脂的物理机械性能、化学性能及外观也能得到相应的改善，有机促进剂效能高，使热固性树脂的物理机械性能与老化性能优良。当然，其他的叔胺类芳香族促进剂也可以作为环氧树脂的固化促进剂。
在本发明中，稀释剂可采用实施例中所述的无水乙醇、三羟甲基丙烷缩水甘油醚、丁二醇二缩水甘油醚、二缩水甘油醚中的一种，还可以采用丙酮等惰性稀释剂，或其他多环氧基活性稀释剂。不同稀释剂的选择可根据成本、稀释效果、气味、体系硬度和体系耐温等因素来考虑。
具体的，无水乙醇和丙酮为常见的惰性稀释剂。三羟甲基丙烷缩水甘油醚、丁二醇二缩水甘油醚和二缩水甘油醚属于多环氧基活性稀释剂。其中，三羟甲基丙烷缩水甘油醚，无色至浅黄色透明液体，低毒，对皮肤略有刺激性，分子内含有三个环氧集团残余固化反应，交联密度大，固化时形成链状及网状结构，固化后树脂的抗张强度、抗弯曲强度、抗压强度、抗冲击强度等机械性能高。丁二醇二缩水甘油醚作为环氧树脂活性稀释剂，是一种无色至浅黄色透明液体，由1，4-丁二醇与环氧氯丙烷反应制得，无刺激性气味，分子内含有两个环氧基团，固化时参与反应，形成链状及网状，固化后树脂的抗张强度、抗弯曲强度、抗冲击强度等机械性能以及适应期均优于单缩水甘油醚固化的树脂。与丁二醇二缩水甘油醚类似，二缩水甘油醚也可用作环氧树脂活性稀释剂。
上述的所有稀释剂均可用来溶解环氧树脂基体、偶联剂或流变剂、屏蔽物质、固化促进剂、固化剂和阻燃剂的混合物，充分混合上述混合物，从而保证制备的热中子屏蔽涂料均匀紧密，有效降低体系的粘度，增加热中子屏蔽涂料体系的流动性，改善操作性的同时，又不影响固化物的基本性能，这样也可以使后期热中子屏蔽涂料的涂抹工艺能够更好地进行。
偶联剂在填料和聚合物之间通过物理的和化学的作用使它们紧密相连从而达到良好的机械强度。无机填料不论经过硅烷还是钛酸酯后，其聚集的颗粒直径大、多有明显减小，可提高填料在聚合物中的分散性，使填料聚合物体系的流动性得以改善，这些因素都有利于改进制品的机械性能、表观质量和加工性能。
在本发明中，硅烷偶联剂KH-550和异丙氧基三(磷酸二辛酯)钛酸酯均与环氧树脂基体具有较强的反应能力。其中，KH-550为氨基官能团硅烷，呈碱性，外观为无色或微黄色透明液体，通用性强，可溶于有机溶剂，但丙酮、四氯化碳不适宜作稀释剂，可溶于水。其含有的胺官能团能与一系列热固性树脂、热塑性塑料和合成橡胶材料发生作用，含硅部分能够提供对环氧树脂基体的强力键接，提高环氧树脂的粘结强度，进而提高了热中子屏蔽涂料的机械强度。异丙氧基三(磷酸二辛酯)钛酸酯为淡黄色粘稠液体，溶于异丙醇、甲苯、二甲苯、矿物油等有机溶液，不溶于水，遇水易水解，闪点105℃，分解温度为260℃，无毒无腐蚀性，具有很好的稳定性和一定的阻燃性，可使环氧树脂粘度降低，大大提高热中子屏蔽涂料的机械强度。
流变剂能够改善热中子屏蔽涂料的稳定性和涂装性，提高涂膜的质量。气相二氧化硅为固体粉末，是球形颗粒的集合体，其分子上含有羟基基团，能够吸附水分子和极性液体，球形颗粒表面有硅醇基。当气相二氧化硅分散于基料溶液中时，相邻球形颗粒之间的硅醇基团因氢键结合而产生疏松的晶格，形成三维网格结构，产生凝胶作用和很高的结构黏度。在受到剪切力作用时，因氢键结合力很弱，网格结构破坏，凝胶作用消失，黏度下降，剪切力去除后又能恢复原来静止时的形状。
把气相二氧化硅添加到环氧树脂中，可以使环氧树脂基复合材料强度、韧性、延展性均大幅度提高，可以使环氧树脂基复合材料表面更加致密细洁，摩擦系数变小，大大增强环氧树脂基复合材料的耐磨性，还可以增强环氧树脂基复合材料的抗老化性能。
在本发明中，由于氧化镁阻燃效率高，且低烟低毒，因此，广泛被作为阻燃剂使用，使热中子屏蔽涂料具有优良的阻燃性。
综上所述，本发明开发了一种适应于不同中子源的射线防护涂料，与现有的热中子屏蔽涂料相比，本发明的热中子屏蔽涂料可在高温环境下座作为辐射防护材料使用，适用于不同场所的应用需求。该热中子屏蔽涂料可应用于核反应堆、核实验室、核燃料工厂、军事和民用等需求领域。
