DE1944873A1

DE1944873A1 - Polymerisationsmaterialien mit einer abschirmenden Wirkung gegen radioaktive Strahlung

Info

Publication number: DE1944873A1
Application number: DE19691944873
Authority: DE
Inventors: Vogel Dr Reinhard Ernst
Original assignee: VOGEL DR REINHARD ERNST
Current assignee: VOGEL DR REINHARD ERNST
Priority date: 1966-08-09
Filing date: 1969-09-04
Publication date: 1970-09-17
Also published as: CH492656A; CH533578A

Description

PolymTiaationamaterialien mit tiner abschirmenden Wirkung gegen radioaktive Strahlung.

Zusammenfassung

Polymerisationsmaterialien mit einer abschirmenden Wirkung gegen radioaktive Strahlung wird in der Form von geformten Körpern hergestellt wie Platte, biegsames Blatt oder wie von irgendeiner gewünschten Form, deren Stoff hauptsächlich aus einem synthetischen Plastikmaterial besteht einschließlich synthetischen oder natürlichen Kautschuk und in welchem eine wirksame Mengt verteilt und innig gemischt ist von mindestens einer Verbindung einer gesättigten Fettsäure, welche bei Zimmertemperatur fest ist und mindestens 9 Kohlenstoffatome enthält mit mindestens einem Metall aus der Gruppe, bestehend aus Blei, Wismuth, Wolfram, Zirkon, Eisen, Zinn, Cadmium, Lithium und Barium.

Hinweise auf verwandte Anmeldungen

Vorliegende Anmeldung ist eine Fortsetzung meiner schwebenden Anmeldung Serial Kr. 596 764, eingereicht Vovember 25 1966 und betittelt "Baumaterial mit einer abschirmenden Wirkung gegen, radioaktive Strahlung und Methode der Herateilung".

Grundlage dtr Erfindung

In der oben erwähnten Anmeldung wurde offenbart, daß Baumaterialien mit einer abschirmenden Wirkung gegen radioaktiv· Strahlung versehen wird, indes »an in das Baumaterial «in· wirksam· Meng· von «indeittne

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BAO

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einer Verbindung einer bei Zimmertemperatur festen und gesättigten Fettsäure mit mindestens 9 Kohlenstoffatomen und mindestens einem Metall aus der Gruppe bestehend aus Blei, Wismuth, Wolfram, Zirkon, Eisen, Zinn, Cadmium, Lithium und Barium, fein und innig verteilt.

Vorzugsweise besteht die gesättigte Fettsäure aus mindestens 16 Kohlenstoff atomen und" sehr gute" Ergebnisse wurden mit Palmitin-, Stearin- oder Arachin- oder Behensäure oder Montansäuren als Fettsäure erreicht. Es wurde als wünschenswert gefunden, Verbindungen von Blei mit Stearinsäure oder Behensäure oder Montansäuren zu verwenden. Die Fettsäuren können auch aus der synthetischen Herstellung stammen und Mischungen darstellen. Ebenso wurde in der oben erwähnten Anmeldung die zusätzliche Einverleibung in das Baumaterial einer wirksamen Menge von mindestens einer Substanz aus der Gruppe bestehend aus Bariumoxyd, Borcarbid, Borsäure, Bortriozyd, Eisen und Eisenverbindungen, Blei, Bleisulfid und Bleioxyd vorgeschlagen.

Überraschenderweise wurde gefunden, daß substantiell dieselben Fettsäureverbindungen wie in der oben erwähnten Anmeldung in gewissen Kunststoffen einverleibt werden können, um solchen Kunststeffen mit einer abschirmenden Wirkung gegen radioaktive Strahlung wie alpha-, beta-, gamma-, Jonen- und Neutronenstrahlung zu versehen.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist, Polymerisationeverbindungen, vorzugsweise in der Torrn von geformten Körpern wie z.B. Plätten, Überzüge oder biegsamen Blättern, welohe einen solchen abschirmenden Effek" gegen radioaktive Strahlung besitzen, herzustellen und ebenso die Methode der Herstellung derartiger abschirmender Körper.

