JP6395175B2 - 放射線遮断シート紙およびその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、放射線遮断シート紙およびその製造方法、より詳しくは、折り曲げ性および加工性に優れる放射線遮断シート紙に関する。

従来、医療分野、原子力分野、宇宙空間などで使用される設備機器、衣服、構造物、移動体などに、放射線被ばくを抑制するための放射線遮断材が用いられることがある（例えば、特許文献１）。また、医療現場では、Ｘ線撮影等に従事する医師等の放射線被ばくを抑制するために、放射線遮断材を用いたエプロンやスカート等の防護衣が使用されている。

放射線遮断材としては、鉛が用いられることが多い。上述の防護衣においても、鉛の薄板が配置されたものが一般的である。

特表２００６−５２６４３４号公報

しかしながら、鉛は毒性が強くて廃棄等の扱いが難しい。また防護衣に用いると、重いため、使用者の動きを妨げるという問題がある。さらに、折り曲げ性や加工性も十分とは言えず、立体物や人に適用する場合には隙間を生じやすい。そのため、本来の目的である放射線被ばく抑制の目的に照らしても十分とは言い難い場合がある。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、加工性および取扱い性に優れた放射
線遮断シート紙およびその製造方法を提供することを目的とする。

本発明の放射線遮断シート紙は、パルプ状繊維と、粒状の放射線遮断材とがシート状に一体化されて形成された放射線遮断シート紙であって、
前記放射線遮断材の平均粒径が、７．６マイクロメートル以上４０マイクロメートル以下であり、
前記放射線遮断材の含有量が、前記パルプ状繊維１に対して重量比で１以上とされ、かつ、前記放射線遮断シート紙における前記パルプ状繊維の含有量は前記放射線遮断材に次いで大きく、
前記放射線遮断材がタングステンもしくはタングステンの酸化物であることを特徴とする。

本発明の放射線遮断シート紙の製造方法は、本発明の放射線遮断シート紙の製造方法であって、湿式抄紙法を用いて、前記繊維および前記放射線遮断材を一体としてシート状の紙に構成するものである。
本発明の放射線遮断シート紙の製造方法において、前記繊維を、叩解度として７５０ＣＳＦ〜１００ＣＳＦの範囲として叩解し、水に分散してスラリーを調製し、得られたスラリーを湿式抄紙法で抄造してもよい。
前記繊維が、グランドウッドパルプ、プレッシャーライズドグランドウッドパルプ、サーモメカニカルパルプとされる機械パルプ、針葉樹高歩留り未晒クラフトパルプ、針葉樹晒クラフトパルプ、広葉樹未晒クラフトパルプ、広葉樹晒クラフトパルプとされる化学パルプ、デインキングパルプ、ウェイストパルプとされる古紙パルプ、セミケミカルパルプとされる木材パルプ、木材以外の天然繊維である木綿、わら、竹、エスパルト、バガス、リンター、マニラ麻、亜麻、麻、黄麻、雁皮からなるパルプ状繊維の中から一種または二種以上を選択して用いられてもよい。

本発明の放射線遮断シート紙によれば、加工性および取扱い性に優れているため、広い用途において好適に使用でき、放射線被ばくを好適に抑制することができる。

本発明の一実施形態の放射線遮断シート紙の模式断面図である。 同放射線遮断シート紙のＸ線遮断能を示すグラフである。 同放射線遮断シート紙のγ線遮断能を示す表である。 （ａ）から（ｃ）は、同放射線遮断シート紙にＸ線を照射して撮影した写真である。

本発明の一実施形態について、図１から図４を参照して説明する。
図１は、本実施形態の放射線遮断シート紙（放射線遮断シート）１を示す断面図である。放射線遮断シート1は、繊維１０と、粒状の放射線遮断材２０とを含んでおり、繊維１０と、放射線遮断材２０とがシート状の紙として一体化されて形成されている。

