DE4341381A1

DE4341381A1 - Strahlenschutzmaterial und Verfahren zu seiner Herstellung

Info

Publication number: DE4341381A1
Application number: DE19934341381
Authority: DE
Inventors: Bernd Dr Hamann; Thomas Leutbecher; Dagmar Prof Dr Dr Huelsenberg; Hans-Juergen Bartl
Original assignee: BARTL HANS JUERGEN
Current assignee: BARTL HANS JUERGEN
Priority date: 1993-12-04
Filing date: 1993-12-04
Publication date: 1995-06-08
Anticipated expiration: 2013-12-05
Also published as: DE4341381C2

Description

Die Erfindung betrifft ein Fasermaterial zur Her stellung von Glasfasern, welche die Eigenschaften herkömmlicher Glas- und Mineralfasern besitzen und zusätzlich zur Abschirmung von Beta-, Gamma-, Rönt gen- und Mikrowellenstrahlung dienen und ein Verfahren zur Herstellung dieser Fasern sowie von Strahlenschutzmaterial aus diesem Glasfasern.

Bei der Anwendung von Strahlungsquellen im Bereich der Beta-, Gamma-, Röntgen- und Mikrowellenstrah lung ist es notwendig, sowohl Strahlungsquellen als auch exponierte Personen mit einem Strahlenschutz zu versehen.

In der Medizintechnik ist es hierzu üblich, zum Schutz vor Beta-, Gamma- und Röntgenstrahlen Strahlenschutzmatten und Strahlenschutzbausteine aus metallischem Blei einzusetzen.

Weiterhin ist der Schutz vor Gamma- und Röntgen strahlen mittels Strahlenschutzgläsern bekannt. Derartige Schutzmaßnahmen sind für die Anwendung bei Materialprüfungen sowie in der Kern- und Medi zintechnik üblich. Dabei werden spezielle kompakte Flachgläser eingesetzt.

Zum Schutz vor Mikrowellen wird ausschließlich das Abschirmprinzip angewendet, indem durch elektrisch leitende Materialien, insbesondere Metalle, ein Kä fig um die Strahlungsquelle gelegt wird.

Bei den bekannten Schutzmaßnahmen ist nachteilig, daß die Schutzmaterialien nur eine geringe Flexibi lität aufweisen und deshalb zum Schutz von Personen und anderen Lebewesen nur bedingt geeignet sind. Im Stand der Technik ist es auch bekannt, Textil-, Me tall- und Verbundprodukte zur Abschirmung elektro magnetischer Strahlung einzusetzen. Dabei werden Metalle ein- oder mehrlagig auf Fasern, Garne oder textile Flächen aufgetragen.

Diesen Materialien haftet der Nachteil an, daß zu ihrer Herstellung ein hoher Aufwand erforderlich ist.

Zur Abschirmung von entstehender Röntgenstrahlung werden für Bildröhren spezielle Gläser mit, je nach Hersteller unterschiedlicher Zusammensetzung ver wendet. Derartige Bildröhrengläser haben mit fort schreitender Entwicklung der Fernseh- und Computer technik eine ständige Erhöhung der Absorbtionsei genschaften erfahren. Auch hinsichtlich der Formge bung ist das Viskositäts/Temperatur-Verhalten die ser Gläser für die ursächlich angewendeten Schleuder- und Preßtechnologien optimiert worden.

Nach dem Einsatz der Bildröhren zum Zweck der Bild wiedergabe, fallen diese als Recyclingglas mit un terschiedlicher Zusammensetzung und verschiedenar tiger Färbung an. Eigene Versuche zeigten, daß diese, an sich für andere Zwecke hergestellten Bildröhrengläser, die Eigenschaft besitzen, sich hervorragend zu Glasfasern verarbeiten zu lassen. Die Eignung von Bildröhrengläsern und deren Einsatz als Ausgangsmaterial zur Erzeugung von Glasfasern ist bisher nicht bekannt.

Diese Fasern besitzen im unterschied zum Recycling glas eine einheitlich weiße Färbung. Weiterhin be sitzen sie alle Eigenschaften herkömmlicher Glasfa sern und darüber hinaus die zusätzliche Eigenschaft zur Abschirmung von Beta-, Gamma-, Röntgen- und Mi krowellenstrahlung.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Fa sermaterial anzugeben, das zu flexiblen Gegenständen verarbeitet werden kann, kostengünstig herstellbar ist und im gesamten Bereich der Beta-, Gamma-, Röntgen- und Mikrowellenstrahlung abschirmend wirkt.

Erfindungsgemäß gelingt die Lösung der Aufgabe da durch, daß als Ausgangsmaterial für das Fasermate rial recyceltes Glas, vorzugsweise Bildröhrenglas, verwendet wird und daß das Fasermaterial zu Glasfa sern, nachfolgend Recyclingfasern genannt, verar beitet wird sowie daß die Recyclingfasern als Zwi schenprodukt insbesondere zur Herstellung von Strahlenschutzmaterialien dienen.