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BAD ÖRJGINAl

enfassung der Erfindung

G-emäSE vorliegender Erfindung wird ein geformter Körper mit einer abschirmenden Wirkung gegen radioaktive Strahlung, besonders gegen gamma- und Neutronenstrahlung, hergestellt, wobei dieser geformte Körper hauptsächlich aus einem Material besteht aus der ß-ruppe natürlichem und synthetischem Kautschuk und synthetischem Plastikmaterial, in welchem eine wirksame Menge verteilt und innig gemischt ist von mindestens einer Verbindung einer gesättigten Fettsäure, fest bei Zimmertemperatur, mit mindestens 9 Kohlenstoffatomen und mindestens einem Metall aus der Gruppe bestehend aus Blei, Wismuth, Wolf ras, Zirkon, Eisen, Zinn, Cadmium, Lithium und Barium· Gemäsß einer bevorzugten Einverleibung dieser Erfindung enthält der geformte Körper zusätzlich feinst verteilte Borverbindungen.

Das synthetische Plastikmateri&l besteht vorzugsweise aus der Gruppe Polyurethane, Polyamide, Polyäthylene, Polyfluoräthylene, Polypropylene φ Epoxyharze, ungesättigte polymerisierbar© Polyester und synthetischen Kautschuk«

Ebenso ist innerhalb dem Ußfang dieser Erfindung als synthetisches Plastikmaterial Polyvinylchloride, Polyvinylfluoride, Copolymere von Polyvinylfluorid« und Polyvinylchloride, Polystyrol und seine Copolymere Polymethacrylate zu verwenden.

Von den synthetischen Kautschuken wird die Verwendung von Polyiso-, butylen, Butadien-Styrolpolymerieaten, Chloroprene und Alkylpolysulfide bevorzugt.

COPY

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BAD ORIGINAL

Vorzugsweise wird die wirksame Menge der gesättigten Fettsäureverbindung zwischen 5 und 6o £ des Gewichte des gefprmten Körpers liegen, insbesondere zwischen Io und 4o % des Gewichts des geformten Körpers,

Gemäss gewisser bevorzugter Einverleibungen dieser Erfindung enthält der geformte Körper zusätzlich wirksame Mengen von mindestens einer fein verteilten Substanz aus der. Gruppe Blei und Bleiverbindungen, Wolfram und Wolframoxyd, Eisen und Eisenverbindungen, Bor und Borverbindungen, Cadmium, Cadmiumoxyd und Cadmiumsulfid. Einige dieser geeigneten Verbindungen sind in meiner oben erwähnten Anmeldung ge-™ nauer beschrieben, Torzugsweise ist die zusätzliche fein verteilte Substanz von kolloidaler Teilchengröße, Geeignete Borverbindungen schließen Borcarbid, Borsäure, Bortr^oxyd und Ester der Borsäure mit höheren Alkoholen,ein.

Vorzugsweise wird der geformte Körper dieser Erfindung hergestellt, indem man erst eine innige Mischung der Fettsäureverbindung und des synthetischen Materials oder des Naturkautschuks oder des synthetischen Kautschuks in polymerisierbarer und somit härtbarer Form bewirkt, alsdann, indem man die so geformte Mischung der Polymerisation des polymerisierbaren Seils unterwirft,

Beschreibung der bevorzugten Einverleibung

Wie oben kurz beschrieben, werden Fettsäureverbindungen mit gewissen Metallen, insbesondere Fettsäureverbindungen, fest bei Zimmertemperatur und mit mindestens 9 Kohlenstoffatomen und mindestens einem Metall aus der Gruppe Blei, Wismuth, Wolfram, Zirkon, Eisen, Zinn, Cadmium, Lithium und Barium in eine große Anzahl von Kunststoffen einverleibt,

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um daraus hergestellten Körpern mit einer abschirmenden Wirkung gegen radioaktive Strahlung, insbesondere gegen alpha-, beta-, gamma-, Jonen- und Neutronenstrahlung zu rereehen.

Ton diesen Strahlentypen sind gamma- und Neutronenstrahlen die gefährlichsten. Gammastrahlen werden vornehmlich durch Elemente hoher Pichte und einer hohen Nummer im periodischen System absorbiert, während neutronen, welche keine Ladung tragen, mit leichten Elementen, insbesondere Wasserstoff, und auch Kohlenstoff und Sauerstoff, reagieren, d.h. mit Elementen von welchem synthetisches Plastikmaterial im allgemeinen zusammengesetzt ist oder welches zumindest einen sehr substantiellen Teil des synthetischen Plastikmaterials bildet.

Bei solchem Kontakt,entstehen elastische und nicht-elastische Zusammenstöße, welche die kinetische Energie der Neutronen herabsetzen und Kernstöße, welche Absorbtion verursachen und möglicherweise die Entstehung von beta-, gamma- und Jonenstrahlung veranlassen.