繊維１０としては、例えば、グランドウッドパルプ（ＧＰ）、プレッシャーライズドグランドウッドパルプ（ＰＧＷ）、サーモメカニカルパルプ（ＴＭＰ）等の機械パルプ、針葉樹高歩留り未晒クラフトパルプ（ＨＮＫＰ；Ｎ材）、針葉樹晒クラフトパルプ（ＮＢＫＰ；Ｎ材、ＮＢ材）、広葉樹未晒クラフトパルプ（ＬＵＫＰ；Ｌ材）、広葉樹晒クラフトパルプ（ＬＢＫＰ、Ｌ材）等の化学パルプ、デインキングパルプ（ＤＩＰ）、ウェイストパルプ（ＷＰ）等の古紙パルプやセミケミカルパルプ（ＣＰ）などの木材パルプ、また、木材以外の天然繊維としては、木綿、わら、竹、エスパルト、バガス、リンター、マニラ麻、亜麻、麻、黄麻、雁皮等のパルプ状繊維が使用でき、これら繊維の中から一種または二種以上を適宜選択して用いることができる。特に、針葉樹晒クラフトパルプ（ＮＢＫＰ；Ｎ材、ＮＢ材）は繊維長が長くシート強度が強くなるため好ましい。

また、上述した各種繊維を主体繊維とし、補助繊維として、レーヨン、アセテート、トリアセテート、ナイロン６、ナイロン６６、ビニロン、ビニリデン、ポリ塩化ビニル、ポリエステル、アクリル、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリウレタン、アラミド、ポリビニルアルコールなどの有機高分子繊維、ガラス繊維、炭素繊維、活性炭繊維、アルミナ繊維、ロックウール繊維等の無機繊維、ステンレス等の金属繊維等を適宜選択し一種または二種以上混合して用いることができる。
例えば、放射線遮断シート１の強度と耐水性を向上させたい場合は、９０〜２５０℃で熱融着機能を発揮する有機高分子繊維の使用が好適である。なお、ここで熱融着とは、溶融又は軟化による接着機能を意味する。
この場合に用いる有機高分子繊維としては、例えば、芯／鞘の二層構造で、ＰＰ（ポリプロピレン）／ＰＰ、ＰＰ／ＰＥ（ポリエチレン）、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）／低融点ＰＥＴ等の複合繊維、低融点ＰＥＴ繊維、あるいはＰＰ繊維等のように構成された芯鞘構造や単一成分構造の熱融着繊維等が挙げられる。

主体繊維に混合して使用する補助繊維の繊度は０．５〜２０デシテックス（ｄｔｅｘ）が好ましく、１〜５ｄｔｅｘがより好ましい。繊維が細過ぎると強度不足となり、太過ぎると繊維強度が強いものの単位重量あたりの繊維本数が少なくなるため、結果として熱融着部分が少なくなりやはり強度不足となる。また、補助繊維の繊維長は１〜１５ｍｍ程度が好ましく、３〜７ｍｍ程度がより好ましい。繊維が短すぎると強度不足となり、長すぎると抄紙困難となる。また、補助繊維の混合量は主体繊維に対して１〜５０重量パーセント（ｗｔ％）が好ましく、３〜３０ｗｔ％と程度がより好ましい。補助繊維の配合量が少なすぎると強度不足になり、多すぎると剛直で硬いシートとなり、折り曲げ性や加工性が損なわれる。

放射線遮断材２０としては、硫酸バリウム、鉄、タングステン及びそれらの酸化物や金属塩等からなる粒状の化合物を一種または二種以上混合して用いることができる。この他にも、比重が５以上の重金属およびその化合物も単独または混合して使用可能である。
本発明の放射線遮断シートを湿式抄紙法または乾式抄紙法により製造する場合には、粒状の放射線遮断材の直径は、１マイクロメートル（μｍ）以上１００μｍ以下が好ましく、１μｍ以上３０μｍ以下がより好ましい。直径が１μｍを下回ると抄造時に抄紙ワイヤーで抜けが生じ、歩留まりが大きく低下するため放射線遮断材を設定した量だけ放射線遮断シートに含有させることが困難となる。一方、直径が１００μｍを上回ると凝集性が低下し、繊維１０が放射線遮断材２０を十分な強度で保持出来ないため、乾燥後、放射線遮断シートから放射線遮断材が脱落するおそれがある。

