JP7128605B2

JP7128605B2 - 内装材および該内装材を具備した構造物並びに該内装材を用いた下地の放射化抑制方法

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Publication number: JP7128605B2
Application number: JP2016062490A
Authority: JP
Inventors: 克義檜山; 功一奥野
Original assignee: Lonseal Corp; Hazama Ando Corp
Current assignee: Lonseal Corp; Hazama Ando Corp
Priority date: 2016-03-25
Filing date: 2016-03-25
Publication date: 2022-08-31
Anticipated expiration: 2036-03-25
Also published as: JP2017173260A

Description

本発明は、例えば、放射線医療施設・研究施設などの放射線施設・中性子利用施設等に用いられ、これら施設の下地コンクリートの放射化を抑制することにより放射性廃棄物の発生を防ぎ、また床上近傍の空間線量を低減し、患者・医療従事者・研究者等の施設利用者等の無用な被曝を低減する内装材、および該内装材を具備した構造物、並びに該内装材を用いた下地の放射化抑制方法に関するものである。

近年、ＰＥＴ施設・ＢＮＣＴ施設などの放射線医療施設・加速器施設・中性子を利用した検査施設など、中性子線を取り扱う施設が増加している。
これら施設においては、中性子の使用によって床面・壁面・天井が放射化された場合、医療従事者・患者・作業者等の被曝が懸念される。また、これら施設が老朽化した時の取り壊しの際には、大量の放射性廃棄物が発生し、廃棄にかかる費用が膨大になるおそれがある。
そこで放射化抑制対策として、中性子吸収材を配合したコンクリート板、Ｎａ含有量を低減したコンクリート材料、中性子遮蔽方法が知られている（特許文献１～３参照）。

特許第4532447号公報特開2015-10826号公報特許第4643193号公報

しかしながら、下地の放射化は一般的には室内側の表面付近でのみ生じる為、上記従来技術のように、下地全体に高価な特殊コンクリート材料等を用いることは不経済である。また、上記従来技術では、施工作業にかかる負担が増大する上、内装材に求められる意匠性や機能性を有していない。

このような課題に鑑みて、本発明は、以下の構成を具備するものである。
中性子吸収層を備えた内装材であって、前記中性子吸収層が、合成樹脂100重量部に対して中性子吸収材3～90重量部を含み、前記中性子吸収層の合成樹脂は、塩化ビニル系樹脂であり、厚み方向両側の前記中性子吸収層に対し、中間層として基材が積層され、前記基材が織布であり、前記中性子吸収材の含有量が0.1～3kg/m2であり、前記中性子吸収層には、無機充填材が1～10重量部含まれ、前記厚み方向両側の前記中性子吸収層と，前記基材とは熱融着により積層されていることを特徴とする内装材。

本発明は、以上説明したように構成されているので、下地の放射化を抑制することができる。

（ａ）は本発明に係る内装材の一例（実施例１～６）を示す断面図であり、（ｂ）は他例（実施例７）を示す断面図である。（ａ）は図１（ａ）の内装材を具備した構造物の要部断面図であり、（ｂ）は図１（ｂ）の内装材を具備した構造物の要部断面図である。実施例１～７及び比較例１～３について、中性子吸収層の配合を示す表である。実施例１～７及び比較例１～３について、評価試験の結果を示す表である。実施例６と比較例１について、放射化実験の結果を示す表である。

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態を説明する。
図１（ａ）に示す内装材Ａ１は、深層側から順番に、第１の中性子吸収層１と、基材２と、第２の中性子吸収層３と、意匠層４とを積層した多層構造に構成される。

第１及び第２の中性子吸収層１，３の各々は、合成樹脂及び中性子吸収材等を混練してなるコンパウンドを、カレンダー成形により圧延したものである。前記コンパウンドには、必要に応じて、無機充填材や、その他の添加物等も配合される。

