KR102014527B1 - Multi-layered high energy radiation shielding material using polymer/lead-free metal composites and preparation method thereof - Google Patents
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Abstract
본원 발명은 고분자/비연계 금속 복합재료를 이용한 다층구조의 고에너지 방사선 차폐재 및 이의 제조방법과 응용에 대한 것으로, 보다 구체적으로는 다층으로 구성되는 비스무트-주석 합금 분말 및 고분자 수지로 이루어지는 필름, 시트 또는 직물 형태의 기재; 및 상기 기재의 층간에 삽입되고, 기재의 표면에 소정의 모양과 일정한 간격을 가지고 배열 및 고정되는 판상의 텅스텐 박편을 포함하여 이루어지고, 상기 기재와 고정되는 텅스텐 박편이 이루는 층이 교대로 적층되도록 다층으로 적층하되, 서로 인접한 층의 텅스텐 박편 간의 상호 위치는 박편의 중심이 서로 일치하지 않도록 배치되는 것을 특징으로 하는 다층구조의 고에너지 방사선 차폐재에 대한 것이다. 본원 발명에 따른 다층구조 방사선 차폐재는 비스무트-주석합금의 방사선 차폐성능과 더불어 텅스텐의 차폐성능을 복합적으로 이용할 수 있어서 저에너지 방사선은 물론 고에너지 방사선에 대해서도 매우 높은 차폐성능을 나타내므로 고에너지 방사선 피폭 위험으로부터 작업자를 보호하는 안전복, 보호장구, 방사선 폐기물 포장용기 및 포장백, 방사선 발생원을 차단할 포장막 재료에 이르기까지 널리 이용될 수 있다. The present invention relates to a high-energy radiation shielding material having a multilayer structure using a polymer / non-linked metal composite material and a method and application thereof, and more specifically, to a film and a sheet made of bismuth-tin alloy powder and a polymer resin composed of a multilayer. Or a substrate in the form of a fabric; And a plate-shaped tungsten flake inserted between the layers of the substrate and arranged and fixed at a predetermined shape and at regular intervals on the surface of the substrate, such that the layers formed by the tungsten flakes fixed with the substrate are alternately stacked. Stacked in a multi-layer, the mutual position between the tungsten flakes of the adjacent layers are for a high-energy radiation shield of a multi-layer structure, characterized in that the center of the flakes are arranged so as not to coincide with each other. The multi-layered radiation shielding material according to the present invention is capable of using a combination of the shielding performance of tungsten and the radiation shielding performance of bismuth-tin alloy, thus exhibiting a very high shielding performance against high energy radiation as well as low energy radiation. It can be widely used to protect workers from protective clothing, protective equipment, radioactive waste packaging and packaging bags, and packaging material to block radiation sources.
Description
본원 발명은 고분자/비연계 금속 복합재료를 이용한 다층구조의 고에너지 방사선 차폐재 및 이의 제조방법에 대한 것이다.The present invention relates to a high-energy radiation shielding material having a multilayer structure using a polymer / non-linked metal composite material and a method of manufacturing the same.
보다 구체적으로는 다층으로 구성되는 비스무트-주석 합금 분말 및 고분자 수지로 이루어지는 필름, 시트 또는 직물 형태의 기재; 및 상기 기재의 층간에 삽입되고, 기재의 표면에 소정의 모양과 일정한 간격을 가지고 배열 및 고정되는 판상의 텅스텐 박편을 포함하여 이루어지고, 상기 기재와 고정되는 텅스텐 박편이 이루는 층이 교대로 적층되도록 다층으로 적층하되, 서로 인접한 층의 텅스텐 박편 간의 상호 위치는 박편의 중심이 서로 일치하지 않도록 배치하여 방사선이 통과하지 못하도록 차단하는 것을 특징으로 하는 다층구조의 고에너지 방사선 차폐재에 대한 것이다.More specifically, the substrate in the form of a film, sheet or fabric consisting of bismuth-tin alloy powder and a polymer resin composed of a multilayer; And a plate-shaped tungsten flake inserted between the layers of the substrate and arranged and fixed at a predetermined shape and at regular intervals on the surface of the substrate, such that the layers formed by the tungsten flakes fixed with the substrate are alternately stacked. Stacked in a multi-layer, the mutual position between the tungsten flakes of the adjacent layers are arranged so that the centers of the flakes do not coincide with each other to block the radiation of the high energy radiation structure characterized in that the multi-layer structure.
현대 사회에서 방사선은 원자력 발전소, 군용 장비, 의료 방사선, 산업 방사선 등의 다양한 분야에서 유용하게 이용되고 있지만, 한편으로는 체르노빌 원전 사고나 최근의 후쿠시마 원전 사고와 같이 의도치 않은 사고에 의해 유출되어 심각한 피해를 입히기도 한다. 이와 같은 배경에서 방사선을 차폐할 수 있는 소재의 수요는 점점 증가하고 있다. 특히나 후쿠시마 사태에서 보듯이 고에너지 방사선에 대해서는 마땅한 보호복이 없어서 현장에서 작업하는 작업자의 안전을 확보하기가 힘든 실정이었다.In modern society, radiation is useful in various fields such as nuclear power plants, military equipment, medical radiation, and industrial radiation, but on the other hand, it is leaked by unintended accidents such as the Chernobyl nuclear power plant accident and the recent Fukushima nuclear accident. It can also cause damage. Against this background, the demand for materials capable of shielding radiation is increasing. In particular, as seen in the Fukushima situation, it was difficult to secure the safety of workers working in the field because there was no suitable protective clothing for high-energy radiation.
현재까지 사용되는 방사선 차폐재 중에서 가장 보편적인 방사선 차폐 물질은 납 (lead)이지만 장기간 반복적으로 접촉하는 경우 인체에 대하여 독성을 나타낼 뿐만 아니라 방사선 안전복이나 차폐재로 이용하기에 무게가 무겁고 장시간 착용시 인체에 부담이 되며 또한, 고분자복합재료에 비해 가공성과 유연성이 떨어진다는 단점을 지닌다.Among the radiation shielding materials used to date, the most common radiation shielding material is lead, but it is not only toxic to human body when it is repeatedly contacted for a long time, but it is heavy to use as a radiation safety suit or shielding material and it is very harmful to human body when worn for a long time. It is a burden and also has the disadvantage of poor workability and flexibility compared to the polymer composite material.
납 (lead)의 대체재로서 다양한 고분자 내에 금속 입자를 분산시킨 복합소재를 사용하면 금속의 우수한 차폐 성능과 고분자의 가공성, 유연성을 동시에 가지게 되는 장점이 있다. 이와 관련하여 대한민국 공개특허공보 제10-2011-0064988호, 제10-2011-0126934호 등을 비롯한 많은 특허들에서 소재의 종류와 함량, 제조 방법 등에 변화를 준 고분자-금속 복합재료 방사선 차폐재를 제안하고 있다. 그러나 상기 선행 특허들은 납 (lead)을 포함하여 다양한 금속 입자들을 고분자-금속 복합재료 방사선 차폐재에 이용할 수 있음을 설명하고 있지만, 그 안에서 납 (lead)보다 우수한 방사선 차폐 성능을 가지면서 경제성과 가공성 등의 측면에서 현실적으로 적용할 수 있는 금속들은 극소수에 불과하다. 특히나 고에너지 방사선에 대해서 납 (lead) 만큼의 차단성을 나타낼 수 있는 재료는 현재로서는 텅스텐이 기장 유망하지만 텅스텐의 경우 납 (lead) 보다도 비중이 높아서 작업복에 적용하기 힘들 뿐 아니라 매우 높은 용융온도를 가져서 실제 가공하기가 매우 힘들다.The use of composite materials in which metal particles are dispersed in various polymers as a substitute for lead has the advantage of having excellent shielding performance of metals, processability and flexibility of polymers at the same time. In this regard, many patents including Korean Patent Publication Nos. 10-2011-0064988, 10-2011-0126934, etc. propose a polymer-metal composite radiation shielding material that changes the type, content, and manufacturing method of materials. Doing. However, the above-mentioned patents describe that various metal particles including lead can be used in the polymer-metal composite radiation shielding material, but have better radiation shielding performance than lead, and are more economical and workable. There are only a few metals that can be applied realistically. In particular, materials that can show as much shielding as lead against high-energy radiation are currently promising tungsten. However, tungsten has a higher specific gravity than lead, making it difficult to apply to work clothes. It is very hard to actually process.
