KR101261340B1 - 방사선 차폐 시트 - Google Patents

Abstract

본 발명은 방사선 차폐 시트에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 인체 및 환경에 유해한 납을 사용하지 않으면서도 방사선 차폐 효과를 극대화시킬 수 있도록 한 방사선 차폐 시트에 관한 것이다.
본 발명의 목적은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 인체에 유해한 납을 사용하지 않으면서도 방사선 차폐능을 유지하여 방사선에 노출되는 것을 방지할 수 있을 뿐만 아니라 가공도 용이하고 몸에 착용할 때의 중량도 감소시킬 수 있도록 한 방사선 차폐 시트를 제공함에 있다.
상기한 목적을 실현하기 위하여 본 발명은, 실리콘 폴리머 9.5중량% ~ 14.3중량%, 텅스텐이 코팅된 황산 바륨 55중량% ~ 69중량%, 토르말린 21중량% ~ 30중량%, 경화 촉진제 0.5중량% ~ 0.7중량%를 혼합하여 경화시켜서 구성함을 특징으로 한다.

Description

방사선 차폐 시트{RADIATION SHIELD SHEET}

본 발명은 방사선 차폐 시트에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 인체 및 환경에 유해한 납을 사용하지 않으면서도 방사선 차폐 효과를 극대화시킬 수 있도록 한 방사선 차폐 시트에 관한 것이다.

일반적으로, 방사선의 차폐를 위해서는 의료분야, 방사선분야 등과 같은 전분야에서 대부분 재료가 납으로 이루어진 것을 사용하고 있다.

상기한 납에 대한 유해성은 이미 많이 알려져 있으며, 중금속으로 분류되어 관리되고 있으며 체내 흡수 등 다양한 면에서 위험성을 내포하고 있다.

그래서, 방사선을 다루는 영상의학과에서는 의료방사선의 차폐를 위해 환자, 보호자, 방사선사, 의료인이 납 방호복의 일종인 에이프런(Apron)을 착용하게 되는 바, 상기한 방호복의 재료는 대부분이 납을 가공하여 제작한 것이다.

또한, 영상의학과 검사실인 촬영실의 차폐에 사용되는 벽, 바닥, 출입문 재료 또한 납을 포함하여 제작되는바, 납이 방사선차폐물로 많이 이용되는 가장 큰 이유는 경제적인 측면의 의료방사선 차폐능과 물질의 가공성이 우수하기 때문이다.

그러나, 상기한 바와 같이 납을 사용한 에이프런을 방사선사, 환자들이 몸에 걸치게 되면 그 무게가 10Kg 정도로 무겁고 인체에 유해한 문제가 있고, 방사선실의 벽, 문 등을 납을 포함한 재료로 제작하게 되면 호흡기를 통해 납을 흡입하게 되어 납중독 등의 발생이 우려되는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 인체에 유해한 납을 사용하지 않으면서도 방사선 차폐능을 유지하여 방사선에 노출되는 것을 방지할 수 있을 뿐만 아니라 가공도 용이하고 몸에 착용할 때의 중량도 감소시킬 수 있도록 한 방사선 차폐 시트를 제공함에 있다.

상기한 목적을 실현하기 위하여 본 발명은, 실리콘 폴리머 9.5중량% ~ 14.3중량%, 텅스텐이 코팅된 황산 바륨 55중량% ~ 69중량%, 토르말린 21중량% ~ 30중량%, 경화 촉진제 0.5중량% ~ 0.7중량%를 혼합하여 경화시켜서 구성함을 특징으로 한다.

이상과 같이 본 발명은 텅스텐이 코팅된 황산 바륨을 실리콘 폴리머에 혼합시켜서 방사선 차폐 시트를 제작함으로써, 방사선 차폐율은 납보다 우수하면서도 가볍고 인체에 무해하여 사용이 편리하고 건강에도 아무런 해를 주지 않도록 하는 이점이 있는 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 방사선 차폐 시트 제조방법을 도시한 플로우차트.