前記合成樹脂としては、たとえばポリ塩化ビニル、エチレン－塩化ビニル共重合体、プロピレン－塩化ビニル共重合体、塩化ビニル－アクリル系樹脂共重合体、塩化ビニル－ウレタン共重合体、塩化ビニル－塩化ビニリデン共重合体、塩化ビニル－酢酸ビニル共重合体などの塩化ビニル系樹脂や、ポリエチレン、ポリプロピレンなどのオレフィン系樹脂が挙げられ、これらを１種単独でも２種以上組み合わせて使用しても良い。これら合成樹脂の中でも加工性・施工性および価格の点でポリ塩化ビニルが好ましい。

前記中性子吸収材としては、例えばリチウム・ホウ素・サマリウム・ガドリニウムなどの熱中性子を良く吸収する元素を含む化合物が用いられる。なかでも窒化ホウ素・炭化ホウ素・ホウ酸・灰ホウ石などのホウ素化合物が好適に用いられ、さらに成形加工性・加工設備へのダメージ・放射化抑制性能を考慮すると六方晶窒化ホウ素が好ましい。

前記中性子吸収材の配合量は合成樹脂100重量部に対して3～90重量部が好ましい。この配合量が3重量部未満の場合は充分な放射化抑制性能が得られず、90重量部よりも多い場合は製造時の加工性が著しく低下する。
また、単位面積あたりの中性子吸収材の含有量は0.1～3kg/m²であることが好ましい。この含有量が0.1kg/m²未満の場合は充分な放射化抑制性能が得られない。3kg/m²よりも多い場合は、製造時の加工性が著しく低下する。

また、無機充填材としては、放射化抑制性能に影響のない範囲で中性子吸収材とは異なる物質、例えば炭酸カルシウムが用いられる。
この無機充填材は、当該内装材Ａ１を下地に接着する際の接着剤と第１の中性子吸収層１との接着性を向上するものであり、好ましくは合成樹脂100重量部に対して、1～10重量部配合される。
なお、無機充填材の他例としては、シリカ、クレー、水酸化マグネシウム等を用いることも可能である。

また、その他、添加剤としては、可塑剤、熱安定剤、抗菌剤、光安定剤、紫外線吸収剤、難燃剤、帯電防止剤、滑剤、着色剤などを、使用用途に応じて必要な物性を与えるために適宜配合することが出来る。

基材２は、多数の繊維を網状あるいはシート状に成形したものである。
この基材２の材質としては綿、麻、ポリエステル、アクリル、ナイロン、炭素繊維、ガラス等の有機繊維、無機繊維からなる織布、不織布等が挙げられる。
この基材２は、最下層（換言すれば、最深層あるいは最裏側の層）として、または中間層として各層の間に積層することができ、使用用途に応じて材質および積層位置を選択することができる。特に耐動荷重性・耐へこみ性・寸法安定性が重要な用途においては、ガラスなどの無機繊維から基材２を構成し、この基材２を中間層として積層するのが好ましい。基材２の厚みｔ２は、特に限定されないが、通常0.01～1mmの範囲内に設定される。

なお、図示例以外の他例としては、第１及び第２の中性子吸収層１，３を、内装材Ａ１を構成する層のいずれにも適用することができるが、特に、該内装材Ａ１を床材として用いる場合には、該床材の表面が長期間の歩行により摩耗すること等から、中性子吸収性能の耐久性や意匠性への影響を軽減するために、第１及び第２の中性子吸収層１，３を最表面層ではない裏層あるいは中間層に適用することが好ましい。そして、最表面層には後述する意匠層４あるいはその他の透明層等を配置することが好ましい。

図示例の第１の中性子吸収層１と第２の中性子吸収層３は、基材２を間に挟んで、その両側に積層されている。
これら第１の中性子吸収層１と第２の中性子吸収層３の厚みｔ１，ｔ３は、略同一に設定され、本実施の形態の好ましい一例ではそれぞれ約0.8mm（合計1.6mm）に設定されている。
第１の中性子吸収層１は、基材２の一方の面に、例えばラミネート加工等により熱融着されている。
同様に、第２の中性子吸収層３は、基材２の他方の面に、例えばラミネート加工等により熱融着されている。