Bei Einverleibung der oben erwähnten fettSäureverbindungen in den Polymerisationsstoff ist die Anzahl der vorhandenen Wasseretoffatome sehr vergrößert, während die schweren Metalle die aufstoßenden oder gebildeten gamma-Strahlen absorbieren. Dies ist besonders wichtig im falle von synthetischen Materialien, da Strahlung ihre mechanischen Eigenschaften reduziert und verschlechtert oder sie sogar zerstört. Ba Strahlenschutz mittels synthetischen Materialien in Fora von Platten, Blöcken, Blättern, Lacküberzugen und ähnlichem ist bedeutsam, insbesondere da einige von diesen Polymerisations stoffen innig und fest auf Βνΐβι»- Stahl, Ilsen, AIc₁; iniua und ähnlichem verbunden werden können, während die elastischen Polymerisationsmaterialien, insbe- •eatare t,..b natttrlidäsa und synthetischen Kautschuke, durch ihre

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Biegsamkeit und/oder Elastizität sehr nützlich sind für schützende Kleidung wie z.B. Schürzen.

Ee wurde jedoch gefunden, daß die gewünschten Ergebnisse zu einem laefriedigenden Ausmaß nur mit einer gewissen Gruppe von Kunststoffen erzielt werden kann, teilweise, weil die Fettsäureverbindungen nicht oder nur schwierig in gewisse Kunststoffe einverleibt werden können und teilweise weil einige von den Kunststoffen an und für sich zu sehr in ihren mechanischen Eigenschaften reduziert werden durch die fc Strahlung*

Aus diesen Gründen behandelt vorliegende Erfindung nicht die Verbesserung der abschirmenden Wirkung von Celluloseester- und äther, Polycarbonade, Silikonharze, Polymethylenoiydharze, Kunsthom und Vulkanfiber.

Andererseits ist die vorliegende Erfindung ausgezeichnet geeignet um eine abschirmende Wirkung su erzielen bei Einverleibung der oben beschriebenen Fettsäureverbindungen in Polyurethane, Polyamide, PoIy_fe äthylene, Polyfluoräthylene, Polypropylene, Bpox^arse_t ungesättigte polymerisierbar Polyester und iiatürlieJms und synthetischen Kautschuken,

Weiterhin können guts Resultate ^ obgleich manchmal nicht g&nss so gut wie mit denjenigen, welche oben erwähnt wurden? erzielt werden mit Polyvinylchlorid, Polyvinylfluorid, ihre Co-Polyaeren,. £olystjF3r@l wssA CovPolyxeren und Hethaorylat@n.

Bnvorsugt ist von den synthetischen Kautschuken !ol^isQbm%l@:s su w&ä gut® Eesult&tf werden a abfall» mit Butaaitn-. ^jxol

und Foly»eri@Et©n, Qisropren*n wsa Mkylpolysulf iden

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Das Verhältnis τοπ Metall-Fettsäureverbindungen zum synthetischen Polymerisationsstoff oder natürlichen oder synthetischen Kautschuk ist abhängig von dem spezifischen Polymerisationsetoff und der spezifischen Fettsäureverbindung, welche verwendet wird und wird im allgemeinen zwischen ca. 5 und 6o $ des Gewichtes des Fertigproduktes schwanken, bevorzugterweise zwischen Io und 4ο %,

Bei der Herstellung der Mischungen auf Extrudern oder Kalander dienen die Metall-Fettsäureverbindungen gleichzeitig als stabilisierende Gleitmittel und im Falle von Kautschuken zuj&r Erhöhung der Elastizität _f sodaß ζ·Β· die Einverleibung von sehr großen Proportionen von Bleipulver möglich ist, während die gewünschten elastischen Eigenschaften des Materials erhalten bleiben. Diese Vorteile sind besonder· erhältlich in Hinsicht der zwei zuletzt genannten Gruppen von bevorzugten und gebräuchlichen Polymerisationsstoffen, seien es natürliche Kautschuke oder synthetische Polymeren.

Die abschirmende Wirkung gegen gamma-Strahlen wird erhöht bei weiterem Hinzufügen von pulverisiertem Blei und seinen Verbindungen z.B. Bleioxyd oder Bleisulfid_f aber auch andere, Wolfram und seinen Oxyden, Eisen und seinen Oxyden, vorzugsweise in fein pulverisierter oder kolloidaler Form, während die zusätzliche Einverleibung von Borverbindungen, bevorzugterweise Bortrioxyd» Borcarbide, Boroarbid-Aluminium und Bornitrid, sowohl wie Cadmium und Cadmiumverbindungen z.B. Cadmiumoxyd und Cadmiumsulfid die Absorbtion der verlangsamten Neutronen erhöhen wird. Bor kann auch verwendet werden in Form von Borsäureester wie Glyzerin-boreäureester kombiniert mit Stearinsäure · Das Verhältnis solcher zusätzlicher pulverisierter oder kolloidaler Additivs relativ zu dem Verhältnis der Metall-Fettsäureverbindungen hängt ab von dem