도 1은 본 발명에 따른 방사선 차폐 시트 제조방법을 도시한 플로우차트 이다.

1) 황산 바륨 분말화 공정

황산 바륨(BaSO4)을 분말화시키는 공정으로서, 이는 밀링 롤러(MILL'G ROLLER)의 간격을 0.1mm로 하여 60분간 실시하게 되는바, 상기한 분말의 입자는 대략 3미크론(㎛) 이하가 된다.

여기에서 중금속으로 분류되어 관리되고 있으며 체내 흡수 등 다양한 면에서 위험성을 내포하고 있는 납을 대체하여 방사선 차폐를 할 수 있는 물질로 방사선 차폐능을 가지고 가공성이 우수하며, 인체에 무해한 황산 바륨(BaSO4)이 많이 사용되고 있다.

그리고 상기 황산 바륨은 백색의 분말 또는 무정형의 결정으로 무미·무취이며, 천연에서는 중정석으로 산출되고, 비중은 4.25~4.5이며 1,600℃에서 분해되는 물질이다.

또한, 물, 에탄올, 에테르, 클로로포름에 전혀 녹지 않으며, 산이나 알칼리에도 녹지 않는다.

그러나 뜨거운 진한 황산에는 녹는다.

2) 황산 바륨 분말에 텅스텐 분말 혼합 코팅 공정

상기 황산 바륨 분말화 공정에서 분말화된 황산 바륨에 텅스텐 분말을 코팅하는 공정으로서, 황산 바륨 분말 33중량%에 텅스텐 분말 2중량%와 물 65중량%를 혼합한 후 고속회전 교반하면, 황산 바륨 분말의 표면에 10 나노 크기의 텅스텐 입자가 달라붙게 되고, 다시 수분 건조공정을 통하여 수분을 제거하면 분말형태로 황산 바륨 표면에 텅스텐이 코팅되어 진다.

여기서 텅스텐은 원소번호가 74번으로 원소번호가 56번인 황산 바륨에 비해 방사선 차폐율이 높아 황산 바륨보다 소량을 투입해도 더 좋은 차폐성능을 가질 수 있다.

즉, 황산 바륨보다 방사선 차폐성능이 우수한 텅스텐을 황산 바륨에 코팅함으로써 방사선 차폐성능을 더욱더 극대화할 수 있다.

이러한 텅스텐 분말이 코팅된 황산 바륨은 차폐율에 있어서 동일규격 단일품 보다 차폐성능을 월등히 향상시킬 수 있다.

3) 실리콘 폴리머에 텅스텐이 코팅된 황산 바륨 혼합공정

액체 형태의 실리콘 폴리머에 상기 텅스텐이 코팅된 황산 바륨을 혼합시키는 공정으로서, 진공 액상 교반장치에서 교반용 날개장치를 회전시키면서 30분간 혼합하여 실리콘 폴리머와 상기 텅스텐이 코팅된 황산 바륨이 균일하게 혼합되도록 한다.

상기 액체 형태의 실리콘 폴리머와 텅스텐이 코팅된 황산 바륨의 혼합비율은 실리콘 폴리머 12.4중량%에 텅스텐이 코팅된 황산 바륨 62중량%로 혼합을 하게 되면 최적의 결과를 얻지만, 액체 형태의 실리콘 폴리머 9.5중량% ~ 14.3중량%에 텅스텐이 코팅된 황산 바륨 55중량% ~ 69중량%로 혼합하면 안정적인 결과를 나타낸다.

상기 실리콘 폴리머는 텅스텐이 코팅된 황산 바륨분말, 토르말린 분말 등의 분말재료가 액상의 실리콘 폴리머에 균일하게 분포되어 고정되도록 하는데 사용이 된다.