本発明の放射線遮断シートの製造方法は、特に限定されるものではないが、例えば、湿式抄紙法または乾式抄紙法を用いて、上述した繊維１０および放射線遮断材２０を所定の割合で配合して一体のシート状に構成することにより、放射線遮断シート１を製造することができる。
放射線遮断シート１を湿式抄紙法により製造する場合は、配合した材料を水に分散してスラリーを調製し、得られたスラリーを湿式抄紙機で抄造する（抄紙工程）。主体繊維としての繊維１０は、あらかじめ、叩解しておくのが好ましい。叩解は、シングルディスクリファイナー（ＳＤＲ）、ダブルディスクリファイナー（ＤＤＲ）、ビーター等の叩解機により適宜行なうことができる。叩解度としては、カナダ標準濾水度（ＣＳＦ：ＪＩＳ Ｐ ８１２１）で７５０ＣＳＦ〜１００ＣＳＦ程度が好ましく、５００ＣＳＦ〜１５０ＣＳＦ程度がより好ましい。

抄紙工程において、凝集剤を適宜使用することができる。凝集剤は、特に限定されるものではないが、各種のアニオン性、ノニオン性、カチオン性あるいは両性の凝集剤を使用可能である。例えば、ポリアクリルアミド系のカチオン性、ノニオン性、アニオン性及び両性の樹脂、ポリエチレンイミン及びその誘導体、ポリエチレンオキサイド、ポリアミン、ポリアミド、ポリアミドポリアミン及びその誘導体、カチオン性及び両性澱粉、酸化澱粉、カルボキシメチル化澱粉、植物ガム、ポリビニルアルコール、尿素ホルマリン樹脂、メラミンホルマリン樹脂、親水性のポリマー粒子等の有機系化合物、及び硫酸バンド、アルミナゾル、塩基性硫酸アルミニウム、塩基性塩化アルミニウム、塩基性ポリ水酸化アルミニウム等のアルミ化合物、更に硫酸第一鉄、塩化第一鉄あるいはコロイダルシリカ、ベントナイト等の無機系化合物等を組み合わせて使用することができる。
抄紙工程において、凝集剤の添加およびその添加量は任意であるが、凝集剤を添加する場合は、水分散液中の固形分に対して０．００１ｗｔ％以上が好ましく、０．００５ｗｔ％以上がより好ましい。添加量が０．００１ｗｔ％を下回ると、凝集効果が得られない恐れがある。

また、抄紙工程においては、必要に応じてサイズ剤、湿潤紙力剤、填料等の抄紙用薬品を適宜用いることができる。
サイズ剤としては、特に限定されるものではないが、例えば、酸性抄紙用のロジン系サイズ剤、石油樹脂系サイズ剤、中性抄紙用にアルキルケテンダイマー系サイズ剤、アルケニル無水コハク酸系サイズ剤等の各種サイズ剤が挙げられる。
湿潤紙力増強剤としては、例えば、メラミン系樹脂、尿素系樹脂、ポリアミドエピクロロヒドリン樹脂、エポキシ系樹脂、ジアルデヒド澱粉、ポリアクリルアミド及びポリエチレンイミン等が挙げられる。
填料としては、例えば、タルク、カオリン、焼成カオリン、クレー、ケイソウ土、重質炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、水酸化アルミニウム、二酸化チタン、硫酸マグネシウム、シリカ、アルミノ硅酸塩、ベントナイト等の鉱物質填料やポリスチレン粒子、尿素ホルマリン樹脂粒子等の有機合成填料等が挙げられる。
更に、染料、ｐＨ調整剤、スライムコントロール剤、消泡剤、粘剤等の抄紙用の各種添加助剤も用途に応じて使用できる。

抄紙工程に用いる湿式抄紙機としては、一般の抄紙技術に適用されている長網抄紙機、円網抄紙機、傾斜式抄紙機、ツインワイヤー抄紙機等、特に限定されるものではない。また、本発明の放射線遮断シートは、上記のようにして得られる単層紙のほか、単層紙を重ね合わせた多層の抄き合わせ紙として構成されてもよい。