第２の中性子吸収層３の表面には、意匠性を付与するために、模様や図柄等の意匠が印刷される。この意匠は意匠層４によって被覆されている。
意匠層４は、透明または半透明の合成樹脂からなる層であり、例えばラミネート加工等により、第２の中性子吸収層３の表面に積層されている。
この意匠層４の好ましい厚みｔ４は、0.2mm～1mmの範囲内に設定される。

なお、第２の中性子吸収層３の表面に意匠性を付与する他の手段としては、前記意匠の印刷をせずに、意匠層４として印刷層や着色層を積層した態様、各種天然繊維や合成繊維、木粉、樹脂チップ等の意匠付与材を、第２の中性子吸収層３や意匠層４に添加した態様、内装材Ａ１（又はＡ２）の表面に、例えばエンボス加工等により凹凸を設けた態様等とすることが可能である。

上記構成の内装材Ａ１の厚みは施工部位・用途によって最適な厚みを適宜選択することができるが、0.2～5mmであることが好ましい。
例えば、内装材Ａ１を床材として用いる場合、その全体の厚みＴ１は通常用いられる床材の厚みに設定することが可能であるが、具体的に好ましい態様としては、厚みＴ１を1.5～5mmに設定する。
仮に厚みＴ１を1.5mmより薄く設定した場合には、施工する際に下地の微細な凹凸などの形状の影響を受けやすく、施工後の美観が損なわれたり、歩行やキャスター走行に対する耐久性が劣ったりするおそれがある。一方。厚みＴ１を5mmより厚く設定した場合は、不必要な重量増加により、当該内装材Ａ１を敷設する際の作業性の低下や、コストアップ等を招くおそれがある。

次に、図１（ｂ）に示す内装材Ｂ１について説明する。
内装材Ｂ１は、単一の第３の中性子吸収層５のみからなる単層構造に構成される。
第３の中性子吸収層５の構成及び材質等は、上述した第１及び第２の中性子吸収層１，３と同様である。
この内装材Ｂ１の厚みＴ２は、内装材Ａ１と同様に、1.5～5mmに設定することが可能であり、図示例の内装材Ｂ１は、厚さ約5mmのタイル材を構成している。
なお、この内装材Ｂ１においても、必要に応じて上述した意匠や意匠層４を設けることが可能である。

上記構成の内装材Ａ１，Ｂ１は、カレンダー成形、押出成形、射出成形、ラミネート加工などの公知の技術を適宜に組み合わせて用い製造することができる。なかでもカレンダー成形は広幅のシートを効率よく生産でき、かつ基材２・意匠層４などの積層が容易に行えることから好適である。
そして、内装材Ａ１，Ｂ１の施工においては、従来の施工方法および接着剤などの副資材を用いることが可能である。

次に、上記構成の内装材Ａ１，Ｂ１を具備した構造物Ａ２，Ｂ２について説明する。
図２（ａ）に示す構造物Ａ２は、上述した構成の内装材Ａ１と、該内装材Ａ１により被覆された下地Ｃを具備して構成される。
同様に、図２（ｂ）に示す構造物Ｂ２は、上述した構成の内装材Ｂ１と、該内装材Ｂ１により被覆された下地Ｃを具備して構成される。
これら構造物Ａ２，Ｂ２は、例えば、放射線医療施設・研究施設などの放射線施設・中性子利用施設、ＰＥＴ施設あるいは加速器施設・中性子を利用した検査施設等とすることが可能である。そして、下地Ｃは、前記施設の床面であり、例えば、コンクリートやモルタルにより形成される。
内装材Ａ１，Ｂ１は、下地Ｃの表面の一部又は全部を被覆するとともに、該表面との間に接着層６を介在するようにして、該表面に張り付けられる。
接着層６には、下地Ｃ面に塗布されたプライマー（下塗り塗料）、及び該プライマーの乾燥後の表面に塗布された接着剤等から構成される。
前記プライマーには、例えば、ロンシール工業製のＳＰプライマーＵを用いることができる。
また、前記接着剤は、JIS A 5536に準拠するものが好ましく、例えば、ロンシール工業製のロンセメントパワーエポを用いることができる。