여기에서 실리콘 폴리머가 9.5중량% 이하로 혼합이 되면 분말재료가 실리콘 폴리머에 고정되지 않는 문제점이 있고, 14.3중량% 이상으로 혼합이 되면 액체 형태의 실리콘 폴리머가 경화 공정에서의 경화시간이 길어지고 실리콘의 경화와 탄성이 원활히 이루어지지 않는 문제점이 있다.

한편, 상기 텅스텐이 코팅된 황산 바륨이 55중량% 이하로 혼합이 되면 방사선 차폐성능이 떨어지게 되며, 69중량% 이상으로 혼합이 되면 실리콘 폴리머에 균일하게 분포되어 결합이 되지않고 황산 바륨 분말이 서로 뭉쳐지면서 차폐성능이 떨어지는 문제점이 있다.

4) 토르말린 혼합공정

상기 실리콘 폴리머에 텅스텐이 코팅된 황산 바륨 혼합공정이 끝난 후 토르말린을 혼합시키는 공정으로서, 진공 액상 교반장치에서 교반용 날개장치를 회전시키면서 토르말린 분말을 투입하여 45분간 혼합하면 실리콘 폴리머와 상기 텅스텐이 코팅된 황산 바륨과 토르말린이 균일하게 혼합된다.

상기 액체 형태의 실리콘 폴리머 12.4중량%에 텅스텐이 코팅된 황산 바륨 62중량%가 혼합되어 만들어진 혼합물에 토르말린 분말 25중량%를 혼합하면 최적의 결과를 얻게 된다.

또한 실리콘 폴리머 9.5중량% ~ 14.3중량%, 텅스텐이 코팅된 황산 바륨 55중량% ~ 69중량%가 혼합되어 만들어진 혼합물에 토르말린 분말 21중량% ~ 30중량%로 혼합하면 안정적인 결과를 얻게 된다.

상기 토르말린은 방사선 차폐를 시킬 수 있으나 주목적은 실리콘 폴리머와 텅스텐이 코팅된 황산 바륨이 혼합되어 발생되는 공극에 혼합성이 우수한 토르말린이 공극을 메워주어 방사선 차폐가 우수해지도록 하기 위한 것이다.

여기에서 토르말린이 21중량% 이하로 혼합되면 실리콘 폴리머와 텅스텐이 코팅된 황산 바륨의 혼합물 사이에 공극이 많이 발생 되어 방사선 차폐 성능이 떨어지게 되고, 토르말린이 30중량% 이상으로 혼합이 되면 실리콘 폴리머와 텅스텐이 코팅된 황산 바륨 사이에 공극을 메워주게 되지만 황산 바륨도 같이 메워지게 되어 방사선 차폐성능이 떨어지게 된다.

5) 경화촉진제 혼합공정

실리콘 경화촉진제인 C-8을 혼합시키는 공정으로서, 실리콘 경화촉진제를 0.6중량%로 혼합하게 되면 최적의 결과를 얻게 되지만, 실리콘 경화촉진제를 0.5중량% ~ 0.7중량%의 범위 내에서 혼합하면 안정적인 결과를 얻게 된다.

상기 경화촉진제 혼합공정은 진공 액상 교반장치에서 상기 토르말린 혼합공정 후 교반용 날개장치를 회전시키면서 경화촉진제를 투입하고 15분간 혼합한다.

상기 실리콘 경화촉진제는 150℃ 이상에서 경화가 이루어지므로 후에 이루어지는 경화 공정에서 경화가 이루어진다.

여기에서 상기 경화 촉진제가 0.5중량% 이하로 혼합이 되면 실리콘의 경화가 원활히 이루어지지 않을 뿐 아니라 적정한 탄성이 형성되지 않는 문제점이 있고, 0.7중량% 이상으로 혼합이 되면 실리콘이 딱딱해져 유연성이 떨어지는 문제점이 있다.

