DE2509944A1

DE2509944A1 - Transparent radiation shields - from ethylene-vinyl acetate copolymers contg. large amts. of lead oxide

Info

Publication number: DE2509944A1
Application number: DE19752509944
Authority: DE
Inventors: Helmut Fricke
Original assignee: Deutsche Spiegelglas AG
Current assignee: Deutsche Spiegelglas AG
Priority date: 1975-03-07
Filing date: 1975-03-07
Publication date: 1976-09-16
Also published as: DE2509944B2

Abstract

Injection moulding materials for radiological protection purposes comprise 100 pts. wt. of a C2H74/Vi acetate copolymer (I) and 50-150 pts. wt. PbO. Pref. (I) is heated on rolls to about 140 degrees C and PbO is then added in powder form, mixed in and the prod. granulated. Used to provide a radiation shield against X-rays, etc. where transparency is necessary. Protection is obtd. more easily and less expensively than when Pb-contg. silicate glass is used.

Description

Spritzgießbarer Werkstoff für StrShlenschutzzwecke und Verfahren zu seiner Herstellung Die Erfindung betrifft einen spritzgießbaren Werkstoff für Strahlenschut;zzwe cke sowie ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Werkstoffes.Injection-moldable material for radiation protection purposes and processes Its manufacture The invention relates to an injection-moldable material for radiation protection; cke and a method for producing such a material.

Werkstoffe für Strahlenschutzzwecke finden auf verschiedenen Gebieten Anwendung. Dabei handelt es sich in der Regel, soweit keine Transparenz des aus dem Strahlenschutzwerkstoff herzustellenden Bauteiles erforderlich ist, m Blei- oder andere Metallabschirmungen. Beispielsweise sind auch Matten aus Bleifasern oder Bleifolien bekannt, die bei Röntgenuntersuchungen einmal als Strahlenschutz für das Behandlungspersonal verwendet werden und zum anderen dazu dienen, nicht u bestrahlende Gewebeteile des Patienten abzudecken.Materials for radiation protection purposes can be found in various fields Use. This is usually, as far as there is no transparency of the the component to be manufactured is required for the radiation protection material, m lead or other metal shields. For example, mats are also made from lead fibers or lead foils, which are used as radiation protection during X-ray examinations to be used for the treatment staff and for the other purpose not u to cover parts of the patient's tissue that are being irradiated.

Andererseits bestehen aber auch viele Anwendungsgebiete, bei denen die aus dem Strhlenschutzwerkstoff herzustellenden B&; cile durchsichtigt sein sollen, wie beispielsweise bei dtji @onstern bestimmter Apparaturen. Derartige Strahlenschutz'£c:isjter werden bisher in der Regel aus hoch bleihaltigem Silikatglas hergestellt. Es hat sich aber als schwierig erlriesen, Bauteile, die gleichzeitig eine gute Strahlenschutzwirkumü bieten und auch eine hohe elektrische Durchschlagsfestigkeit aufweisen, in nicht-ebener Form herzustellen, wie es beispielsweise bei den Schutzhauben für Röntgenröhren, mittels denen die Streustrahlung beseitigt werden soll, der Fall ist. Die Herstellung derartiger Schutzhauben oder allgemein kornpliziert geformter Bauteile aus hoch bleihaltigem Silikatglas ist naturgemäß sehr schwierig, so daß häufig nur der Weg bleibt, ein aus verschiedenen Einzelelementen zusammengesetztes, beispielsweise verklebte Bauteil zu verwenden Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Strahlenschutzwerkstoff zu schaffen, der unter Beibehaltung einer guten Strahlenschutzwirkung und einer hohen elektrischen Durchschlagsfestigkeit leichter und kostengünstiger zu Bauteilen auch komplizierter Form verarbeitet werden kann, als dies bei dem bekannten hoch bleihaltigen Silikatglas der Fall ist.On the other hand, there are also many areas of application in which the B &; cile be see-through should, as for example with dtji @onstern certain devices. Such radiation protection '£ c: isjter are usually made from high-lead silicate glass. It has But it turned out to be difficult to find components that at the same time have a good radiation protection effect and also have a high dielectric strength, in non-planar areas To produce a shape, as is the case, for example, with protective covers for X-ray tubes, by means of which the scattered radiation is to be eliminated, is the case. The production such protective hoods or generally complex-shaped components made of high Lead-containing silicate glass is naturally very difficult, so that often only the way remains, one composed of various individual elements, for example To use bonded component The invention is based on the object of a radiation protection material to create, while maintaining a good radiation protection effect and a high dielectric strength easier and cheaper to components also more complicated shape can be processed than is the case with the known high lead-containing silicate glass is the case.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch eine Kunststoffmasse aus einem Äthylen-Vinylacetat-Copolymerisat, der, bezogen auf 100 Gewichtsteile Kunststoffmasse, 50 bis 150 Gewichtsteile Bleiglätte (PbO) zugesetzt sind.According to the invention, this object is achieved by a plastic compound from an ethylene-vinyl acetate copolymer, based on 100 parts by weight Plastic compound, 50 to 150 parts by weight of black lead (PbO) are added.