본원 발명은 상기 문제점들을 해결하기 위해 개발된 것으로, 납의 대체재로서 우수한 방사선 차폐 성능을 가지는 저융점 비스무트주석 합금 분말을 고분자 수지와 혼합하여 고르게 분산시킨 후 이를 압출기에서 압출하여 필름의 형태로 만들거나 또는 섬유상으로 압출한 후 이를 직조하여 시트형태로 만들어서 그 자체로도 방사선 차폐 성능이 우수한 차폐재를 제공할 뿐만 아니라 그 위에 접착제를 도포한 후 균일한 모양의 텅스텐 박편을 일정하게 배치하여 텅스텐과 고분자-비스무트주석 혼합체와의 혼합 시트를 만든 후 이 혼합 시트에 동일한 텅스텐 박편이 다른 위치로 배향된 시트를 적층 시킴으로써 방사선이 투과할 수 있는 핀홀이 방지된 고에너지 방사선 다층 (2층 이상) 차폐 복합시트를 제공함을 그 목적으로 한다. 이때 다층 복합시트는 텅스텐 필름과는 달리 고분자-비스무트주석 시트가 유연하여 자유롭게 구부러질 수 있는 특성을 가지며 더 많은 다층 구조로 제조될수록 더 높은 차폐성능을 가지게 된다. The present invention was developed to solve the above problems, a low melting point bismuth tin alloy powder having excellent radiation shielding performance as a substitute for lead, evenly dispersed by mixing with a polymer resin and extruded in an extruder to form a film or Extruded into a fibrous form and woven into a sheet to provide a shielding material with excellent radiation shielding performance in itself, as well as applying an adhesive thereon, and then uniformly placing tungsten flakes in a uniform shape to make tungsten and polymer-bismuth Forming a mixed sheet with a tin mixture and then laminating a sheet with the same tungsten flakes oriented in different positions on the mixed sheet to provide a high energy radiation multilayer (two or more layers) shielding composite sheet with pinhole protection through which radiation can pass. For that purpose. In this case, unlike the tungsten film, the multi-layered composite sheet has a property that the polymer-bismuth tin sheet is flexible and can be bent freely, and the more the multilayered composite is manufactured, the higher the shielding performance.
또한, 본원 발명에서는 이 복합시트를 재단하여 고에너지 방사선 차폐 구조물, 방사선 보호복, 차폐직물, 방사능 폐기물 저장 또는 운반용 백을 제조할 수 있는 효율적인 다층구조 복합차폐재와 그 제조 방법을 제공함을 목적으로 한다.In addition, an object of the present invention is to provide an efficient multi-layered composite shielding material and a method of manufacturing the composite sheet can be produced to produce a high-energy radiation shielding structure, radiation protective clothing, shielding fabric, radioactive waste storage or transport bag. .
본원 발명에서는 상기 과제를 해결하기 위하여 비스무트-주석 합금 분말을 고분자 수지와 혼련하여 복합수지를 제조하는 복합수지 제조단계; 상기 복합수지를 필름 또는 시트 형태로 압출하거나, 섬유상으로 압출한 후 압출된 섬유를 직조하여 직물 형태로 직조하여 기재를 제조하는 기재 제조단계; 상기 기재의 표면에 소정의 모양과 일정한 간격을 가지고 배열되는 판상의 텅스텐 박편을 고정하는 텅스텐 박편 고정단계; 및 상기 기재와 고정되는 텅스텐 박편이 이루는 층이 교대로 적층되도록 다층으로 적층하되, 서로 인접한 층의 텅스텐 박편 간의 상호 위치는 박편의 중심이 서로 일치하지 않도록 배치하여 방사선이 투과하는 핀홀이 없는 기재와 텅스텐 박편의 적층단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 다층구조의 고에너지 방사선 차폐재의 제조방법을 제공한다.In the present invention, in order to solve the above problems by mixing a bismuth-tin alloy powder with a polymer resin composite resin manufacturing step of producing a composite resin; A substrate manufacturing step of manufacturing a substrate by extruding the composite resin in the form of a film or a sheet, or extruding it in a fibrous form, and then weaving the extruded fibers to form a fabric; A tungsten flake fixing step of fixing a plate-shaped tungsten flake which is arranged at a predetermined shape and at a predetermined interval on the surface of the substrate; And a plurality of layers laminated so that the layers formed by the tungsten flakes fixed to the substrate are alternately stacked, and the mutual positions between the tungsten flakes of the adjacent layers are arranged so that the centers of the flakes do not coincide with each other, and the substrate having no pinhole through which radiation passes It provides a method for producing a high-energy radiation shielding material having a multi-layer structure comprising the step of laminating the tungsten flakes.
또한, 본원 발명에서는 상기 제조방법에 따라 제조되는 다층으로 구성되는 비스무트-주석 합금 분말 및 고분자 수지로 이루어지는 필름, 시트 또는 직물 형태의 기재; 및 상기 기재의 층간에 삽입되고, 기재의 표면에 소정의 모양과 일정한 간격을 가지고 배열 및 고정되는 판상의 텅스텐 박편을 포함하여 이루어지고, 상기 기재와 고정되는 텅스텐 박편이 이루는 층이 교대로 적층되도록 다층으로 적층하되, 서로 인접한 층의 텅스텐 박편 간의 상호 위치는 박편의 중심이 서로 일치하지 않도록 배치하여 방사선이 투과할 수 있는 핀홀이 제거되는 것을 특징으로 하는 다층구조의 고에너지 방사선 차폐재를 제공한다.In addition, the present invention is a substrate in the form of a film, sheet or fabric consisting of bismuth-tin alloy powder and a polymer resin composed of a multi-layer manufactured according to the production method; And a plate-shaped tungsten flake inserted between the layers of the substrate and arranged and fixed at a predetermined shape and at regular intervals on the surface of the substrate, such that the layers formed by the tungsten flakes fixed with the substrate are alternately stacked. Stacking in multiple layers, the mutual position between the tungsten flakes of the adjacent layers are arranged so that the center of the flakes do not coincide with each other to provide a high-energy radiation shielding material having a multi-layer structure characterized in that the pinhole through which radiation can pass.
본원 발명을 통해 제작된 고분자-저융점 비스무트-주석 합금으로 이루어진 복합시트 위에 텅스텐 박편들을 일정간격으로 배치하여 단층 차단 시트를 제조하고 이들 시트를 다층 (2층 이상)으로 적층하여 방사선이 투과될 수 있는 핀홀이 없으며 차단 성능이 우수하고 유연한 다층구조제를 제조할 수 있다. The tungsten flakes are arranged at regular intervals on the composite sheet made of a polymer-low melting point bismuth-tin alloy prepared according to the present invention to prepare a single layer blocking sheet, and these sheets are laminated in multiple layers (two or more layers) to transmit radiation. It has no pinholes, has excellent barrier performance, and can produce flexible multilayer structures.
다층구조제 제작시 고분자-비스무트주석 복합체 위에 다각형 또는 일정한 원형 모양의 텅스텐 박편들을 일정한 간격으로 배열시킨 후 이들 시트를 다층 적층하되, 다른 층의 텅스텐 박편들의 중심이 서로 어긋나게 배열됨으로써 방사선이 투과로딜 수 있는 핀홀이 없이 텅스텐의 높은 차단성을 동시에 이용할 수 있으며, 다층구조로 제조함으로써 텅스텐 필름이 갖지 못하는 유연성을 부여하여 제조된 다층복합구조체가 기존의 납으로 구성된 방사선 차폐재의 문제점들을 해결할 수 있으며 동시에 다양한 방사선 차폐 장구제조에 이용될 수 있다. 이 다층구조 복합체는 비스무트-주석합금의 방사선 차폐성능과 더불어 텅스텐의 차폐성능을 복합적으로 이용할 수 있어서 저에너지 방사선은 물론 감마선 같은 고에너지 방사선에 대해서도 매우 높은 차폐성능을 나타내므로 고에너지 방사선 피폭 위험으로부터 작업자를 보호하는 안전복, 보호장구, 방사선 폐기물 포장용기 및 포장백, 방사선 발생원을 차단할 포장막 재료에 이르기까지 널리 이용될 수 있다. When manufacturing multi-layered structure, the tungsten flakes of polygonal or regular circular shape are arranged on the polymer-bismuth tin composite at regular intervals, and these sheets are laminated in multiple layers, and the centers of the tungsten flakes of different layers are arranged so that the radiation is transmitted through The high barrier property of tungsten can be used at the same time without any pinholes, and the multilayered structure manufactured by giving the flexibility that the tungsten film does not have by the multilayer structure can solve the problems of the conventional radiation shielding material composed of lead. It can be used in the manufacture of various radiation shielding equipment. This multi-layered composite can combine the shielding performance of tungsten with the radiation shielding performance of bismuth-tin alloys, resulting in a very high shielding performance against low-energy radiation and high-energy radiation such as gamma rays. It can be widely used to protect clothing, protective equipment, radiation waste packaging and packaging bags, and packaging material to block radiation sources.
또한, 본원 발명으로 제조된 다층구조 복합차폐재는 고에너지 방사선 (감마선)을 차단할 뿐 아니라 X-선같은 저에너지 방사선도 얇은 두께로도 완벽히 차단할 수 있어서 저에너지 방사선 차폐재로도 응용이 가능하다.In addition, the multilayered composite shielding material manufactured by the present invention can block high energy radiation (gamma rays) as well as low energy radiation, such as X-rays, even in a thin thickness, and thus can be applied as a low energy radiation shielding material.
도 1은 본원 발명의 일 구현예에 따른 다층구조의 고에너지 방사선 차폐재를 도식적으로 나타낸 것으로 (a) 상면도, (b) 단면도, (c) 굴곡 시 측면도이다.