本发明采用兼具有粘结剂和快中子慢化剂作用的环氧树脂作为制备热中子屏蔽涂料的基体，氮化硼作为屏蔽物质，通过添加固化剂和改性剂(如固化促进剂、偶联剂或流变剂、阻燃剂)制备出多官能环氧树脂基热中子屏蔽复合涂料。本发明的热中子屏蔽涂料中由于含有高含量的硼物质(硼含量的质量百分数为5.3％-16.8％)，因此，具有优异的热中子屏蔽性能，且其耐受温度高达220℃-240℃，耐高温性强，同时也具有强的阻燃性，满足了高温等特殊场所的应用需求。
在本发明的热中子屏蔽涂料的应用过程中，将本发明的热中子屏蔽涂料均匀抹于所需防护材料的表面，仅需室温下固化，再经打磨、切削等加工定型，最终获得热中子辐射防护产品。
此外，本发明通过室温下直接混合各原料及脱泡处理就能制备出上述的热中子屏蔽涂料。整个制备方法简单，工艺条件要求低，易于操作，制备速度快，成本低。
以上结合具体实施方式描述了本发明的技术原理。这些描述只是为了解释本发明的原理，而不能以任何方式解释为对本发明保护范围的限制。基于此处的解释，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可联想到本发明的其它具体实施方式，这些方式都将落入本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种热中子屏蔽涂料，其特征在于，所述热中子屏蔽涂料由以下组分按质量百分比制备得到：
环氧树脂22％-38％；
屏蔽物质12％-40％；
固化剂12％-27％；
固化促进剂5％-5.5％；
稀释剂5％-10％；
偶联剂或流变剂6.5％-7.8％；
阻燃剂6％-10％；
其中，所述环氧树脂为双酚A型环氧树脂；
所述屏蔽物质为氮化硼粉末，且在所述热中子屏蔽涂料中硼的质量百分数为5.3％-16.8％；所述热中子屏蔽涂料由包括以下步骤的制备方法制备得到：
S0、对屏蔽物质进行干燥处理；
S1、按照各原料的质量百分比，在室温下依次将环氧树脂、偶联剂或流变剂、稀释剂、屏蔽物质、固化促进剂、固化剂和阻燃剂加入容器中，搅拌混合均匀，得到混合物Ⅰ；
S2、将混合物Ⅰ在真空条件下静置，进行脱泡处理，得到热中子屏蔽涂料；
使用时，将所述热中子屏蔽涂料抹于所需防护材料的表面，室温下固化，再经打磨、加工定型，最终获得热中子辐射防护产品。
2.如权利要求1所述的热中子屏蔽涂料，其特征在于，所述环氧树脂为E51、E44中的一种。
3.如权利要求1所述的热中子屏蔽涂料，其特征在于，所述固化剂为650聚酰胺树脂或651聚酰胺树脂。
4.如权利要求1所述的热中子屏蔽涂料，其特征在于，所述固化促进剂为叔胺类芳香族促进剂或无水氯化亚锡。
5.如权利要求1所述的热中子屏蔽涂料，其特征在于，所述稀释剂为惰性稀释剂或多环氧基活性稀释剂。
6.如权利要求1所述的热中子屏蔽涂料，其特征在于，所述偶联剂为硅烷类偶联剂或钛酸酯类偶联剂；所述流变剂为气相二氧化硅。
7.如权利要求1所述的热中子屏蔽涂料，其特征在于，在所述S1中，搅拌温度为24℃-26℃，搅拌时间为30min-60min。
8.如权利要求1所述的热中子屏蔽涂料，其特征在于，在所述S2中，所述脱泡时间为10min-30min。
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104710727A (zh) * 2015-03-27 2015-06-17 中国科学院长春应用化学研究所 环氧树脂基中子和γ射线屏蔽复合材料及其制备方法与应用
CN105038124A (zh) * 2015-06-24 2015-11-11 中国海洋石油总公司 乏燃料运输容器用中子屏蔽材料
CN106317787A (zh) * 2016-09-13 2017-01-11 北京市射线应用研究中心 耐高温环氧树脂基中子和γ射线屏蔽复合材料及其制备

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