Ein erfindungsgemäß vorgeschlagenes Verfahren zum Herstellen eines spritzbaren Werkstoffes für Strahlenschutzzwecke zeichnet sich dadurch aus, daß zunächst ein Xthylen-Vinylacetat-Copolymerisat in Granulatform unter Umwälzen auf eine Temperatur von ca. 14000 erwärmt wird; daß anschließend, bezogen auf 100 Gewichtsteile Eunststoffmasse, 50 bis 150 Gewichtateile Bleiglätte in Pulverform zugemischt werden; md daß dann die Mischung gewalzt und granuliert wird.A proposed method according to the invention for producing a sprayable material for radiation protection purposes is characterized in that first an xthylene-vinyl acetate copolymer in granulate form with circulation one Temperature of about 14000 is heated; that subsequently, related to 100 parts by weight of plastic compound, 50 to 150 parts by weight of black lead in powder form be admixed; md that the mixture is then rolled and granulated.

Besonders vorteilhafte Weiterbildungen des Strahlenschutzwerks-toffes und des Verfahrens nach der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.Particularly advantageous developments of the radiation protection material and the method according to the invention are the subject of the subclaims.

Während e-s bisher als unmöglich angesehen wurde, einen spritzgießbaren Werkstoff auf Euslststoffbasis zu finden, der die geforderten Strehlenschutzeigenschaften, zusätzlich auch die erwünschte elektrische DurvhschlagsfestiglLeit, wie sie bei Schutzhauben für Röntgenröhren und dergleichen erforderlich ist, aufweist, läßt der Werkstoff nach der Erfindung sich im nerkömmllichen Spritzgußverfahren leicht zu Bauteilen beliebiger Form verarbeiten. Überraschenderweise hat sich gezeigt, daß die Spritzgießfähigkeit der Äthylen-Vinylacetat-Copolymerisatmasse auch bei hohen Zusätzen an Bleiglätte (PbO) nicht verloren geht Darüber hinaus haben Untersuchungen gezeigt, daß der Bleigleichwert von Platten, die aus dem erfindungsgemäßen Werkstoff hergestellt werden, bei zunehmendem Bleiglättegehalt überproportional zunimmt, wie sich daraus ergibt, daß eine aus dem erfindungsgemäßen Werkstoff hergestellte Scheibe mit einer Dicke von 10 mm und einem Bleiglätteanteil von 66,G Teilen auf 100 Teile Kunststoffmasse einen Bleigleichwert von 1,17 mm hat (bei Röntgenbestrahlung mit einer Röhrenspannung von 110 kV und einer Gesamtfilterung von 0,5 mm Cu), während bei 80 Gewichtsteilen Bleiglätte der Bleigleichwert bereits 2,07 mm beträgt. Unter "B~leigleichwert" wird dabei, wie auch im folgenden, die Dicke einer massiven Bleiplatte verstanden, welche die gleiche Schutzwirkung wie die untersuchte Scheibe aus dem erfindungsgemäßen Strahlenschutzwerkstoff aufweist.While e-s was previously considered impossible, an injection moldable one To find a material based on plastic that has the required radiation protection properties, in addition, the desired electrical impact strength, as shown in Protective hoods for X-ray tubes and the like is required, has, leaves the material according to the invention is easy to use in the conventional injection molding process Process into components of any shape. Surprisingly it has been shown that the injection moldability of the ethylene-vinyl acetate copolymer material also with high additions of molten lead (PbO) is not lost In addition, investigations have shown that the lead equivalent of plates made from the material according to the invention are produced, increases disproportionately with increasing platinum content, such as it follows that a disk made from the material according to the invention with a thickness of 10 mm and a smooth lead proportion of 66 G parts to 100 parts Plastic compound has a lead equivalent of 1.17 mm (with X-ray irradiation with a tube voltage of 110 kV and a total filtering of 0.5 mm Cu), while at 80 parts by weight of black lead, the lead equivalent is already 2.07 mm. Under "Lead equivalent" is, as in the following, the thickness of a solid lead plate understood which the same protective effect as the examined pane from the Has radiation protection material according to the invention.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und aus der nachfolgenden Beschreibung, in der die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispieles des erfindungsgemëßen Verfahrens mit nachfolgenter Werkstoffbeschreibung im einzelnen erläutert ist.Further features and advantages of the invention emerge from the claims and from the following description in which the invention is based on an exemplary embodiment of the method according to the invention with the following material description in detail is explained.