도 2는 본원 발명의 일 구현예에 따른 (a) 고분자와 비스무트주석 합금이 용융 혼합된 압출 필름의 단면을 보여주는 현미경 사진이고, (b) 압출기 노즐에서 나온 섬유상 압출체를 나타낸 것이다.
도 3은 본원 발명의 일 구현예에 따른 텅스텐 박편이 일정 간격으로 고르게 부착된 복합 방사선 차폐재의 사진이다.Figure 1 is a schematic diagram showing a high-energy radiation shielding material of a multi-layer structure according to an embodiment of the present invention (a) a top view, (b) cross-sectional view, (c) side view when bending.
2 is a micrograph showing a cross section of an extruded film in which (a) a polymer and a bismuth tin alloy are melt mixed according to an embodiment of the present invention, and (b) shows a fibrous extruded body from an extruder nozzle.
3 is a photograph of a composite radiation shielding material in which tungsten flakes are uniformly attached at regular intervals according to an embodiment of the present invention.
이하, 본원 발명에 대해 상세하게 설명하기로 한다. 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본원 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail. The terms or words used in this specification and claims are not to be construed as limiting in their usual or dictionary meanings, and the inventors may appropriately define the concept of terms in order to best explain their invention in the best way possible. It should be interpreted as meaning and concept corresponding to the technical idea of the present invention based on the principle that the present invention.
본원 발명에서는 상기 과제를 해결하기 위하여, 비스무트-주석 합금 분말을 고분자 수지와 혼련하여 복합수지를 제조하는 복합수지 제조단계; 상기 복합수지를 필름 또는 시트 형태로 압출하거나, 섬유상으로 압출한 후 압출된 섬유를 직조하여 직물 형태로 직조하여 기재를 제조하는 기재 제조단계; 상기 기재의 표면에 소정의 모양과 일정한 간격을 가지고 배열되는 판상의 텅스텐 박편을 고정하는 텅스텐 박편 고정단계; 및 상기 기재와 고정되는 텅스텐 박편이 이루는 층이 교대로 적층되도록 다층으로 적층하되, 서로 인접한 층의 텅스텐 박편 간의 상호 위치는 위-아래층에 배치된 박편의 중심이 서로 일치하지 않도록 하여 상층의 박편 중심이 하층의 박편 간격 사이로 이웃하도록 배치하는 기재와 텅스텐 박편의 적층단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 다층구조의 고에너지 방사선 차폐재의 제조방법을 제공한다.In the present invention, in order to solve the above problems, the composite resin manufacturing step of kneading bismuth-tin alloy powder with a polymer resin to produce a composite resin; A substrate manufacturing step of manufacturing a substrate by extruding the composite resin in the form of a film or a sheet, or extruding it in a fibrous form, and then weaving the extruded fibers to form a fabric; A tungsten flake fixing step of fixing a plate-shaped tungsten flake which is arranged at a predetermined shape and at a predetermined interval on the surface of the substrate; And stacking the multilayered layers such that the layers formed by the tungsten flakes fixed to the substrate are alternately stacked, but the mutual positions between the tungsten flakes of adjacent layers do not coincide with each other so that the centers of the flakes disposed on the upper and lower layers do not coincide with each other. It provides a method for producing a high-energy radiation shielding material having a multi-layer structure comprising the step of laminating the substrate and tungsten flakes disposed adjacent to each other between the flake spacing of the lower layer.
본원 발명은 비연계 금속으로서 방사선 차폐 성능이 우수한 비스무트-주석(Bi-Sn) 합금 분말을 고분자와 용융 혼합하여 직접 필름으로 가공하거나 섬유상으로 가공한 후 직조하여 시트를 만들고 그 시트 위에 일정한 크기와 모양의 (일례로 사각형) 텅스텐 박편들을 배열하고 이 텅스텐 박편들이 서로 다른 층에서 교차하도록 배열하여 방사선이 그대로 통과하지 못하도록 하여 차폐시키는 고분자-금속 복합재료 방사선 차폐재 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, (a) 일축이나 이축압출기 또는 인터널 믹서(internal mixer)에서 저융점 비스무트-주석 합금 분말을 고분자 수지와 혼합하는 단계; (b) 혼합된 복합수지를 필름 또는 시트 형태로 압출하거나 섬유상으로 압출한 후 이를 직조하여 직물 제조 후 (c) 제조된 필름이나 시트, 직물 위에 얇게 접착제를 도포하고 그 위에 얇은 사각형 텅스텐 박편들을 일정한 간격으로 사이를 두고 배열하고 (d) 이들 텅스텐 박편을 일정하게 배열한 시트들을 적층하되 서로 다른 시트의 텅스텐 입자들이 교대로 배열하도록 적층하여 제작되는 다층 (2층 이상) 구조의 고분자-금속 복합재료로써 핀-홀(pin-hole)이 없이 고에너지 방사선(감마선)을 차단할 수 있는 차폐재 및 그 제조 방법 그리고 응용에 관한 것이다. According to the present invention, bismuth-tin (Bi-Sn) alloy powder having excellent radiation shielding performance as a non-linked metal is melt mixed with a polymer to be directly processed into a film or processed into a fibrous shape to be woven to form a sheet, and to have a uniform size and shape on the sheet. A polymer-metal composite radiation shielding material and a method of manufacturing the same, comprising (a) rectangular (tungsten) tungsten flakes arranged in such a way that the tungsten flakes intersect in different layers to prevent radiation from passing therethrough, and (a) Mixing the low melting bismuth-tin alloy powder with the polymer resin in a single screw or twin screw extruder or an internal mixer; (b) extrude the mixed composite resin in the form of a film or sheet, or extrude it into a fibrous form, and then weave the fabric. (c) Apply a thin adhesive to the fabricated film, sheet, or fabric and apply thin rectangular tungsten flakes on it. (D) Multi-layered (two or more layers) polymer-metal composite materials, which are produced by stacking sheets of tungsten flakes which are arranged at intervals and spaced apart, and stacking tungsten particles of different sheets alternately. The present invention relates to a shielding material capable of blocking high energy radiation (gamma rays) without a pin-hole, a method of manufacturing the same, and an application thereof.
본원 발명의 일 구현예에 따르면 상기 (a) 과정을 통해, 비스무트-주석 금속 분말은 압출기 내에서 용융되어 고분자 매트릭스 내에 균일하게 분산되어 그 자체로 핀-홀(pin-hole)이 없는 복합체를 이루고, 이후 이를 (b) 과정에서 필름 형태의 압출체로 가공하면 그 필름 자체가 방사선 차폐 특성을 보이며 또 다른 방법으로는 섬유상 압출체 제조 후 이 섬유를 직조하여 직물을 만들 경우 직물 자체도 방사선 차폐 기능을 나타내고, 더욱이 상기 (c) 과정에서 접착제를 얇게 도포한 후 일정한 크기의 사각형 텅스텐 박편 조각을 동일한 간격으로 배향시키고 (d) 공정에서 이들 텅스텐 조각들이 배열된 시트를 다른 층의 텅스텐 박편들과 엇갈리게 배열함으로써 핀-홀(pin-hole)이 없는 방사선 차폐재를 제조하여 고에너지 방사선(감마선)이 방출되는 것을 차단할 수 있다.According to one embodiment of the present invention, through the process (a), the bismuth-tin metal powder is melted in the extruder to be uniformly dispersed in the polymer matrix to form a pin-hole-free composite by itself. After that, if the film is processed into an extruded film in the process of (b), the film itself shows radiation shielding properties. Alternatively, if the fabric is made by weaving the fibers after fabricating the fibrous extrudates, the fabric itself also has a radiation shielding function. (C) thinly apply the adhesive in step (c), and then align the pieces of square tungsten flakes of uniform size at equal intervals, and (d) arrange the sheets in which the tungsten pieces are arranged alternately with the tungsten flakes of other layers. This makes it possible to manufacture pin-hole free radiation shields to block the emission of high energy radiation (gamma rays). The.
본원 발명의 일구현예에 따른 방사선 복합 차폐재를 방사선 폐기물 이송 포대나 또는 방사선 차폐 보호복이나 보호장구로 제조하여 방사선 관련 사업에서 작업자를 고에너지 방사선 (감마선) 노출로부터 보호하며 방사선 폐기물 저장 용기나 이송 자루 (bag)으로 이용할 수 있다. 또 이 구조체는 다층 적층할수록 차폐성능은 비례하여 높아지고 이를 원전 관련 시설들의 비상사태 때 관련 시설들을 덮기 위한 특수포 또는 포장막 제작에도 사용할 수 있다.The radiation composite shielding material according to one embodiment of the present invention is manufactured with a radioactive waste transport bag or a radio shielding protective suit or protective device to protect workers from radiation-related high energy radiation (gamma-ray) exposure in a radiation-related business, Can be used as a bag. In addition, this structure can be used to manufacture special fabrics or packing films to cover related facilities in case of emergency of nuclear power plants.
