KR102122993B1 - Neutron shielding material and manufacturing method thereof - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시예는 에폭시 수지 20~30중량부; 아민계 경화제 10~20중량부; 티탄계 또는 실리콘계 표면 처리제로 표면 처리된 수산화 알루미늄과 붕산아연 50~65중량부; 폴리올레핀계 수지로 표면 처리된 탄화 붕소 1~7중량부; 및 보레이티드 그레핀과 밀도 증가제 0.1~15중량부;를 포함하는 보론이 도핑된 그레핀을 이용한 중성자 차폐재 조성물과 그 제조 방법을 제공한다.One embodiment of the present invention is an epoxy resin 20 to 30 parts by weight; 10-20 parts by weight of an amine-based curing agent; 50 to 65 parts by weight of aluminum hydroxide and zinc borate surface-treated with a titanium- or silicon-based surface treatment agent; 1 to 7 parts by weight of boron carbide surface-treated with a polyolefin-based resin; And borated graphene and a density increasing agent 0.1 to 15 parts by weight; provides a neutron shielding composition using a boron-doped graphene and a method of manufacturing the same.

Description

보론이 도핑된 그레핀을 이용한 중성자 차폐재 조성물 및 그 제조방법{NEUTRON SHIELDING MATERIAL AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}Composition of neutron shielding material using boron-doped graphene and its manufacturing method{NEUTRON SHIELDING MATERIAL AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}

본 발명은 그레핀을 이용한 중성자 차폐성능을 향상시킨 조성물과 그 제조 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 중성자 차폐성능의 향상과 내열성 및 열전도성이 우수한 중성자 차폐재 조성물 및 그 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a composition having improved neutron shielding performance using graphene and a method of manufacturing the same, and more particularly, to an neutron shielding material composition having an improved neutron shielding performance and excellent heat resistance and thermal conductivity, and a method for manufacturing the same.

중성자는 방사성 물질의 수송 및 저장 용기, 핵연료 재처리 공장, 원자로, 액체 금속로, 의료용 장비 또는 장치 등으로부터 발생되는데, 에너지가 높고 투과력이 강하며, (n, γ) 반응에 의한 2차 감마선을 발생시켜 인체에 장애를 주기 때문에 중성자를 안전하게 차폐할 수 있는 중성자 차폐재 조성물에 대한 필요성이 대두되고 있다.Neutrons are generated from the transport and storage of radioactive materials, nuclear fuel reprocessing plants, nuclear reactors, liquid metal furnaces, medical equipment or devices, etc., which have high energy, high permeability, and (n, γ) secondary gamma rays by reaction. Since it occurs and impairs the human body, there is a need for a neutron shielding material composition capable of safely shielding neutrons.

중성자는 붕소에 의해서 흡수되는 것으로 알려져 있으나, 붕소가 중성자를 흡수하기 위해서는 중성자를 감속시킬 필요가 있다. 중성자를 감속시키기 위한 물질로 수소가 최적인 것으로 알려져 있는데, 수소 원자가 중성자 중의 고속 중성자와 충돌하여 에너지를 흡수함으로써, 중성자를 효과적으로 감속시킨다. 따라서, 중성자 차폐재 조성물은 수소와 붕소를 많이 포함할수록 효과적인 중성자 차폐가 가능할 수 있다.It is known that neutrons are absorbed by boron, but in order for boron to absorb neutrons, it is necessary to slow down the neutrons. Hydrogen is known as an optimal material for decelerating neutrons, and hydrogen atoms collide with high-speed neutrons in neutrons to absorb energy, thereby effectively decelerating neutrons. Therefore, the more the neutron shielding material composition contains hydrogen and boron, the more effective the neutron shielding may be.

이 때문에, 차폐재 조성물의 재료로 수소 밀도가 높은 물질인 물의 사용이 제안되어 왔으나, 액체이기 때문에 취급이 곤란하고, 특히, 수송과 저장을 목적으로 하는 캐스크(Cask)에는 적합하지 않고, 100℃ 이상에 달하는 캐스크 내에서 비등을 억제하는 것이 곤란하다는 문제점이 있다.For this reason, it has been proposed to use water, which is a material having a high hydrogen density, as a material for the shielding material composition, but it is difficult to handle because it is a liquid. In particular, it is not suitable for casks for transportation and storage purposes, and is 100°C. There is a problem that it is difficult to suppress boiling in the cask reaching the above.