한편, 상기 경화촉진제에 의해 실리콘에 탄성이 형성되는바, 상기 경화촉진제 혼합공정에서 경화촉진제가 혼합되면 실리콘에 서서히 탄성이 형성되다가 경화 공정을 거치면서 실리콘 시트가 완전히 경화되면 실리콘 시트에 적정한 탄성이 형성되고 이로 인해 실리콘 시트가 유연성을 가지게 된다.

6) 혼합물 내의 기포 탈포공정

상기 액체 형태의 실리콘 폴리머에 텅스텐이 코팅된 황산 바륨, 토르말린 및 실리콘 경화촉진제가 혼합이 되면 상기 혼합공정에서 액체와 분말재료가 회전에 의한 교반공정으로 인해 구성재료 사이에 기포의 공기층이 형성되어, 성형성과 차폐율이 저하될 수 있어 상기 혼합물 내의 기포를 제거하는 공정이다.

상기 진공 액상 교반장치에서 혼합된 혼합물을 압축용 탱크에 투입하고 압축용 탱크를 압축기로 압축하면 혼합물 내의 기포가 제거되면서 혼합물이 압출된다.

7) 성형 공정

상기 혼합물 내의 기포 탈포공정에서 압축용 탱크의 혼합물이 압출되면 카렌다(calender) 가공 장치에 설치된 상하 롤러 사이로 압출된 혼합물이 투입되고 이때 서로 반대 방향으로 회전하는 상하 롤러 사이로 혼합물이 통과되면서 압연 되어 반 고체상태의 시트 형태로 성형 되는 공정이다.

여기에서 상하 롤러는 시트의 사용 용도에 따라 롤러 사이의 간격이 1mm ~ 4mm로 조절되도록 되고 폭은 500mm~600mm로 조절되도록 형성하는 것이 바람직하다.

8) 경화 공정

상기 성형 공정에서 사용 용도에 따라 두께가 1mm~4mm이고, 폭이 500mm~600mm로 성형된 반 고체상태의 시트가 이동 컨베이어에 의해 180℃~220℃의 온도로 가열된 경화터널로 이동되고 상기 시트가 이동 컨베이어에 의해 경화터널에서 10분~15분 정도 머무르면서 통과하면 실리콘 경화촉진제의 반응에 의해 경화되어 고체 상태의 시트로 형성되는 공정이다.

여기에서 실리콘 경화촉진제의 반응에 의해 경화되면 상기 실리콘이 함유된 시트에 탄성이 형성되어 시트가 유연성을 가지게 된다.

상기 경화터널을 통과한 고체 상태의 연속된 시트는 롤에 권취되어 제품화된다.

한편, 상기 성형공정에서 서로 반대 방향으로 회전하는 롤러 사이에 열에 강한 재질의 투명필름을 위치시켜 투명필름 사이로 압출된 혼합물이 투입되도록 하여도 무방하다.

즉, 기포 탈포공정에서 압출된 혼합물이 투명필름 사이로 투입되고 투입된 혼합물은 롤러가 회전되면서 압연되어 반 고체상태의 시트로 성형 되며, 상기 투명필름 사이에 반 고체 상태로 성형된 시트는 경화터널을 거치면서 경화되어 탄성을 가지는 고체 상태의 시트로 형성되게 된다.

여기에서 투명필름 사이에 형성된 고체 상태의 연속된 시트는 롤에 권취되면서 서로 엉키지 않고 정렬되어 제품으로 출하되게 된다.

상기와 같이 시트가 투명필름 사이에 형성되어 권취되면 제품의 불량률이 감소 되어 우수한 제품을 생산할 수 있는 효과가 있다.

(시트의 방사선 차폐 실험 결과)

상기한 바와 같은 공정을 통해 생산된 차폐시트는 실리콘 폴리머 100g, 텅스텐이 코팅된 황산 바륨 500g, 토르말린 200g, 실리콘 경화촉진제 5g을 함유하는 것으로서, 이를 한국산업표준에 X선 방호용품류의 납당량 시험방법(KS A 4025 : 1990, 2005년 확인)과 동일한 실험방법을 준수하여 시험하였다.