본원 발명에서는 다층구조체 금속재료로서 저융점 비스무트(Bi)-주석(Sn) 합금 분말 과 텅스텐 박편을 사용하는데, 비스무트-주석 합금은 구성 원소로서 함유하고 있는주석의 K-edge의 광자 에너지가 29.2KeV로 이 에너지 값에서부터 납의 K-edge의 광자 에너지인 87.9KeV에 이르는 구간에서 납보다 높은 질량감쇠상수를 가진다. 또한, 주석은 다른 금속과 합금을 형성할 때 융점을 크게 낮춰 가공성을 향상시키는 장점이 있다. 따라서 납(lead)에 비해 원자번호가 1밖에 높지 않아 납(lead)과 거의 같은 질량감쇠상수를 가지는 비스무트와 높은 질량감쇠상수를 보이는 주석이 형성한 비스무트-주석 합금은 139℃ 정도의 낮은 융점을 가져 고분자와 혼합이 쉽게 일어날 수 있으며 주석과 비스무트의 우수한 차폐 성능을 동시에 가짐으로써 방사선 차폐에 사용될 수 있는 납의 대체재로서 적합하다. 또한 본원 발명에 사용되는 텅스텐의 경우 얇은 박편으로 이루어져 있으며 고분자/비스무트-주석 복합필름 위에서 일정 간격으로 배열됨으로써 자유롭게 구부러질 수 있어서 높은 방사차폐 특성과 함께 방사차폐 보호막이나 보호복, 보호장구 그리고 폐기물 운반 이송용 포장 백 제조 등에 이용될 수 있다.In the present invention, a low melting point bismuth (Bi) -tin (Sn) alloy powder and tungsten flakes are used as the multi-layer metal material, and the bismuth-tin alloy has a photon energy of 29.2 KeV of K-edge of tin contained as a constituent element. As a result, it has a higher mass decay constant than lead in the range from this energy value up to 87.9 KeV, the photon energy of the K-edge of lead. In addition, tin has an advantage of significantly lowering the melting point when forming an alloy with another metal to improve workability. Therefore, bismuth having a mass decay constant almost equal to that of lead due to the atomic number being higher than lead, and bismuth-tin alloy formed by tin having a high mass decay constant have a low melting point of about 139 ° C. It can be easily mixed with the polymer and has excellent shielding performance of tin and bismuth, making it suitable as a substitute for lead which can be used for radiation shielding. In addition, the tungsten used in the present invention is made of thin flakes and can be bent freely by being arranged at regular intervals on the polymer / bismuth-tin composite film, so that the radiation shielding film, protective clothing, protective equipment and waste transport with high radiation shielding properties It may be used for manufacturing a packaging bag for transport.
본원 발명의 일 구현예에 따른 다층구조의 고에너지 방사선 차폐재의 제조방법에 있어서, 상기 복합수지 제조단계는 고분자 수지 100 중량부에 대하여 비스무트-주석 합금 분말을 100 내지 500 중량부를 혼합하여 혼련하는 것일 수 있다. 보다 바람직하게는 고분자 수지 100 중량부에 대하여 저융점 비스무트주석 (58:42) 합금 분말 100-500 중량부, 산화 방지제 10-20 중량부, 윤활제 15-25 중량부로 이루어질 수 있다.In the manufacturing method of the high-energy radiation shielding material of the multilayer structure according to the embodiment of the present invention, the composite resin manufacturing step is to knead by mixing 100 to 500 parts by weight of bismuth-tin alloy powder with respect to 100 parts by weight of the polymer resin. Can be. More preferably, it may be composed of 100-500 parts by weight of low melting bismuth tin (58:42) alloy powder, 10-20 parts by weight of antioxidant, and 15-25 parts by weight of lubricant based on 100 parts by weight of the polymer resin.
본원 발명의 일 구현예에 따른 보다 구체적인 다층구조 방사선 차폐재의 제조방법은 다음과 같다. 먼저, 고분자 수지 100 중량부에 대하여, 저융점 비스무트주석 (58:42) 합금 분말을 400 중량부, 산화 방지제 10-20 중량부, 윤활제 15-25 중량부를 준비하고, 트윈-스크류 인터널 믹서에 투입한 후 혼합한다. 이때 사용되는 저융점 주석비스무트 합금은 비스무트의 함량비가 58%로 이루어진 합금으로서 139oC 정도의 낮은 공융점을 가지는 합금이다.A more specific method of manufacturing a multilayered radiation shielding material according to an embodiment of the present invention is as follows. First, 400 parts by weight of a low melting bismuth tin (58:42) alloy powder, 100 parts by weight of an antioxidant, and 15-25 parts by weight of a lubricant are prepared with respect to 100 parts by weight of the polymer resin, and a twin screw internal mixer is prepared. Add and mix. The low-melting tin bismuth alloy used at this time is an alloy having a bismuth content ratio of 58% and is an alloy having a low eutectic point of about 139 ° C.
이때, 상기 고분자 수지는 화학적으로 안정하여 쉽게 물성의 악화가 일어나지 않고, 낮은 온도에서 가공할 수 있으며, 금속 분말을 균일하게 분산시킬 수 있을 정도의 점도를 가진 고분자 수지로서, 폴리에틸렌-프로필렌공중합체, 폴리스타이렌-부타디엔-스타이렌 공중합체, 폴리스타이렌-아이소플렌-스타이렌 공중합체, 폴리바이닐아세테이트(polyvinyl acetate), 폴리 올레핀 엘라스토머(poly olefin elastomer), 폴리부타디엔, 폴리아이소프렌, 폴리카보네이트(polycarbonate) 및 EPDM 탄성체(Ethylene Propylene Diene Monomer)로 등을 적절한 비율로 섞은 혼합물이 바람직하다.In this case, the polymer resin is chemically stable and does not easily deteriorate in physical properties, can be processed at low temperatures, and has a viscosity enough to uniformly disperse the metal powder. Polystyrene-butadiene-styrene copolymer, polystyrene-isoprene-styrene copolymer, polyvinyl acetate, poly olefin elastomer, polybutadiene, polyisoprene, polycarbonate and EPDM elastomer A mixture of (Ethylene Propylene Diene Monomer) and the like in an appropriate ratio is preferable.
상기 고분자 수지 중 폴리바이닐아세테이트(polyvinylacetate)는 가공성과 점도, 유연성의 측면에서 매우 우수할 뿐 아니라, 바이닐아세테이트(vinylacetate)의 함량이 증가할수록 접착성이 증가하기 때문에, 바이닐아세테이트의 함량이 높은 재료를 이용함으로써 복수 매의 차폐재의 적층 시 계면접착력을 향상시킬 수 있고, 특히 폴리바이닐아세테이트(polyvinylacetate)와 폴리올레핀엘라스토머(polyolefin elastomer)의 혼합물의 경우 폴리바이닐아세테이트의 비율을 조절함으로써 혼합물의 점착력을 조절할 수 있다.Among the polymer resins, polyvinylacetate is not only excellent in terms of processability, viscosity, and flexibility, but also increases in adhesiveness as the content of vinyl acetate increases, so that a material having a high content of vinyl acetate may be used. By using the above, it is possible to improve the interfacial adhesion when laminating a plurality of shielding materials, and in particular, in the case of a mixture of polyvinylacetate and polyolefin elastomer, the adhesive force of the mixture can be controlled by adjusting the ratio of polyvinyl acetate. .
또한, 상기 고분자 수지 중 폴리카보네이트(polycarbonate)는 비스무트-주석 합금 분말의 융점인 139℃ 부근에서도 높은 강도를 가지기 때문에, 분해됨이 없이 비스무트-주석 합금 분말을 균일하게 분산시키며 혼합/혼련할 수 있는 장점이 있다.In addition, since the polycarbonate (polycarbonate) of the polymer resin has a high strength near the melting point of the bismuth-tin alloy powder 139 ℃, it can be uniformly dispersed and mixed / kneaded bismuth-tin alloy powder without decomposition There is this.
본원 발명의 일 구현예에 따른 상기 비스무트-주석 합금은 인체에 무해하며 방사선 차폐 성능이 뛰어난 물질이지만, 밀도가 높기 때문에 고분자 수지 내에 균일하게 분산시키는 일이 쉽지 않다. 그러나 압출기 내에서 용융된 후에는 액상으로 변화되면 점도가 낮아지며 액상 비스무트-주석보다 훨씬 점도가 높은 고분자수지 내에서 밀도차에 의한 분리없이 균일하게 잘 혼합/혼련된다.The bismuth-tin alloy according to the embodiment of the present invention is harmless to the human body and has excellent radiation shielding performance, but it is not easy to uniformly disperse it in the polymer resin because of its high density. However, after being melted in the extruder, the viscosity is lowered when it is changed into a liquid phase, and the mixture is well mixed / kneaded uniformly without separation due to density difference in the polymer resin having a much higher viscosity than the liquid bismuth-tin.