Die bevorzugten Anwendungen des erfindungsgemäßen Faser- sowie Strahlenschutzmaterials liegen auf dem Gebiet der Abschirmung von Beta-, Gamma-, Röntgen- und Mikrowellenstrahlung. Sie sehen vor, daß die Recyclingfasern zu Flächen- und Volumengebilden, zu Geweben oder zu Formkörpern verarbeitet werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung des Faser- sowie Strahlenschutzmaterials sieht vor, daß als Ausgangsmaterial recyceltes Glas, vorzugsweise Bildröhrenglas, verwendet wird, das mittels an sich bekannter Verfahren zu fadenförmigen Zwischenpro dukten verarbeitet wird, die dann beliebig weiter konfektionierbar sind.

Eine zweckmäßige Ausgestaltung des erfindungsgemä ßen Verfahrens sieht vor, daß als Recyclingglas Bildröhrenglas verwendet wird, welches zunächst in die Bestandteile Konus- und Schirmglas getrennt, gereinigt, anschließend gebrochen und gegebenen falls klassiert wird. Danach erfolgt die Verarbei tung zu Recyclingfasern mit an sich bekannten Umformverfahren.

Die Bestandteile dieses Recyclingglases können da bei einzeln oder in einem bestimmten Mischungsver hältnis verarbeitet werden.

Möglich ist weiterhin der Einsatz anderer Recy clinggläser, insbesondere der Einsatz von Glasab fällen, Fritten, Produktionsrückständen und Bruch, die bei der Herstellung strahlenabsorbierender Glä ser sowie bei der üblichen Bleiglasproduktion an fallen.

Ferner ist es möglich, daß zur Einstellung des Vis kositäts/Temperatur-Verhaltens und/oder des ge wünschten Absorbtionskoeffizienten und/oder spe zieller weiterer Eigenschaften Zusatzstoffe in Form von Blei-, Barium-, Strontium- und weiteren Verbin dungen einzeln oder gemischt zugegeben werden.

Die erfindungsgemäße Recyclingfaser und das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren zeichnen sich insbesondere durch folgende Vorteile aus:

- Die Reststrahlung wird im gesamten Bereich der Beta-, Gamma-, Röntgen- und Mikrowellenstrahlung auf ein sehr geringes Maß reduziert.
- Durch die Verwendung von Recyclingglas wird neben der erfindungsgemäßen Nutzung des Faser- sowie Strahlenschutzmaterials zusätzlich ein Beitrag zur Entsorgung von Problemstoffen und damit zur Umwelt entlastung geleistet.
- Es können Ausgangsmaterialien unterschiedlicher Zusammensetzung verarbeitet werden, weil bei Ein haltung der Viskositäts/Temperatur-Forderungen durch die Verarbeitung der Materialien zu Fasern die exakte Einhaltung der stets gleichen Mischungen für die Ausgangsstoffe nicht in jedem Fall erfor derlich ist. Im Gegensatz dazu ist es bei kompakten Materialien z. B. infolge der vom Mischungsverhält nis und von den eingesetzten Ausgangsstoffen abhän gigen Färbung des Erzeugnisses unbedingt erforder lich, stets die gleichen Ausgangsmaterialien zu verwenden. Dadurch wird bei den erfindungsgemäßen Fasern einerseits der Herstellungsaufwand enorm gesenkt, und andererseits werden die Anwendungsmög lichkeiten stark erweitert.
- Zur Herstellung der Recyclingfasern aus dem ange gebenen Fasermaterial sind alle Formgebungsverfah ren auf der Grundlage der Zieh-, Blas- und Schleudertechnologie zur Herstellung von Glasfasern und Glasseide geeignet. Die Anwendung der Erfindung ist damit kostengünstig möglich.
- Die erfindungsgemäßen Recyclingfasern dienen vorwiegend als Zwischenprodukt. Sie können zu Strahlenschutzmaterial, beispielsweise in Form von Filz, Roving, Gaze und Gewebe für Schutzbekleidung, Schutztextilien, Matten, Nähgewirkmatten, als Ver stärkungsmaterial und dergleichen weiterverarbeitet werden. Besonders geeignete Anwendungsgebiete sind auch der Einsatz von Wolle als Stopfwolle zum Aus füllen von Hohlräumen und von Gaze als Trägermate rial für andere Werkstoffe.

Auch für die Anwendung als spezielle Formkörper er geben sich vielfältige Möglichkeiten dieser Strahlenschutzmaterialien. Formkörper sind bei spielsweise in Form von Platten, Formsteinen, Pali saden u. ä. zum Aufstellen von Strahlenschutzwänden einsetzbar.