放射線遮断シート１の厚さ、坪量、強度等は、用途に応じて適宜調整されてよい。放射線遮断能力の観点からは、坪量５０〜１０００ｇ／ｍ^２程度で好適な性能を発揮することができる。
放射線遮断シート１が上述の坪量範囲を実現するために必要な放射線遮断材２０の含有率は、材質によって多少異なるが、繊維（補助繊維を混合する場合は主体繊維および補助繊維の合計）１に対して、放射線遮断材は重量比で少なくとも０．２５以上であり、１以上が好ましく、４以上がより好ましい。

本実施形態の放射線遮断シートとして、実施例を用いてさらに詳細に説明する。
（実施例１）
繊維１０として、叩解機（ＤＤＲ）を使用して４５０ＣＳＦに調整したＮＢＫＰを、放射線遮断材２０として、タングステン（アライドマテリアル社製 商品名：Ｄ−１００、平均粒径（フィッシャー法）７．６〜１２μｍ）を準備した。繊維１０を２０ｗｔ％、放射線遮断材２０を８０ｗｔ％の比率で配合した後に、原料パルプ全量に対して、湿潤紙力剤（星光ＰＭＣ株式会社製 商品名ＷＳ４０２４）を０．５ｗｔ％、乾燥紙力剤（星光ＰＭＣ株式会社製 商品名ＤＳ４３５６）を０．５ｗｔ％配合し、原料スラリーを得た。
この原料スラリーの固形分１００重量部に対し、凝集剤（荒川化学社製 商品名ポリテンション）０．００５ｗｔ％を添加し凝集体分散液を調整した。この凝集体分散液を傾斜式抄紙機で抄造し、坪量７００ｇ／ｍ^２の放射線遮断シートを得た。

（実施例２）
放射線遮断材２０として、タングステン（日本新金属社製 商品名：ＷＬ、平均粒径（フィッシャー法）１０．０〜４０．０μｍ）を用いた以外は、実施例１と同様の手順で製造し、坪量７００ｇ／ｍ^２の放射線遮断シートを得た。
いずれの実施例の放射線遮断シートも、厚さ３００μｍ程度であり、折り曲げ、貼り合わせ、さらには所定の形状に切り出す等の各種加工を容易に行うことができ、優れた加工性を有していた。

上述した各実施例の放射線遮断シートの放射線遮断性能について説明する。
（実験１ Ｘ線遮断性能の測定）
Ｘ線を発生させる管球の管電流を２００ミリアンペア（ｍＡ）で固定し、管電圧を５０キロボルト（ｋＶ）から１５０ｋＶまで順次増加させた。管球とテーブルの距離は１２０ｃｍとし、散乱線をカウントしないよう、スキンドーズ線量計の測定素子をテーブル面から１０ｃｍ離して設置した。また、ヒール効果が生じないよう、管球の陽極と陰極とを結ぶ線に垂直となるように測定素子を配置した。
照射時間は１００ミリ秒（ｍｓｅｃ）とし、同一照射野内で照射および測定を３回行い、その平均値を採用した。採用した値に対し、放射線遮断材料のない状態での測定値を基準として遮断率を算出した。
放射線遮断材料として、実施例１および実施例２の放射線遮断シート（１枚、５枚重ね、１０枚重ね）を用いた。また比較対照として、鉛の薄板（厚さ０．２５ｍｍ、１．０ｍｍ）を用いた測定も行った。

結果を図２に示す。実施例１および２のいずれの放射線遮断シートも、１枚である程度のＸ線遮断能を示し、複数枚重ねることでその性能は増強された。実施例１および２のいずれも、５枚重ねることで０．２５ｍｍ厚の鉛と概ね同等のＸ線遮断能を示し、１０枚重ねることで、それ以上のＸ線遮断能を発揮した。

（実験２ γ線遮断性能の測定）
線源として、図３に示す４種類を準備した。各線源と測定器との距離を調節して、放射線遮断材料がない状態で０．２７マイクロシーベルト毎時（μＳｖ／ｈ）となるように設定した。０．２７μＳｖ／ｈという値は、実験における実験者の被ばく量を考慮して設定したものである。
放射線遮断材料として、実施例１および実施例２の放射線遮断シート（いずれも１０枚重ね）を用いた。また比較対照として、鉛の薄板（厚さ１．０ｍｍおよび０．５ｍｍ）を用いた測定も行った。
図３に結果を示す。実施例１および実施例２のいずれも、１０枚重ねることで０．５ｍｍ厚の鉛と概ね同等のγ線遮断性能を発揮した。また、その遮断性能は線源の主エネルギーが高くなるにつれて徐々に低下した。この傾向は鉛と同様であった。