Ausführungabeispiel In einen innenirneter mit 25 1 Kammervolumen werden 15 kg eines Äthylen-Vinylacetat-Copolymerisates mit einem Vinyl-Acetat gehalt von 10 Gewichtsprozent eingegeben. Durch Wärmezufuhr auf 14000 erreichte die Kunststoffmasse nach 20 Minuten einen plastifizierten Zustand. Anschließend werden durch die Beschickungsöffnung des Kneters 12 kg pulverförmige Bleiglätte in den Knetbereich des Mischers eingegeben. Bei einer Temperatur von 14OOC führt ein 30-minütiges intensives Kneten der beiden Komponenten zur Herstellung einer homogenen Mischung.Execution example In an internal mixer with 25 l chamber volume 15 kg of an ethylene-vinyl acetate copolymer with a vinyl acetate content of Entered 10 percent by weight. By adding heat to 14,000, the plastic mass reached a plasticized state after 20 minutes. Then through the loading opening of the kneader put 12 kg of powdery black lead into the kneading area of the mixer. The two are kneaded intensively for 30 minutes at a temperature of 140 ° C Components for creating a homogeneous mixture.

Vor Öffnen der'Entleerungseinrichtung des lnnenkneters wird die Temperatur des heiz- und kühlbaren Knetergehäuses dann auf ca. 90°d verringert. Anschließend wird die Mischung auf einem Walzenmischer mit zwei Walzen, deren Temperatur 800C beträgt, weiterverarbeitet. Zwischen den beiden Walzen wird die Masse durch Quetsch- und Walkvorgänge noch einmal etwa 10 Minuten gemischt. Dann wird die Mischung als Fell abgezogen und in einem Bandgranulator mit 450 mm Einzugsbreite bei 700C zu Granulat mit einer Länge von 3 bis 5 mm verkleinert.Before opening the emptying device of the internal kneader, the temperature of the heatable and coolable kneader housing then reduced to approx. 90 ° d. Afterward the mixture is put on a roller mixer with two rollers, the temperature of which is 800C is processed further. The mass is squeezed between the two rollers. and fulling processes mixed again for about 10 minutes. Then the mixture is called Skin is peeled off and closed in a belt granulator with a feed width of 450 mm at 700C Granules with a length of 3 to 5 mm reduced in size.