- Die Recyclingfasern können sowohl amorph als auch kristallin vorliegen.

Die Erfindung soll im folgenden anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert werden. In der zugehörigen Zeichnung zeigen:

Fig. 1 den prinzipiellen Aufbau einer für die Entsorgung vorgesehenen Bildröhre und

Fig. 2 eine schematische Darstellung des Ab laufes des erfindungsgemäßen Herstellungspro zesses.

Die Herstellung der erfindungsgemäßen Recycling faser erfolgt im Beispiel aus dem Glas von zu entsorgenden Bildröhren, von der in Fig. 1 eine dargestellt ist. Derartige Bildröhren fallen beim Recycling von Geräte- und Elektronikschrott in grö ßerem Umfang an.

In Fig. 2 ist das Verfahren zur Herstellung des erfindungsgemäßen Faser- sowie Strahlenschutzmate rials dargestellt. Unabhängig von ihrer Zusammen setzung werden die Bildröhren in Konusglas KG und Schirmglas SG an der Lötnaht Z getrennt und der Schrott von den Glasteilen entfernt. Die Glasarten Konusglas KG und Schirmglas SG werden separiert und von den Reststoffen (z. B. Leuchtschichten, Schich ten am Konusglas, . . . ) befreit. Bei monochromen Bildröhren werden nach der Reinigung beide Glasar ten wie Konusglas KG weiterverarbeitet. Anschlie ßend werden Konusglas KG und Schirmglas SG jeweils einem Brecher zugeführt und klassiert. Erforderli chenfalls werden weitere Zusatzstoffe zugefügt.

Im näher ausgeführten Beispiel wird eine Fraktion aus Schirmglas SG mit einer Körnung zwischen 16 bis 32 mm ohne weitere Zusatzstoffe zu Recyclingfasern verarbeitet.

Die gewichtsbezogene Zusammensetzung des Fasermate rial beträgt:

63,0% SiO₂
8,5% Na₂O
1,5% MgO
11,0% BaO
3,5% Al₂O₃
0,2% CeO₂
8,6% K₂O
3,5% CaO
Die Ziehtemperatur beträgt 1295°C. Dabei wird ein Faserband aus Recyclingfasern mit 800 tex und einem Elementarfadendurchmesser von 10 . . . 12 µm erzeugt. Dieses Material dient als Zwischenprodukt zur Her stellung von Strahlenschutzmatten.

Eine derartige Strahlenschutzmatte mit einer Dicke von 15 mm und einer Dichte von 0,31 g/cm³ erreicht folgende Absorbtionswerte:

- Röntgenstrahlung 91% (Cu_K _α; 25 keV)
- Gammastrahlen 8% (J-131; 364 KeV)

Diese Absorbtionswerte entsprechen etwa denen einer 2 mm starken Kompaktglasplatte aus Schirmglas.

Claims

1. Fasermaterial als Ausgangsmaterial zur Herstel lung von Recyclingfasern, dadurch gekennzeichnet, daß als Fasermaterial recyceltes Glas, vorzugsweise Bildröhrenglas, verwendet wird.

2. Fasermaterial nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß weitere Zusätze in Form von von Blei- Barium-, Strontium- und weiteren Verbindungen ein zeln oder gemischt zugegeben werden.

3. Fasermaterial nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Recyclingglas Bildröhren glas verwendet wird, wobei vor der Zerfaserung die Bestandteile Konus- und Schirmglas in einem vom Verwendungszweck bestimmten Verhältnis eingesetzt werden.

4. Fasermaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß die daraus erzeugten Recyclingfasern zu Strahlenschutzmaterial zur Ab schirmung von Beta-, Gamma-, Röntgen- und Mikrowel lenstrahlung verarbeitet sind.

5. Strahlenschutzmaterial nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Glasfasern zu gewirrten Flächen- und Volumengebilden verarbeitet sind.

6. Strahlenschutzmaterial nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Glasfasern zu Gewebe verar beitet sind.

7. Strahlenschutzmaterial nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Glasfasern zu Formkörpern verarbeitet sind.

8. Verfahren zur Herstellung von Strahlenschutzma terial, gekennzeichnet durch die Verfahrens schritte:

- Reinigen, Brechen und Klassieren von Recycling glas;
- Erzeugen von Recyclingfasern mittels an sich be kannter Formgebungsverfahren;
- Auftrommeln von Recyclingfasern zu gewirrten Flä chen- und Volumengebilden;
- textile Verarbeitung von Recyclingfasern zu Gewe ben und
- Pressen und/oder Sintern von Recyclingfasern zu Formkörpern.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeich net, daß als Recyclingglas Bildröhrenglas verwendet wird, welches vor der Verarbeitung in die Bestand teile Konus- und Schirmglas getrennt wird und die Bestandteile in einem vom Verwendungszweck be stimmten Verhältnis gemischt werden.