도 1은 본원 발명의 일 구현예에 따른 다층구조의 고에너지 방사선 차폐재를 도식적으로 나타낸 (a) 상면도, (b) 단면도, (c) 굴곡시 측면도로 보다 구체적으로 본원 발명의 일 구현예에 따라 제조한 복합수지를 필름 또는 시트 형태로 압출하거나, 섬유상으로 압출한 후 압출된 섬유를 직조하여 직물 형태로 직조하여 제조되는 기재에 접착제를 도포한 후 그 위에 두께 5 mm 이하의 일정한 모양 (사각형, 삼각형등의 다각형 또는 원형)의 텅스텐 박편을 도 1의 (a)와 (b)에 나타낸 바와 같이 일정 간격으로 배열한 후 이렇게 제조된 텅스텐 박편 부착 시트를 다층으로 적층하되 최소 2층 이상으로 적층하여 홀수층과 짝수층의 텅스텐 박편들은 그 중심이 서로 엇갈리게 배치함으로써 다른 층의 공극(핀홀)을 막아주게 되어 핀홀이 생기는 것을 방지하는 다층구조의 고에너지 방사선 차폐재를 제조할 수 있다.Figure 1 is a (a) top view, (b) cross-sectional view, (c) side view when bending schematically showing a multi-layered high-energy radiation shielding material according to an embodiment of the present invention in more detail in one embodiment of the present invention The composite resin prepared according to the present invention is extruded in the form of a film or sheet, or extruded into a fibrous form, and then the adhesive is applied to a substrate prepared by weaving the extruded fibers to form a woven fabric. , Tungsten flakes (polygons or circles, such as triangles) are arranged at regular intervals as shown in Figs. 1 (a) and (b), and the tungsten flake attachment sheets thus prepared are laminated in multiple layers, but not less than two layers. Thus, the tungsten flakes in the odd and even layers are arranged in a staggered manner with their centers intersected with each other to prevent the formation of pinholes, thereby preventing the formation of pinholes. High energy radiation shielding materials can be produced.
본원 발명의 일 구현예에 따른 다층구조의 고에너지 방사선 차폐재는 텅스텐 박편에 의한 방사선 차폐성능과 비스무트주석 합금을 함유하는 직물층의 방사선 차폐 성능이 복합적으로 작용하여 더욱 향상된 방사선 차폐성능을 보이는 것을 특징으로 한다.High energy radiation shielding material of a multi-layer structure according to an embodiment of the present invention is characterized in that the radiation shielding performance of the tungsten flakes and the radiation shielding performance of the fabric layer containing bismuth tin alloy acts in combination to show a further improved radiation shielding performance. It is done.
본원 발명의 일 구현예에 따른 다층구조의 고에너지 방사선 차폐재의 제조방법에 있어서, 상기 텅스텐 박면은 원형 또는 다각형일 수 있고, 보다 바람직하게는 삼각형, 사각형(정사각형 이나 직사각형) 또는 원형일 수 있다.In the manufacturing method of the high-energy radiation shielding material of the multi-layered structure according to the embodiment of the present invention, the tungsten thin surface may be circular or polygonal, more preferably triangular, square (square or rectangular) or circular.
본원 발명의 일 구현예에 따른 다층구조의 고에너지 방사선 차폐재의 제조방법에 있어서, 상기 텅스텐 박편은 인접하는 텅스텐 박편 간의 간격이 텅스텐 박편의 두께보다 2배 이상의 거리로 이격되도록 기재에 고정하는 것일 수 있다. 보다 구체적으로 도 1의 (c)에 나타낸 바와 같이 다층구조의 고에너지 방사선 차폐재는 텅스텐 박편 사이의 간격이 텅스텐 필름 두께보다 더 커서 직물체가 자유롭게 구부러짐을 특징으로 한다.In the method of manufacturing a high-energy radiation shielding material of a multi-layered structure according to an embodiment of the present invention, the tungsten flakes may be fixed to the substrate so that the distance between adjacent tungsten flakes is separated by a distance of two times or more than the thickness of the tungsten flakes. have. More specifically, as shown in (c) of FIG. 1, the multi-layer high energy radiation shielding material is characterized in that the space between the tungsten flakes is greater than the thickness of the tungsten film, and thus the fabric is bent freely.
본원 발명의 일 구현예에 따른 다층구조의 고에너지 방사선 차폐재의 제조방법에 있어서, 상기 기재와 텅스텐 박편의 적층단계는 도 1의 (a)와 (b)에 나타낸 바와 같이 일층의 박편 중심이 타층의 이웃한 2 이상의 박편이 모여서 이루어지는 간격부에 위치하도록 하는 기재와 텅스텐 박편의 적층단계를 포함할 수 있다. In the method of manufacturing a high-energy radiation shielding material having a multi-layer structure according to an embodiment of the present invention, the lamination step of the substrate and tungsten flakes is as shown in (a) and (b) of FIG. It may include the step of laminating the substrate and the tungsten flakes to be located in the gap portion consisting of two or more adjacent flakes of the.
도 2는 본원 발명의 일 구현예에 따른 (a) 고분자와 비스무트주석 합금이 용융 혼합된 압출 필름의 단면을 보여주는 현미경 사진이고, (b) 압출기 노즐에서 나온 섬유상 압출체를 나타낸 것으로 혼합/혼련 시, 일축 또는 이축 압출기를 사용하는 것이 바람직하고 인터널 믹서(internal mixer)의 경우에는 스크류의 회전속도를 30rpm 이상으로 빠르게 하여 4-5분 혼합하는 것이 바람직하다.2 is a micrograph showing a cross section of an extruded film in which (a) a polymer and a bismuth tin alloy are melt mixed according to an embodiment of the present invention, and (b) shows a fibrous extruded body from an extruder nozzle. It is preferable to use a single screw or twin screw extruder, and in the case of an internal mixer, it is preferable to increase the rotation speed of the screw to 30 rpm or more and mix for 4-5 minutes.
이때 기재를 제조하는 기재 제조단계에서 복합수지를 필름 또는 시트 형태로 압출하거나 섬유상으로 압출한 후, 압출된 섬유를 직조하여 직물 형태로 직조하거나 또는 압출된 필름을 T-다이를 연결하여 얇은 필름형태로 바로 가공할 수 있다. 다른 형태의 시트 제작을 위해서는 도 2의 (b)와 같이 섬유상으로 뽑을 수 있고 이때 섬유상은 사용 용도에 따라 연신하여 그 굵기를 조절할 수 있다. At this time, in the substrate manufacturing step of manufacturing the substrate, the composite resin is extruded in the form of a film or sheet, or extruded in a fibrous form, and then the extruded fibers are woven into a fabric or a thin film form by connecting the extruded film to a T-die Can be processed directly with In order to produce a sheet of another form, as shown in Figure 2 (b) can be pulled into a fibrous shape, wherein the fibrous can be stretched according to the intended use to adjust its thickness.
특히 본원 발명의 일 구현예에 따른 고에너지 방사선 차폐재의 비스무트-주석 합금은 비스무트 58%와 주석42%로 이루어짐으로서 섭씨 139도 부근에서 용융하는 것을 특징으로 하는 공융합금으로서 고분자 수지 100 중량부에 대하여 비스무트-주석 합금 분말을 100 내지 500 중량부를 혼합하는 구성비율로 압출기 내에서 용이하게 용융 혼합하여 압출할 수 있는 특징이 있다. 또한, 일축 또는 이축 압출기 또는 인터널 믹서(internal mixer) 내에서 제조된 고분자/비스무트-주석 복합수지는 필름상으로 압출하거나 섬유상으로 압출한 후 직조하여 직물 형태로 제조가 가능한 특징이 있다.In particular, the bismuth-tin alloy of the high-energy radiation shielding material according to the embodiment of the present invention is made of 58% bismuth and 42% tin, and is melted at around 139 degrees Celsius, with respect to 100 parts by weight of the polymer resin. The bismuth-tin alloy powder may be easily melt mixed and extruded in an extruder at a composition ratio of mixing 100 to 500 parts by weight. In addition, the polymer / bismuth-tin composite resin prepared in a single screw or twin screw extruder or an internal mixer may be fabricated after being extruded into a film or extruded into a fiber and then woven into a fabric.
또한, 본원 발명에서는 다층으로 구성되는 비스무트-주석 합금 분말 및 고분자 수지로 이루어지는 필름, 시트 또는 직물 형태의 기재; 및 상기 기재의 층간에 삽입되고, 기재의 표면에 소정의 모양과 일정한 간격을 가지고 배열 및 고정되는 판상의 텅스텐 박편을 포함하여 이루어지고, 상기 기재와 고정되는 텅스텐 박편이 이루는 층이 교대로 적층되도록 다층으로 적층하되, 서로 인접한 층의 텅스텐 박편 간의 상호 위치는 다른 층의 박편의 중심이 서로 일치하지 않도록 배치되는 것을 특징으로 하는 다층구조의 고에너지 방사선 차폐재를 제공한다.In addition, the present invention is a substrate in the form of a film, sheet or fabric consisting of bismuth-tin alloy powder and a polymer resin composed of a multilayer; And a plate-shaped tungsten flake inserted between the layers of the substrate and arranged and fixed at a predetermined shape and at regular intervals on the surface of the substrate, such that the layers formed by the tungsten flakes fixed with the substrate are alternately stacked. Stacking in multiple layers, the mutual position between the tungsten flakes of the adjacent layers are arranged so that the centers of the flakes of the different layers do not coincide with each other to provide a high-energy radiation shield of a multi-layer structure.