Äus diesem Strahlenschutzwerkstoff wurden im üblichen Spritzgießverfahren 10 mm dicke planparallele Platten hergestellt-, woraufhin der Bleigleichwert bei Röntgenstrahlung von 110 kV im schmalen Strahlenbündel (DIN 6845) bestimmt wurde. Der Prüfling wurde mit Bleiabsorbern solcher Dicke verglichen, daß in beiden Fällen jeweils die gleiche Schwächung der Dosisleistung auftrat. Als Indikator diente ein Szintillationsdosimeter, wobei das bestrahlte Feld einen Durchmesser von 30 mm hatte.This radiation protection material was made in the usual injection molding process 10 mm thick plane-parallel plates produced, whereupon the lead equivalent at X-ray radiation of 110 kV in a narrow beam (DIN 6845) was determined. The specimen was compared with lead absorbers of such thickness that in both cases in each case the same weakening of the dose rate occurred. As an indicator a scintillation dosimeter was used, the irradiated field having a diameter of 30 mm.

Außerdem wurde in analoger Weise,wie oben angegeben, ein Werkstoff hergestellt, bei dem jedoch nicht 80 Gewichtsteile Bleiglätte, sondern nur 66,6 Gewichtsteile Bleiglätte prp 100 Gewichtsteile Kunststoffmasse verwendet wurden.In addition, in a manner analogous to that given above, a material was used produced, but not 80 parts by weight of black lead, but only 66.6 Parts by weight of black lead prp 100 parts by weight of plastic compound were used.

Die so erhaltenen Scheiben mit einer Dicke von 10 mm, deren Durchmesser 65 mm betrug, hatten im Falle des erstgenannten Ausführungsbeispieles, bei dem also 80 Gewichtsteile Bleiglätte verwendet wurden, ein Gewicht von 106 g und im anderen Fall ein Gewicht von 71 g.The disks thus obtained with a thickness of 10 mm, their diameter Was 65 mm, had in the case of the first-mentioned embodiment, so in the case of 80 parts by weight of black lead were used, one weight of 106 g and in the other Case a weight of 71 g.

Mit einer Gesamtmeßunsicherheit der einzelnen Bleigleichwerte von + 0,005 mm wurden die nachfolgenden Ergebnisse erhalten.With a total measurement uncertainty of the individual lead equivalents of + 0.005 mm, the following results were obtained.

Röhrensannung Gesamtfilterung Bleigleichwert (ky) (mm Cu) (mm ) 66,62 80T 110 0,5 1,17 2,07 150 0,8 1,17 2,07 200 1,5 1,17 2,07 250 2,5 1,20 ?,09 300 3,0 1,20 2,12 Die vorstehende Tabelle zeigt zunächst, daß bei einer Erhöhung des Bleiglättegehaltes die Strahlenschutzwirtung (Bleigleichwert) überproportional anzeigt, ein Effekt, der in keiner Weise erwartet werden konnte. Weiterhin ergibt sich insgesamt die ausgezeichnete Strahlenschutzwirkung des erfindungsgemäßen Strahlenschutzwerkstoffes, weil nämlich ZUL Erzielung eines Bleigleichwertes von 2,07 mm, wie er bei dem Werkstoff mit 80 Gewichtsteilen Bleiglätte bei 10 mm Dicke erhalten wurde, ein übliches hoch bleihaltiges Strahlenschutzglas mit einer Dicke von ca. 7 Ifim verwindet werden müßte. In diesem Fall würde die Dichte des Glas; r 5,05 g/cia3 betragen, während die Dichte des erfindung gemäßen Strahlenschutzwerkstoffes nur 1,39 g/cm3 betr"gt' @ zufolge hat der erfindungsgemäße Strahlenschutzwerkstoff, zusätzlich zur leichten Verarbeitbarkeit im Spritzgießverfahren, noch den Vorteil, daß wegen des niedrigen spezifiscLell Gewichtes zur Erzielung hoher Bleigleichwerte die Dick£ der Platten oder Bauteile, die aus dem Werkstoff hergestellt werden sollen, ohne nachteilige Folgen erhöht werden kann.Tube voltage total filtration lead equivalent (ky) (mm Cu) (mm) 66.62 80T 110 0.5 1.17 2.07 150 0.8 1.17 2.07 200 1.5 1.17 2.07 250 2.5 1.20?, 09 300 3.0 1.20 2.12 The table above shows that when the The platinum content is disproportionately displayed by the radiation protection management (lead equivalent), an effect that could in no way be expected. Furthermore, it results overall the excellent radiation protection effect of the radiation protection material according to the invention, because ZUL achieved a lead equivalent of 2.07 mm, like him at the material with 80 parts by weight of black lead at 10 mm thickness was obtained Usual high leaded radiation protection glass with a thickness of approx. 7 mm twisted would have to be. In this case the density of the glass would be; r 5.05 g / cia3, while the density of the radiation protection material according to the invention is only 1.39 g / cm3 According to the radiation protection material according to the invention, additionally for easy processing in the injection molding process, still the advantage that because of the low specific weight to achieve high lead equivalents the fat of the panels or components that are to be made from the material without adverse consequences can be increased.