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ί.ϊ g&O OBIGfNAL

spezifischen iyp des natürlichen oder synthetischen Polymerisationsst of fs sowie Ton dem Grad der verlangten abschirmenden Wirkung und der gewünschten mechanischen Stärke und Charaktaistika des Kautschuks oder synthetischen Polymerisations stoffe. Allgemein kann das Verhältnis dieser pulverisierten Additive von bevorzugterweise kolloidaler Teilchengröße dasselbe oder selbst größer sein als der Prozentsatz der Metall-Fettsäureverbindungen.

Gemäß der vorliegenden Erfindung können die geformten Körper mit einer abschirmenden Wirkung hergestellt werden, indem man die Metall-Fettsäureverhindungen und möglicherweise die weiteren Additivs, wie oben beschrieben, in den polymerisierbar en synthetischen Stoff einführt während letzterer in flüssiger Form ist und danach die Polymerisation des polymerisierb&ren Teils der so geformten Mischung veranlasst. Im Falle des natürlichen und synthetischen Kautschuks wird die Hinzufügung der Metall-Fsttsäureverbindungen, imd wenn gewünscht der weiteren Additivs, bevorzugterweise während der Vulkanisation oder Mastifikation ausgeführt·

Die folgenden Beispiele sind nur zur Erläuterung gegeben, ohne jedoch die Erfindung zu den spezifischen Einzelheiten der Beispiele zu beschränken.

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BAD ORIGINAL Beispiel 1

100 Gew.Teile Epoxyharz werden in einer heizbaren Rührvorrichtung mit 50 (Jew.Teilen Bleistearat und 50 Gew.Teilen Bleipulver feinst bis kolloidal bei 125° C. gemischt worauf 80 Gew.Teile Hexahydrophtalsäure zugegeben werden. Nach guter Vermisohung werden in Formen 2o mm dicke Platten gegossen.

Beispiel 2

100 Gew.Teile Epoxyharz werden in einer heizbaren Rührvorrichtung mit 2o Gew.Teilen Bleistearat Io Gew. Teilen Bleipulver feinst bis kolloidal und Io Grew.Teilen Bortrioxyd bei 110° C. vermischt, worauf 11 Grew«Seile Diäthylentriamin zugegeben werden· Mach guter Vermischung wird die Masse auf Stahlplatten aufgegossen« zu einer mehreren mm betragenden Schicht.

Beispiel 3

100 Gew.Teile Polyäthylen gekörnt, mit 3-4 mm Kantenlänge und einer Dichte Ton 0,93» werden in einer Rührvorrichtung mit 20 Gew. Te ilen Cadmiumstearat und 7 Gew.Teilen Borcarbid gemischt, in einer heizbaren form bei 13o - 135° C. unter Druck geschmolzen und zu 6o mm dicken Platten gepresst. Nach Abkühlung wird entschalt·

Beispiel 4

100 6»w.Seile ungesättigtes Polyesterharz, das aus gesättigten und ungesättigter Dicarbonsäuren mit zweiwertigen Alkoholen im molaren Verhältnis und mit 25$ Styrol und 5$ AlIylather mehrwertiger Alkohole gelöst Act. ·\ώΤ:;,-ι mit 3o Seilen Bleistearat und 10 Seilen Butylaoatat ver-

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BAD ORIGINAL

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mischt, worauf ο,5 Teile Be&oylperoxyd und o_to5 Teile Eobaltnaphtenat zugegeben werden. Haeh guter Durchmischung wird das Ganze als 4 mm dicke Lackschicht auf eine gewünschte unterlage aufgebracht·

Beispiel 5

100 (Jew.Teile Chloroprene, z.B. vom Handelstyp Neoprene AC (eing. Schutzmarke) werden auf einem heizbaren Kalander während 10 Minuten kalandriert und nacheinander 2,5 Teile Zinkoxyd aktiv, 3o Teile Bleimontanat, 2o Teile Bleipulver kolloidal und 3 Teile Bortrioxyd zugegeben. Man kalandriert bis alles gründlich gemischt ist und der zu gewünschten Dicke·

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OAIQlNAL

Claims

Zusammenfassung der USA - Patentansprüche

1. Gegen radioaktive Strahlen, insbesondere Gamma- und Neutronenstrahlen, abschirmende Baumaterialien in SOrm von Kunststoffen und natürlichen und synthetYMcne^jH^iuiflSnuken, gekennzeichnet durch einen Gehalt von 5 - 60 #, insbesondere 10 - 40 #, und inniger Verteilung und Wischung, einer wirksamen Menge von mindestens einer Verbindung einer gesättigten Fettsäure, fest bei Zimmertemperatur, mit mindestens 9 Kohlenstoffatomen und mindestens 1 Metall aus der Gruppe bestehend aus Blei, Y/ismuth, "Wolfram, Zirkon, Sisen, Zinn, Gadium, Lithium und Barium.