次に、上記構成の内装材Ａ１，Ｂ１について、評価試験の結果を説明する（図３～５（表１～３）参照）。

図３（表１）は、実施例１～６及び比較例１～３に使用した中性子吸収層の配合を示す。各配合に用いた材料は以下のとおりである。
合成樹脂：ポリ塩化ビニル樹脂（ＰＶＣ）重合度1000、比重：1.4
可塑剤：フタル酸ジオクチル（ＤＯＰ）、比重：0.99
熱安定剤：バリウム－亜鉛系金属石鹸、粉末状、比重：1.15
無機充填材：炭酸カルシウム、比重：2.7、モース硬度：3
中性子吸収材Ａ：六方晶窒化ホウ素、平均粒径：8μm、比重：2.27、モース硬度：2
中性子吸収材Ｂ：炭化ホウ素、平均粒径：13.7μm、比重：2.51、モース硬度：14
基材：ガラスクロス、厚さ約0.2ｍｍ、目付縦約3本/cm×横約3本/cm

＜試験体の作製＞
先ず、図３（表１）に記載の各混合物（コンパウンド）を、溶融混練後、温度185℃のカレンダーロールを用いたカレンダー成形により単層のシート状に成形した。
表１中、実施例１～６の配合の単層シート状物は、第１の中性子吸収層１又は第２の中性子吸収層３として構成されるものであり、それぞれ、その厚みｔ１（又はｔ３）が約0.8mmである。
表１中、実施例７の配合の単層シート状物は、第３の中性子吸収層５として構成されるものであり、その厚みＴ２が約5mmである。
また、表１中、比較例１～３の配合の単層シート状物は、それぞれ、その厚みが約0.8mmである。

また、塩ビ樹脂100重量部、可塑剤35重量部、熱安定剤3重量部、充填材20重量部の混合物を、前記同様のカレンダー成形により単層のシート状に成形した。この単層シート状物は、意匠層４として構成されるものであり、その厚みｔ４が約0.4mmである。

前記した各シート状物、及び基材２を順次熱融着により積層することで、実施例１～７及び比較例１～３の内装材を得た。
実施例１～６及び比較例１～３は、それぞれ、上述した内装材Ａ１と同様の断面構造（図１（ａ）参照）の積層体であり、全体の厚さＴ１が約2mmの床板状に形成した。
なお、全体の厚みＴ１は、先に説明したように第１の中性子吸収層１と第２の中性子吸収層３が基材２の網目を埋めるため、各層の厚みｔ１～ｔ４の合計値にならない場合がある。

実施例７は、内装材Ｂ１と同様の断面構造（図１（ｂ）参照）の単層体であり、全体の厚さＴ２が約5mmのタイル状に形成した。

＜成形加工性の評価＞
図４（表２）の成形加工性は、図３（表１）の配合の各混合物（コンパウンド）を、185℃の二本ロールにて溶融混練して厚み約0.8mmの単層シート状に成形する際に、その成形加工性を評価した結果を示している。
表２中、成型加工性の行における〇△×は、それぞれ、以下の状態を示す。
○：混練作業性・シート成形性共に良好。
△：混練作業時にやや硬さを感じるが、シート成形は可能。
×：コンパウンドが非常に硬く、混練作業が困難。ロール間隙へのコンパウンドのくい込みが悪く、シート成形が困難。