또한, 중성자가 발생할 때 붕괴 열을 발생시키기 때문에, 캐스크에 밀폐되면 발열하여 내부가 고온이 된다. 따라서, 캐스크는 온도 상승에 따른 부피 팽창을 대비한 열이 빠져 나가는 여러 개의 핀이 설계 되어있지만 여분의 공간이 필요하며, 이 여분의 공간은 중성자 차폐 효과를 고려하여 복잡한 구조로 만들어야 한다. 이로 인해, 캐스크의 두께 및 무게가 증가하게 되고 캐스크의 용량(payload)는 감소하는 단점이 발생한다.In addition, since decay heat is generated when neutrons are generated, heat is generated when the cask is sealed, and the inside becomes high temperature. Therefore, the cask has several fins designed to escape heat in preparation for volume expansion due to temperature rise, but requires extra space, and this extra space must be made into a complex structure in consideration of the neutron shielding effect. Due to this, the thickness and weight of the cask increases and the capacity (payload) of the cask decreases.

따라서, 캐스크의 용량 확보를 위해 캐스크의 확장이 필수적으로 이루어져야 한다. 그러나, 캐스크의 확장 시 중성자 차폐재의 열전도성, 내열성, 및 중성자 흡수 성능을 구현하기 어려우므로, 이러한 문제점을 해결하기 위한 연구 개발이 필요하다.Therefore, in order to secure the capacity of the cask, the cask must be expanded. However, when the cask is expanded, it is difficult to implement the thermal conductivity, heat resistance, and neutron absorption performance of the neutron shielding material, so research and development are needed to solve these problems.

본 발명은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 그래핀에 보론 원자를 도핑 함으로 저속 중성자 흡수능을 향상시키고 열전도성, 내열성이 우수하고 중성자를 효과적으로 흡수할 수 있는 중성자 차폐재 조성물과 그 제조 방법을 제공하는 것이다.The present invention is to solve the problems of the prior art described above, the object of the present invention is to improve the low-speed neutron absorption capacity by doping boron atoms in graphene, excellent thermal conductivity, heat resistance, and a neutron shielding material that can effectively absorb neutrons It is to provide a composition and its manufacturing method.

상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 에폭시 수지 20~30중량부; 아민계 경화제 10~20중량부; 티탄계 또는 실리콘계 표면 처리제로 표면 처리된 수산화 알루미늄과 붕산아연 50~65중량부; 폴리올레핀계 수지로 표면 처리된 탄화 붕소 1-7중량부; 및 보레이티드 그레핀과 밀도 증가제 0.1~15중량부;를 포함하고, 상기 밀도 증가제는 금속 분말, 금속 산화물 분말 또는 이들의 혼합물이며, 상기 보레이티드 그레핀과 상기 밀도 증가제는 각각 20~80 : 80~20의 중량비로 혼합된다. In order to achieve the above object, the present invention is an epoxy resin 20 to 30 parts by weight; 10-20 parts by weight of an amine-based curing agent; 50 to 65 parts by weight of aluminum hydroxide and zinc borate surface-treated with a titanium- or silicon-based surface treatment agent; 1-7 parts by weight of boron carbide surface-treated with a polyolefin-based resin; And 0.1 to 15 parts by weight of borated graphene and a density increasing agent; and the density increasing agent is a metal powder, a metal oxide powder, or a mixture thereof, and the borated graphene and the density increasing agent are 20 to 20, respectively. 80: It is mixed in a weight ratio of 80 to 20.

상기 에폭시 수지가 비스페놀 A형 에폭시 수지와 수첨된 에폭시 수지 등에 알킬 C10-C15인 글리시딜 에테르(Glycidal ether)를 혼합한 것을 특징으로 한다. The epoxy resin is characterized in that a mixture of bisphenol A type epoxy resin and hydrogenated epoxy resin, alkyl glycidyl ether (Clycyl ether) (Glycidal ether).