2. Gegen radioaktive Strahlen, insbesonder Gamma- und Neutronenstrahlen, abschirmende Baumaterialien in Form von Kunststoffen und natürlichen und synthetischen vulkanisierten Kautschuken nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch zusätzliche Einverleibung einer wirksamen Menge einer feinpulverisierten Substanz aus der Gruppe Blei und Bleiverbindungen, Bor und Borverbindungen, Cadmium und Cadmiumoxyd und C admiumsulf id.

3. Gegen radioaktive Strahlen, insbesondere Gamma- und Neutronenstrahlen, abschirmende Baumaterialien in 3?orm von Kunststoffen und natürlichen und synthetischen vulkanisierten Kautschuken nach Anspruch 2, gekennzeichnet, dass die Teilchengrösse dieser Zusätze von kolloidaler Korngrösse ist.

4. Gegen radioaktive Strahlen, insbesondere Gamma- und Neutronenstrahlen, abschirmende Baumaterialien in Form von Kunststoffen und natürlichen und synthetischen vulkanisierten Kautschuken nach Anspruch 3, gekennteichnet, dass die genannte Borverbindung ausgewählt ist aus der Gruppe Borcarbid, Bortrioxyd, Borsäure und seine Ester mit höheren Alkoholen.

!?. Gegen radioaktive Strahlen, insbesondere Gamma- und Neutronenstrahlen, abschirmende Baumaterialien in iOrm von Kunststoffen und natürlichen und synthetischen vulkanisierten Kautschuken nach Anspruch 1-4, gekennzeichnet, dass die Kunststoffe bestehen aus der Gruppe Polyurethane, Polyamide, Polyaethylene, Polyfluoraethylene, Epoxyharze, ungesättigte polymerisierbare Polyester und natürliche und synthetische Kautschuke.

6. Gegen radioaktive Strahlen, insbesondere Gamma- und lieutronenstrahlen, abschirmende Baumaterialien in fform von Kunststoffen und natürlichen und synthetischen vulkanisierten Kautschuken nach Anspruch 1 _ I^ gekennzeichnet, dass die Kunststoffe ausgesucht sind aus der

Gruppe Polyvinylchlorid, Polyvinylfluorid, Copolymere von Polyvinyl-

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'id, *Po:

Chlorid und Polyvinylfluorid, !Polystyrol und Copolymere und Polymethacrylate.

7. Gegen radioaktive Strahlen, insbesondere Gamma- und lieutronenstrahlen, abschirmende Baumaterialien in Form von Kunststoffen und natürlichen und synthetischen vulkanisierten Kautschuken nach Anspruch 1 - '4 gekennzeichnet, dass der genannte Stoff ein synthetischer Kautschuk ist, ausgesucht aus der Gruppe Chloroprene, Butadien-Styropolymerisate, Polyisobutylene und Älkylsulfide.

8. Baumaterialien nach Patentanspruch 1 - 7 5 dadurch gekennzeichnet, dass er als iOrmkörper ausgebildet ist.

9. Baumaterialien nach Patentanspruch 1 - 7 > dsdirch gekennzeichnet, dass der !Formkörper eine Platte oder eine Ummantelung ist.

lü. Verfahren zur Herstellung von Kunststoffen nach Anspruch 1-7» dadurch gekennzeichnet, dass eine innige Lischung von mindestens 1 Metallfettsäureverbindung mit/oder ohne Zusätzen mit additiver abschirmender Wirkung den ungehärteten Kunststoffen zugemischt und dann, gegebenenfalls auf Ketallunterlage, polymerisiert wird·

11. Verfahren nach Anspruch 1-7? dadurch gekennzeichnet, dass den natürlichen oder synthetischen Kautschuken im Extruder oder bein Kalan-~ drieren eine innige Mischung von mindestens 1 Metallfettsäureverbin— dung mit/oder ohne Zusätze additiver abschirmender Wirkung einver-, leibt wird.

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SADOFUGtNAL