＜熱中性子吸収性評価＞
図４（表２）に示す熱中性子吸収性の評価は、内装材Ａ１又は内装材Ｂ１の断面構造（図１（ａ）（ｂ）参照）を有する実施例１～７及び比較例１～３をシミュレーション対象とし、粒子・重イオン輸送計算コードＰＨＩＴＳ（ＰａｒｔｉｃｌｅａｎｄＨｅａｖｙＩｏｎＴｒａｎｓｐｏｒｔＣｏｄｅＳｙｓｔｅｍ）による放射線シミュレーション解析により行った。ＰＨＩＴＳは、汎用の粒子・重イオン輸送のモンテカルロ計算コードの１つであり、放射線施設の許認可申請にも用いられる信頼性の高い解析システムである。
表２中、熱中性子吸収性の行における◎○△×は、それぞれ、熱中性子透過量について、比較例１を1とした場合の比率が以下の範囲であることを示す。
◎：0.5以下
○：0.5～0.8
△：0.8～1.0
×：1.0以上

＜折り曲げ柔軟性評価＞
図４（表２）に示す折り曲げ柔軟性の評価には、内装材Ａ１の断面構造（図１（ａ）参照）を有する実施例１～６及び比較例１～３について、それぞれ、縦100mm×横25mmの試験片を作製し用いた。
この折り曲げ柔軟性は、JIS K 7106の試験方法を応用利用し、オルゼン式曲げこわさ試験機の支点間距離（20mm）と荷重（1.2Lbs）を一定とし、入隅方向に60°折り曲げ時の指示値にて評価した。
表２中、折り曲げ柔軟性の行における〇△×は、それぞれ、前記試験機の荷重を１００％とした場合の比率（単位：％）が以下の範囲内であることを示す。この数値が低い程、柔軟であると評価できる。
○：50以下
△：51～80
×：81以上

＜接着性評価＞
図４（表２）に示す９０度剥離接着強度の評価には、内装材Ａ１の断面構造（図１（ａ）参照）を有する実施例１～６及び比較例１～３について、それぞれ、縦200mm×横25mmの試験片を作製し用いた。
この試験は、JIS K 6854-1によるものであり、モルタル板にプライマー（ロンシール工業製：ＳＰプライマーＵ）を塗布乾燥させたものを下地とし、JIS A 5536に準拠するエポキシ樹脂系二液形接着剤（ロンシール工業製：ロンセメントパワーエポ）を、専用くし目ゴテを用いて塗布し、オープンタイムを45分とった後に、前記試験片を張り付け、2日後の常態接着強度を引張試験機にて測定した。
表２中、９０度剥離接着強度の行における◎○△は、それぞれ、９０度剥離接着強度が以下の範囲内であることを示す。
◎：131(N/25mm)以上
○：61～130(N/25mm)
△：20～60（N/25mm)

図４（表２）に示したとおり、実施例１～６は、成形加工性、熱中性子吸収性、折り曲げ柔軟性、及び９０度剥離接着強度をバランスよく有したものであった。
そして、実施例７は、成形加工性、及び熱中性子吸収性をバランスよく有したものであった。
特に、中性子吸収層に無機充填材（炭酸カルシウム）を配合したもの（実施例６）については接着性が更に優れたものとなった。

比較例１は、中性子吸収材を配合していないものであり、熱中性子吸収性が不十分であった。
比較例２は、中性子吸収材（窒化ホウ素）を少量配合したものであるが、熱中性子吸収性が不十分であった。
比較例３は、中性子吸収材（窒化ホウ素）を多量に配合したものであり、成形加工性・折り曲げ柔軟性が不十分であった。