상기 아민계 경화제가 폴리아미도아민, 폴리에테르디아민, 폴리옥시프로필렌디아민, 트리에틸렌 테트라아민, 및 이들 경화제와 톨유 지방산을 반응한 반응물 이들 중 2 이상의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나인 것을 특징으로 한다. It characterized in that the amine-based curing agent is one selected from the group consisting of polyamidoamine, polyetherdiamine, polyoxypropylenediamine, triethylene tetraamine, and reactants reacting these curing agents with tall oil fatty acids, and a mixture of two or more of these. .

상기 티탄계 표면 처리제로 표면 처리된 수산화 알루미늄의 평균 입도가 1.0㎛ 내지 40㎛인 것을 특징으로 한다. It characterized in that the average particle size of the aluminum hydroxide surface-treated with the titanium-based surface treatment agent is 1.0㎛ to 40㎛.

상기 실리콘계 표면 처리제로 표면 처리된 수산화 알루미늄의 평균 입도가 15㎛ 내지 30㎛인 것을 특징으로 한다. It characterized in that the average particle size of the aluminum hydroxide surface-treated with the silicon-based surface treatment agent is 15㎛ to 30㎛.

상기 폴리올레핀계 수지가 폴리프로필렌인 것을 특징으로 한다. It is characterized in that the polyolefin-based resin is polypropylene.

상기 밀도 증가제가 금속 분말, 금속 산화물 분말, 또는 이들의 혼합물인 것을 특징으로 한다. The density increasing agent is characterized in that the metal powder, metal oxide powder, or a mixture thereof.

본 발명의 다른 특징에 따르면, 본 발명은 (a) 에폭시 수지 20~30중량부, 및 티탄계 또는 실리콘계 표면 처리제로 표면 처리된 수산화 알루미늄과 붕산아연 50~65 중량부를 혼합하여 제1 혼합물을 제조하는 단계; (b) 아민계 경화제 10~20 중량부, 폴리올레핀계 수지로 표면 처리된 탄화 붕소 1~7 중량부를 혼합하여 제2 혼합물을 제조하는 단계; (c) 보레이티드 그레핀과 밀도 증가제 0.1~15 중량부, 및 분산제 1~10 중량부를 혼합하여 제3 혼합물을 제조하는 단계; (d) 상기 제3 혼합물의 50~60 중량%와 상기 제1 혼합물을 혼합하여 제4 혼합물을 제조하는 단계; (e) 상기 제3 혼합물의 잔량과 상기 제2 혼합물을 혼합하여 제5 혼합물을 제조하는 단계; (f) 상기 제4 및 제5 혼합물을 혼합하는 단계;를 포함한다. .According to another feature of the present invention, the present invention is prepared by mixing (a) 20 to 30 parts by weight of an epoxy resin, and 50 to 65 parts by weight of aluminum hydroxide and zinc borate surface-treated with a titanium- or silicon-based surface treatment agent. To do; (b) 10 to 20 parts by weight of the amine curing agent, 1 to 7 parts by weight of boron carbide surface-treated with a polyolefin resin to prepare a second mixture; (c) preparing a third mixture by mixing borated graphene with 0.1-15 parts by weight of a density increasing agent, and 1-10 parts by weight of a dispersing agent; (d) preparing a fourth mixture by mixing 50-60% by weight of the third mixture with the first mixture; (e) mixing the remaining amount of the third mixture and the second mixture to prepare a fifth mixture; (f) mixing the fourth and fifth mixtures. .

상기 (a) 단계에서의 온도를 35℃ 내지 45℃로 조절한다. The temperature in step (a) is adjusted to 35°C to 45°C.

상기 (b) 단계에서의 온도를 20℃ 내지 30℃로 조절한다. The temperature in step (b) is adjusted to 20°C to 30°C.