（実験３ Ｘ線撮影による検討）
Ｘ線撮像装置（ＦＣＲ（登録商標））を用いて５０ｋＶ、２００ｍＡ、５０ｍｓｅｃの条件で各実施例の放射線遮断シートを撮影した。取得した画像は直線性１０２４階調にて処理した。
図４に撮影した画像を示す。（ａ）、（ｂ）、（ｃ）の各画像において、上段の白い領域には、比較対照として０．２５ｍｍ厚の鉛を用いた既存のプロテクターを配置している。中段は遮断なしの領域である。下段が本実施形態の放射線遮断シートであり、それぞれ左側が実施例１、右側が実施例２である。また（ａ）は放射線遮断シートが１枚、（ｂ）は５枚重ね、（ｃ）は１０枚重ねである。
図４（ａ）に示すように、いずれの実施例についても１枚である程度Ｘ線を遮断していることが確認されたが、部位により遮断にばらつきがあり、斑状に撮像された。いずれの実施例の放射線遮断シートも、複数枚重ねることで遮断が強くなり、１０枚重ねると、画像上は鉛と同等になり、斑状のばらつきもみられなくなった。

以上説明したように、本実施形態の放射線遮断シート１によれば、加工性および取扱い性に優れているため、広い用途において好適に使用でき、放射線被ばくを好適に抑制することができる。

また、複数枚重ねることで放射線遮断能を増強させることができるため、用途等に応じて容易に所望の放射線遮断能を実現することができる。

以上、本発明の各実施形態について説明したが、本発明の技術範囲は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において各構成要素に種々の変更を加えたり、削除したりすることが可能である。

１ 放射線遮断シート紙（放射線遮断シート）
１０ 繊維
２０ 放射線遮断材

Claims (4)

1. パルプ状繊維と、粒状の放射線遮断材とが抄紙法によりシート状に一体化されて形成された放射線遮断シート紙であって、
   前記放射線遮断材の平均粒径が、７．６マイクロメートル以上４０マイクロメートル以下であり、
   前記放射線遮断材の含有量が、前記パルプ状繊維１に対して重量比で１以上とされ、かつ、前記放射線遮断シート紙における前記パルプ状繊維の含有量は前記放射線遮断材に次いで大きく、
   前記放射線遮断材がタングステンもしくはタングステンの酸化物であることを特徴とする放射線遮断シート紙。
2. 請求項１に記載の放射線遮断シート紙の製造方法であって、湿式抄紙法を用いて、前記パルプ状繊維および前記放射線遮断材を一体としてシート状の紙に構成することを特徴とする放射線遮断シート紙の製造方法。
3. 前記パルプ状繊維を、叩解度として７５０ＣＳＦ〜１００ＣＳＦの範囲として叩解し、水に分散してスラリーを調製し、得られたスラリーを湿式抄紙法で抄造することを特徴とする請求項２に記載の放射線遮断シート紙の製造方法。
4. 前記パルプ状繊維は、グランドウッドパルプ、プレッシャーライズドグランドウッドパルプ、サーモメカニカルパルプ等の機械パルプ、針葉樹高歩留り未晒クラフトパルプ、針葉樹晒クラフトパルプ、広葉樹未晒クラフトパルプ、広葉樹晒クラフトパルプ等の化学パルプ、デインキングパルプ、ウェイストパルプ等の古紙パルプ、セミケミカルパルプ等の木材パルプ、木材以外の天然繊維である木綿、わら、竹、エスパルト、バガス、リンター、マニラ麻、亜麻、麻、黄麻、雁皮からなるパルプ状繊維の中から一種または二種以上を選択して用いられることを特徴とする請求項２または３に記載の放射線遮断シート紙の製造方法。