본원 발명의 일 구현예에 따른 다층구조의 고에너지 방사선 차폐재에 있어서, 상기 고분자 수지는 폴리에틸렌-프로필렌공중합체, 폴리스타이렌-부타디엔-스타이렌 공중합체, 폴리스타이렌-아이소프렌-스타이렌 공중합체, 폴리바이닐아세테이트(polyvinyl acetate), 폴리올레핀 엘라스토머(polyolefin elastomer), 폴리부타디엔, 폴리아이소프렌, 폴리카보네이트(polycarbonate) 및 EPDM 탄성체(Ethylene Propylene Diene Monomer)로 이루어진 군에서 선택되는 1 종의 고분자 수지 또는 2 종 이상의 혼합물일 수 있다.In the multi-layer high-energy radiation shielding material according to the embodiment of the present invention, the polymer resin is polyethylene-propylene copolymer, polystyrene-butadiene-styrene copolymer, polystyrene-isoprene-styrene copolymer, polyvinylacetate (polyvinyl acetate), polyolefin elastomer, polybutadiene, polyisoprene, polycarbonate and EPDM elastomer (Ethylene Propylene Diene Monomer) may be one polymer resin or a mixture of two or more thereof have.
본원 발명의 일 구현예에 따른 다층구조의 고에너지 방사선 차폐재에 있어서, 상기 텅스텐 박편은 인접하는 텅스텐 박편 간의 간격이 텅스텐 박편의 두께보다 2배 이상의 거리로 이격되도록 기재에 고정된 것일 수 있다.In the multi-layer high energy radiation shielding material according to the embodiment of the present invention, the tungsten flakes may be fixed to the substrate so that the distance between adjacent tungsten flakes is separated by a distance of two times or more than the thickness of the tungsten flakes.
본원 발명의 일 구현예에 따른 다층구조의 고에너지 방사선 차폐재에 있어서, 상기 텅스텐 박편의 층간의 배열은 일층의 박편 중심이 타층의 이웃한 박편이 모여서 이루어지는 간격부에 위치하는 것일 수 있다.In the high-energy radiation shielding material of the multilayer structure according to the embodiment of the present invention, the tungsten flakes may be arranged in layers at intervals where the flake centers of one layer are adjacent to the flakes of the other layer.
본원 발명의 일 구현예에 따른 다층구조의 고에너지 방사선 차폐재는 재단되어 방사선 차폐 보호복, 보호장구, 방사선 차폐용 포장막, 방사선 폐기물 포장용기 및 포장백 중에서 선택되는 어느 하나로 제조될 수 있다.High energy radiation shielding material of a multi-layered structure according to an embodiment of the present invention can be cut and manufactured by any one selected from radiation shielding protective clothing, protective equipment, radiation shielding packaging film, radioactive waste packaging container and packaging bag.
본원 발명의 일 구현예에 따른 다층구조의 고에너지 방사선 차폐재는 재단되어 저에너지 방사선(X-선) 차폐용 보호복, 보호장구 및 차단막 중에서 선택되는 어느 하나로 제조될 수 있다.High energy radiation shielding material of a multi-layered structure according to an embodiment of the present invention can be cut and manufactured by any one selected from low-energy radiation (X-ray) shielding protective clothing, protective equipment and barrier film.
본원 발명의 일 구현예에 따르면 다층구조의 고에너지 방사선 차폐재를 재단하여 방사선 차폐 보호복, 보호장구, 방사선 차폐용 포장막, 방사선 폐기물 포장용기 및 포장백을 제조할 수 있고, 이러한 다층구조의 고에너지 방사선 차폐재는 저에너지 방사선 (X-선) 차폐복이나 보호장구 및 차단막에도 활용할 수 있는 장점이 있다.According to one embodiment of the present invention by cutting a high-energy radiation shielding material of a multi-layer structure can be produced radiation shielding protective clothing, protective equipment, radiation shielding packaging film, radioactive waste packaging container and packaging bag, high Energy radiation shielding materials have the advantage of being applicable to low energy radiation (X-ray) shielding suits, protective equipment and barriers.
본원 발명에 따른 상기 기재의 표면에 소정의 모양과 일정한 간격을 가지고 배열되는 판상의 텅스텐 박편을 고정하는 텅스텐 박편 고정단계에서 사용하는 접착제는 도포가 용이한 일반 접착제로서 에폭시나 아크릴 접착제등을 포함할 수 있다. 텅스텐 박편이 배치된 시트 또는 기재에 접착제를 코팅하여 다른 시트 또는 기재와 적층시 접착이 용이하게 할 수도 있고 또는 다른 층과의 적층시 사용 고분자의 유리전이온도이상의 온도에서 약간의 압력과 함께 열융착을 시킴으로써 다층 시트가 잘 붙게 할 수 있다.The adhesive used in the tungsten flake fixing step of fixing the plate-shaped tungsten flakes arranged at a predetermined shape and at a predetermined interval on the surface of the substrate according to the present invention may include an epoxy or an acrylic adhesive as a general adhesive that is easy to apply. Can be. An adhesive may be coated on a sheet or substrate on which tungsten flakes are disposed to facilitate adhesion upon lamination with another sheet or substrate, or may be heat-sealed together with a slight pressure at a temperature above the glass transition temperature of the polymer used when laminating with another layer. By doing this, the multilayer sheet can be adhered well.
본원 발명에 따른 비스무트-주석 합금 분말을 고분자 수지와 혼련하여 복합수지를 제조하는 복합수지 제조단계를 거친 고분자-금속 복합재료 혼합물은, 상기 필름 또는 시트 형태로 압출하거나, 섬유상으로 압출한 후 압출된 섬유를 직조하여 직물 형태로 직조하여 기재를 제조하는 기재 제조단계의 압착 과정을 거치면서 내부의 비스무트-주석 합금 분말의 변형과 배향이 이루어지는 동시에, 도 3과 같이 얇은 시트(sheet) 형태로 가공될 수 있다.The polymer-metal composite mixture which has undergone the composite resin manufacturing step of kneading the bismuth-tin alloy powder according to the present invention into a composite resin to produce a composite resin is extruded in the form of a film or sheet, or extruded in a fibrous form and then extruded. While the fiber is woven into a woven fabric, the bismuth-tin alloy powder is deformed and oriented while undergoing a pressing process of manufacturing a substrate, and is processed into a thin sheet as shown in FIG. 3. Can be.
이하, 본원 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면과 같이 본원이 속하는 기술 분야에서 일반적인 지식을 가진 자가 쉽게 실시할 수 있도록 본원의 구현 예 및 실시 예를 상세히 설명한다. 특히 이것에 의해 본원 발명의 기술적 사상과 그 핵심 구성 및 작용이 제한을 받지 않는다. 또한, 본원 발명의 내용은 여러 가지 다른 형태의 장비로 구현될 수 있으며, 여기에서 설명하는 구현 예 및 실시 예에 한정되지 않는다.DETAILED DESCRIPTION Hereinafter, exemplary embodiments of the present disclosure will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art may easily implement the present disclosure. In particular, the technical spirit of the present invention and its core configuration and operation are not limited by this. In addition, the content of the present invention may be implemented in various other forms of equipment, not limited to the embodiments and embodiments described herein.
<< 제조예Production Example >>
매트릭스용 고분자 수지로서 폴리바이닐아세테이트 (polyvinylacetate)와 폴리올레핀엘라스토머 (poly olefin elastomer)를 7:3의 무게비로 혼합한 고분자 100 중량부에 대하여, 입자의 평균 직경 20-38um인 비스무트주석 (58:42)의 금속 분말 400 중량부, 산화 방지제 15 중량부, 윤활제 20 중량부를 준비하고, 준비된 고분자 수지, 비스무트-주석 금속 분말, 산화 방지제, 윤활제를 트윈-스크류 인터널 믹서에 투입하고, 100℃에서 30rpm으로 압출하였다. Bismuth tin (58:42) having an average diameter of 20-38 μm of particles based on 100 parts by weight of a polymer obtained by mixing polyvinylacetate and polyolefin elastomer in a weight ratio of 7: 3 as the polymer resin for the matrix. 400 parts by weight of metal powder, 15 parts by weight of antioxidant, 20 parts by weight of lubricant were prepared, and the prepared polymer resin, bismuth-tin metal powder, antioxidant, and lubricant were added to a twin screw internal mixer at 100 ° C. at 30 rpm. Extruded.
압출된 섬유상의 선형 압출체를 몰드 두께가 1, 3, 5 mm인 몰드에 넣고 130℃에서 7 ton의 압력으로 5분간 압착하여 균일한 두께의 필름을 제조하였다. 압착 후 핫 프레스의 압력은 그대로 유지한 채 4분간 상온까지 냉각시켰다.The extruded fibrous linear extruded body was put into a mold having a mold thickness of 1, 3, and 5 mm, and pressed at 130 ° C. for 7 minutes at a pressure of 7 ton to prepare a film having a uniform thickness. After pressing, the pressure of the hot press was cooled to room temperature for 4 minutes while maintaining the pressure.