Der erfindungsgemaße Werkstoff laß-t sich im üblichen Spritzgießverfahren zu technischen Bauteilen beliebiger Form, wie Schutzhauben, Abdeckplatten, Verschlüssen und Dichtungen zur Abschirmung von Röntgenstrahlen, bei Massetemperaturen von ca. 170 bis 2300C leicht verarbeiten. Zu beachten ist noch, daß erfindungsgemäß vorzugsweise 10 bis 12% Vinylacetatgehalt in der Kunststoffmasse gewählt werden, weil nämlich bei höheren Vinylacetatgehalten der Welchheitsgrad des Materials stark ansteigt, wodurch die Festigkeit der im Spritzgießverfahren zu fertigenden Bauteile auf technisch nicht mehr befriedigende Werte verringert wird. Bei einem Vinylacetat gehalt von 10% hingegen beträgt die Shore-A-Härte nach DIN 53505 noch 95, während der Elastizitätsmodul 75 N/mm2 beträgt.The material according to the invention can be used in the usual injection molding process for technical components of any shape, such as protective hoods, cover plates, closures and seals for shielding X-rays, at melt temperatures of approx. Easy to process at 170 to 2300C. It should also be noted that preferably according to the invention 10 to 12% vinyl acetate content in the plastic mass can be chosen because namely at higher vinyl acetate contents the degree of warmth of the material rises sharply, which increases the strength of the components to be manufactured using the injection molding process values that are no longer satisfactory are reduced. With a vinyl acetate content of 10%, however, the Shore A hardness according to DIN 53505 is still 95, while the modulus of elasticity 75 N / mm2.

Natürlich könnte bei bestimmten Anwendungszwecken auch ein geringerer Bleiglättegehalt als der erfindungsgemäß beanspruchte gewählt werden, jedoch hat sich gezeigt, daß die Verwendung von 50 bis 150 Gewichtsteilen Bleiglätte, bezogen auf 100 Gewichtsteile Copolymerisab, zu einer befriedigend verarbeitbaren spritzgießbaren Masse führt, so daß geringere Bleiglättegehalte nur in Sonderfällen, bei denen eine bsonders hohe Schutzwirkung nicht erforderlich ist, in Frage kommen dürfte.Of course, a lesser one could also be used for certain purposes Platinum content can be selected as that claimed according to the invention, but has found that the use of 50 to 150 parts by weight based on black lead to 100 parts by weight of Copolymerisab, to a satisfactorily processable injection moldable Mass leads so that lower Platinum content only in special cases, in which a particularly high protective effect is not required, come into question should.

Abschließend sei noch erwähnt, daß bei Verwendurg eines Werkstoffes mit 100 Gewichtsteilen PbO auf 100 Teile Kunststoffmasse ein Bleigleichwert von ca. 3,5 und mehr erhalten werden konnte.Finally it should be mentioned that when using a material with 100 parts by weight of PbO per 100 parts of plastic compound a lead equivalent of about 3.5 and more could be obtained.