また、図５（表３）は、放射化実験により放射性同位元素の生成量を測定した結果を示す。
この放射化実験には、内装材Ａ１の断面構造（図１（ａ）参照）を有する実施例６及び比較例１について、それぞれ、直径5cmの試験片を作製し用いた。
この実験では、直径5cm,高さ5cmの普通コンクリートの円柱の上部に前記試験片を置き、前記試験片の上方には中性子発生装置を設置し、この中性子発生装置から前記試験片の表面に向けて熱中性子を一定量照射し、その後、前記普通コンクリート（円柱）に生成した被曝の主な原因となる２種類の放射性同位元素Na-24,Mn-56の生成量を、ゲルマニウム半導体検出器を用いて測定した。
前記中性子発生装置は、加速器（サイクロトロン）より発射した陽子ビームを、ベリリウムターゲットに衝突させて発生させ、ポリエチレン減速材によって熱中性子のエネルギーまで減速し放出するものである。
前記中性子発生装置により照射した熱中性子量は1.9×10^-5 n/sec/cm²で、照射時間は2時間とした。

前記放射化実験による結果は、図５（表３）に示すとおりであり、本願発明に係る実施例６は、従来の床材（比較例１）を施工した場合と比べ、前記放射性同位元素の生成量を約1/2に大幅に低減することができ、下地コンクリートの放射化抑制効果があることを確認した。

よって、上述した内装材Ａ１，Ｂ１、構造物Ａ２，Ｂ２及び放射化抑制方法によれば、従来の内装材では不可能であった下地コンクリートの放射化抑制を容易に達成することができ、ひいては、施設利用者等の被曝を防止するとともに、建物等の解体時における放射性廃棄物の発生を抑制して、廃棄コストを削減することができる。
さらに、本実施の形態の内装材Ａ１，Ｂ１によれば、意匠層４等の構造により、内装材に求められる意匠性を向上することができる。

なお、上記内装材Ａ１では、第１の中性子吸収層１と第２の中性子吸収層３の厚みｔ１，ｔ３を略同一にしたが、他例としては、これら二つの厚みｔ１，ｔ３を異ならせることも可能である。

また、図示しない態様としては、内装材Ａ１（図１（ａ）参照）から意匠層４を省いた態様、中性子吸収層を３以上備えるとともに隣接する中性子吸収層間にそれぞれ基材２を設けた態様等とすることも可能である。

また、上記実施の形態によれば、特に好ましい態様として、内装材を床材として構成したが、この内装材の他例としては、壁紙や、壁板材、腰板材、天井材等を構成することも可能である。

また、本発明は上述した実施の形態に限定されず、本発明の要旨を変更しない範囲で適宜変更可能である。

１：第１の中性子吸収層
２：基材
３：第２の中性子吸収層
４：意匠層
５：第３の中性子吸収層
６：接着層
Ａ１，Ｂ１：内装材
Ａ２，Ｂ２：構造物

Claims

中性子吸収層を備えた内装材であって、前記中性子吸収層が、合成樹脂100重量部に対して中性子吸収材3～90重量部を含み、
前記中性子吸収層の合成樹脂は、塩化ビニル系樹脂であり、
厚み方向両側の前記中性子吸収層に対し、中間層として基材が積層され、
前記基材は、綿、麻、ポリエステル、アクリル、ナイロン、炭素繊維またはガラスの少なくともいずれか一つからなる織布であり、
前記中性子吸収材の含有量が0.1～3kg/m2であり、
前記中性子吸収層には、無機充填材が1～10重量部含まれ、
前記厚み方向両側の前記中性子吸収層と，前記基材とは熱融着により積層されていることを特徴とする内装材。
前記中性子吸収材は、六方晶窒化ホウ素であることを特徴とする請求項１記載の内装材。
前記織布が、厚さ約0.2ｍｍ、縦約3本/cm×横約3本/cmの網状のガラスクロスであることを特徴とする請求項１又は２記載の内装材。
最表層に合成樹脂からなる意匠層を有することを特徴とする請求項１～３何れか１項記載の内装材。
請求項１～４何れか１項記載の内装材と、該内装材により覆われている下地とを具備することを特徴とする構造物。
請求項１～４何れか１項記載の内装材を、下地に張り付けることを特徴とする下地の放射化抑制方法。