<방사선 차폐시험><Radiation Shield Test>
상기 제조예를 통해 제작된 고분자/비스무트-주석 복합재료 차폐필름을 실험 조건에 따라 각각 5 개씩 이용하여 방사선 차폐 특성을 측정하였다. 전자의 가속전압이 662 KeV인 세슘 (Cs137) 감마선을 조사 (모든 측정값들은 원자력안전연구원에서 세슘 방사선원을 이용하여 측정한 결과임) 하였으며 차폐재 통과 후의 선량을 통과 전의 선량으로 나눔으로써 선량율을 계산하고 이를 1에서 뺌으로서 얻어지는 다층구조 차폐재의 감마선 차폐율을 표 1에 나타냈다. 이때 시트의 두께는 상기 제조된 시트들을 접착제를 사용하여 다층 적합시킨 후 측정하였다.The radiation shielding properties of the polymer / bismuth-tin composite material shielding films prepared according to the above production examples were measured five by five depending on the experimental conditions. Irradiated cesium (Cs137) gamma rays with an accelerating voltage of 662 KeV (all measurements are the result of using a cesium radiation source from the Institute of Nuclear Safety), and the dose rate was calculated by dividing the dose after passing the shield by the dose before passage. Table 1 shows the gamma-ray shielding rate of the multilayer structure shielding material obtained as the value from 1 to 뺌. At this time, the thickness of the sheet was measured after fitting the prepared sheets in a multilayer using an adhesive.
표 1은 고분자/비스무트-주석 합금(400phr) 혼합필름의 두께에 따른 감마선 차폐율(선량율은 감쇠이전에너지로 368 mGy/h 이었으며 신뢰도는 5.5% 이내였다)을 나타낸 것으로 상기 표 1에 따르면 투과율은 Beer-Lambert law에 따라 지수함수적인 거동을 보이며 이를 식에 맞추면 선량율은 99% 이상의 상관관계에서 Ci = 0.99274* exp(-0.030362*x) 로 표시할 수 있다(x= 복합체 두께, mm), 이 식에 따르면 고분자/비스무트-주석 합금 복합체만을 사용하면 전체 두께가 98 mm 이상이면 오차범위이내에서 완전한 감마선 차폐를 이룰 수 있다.Table 1 shows the gamma-ray shielding rate (dose rate was 368 mGy / h as attenuation transfer energy and reliability was within 5.5%) according to the thickness of the polymer / bismuth-tin alloy (400phr) mixed film. According to the Beer-Lambert law, the exponential behavior is shown and the dose rate can be expressed as Ci = 0.99274 * exp (-0.030362 * x) with a correlation of more than 99% (x = composite thickness, mm). According to the equation, if only the polymer / bismuth-tin alloy composite is used, a total gamma ray shielding can be achieved within an error range if the total thickness is 98 mm or more.
추가적으로 텅스텐 박막 필름만의 차폐특성을 보기위하여 두께별로 각각 5 개씩 이용하여 방사선 차폐 특성을 측정하였다. 앞서의 고분자/비스무트-주석 전자의 가속전압이 662 KeV인 세슘(Cs137) 감마선(원자력안전연구원 측정)을 조사하였으며 차폐재 통과 후의 선량을 통과 전의 선량으로 나눔으로써 선량율을 계산하여 표 2에 나타냈다. 이때 시트는 0.2 mm의 두께의 필름과 0.3mm 두께의 필름을 접착제(에폭시)를 사용하여 다층 적합시킨 후 측정하였다.In addition, the radiation shielding properties were measured using 5 pieces of each thickness to show the shielding properties of the tungsten thin film. The cesium (Cs137) gamma ray (measured by the Korea Institute of Nuclear Safety) whose acceleration voltage of the polymer / bismuth-tin electron was 662 KeV was investigated and the dose rate was calculated by dividing the dose after passing through the shielding by the dose before passing. At this time, the sheet was measured after fitting a 0.2 mm thick film and a 0.3 mm thick film by using an adhesive (epoxy) in a multilayer.
표 2는 텅스텐 필름의 두께에 따른 세슘(Cs137) 감마선 차폐율(선량율은 감쇠 이전에너지로 368 mGy/h 이었으며 신뢰도는 5.5% 이었다)을 나타낸 것으로 상기 표에 따르면 텅스텐 필름에 대한 감마선 투과율도 Beer-Lambert law에 따르는 지수함수적인 거동을 보이며 이를 99%의 상관관계를 가지는 식에 맞추면 선량율은 Ci = 0.98912* exp(-0.21659*x) 로 표시된다 (x= 복합체 두께, mm). 이 식에 따르면 텅스텐 필름만을 사용하면 14mm 두께면 오차범위 이내에서 이 에너지의 감마선 차폐를 완전히 이룰 수 있다.Table 2 shows cesium (Cs137) gamma-ray shielding rate (dose rate was 368 mGy / h as attenuation energy and reliability was 5.5%) according to the thickness of tungsten film. Exponential behavior according to the Lambert law and fitted to a 99% correlation, the dose rate is expressed as Ci = 0.98912 * exp (-0.21659 * x) (x = composite thickness, mm). According to this equation, the use of tungsten film alone can achieve gamma-ray shielding of this energy within 14 mm thickness error.
다층구조 방사선 차폐재의 경우 방사선 감쇠는 각층에서 독립적으로 일어나므로 여기서 얻어진 식들을 이용하면 다층구조 방사선 차폐재의 선량율 및 차폐율을 얻을 수 있다. 이를 확인하기 위하여 고분자/비스무트-주석 합금 복합시트 10mm 위에 텅스텐 박편들을 두께에 따라 적층시킨 후 선량율과 차폐율을 측정한 결과와 계산한 결과를 표 3에 나타내었다In the case of the multilayer radiation shielding material, radiation attenuation occurs independently in each layer, and thus, the dose rate and shielding rate of the multilayer radiation shielding material can be obtained by using the equations obtained here. To confirm this, tungsten flakes were laminated on the polymer / bismuth-tin alloy composite sheet according to the thickness of 10mm, and the results of the dose rate and shielding rate were measured and the calculated results are shown in Table 3.
표 3은 고분자-비스무트주석 복합시트 10mm 위에 올린 텅스텐 박편의 두께에 따른 감마선 차폐율(선량율은 감쇠이전에너지로 368 mGy/h 이었으며 신뢰도는 5.5% 이내였다)을 나타낸 것으로 실제 측정한 감마선 차폐율과 계산치가 거의 정확하게 일치하는 것에서 고분자/비스무트-주석 합금 복합체 시트 위에 텅스텐 박편들을 올리면 감마선 차단 효과가 두 시트의 차단효과에 복합요소로 작용함을 알 수 있다. 고분자/비스무트-주석 시트 10 mm 두께를 사용한다고 가정할 때 텅스텐 시트의 두께가 12 mm 이면 사용한 감마선은 오차범위 이내에서 거의 차단됨을 알 수 있다.Table 3 shows the gamma-ray shielding rate (dose rate was 368 mGy / h in attenuated transfer energy and reliability was within 5.5%) according to the thickness of tungsten flakes on 10mm polymer-bismuth tin composite sheet. In the almost identical calculations, tungsten flakes were placed on the polymer / bismuth-tin alloy composite sheet, indicating that the gamma-ray blocking effect acts as a barrier to the blocking effect of the two sheets. Assuming that a 10 mm thick polymer / bismuth-tin sheet is used, it can be seen that if the thickness of the tungsten sheet is 12 mm, the gamma rays used are almost blocked within the error range.
다른 예로 상기 고분자/비스무트-주석 합금 복합필름에 텅스텐 0.5 mm 박편을 단층 올린 경우와 이들을 2층 올린 경우 측정치 및 3층으로 하였을 경우 계산치를 아래 표4에 예시하였다.As another example, the measured values when the single layer of tungsten 0.5 mm flakes and the two layers of the polymer / bismuth-tin alloy composite film were raised are illustrated in Table 4 below.
표 4는 텅스텐 0.5 mm 박편을 고분자/비스무트-주석 복합 시트에 올렸을 때 복합 시트 두께 및 층수에 따른 감마선 차폐율 (선량율은 감쇠이전에너지로 368 mGy/h 이었으며 신뢰도는 5.5% 이내였다)을 나타낸 것으로 단층과 2층은 측정한 결과이며 3층은 계산값이다. 고분자/비스무트-주석 복합시트도 감마선 차단에 매우 효율적임을 알 수 있다.Table 4 shows the gamma-ray shielding rate (dose rate was 368 mGy / h as damping transfer energy and reliability was within 5.5%) when the tungsten 0.5 mm flakes were placed on the polymer / bismuth-tin composite sheet. The monolayer and the second layer are the measured results and the third layer is the calculated value. The polymer / bismuth-tin composite sheet is also found to be very effective in blocking gamma rays.