Zu erwähnen ist noch, daß die aus einem Strahlenschutzwerkstoff nach der Erfindung mit einem Bleiglättegehalt von 80 Gewichtsteilen hergestellte, 10 mm dicke Platte, deren Strahlenschutzwerte oben angegeben sind, eine Durchschlagsfestigkeit E von 15 kV/mm einen Verlustf&ktor tan J 0 von 0,017 und eine Dielektrizittskonstante £ von 4,7 aufwies.It should also be mentioned that the one made of a radiation protection material according to of the invention with a smooth lead content of 80 parts by weight, 10 mm thick plate, the radiation protection values of which are given above, have a dielectric strength E of 15 kV / mm, a loss factor J 0 of 0.017 and a dielectric constant £ 4.7.

Hieraus ergibt sich, daß die 10 mm dicke Platte also insgesamt eine elektrische Durchschlagsfestigkeit von ca. 150 kV hat, weit mehr, als üblicherweise von Abschirmungen gegen energiereiche Strahlungen an elektrischen Geräten, wie Röntgenröhren, verlangt wird.This means that the 10 mm thick plate is a total of one dielectric strength of approx. 150 kV, far more than usual of shields against high-energy radiation on electrical devices such as X-ray tubes, is required.

Die in der vorstehenden Beschreibung sowie in den nachfolgenden Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebigen Kombinationen für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen wesentlich sein.Those in the above description as well as in the following claims disclosed features of the invention can both individually and in any Combinations for realizing the invention in its various embodiments be essential.

Claims

Expectations

1. Injection-moldable material for radiation protection purposes, marked by a plastic compound made of an ethylene vinyl acetate-C [pclymerisCt der] on 100 parts by weight of plastic compound, 50 to 150 parts by weight of black lead (PbO) are added.

2. Radiation protection material according to claim 1, characterized in that that the smooth lead content is 80 to 100 parts by weight per 100 parts by weight of plastic material amounts to.

3. radiation protection material according to claim 1 or 2, characterized gekeimzeichriet, that the copolymer contains 10 to 30 percent by weight of vinyl acetate.

4. Radiation protection material according to claim 3, characterized in that that the vinyl acetate content of the copolymer is 10 to 12 percent by weight.

5. Process for producing a sprayable material for radiation protection covers according to one of the preceding claims, characterized in that initially a Ethylene-vinyl acetate copolymer in granulate form with circulation to a temperature is heated from approx. 140 ° C; that then, based on 100 parts by weight of plastic compound, 50 to 150 parts by weight of black lead in powder form are added; and that then the mixture is rolled and granulated.

6. The method according to claim 5, characterized in that the plastic mass, based on 100 parts by weight, 80 to 100 parts by weight of black lead are added.

7. The method according to claim 5 or 6, characterized in that a Copolymer used with a vinyl content of 10 to 50 percent by weight will.

8. The method according to claim 7, characterized in that a copolymer with a vinyl acetate content of 10 to 12 weight percent is used.

9. The method according to any one of claims 5 to 8, characterized in that that the rolling and granulating of the mixture at temperatures of about 90 to 700C he follows.

10. The method according to claim 9, characterized in that the temperature the mixture is first lowered from approx. 1400G to approx. 90 ° C; that then the Mixing using a roller mixer with a roller temperature of approx.

80 ° C is mixed and that then the peeled skin at approx.

70 ° C comminuted to granules with a length of approx. 3 to 5 mm will.

11. The method according to any one of claims 5 to 10, characterized in, that the copolymer in granulate form in an internal kneader at about 14,000 for about Is plasticized for 20 minutes; that then the black lead is added; that then add the two components at a temperature of approx. 14,000 for 30 minutes kneaded into a homogeneous mixture; and that finally the temperature of the Eneters lowered to approx. 90 ° C and then the mixture is processed further.