그리고 친환경 소재로 제작된 차폐 시트의 차폐성능을 알아보기 위하여 진단용 X선 발생장치의 실효에너지(Effective Energy)를 측정하여 이용하였다.

(방사선 차폐 실험에 사용된 장치)

1) 진단용 X-선발생장치; DK-525, 125kV-500mA, Toshiba E7239X

2) Exposure and Exposure rate meter(192X, Capintec)

3) Ion Chamber(Model PM-30, PR-18)

4) 반가층 측정용 Al 흡수체 300 ㎜ × 300 ㎜ × 10 ㎜ 10개

5) 부가필터 0.1 mmCu 2개

6) 의료방사선 차폐 시트 샘플

비교실험을 위해 본 발명의 실리콘 폴리머, 텅스텐이 코팅된 황산 바륨, 토르말린 및 실리콘 경화촉진제를 함유하여 제작된 실리코 재질의 시트와 납이 함유된 병원의 촬영실에서 사용하고 있는 에이프런을 대조군으로 실험하였다.

실험조건으로 관전류 200 mA, 조사시간 0.1 sec, 고유필터 0.7 mmAl에서 관전압 60 kVp, 부가여과판 0.2 mmCu가 있는 경우에 실효에너지 45.01keV의 조건에서 각종 방사선 차폐시트(500 ㎜ × 500 ㎜)에 대한 차폐율이 하기한 표1에 개시되어 있다.

여기에서 차폐율에 대한 계산식은 다음과 같다.

{(초기선량의 조사량 평균값-물질명의 조사량 평균값)/초기선량의 조사량 평균값 }x 100%

차폐 시트가 없는 경우의 조사량은 평균 1.820 mR로 측정되었으며, 먼저 실리콘 재질 시트의 조사량 평균은 0.017 mR의 투과선량으로 측정되어 차폐율이 가장 높은 99.1%를 나타내어 차폐율이 매우 좋았다.

실리콘 재질 시트의 유연성과 가공성, 내구성을 고려하여 제작하였으므로 두께에 대한 큰 불편한 점은 없다.

그리고 현재 병원의 촬영실에서 사용하고 있는 에이프런을 대상으로 무작위 추출하여 실험한 결과는 에이프런의 조사량 평균은 0.083 mR의 투과선량으로 측정되어 차폐율이 95.5%임을 알 수 있었다.

물질명	두께(mm)	조사량(Exposure)mR				차폐율%
		1	2	3	평균
초기선량	-	1.82	1.83	1.81	1.820	-
Silicon	2.00	0.01	0.03	0.01	0.017	99.1
Lead (에이프런)	2.00	0.07	0.09	0.09	0.083	95.5

상기한 바와 같이 본 발명의 제조방법에 의해 생산된 방사선 시트는 납보다 가볍고 인체에 무해하며 납보다 방사선 차폐율이 높게 나타나는 것으로 그 효과가 매우 우수한 것입니다.

Claims (3)

1. 삭제
2. 실리콘 폴리머 9.5중량% ~ 14.3중량%, 텅스텐이 코팅된 황산 바륨 55중량% ~ 69중량%, 토르말린 21중량% ~ 30중량%, 경화 촉진제 0.5중량% ~ 0.7중량%를 혼합하여 경화시켜서 구성하는 것에 있어서,
   텅스텐이 코팅된 황산 바륨은 황산 바륨 분말 33중량%에 텅스텐 분말 2중량%와 물 65중량%를 혼합한 후 고속회전 교반하면 황산 바륨 분말의 표면에 10 나노 크기의 텅스텐 입자가 달라붙도록 하는 것을 특징으로 하는 방사선 차폐 시트.
3. 삭제

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