표 5는 1 mm 두께의 고분자/비스무트-주석 복합 (400phr) 필름에 텅스텐 필름 1 mm 박편을 다층 올릴 경우 감마선 차폐율 계산 결과(선량율은 감쇠이전에너지로 368 mGy/h 로 계산)를 나타낸 것으로 층수가 8층 이상이 되면 90% 이상의 감마선이 차단됨을 알 수 있다.Table 5 shows the results of calculating the gamma-ray shielding rate (dose rate calculated as 368 mGy / h as attenuated transfer energy) when 1 mm thick tungsten film was laminated on a 1 mm thick polymer / bismuth-tin composite (400phr) film. If more than 8 floors can be seen that more than 90% of gamma rays are blocked.
1: BiSn(함유) 직포, 2: 상층 텅스텐 박편, 3: 하층 텅스텐 박편1: BiSn (containing) woven fabric, 2: upper tungsten flakes, 3: lower tungsten flakes
Claims (12)
상기 복합수지를 필름 또는 시트 형태로 압출하거나, 섬유상으로 압출한 후 압출된 섬유를 직조하여 직물 형태로 직조하여 기재를 제조하는 기재 제조단계;
상기 기재의 표면에 소정의 모양과 일정한 간격을 가지고 배열되는 판상의 텅스텐 박편을 고정하는 텅스텐 박편 고정단계;
상기 기재와 고정되는 텅스텐 박편이 이루는 층이 교대로 적층되도록 다층으로 적층하되, 서로 인접한 층의 텅스텐 박편 간의 상호 위치는 박편의 중심이 서로 일치하지 않도록 배치하는 기재와 텅스텐 박편의 적층단계를 포함하되,
상기 기재와 텅스텐 박편의 적층단계는 일층의 박편 중심이 타층의 2 이상의 박편이 모여서 이루어지는 간격부에 위치하도록 하는 것을 특징으로 하는 다층구조의 고에너지 방사선 차폐재의 제조방법.A composite resin manufacturing step of kneading bismuth-tin alloy powder with a polymer resin to produce a composite resin;
A substrate manufacturing step of manufacturing the substrate by extruding the composite resin in the form of a film or a sheet, or extruding the fibrous form, and then weaving the extruded fibers to form a fabric;
A tungsten flake fixing step of fixing a plate-shaped tungsten flake which is arranged at a predetermined shape and at a predetermined interval on the surface of the substrate;
Wherein the layer formed by the tungsten flakes to be fixed to the substrate is laminated in multiple layers so as to alternately stacked, the mutual position between the tungsten flakes of the adjacent layers include the step of laminating the substrate and tungsten flakes arranged so that the center of the flakes do not coincide with each other. ,
Laminating step of the base material and the tungsten flakes is a method of manufacturing a high-energy radiation shielding material having a multi-layer structure, characterized in that the center of the flakes of one layer is located in the interval consisting of two or more flakes of the other layer.
상기 복합수지 제조단계는 고분자 수지 100 중량부에 대하여 비스무트-주석 합금 분말을 100 내지 500 중량부를 혼합하여 혼련하는 것을 특징으로 하는 다층구조의 고에너지 방사선 차폐재의 제조방법.The method according to claim 1,
The composite resin manufacturing step is a method for producing a high-energy radiation shielding material having a multi-layer structure, characterized in that by mixing 100 to 500 parts by weight of bismuth-tin alloy powder with respect to 100 parts by weight of the polymer resin.
상기 고분자 수지는 폴리에틸렌-프로필렌공중합체, 폴리스타이렌-부타디엔-스타이렌 공중합체, 폴리스타이렌-아이소프렌-스타이렌 공중합체, 폴리바이닐아세테이트(polyvinyl acetate), 폴리올레핀 엘라스토머(polyolefin elastomer), 폴리부타디엔, 폴리아이소프렌, 폴리카보네이트(polycarbonate) 및 EPDM 탄성체(Ethylene Propylene Diene Monomer)로 이루어진 군에서 선택되는 1 종의 고분자 수지 또는 2 종 이상의 혼합물인 것을 특징으로 하는 다층구조의 고에너지 방사선 차폐재의 제조방법.The method according to claim 1,
The polymer resin may be polyethylene-propylene copolymer, polystyrene-butadiene-styrene copolymer, polystyrene-isoprene-styrene copolymer, polyvinyl acetate, polyolefin elastomer, polybutadiene, polyisoprene, A method for producing a high energy radiation shielding material having a multilayer structure, characterized in that it is one kind of polymer resin or a mixture of two or more kinds selected from the group consisting of polycarbonate and EPDM elastomer.
상기 텅스텐 박편은 원형 또는 다각형인 것을 특징으로 하는 다층구조의 고에너지 방사선 차폐재의 제조방법.The method according to claim 1,
The tungsten flakes are a circular or polygonal manufacturing method of the high-energy radiation shielding material, characterized in that the.
상기 텅스텐 박편은 인접하는 텅스텐 박편 간의 간격이 텅스텐 박편의 두께보다 2배 이상의 거리로 이격되도록 기재에 고정하는 것을 특징으로 하는 다층구조의 고에너지 방사선 차폐재의 제조방법.The method according to claim 1,
The tungsten flakes are fixed to the substrate such that the distance between adjacent tungsten flakes are separated by a distance of at least two times the thickness of the tungsten flakes manufacturing method of a high-energy radiation shielding material having a multi-layer structure.
상기 기재의 층간에 삽입되고, 기재의 표면에 소정의 모양과 일정한 간격을 가지고 배열 및 고정되는 판상의 텅스텐 박편을 포함하여 이루어지고,
상기 기재와 고정되는 텅스텐 박편이 이루는 층이 교대로 적층되도록 다층으로 적층하되, 서로 인접한 층의 텅스텐 박편 간의 상호 위치는 박편의 중심이 서로 일치하지 않도록 배치되되,
상기 텅스텐 박편의 층간의 배열은 일층의 박편 중심이 타층의 2 이상의 박편이 모여서 이루어지는 간격부에 위치하는 것을 특징으로 하는 다층구조의 고에너지 방사선 차폐재.A substrate in the form of a film, sheet or fabric composed of bismuth-tin alloy powder and a polymer resin composed of multiple layers; And
A plate-shaped tungsten flake which is inserted between the layers of the substrate and arranged and fixed at a predetermined shape and at regular intervals on the surface of the substrate,
The layers formed by the tungsten flakes to be fixed to the substrate are laminated in multiple layers so as to be alternately stacked, the mutual position between the tungsten flakes of the adjacent layers are arranged so that the centers of the flakes do not coincide with each other,
The arrangement of the layers of the tungsten flakes is a multi-layer high energy radiation shielding material, characterized in that the center of the flakes of one layer is located in the interval consisting of two or more flakes of the other layer.
기 고분자 수지는 폴리에틸렌-프로필렌공중합체, 폴리스타이렌-부타디엔-스타이렌 공중합체, 폴리스타이렌-아이소프렌-스타이렌 공중합체, 폴리바이닐아세테이트(polyvinyl acetate), 폴리올레핀 엘라스토머(polyolefin elastomer), 폴리부타디엔, 폴리아이소프렌, 폴리카보네이트(polycarbonate) 및 EPDM 탄성체(Ethylene Propylene Diene Monomer)로 이루어진 군에서 선택되는 1 종의 고분자 수지 또는 2 종 이상의 혼합물인 것을 특징으로 하는 다층구조의 고에너지 방사선 차폐재.The method according to claim 7,
The base polymer resin may be polyethylene-propylene copolymer, polystyrene-butadiene-styrene copolymer, polystyrene-isoprene-styrene copolymer, polyvinyl acetate, polyolefin elastomer, polybutadiene, polyisoprene, A high-energy radiation shielding material having a multilayer structure, characterized in that one kind of polymer resin or a mixture of two or more kinds selected from the group consisting of polycarbonate and EPDM elastomer.
상기 텅스텐 박편은 인접하는 텅스텐 박편 간의 간격이 텅스텐 박편의 두께보다 2배 이상의 거리로 이격되도록 기재에 고정된 것을 특징으로 하는 다층구조의 고에너지 방사선 차폐재.The method according to claim 7,
The tungsten flakes are multi-layer high-energy radiation shielding material, characterized in that the interval between adjacent tungsten flakes is fixed to the substrate spaced at a distance more than twice the thickness of the tungsten flakes.
상기 다층구조의 고에너지 방사선 차폐재는 재단되어 방사선 차폐 보호복, 보호장구, 방사선 차폐용 포장막, 방사선 폐기물 포장용기 및 포장백 중에서 선택되는 어느 하나로 제조되는 것을 특징으로 하는 다층구조의 고에너지 방사선 차폐재.The method according to claim 7
The high-energy radiation shielding material of the multilayer structure is cut and manufactured by any one selected from radiation shielding protective clothing, protective equipment, radiation shielding packaging film, radiation waste packaging container and packaging bag. .
상기 다층구조의 고에너지 방사선 차폐재는 재단되어 저에너지 방사선(X-선) 차폐용 보호복, 보호장구 및 차단막 중에서 선택되는 어느 하나로 제조되는 것을 특징으로 하는 다층구조의 고에너지 방사선 차폐재.The method according to claim 7
The high-energy radiation shielding material of the multi-layered structure, characterized in that the cut is made of any one selected from low-energy radiation (X-ray) shielding protective clothing, protective equipment and barrier film.
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