본 발명의 일 측면에 따른 중성자 차폐재 조성물은, 보레이티드 그레핀, 왁시 에폭시 수지, 아민계 경화제, 티탄계 표면 처리제로 표면 처리된 수산화 알루미늄과 붕산아연 50~65 나노 탄화 붕소, 및 나노 텅스텐 밀도 증가제를 포함하여 한정된 방폐 면적 내에서 열전도성과 내열성 및 중성자 흡수 능력을 극대화할 수 있을 뿐만 아니라 감마선을 차폐할 수 있는 효과가 있다.The neutron shielding material composition according to an aspect of the present invention, borated graphene, wax epoxy resin, amine-based curing agent, titanium hydroxide surface treatment with aluminum hydroxide and zinc borate 50-65 nano boron carbide, and nano tungsten density increase In addition to maximizing thermal conductivity, heat resistance, and neutron absorption ability within a limited shielding area including agents, there is an effect of shielding gamma rays.

또한, 열전도성 및 내열성의 향상으로 공지된 캐스크의 문제점인 방열성이 향상되어 방열 핀 수를 줄 일수도 있고, 사용 후 핵 연료의 저장 시스템 확장이 가능하므로 제작 비용의 감소, 등 경제성을 제고할 수 있다.In addition, the improved thermal conductivity and heat resistance can improve the heat dissipation, which is a problem of known casks, to reduce the number of heat dissipation fins, and it is possible to expand the storage system of nuclear fuel after use. Can be.

본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.It should be understood that the effects of the present invention are not limited to the above-described effects, and include all effects that can be deduced from the configuration of the invention described in the detailed description or claims of the present invention.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 중성자 차폐재 조성물의 제조 방법을 도식화한 개념도.
도 2는 도 1에 도시된 중성자 차폐재 조성물의 제조방법을 순서대로 도시한 순서도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 실리콘계 표면 처리제로 표면 처리된 수산화 알루미늄의 TGA(Thermogravimetric analysis, 열 중량 분석) 그래프
도 4는 본 발명 실시례를 구성하는 B4C의 SEM이미지.
도 5는 본 발명 실시례를 구성하는 보레이티드 그레핀 SEM의 이미지.
1 is a conceptual diagram schematically showing a method of manufacturing a neutron shielding material composition according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a flowchart sequentially showing a method of manufacturing the neutron shielding material composition shown in FIG. 1.
Figure 3 is a TGA (Thermogravimetric analysis, thermal weight analysis) graph of aluminum hydroxide surface-treated with a silicon-based surface treatment agent according to an embodiment of the present invention
Figure 4 is a SEM image of B4C constituting an embodiment of the present invention.
5 is an image of a borated graphene SEM constituting an embodiment of the present invention.

이하, 본 발명의 일부 실시례들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 실시례를 설명함에 있어, 관련된 공지구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 실시례에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.Hereinafter, some embodiments of the present invention will be described in detail through exemplary drawings. It should be noted that in adding reference numerals to the components of each drawing, the same components have the same reference numerals as possible even though they are displayed on different drawings. In addition, in describing the embodiments of the present invention, when it is determined that detailed descriptions of related well-known structures or functions interfere with the understanding of the embodiments of the present invention, detailed descriptions thereof will be omitted.

이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

이하, 본 발명의 일부 실시례들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 실시례를 설명함에 있어, 관련된 공지구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 실시례에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.Hereinafter, some embodiments of the present invention will be described in detail through exemplary drawings. It should be noted that in adding reference numerals to the components of each drawing, the same components have the same reference numerals as possible even though they are displayed on different drawings. In addition, in describing the embodiments of the present invention, when it is determined that detailed descriptions of related well-known structures or functions interfere with the understanding of the embodiments of the present invention, detailed descriptions thereof will be omitted.

이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

(중성자 차폐재 조성물)(Neutron shielding material composition)

본 발명의 일 측면은 에폭시 수지 20~30중량부; 아민계 경화제 10~20중량부; 티탄계 또는 실리콘계 표면 처리제로 표면 처리된 수산화 알루미늄과 붕산아연 50~65중량부; 폴리올레핀계 수지로 표면 처리된 탄화 붕소 1~7중량부; 및 보레이티드 그레핀과 밀도 증가제 0.1~15중량부;를 포함하는 중성자 차폐재 조성물을 제공한다.One aspect of the present invention is an epoxy resin 20 to 30 parts by weight; 10-20 parts by weight of an amine-based curing agent; 50 to 65 parts by weight of aluminum hydroxide and zinc borate surface-treated with a titanium- or silicon-based surface treatment agent; 1 to 7 parts by weight of boron carbide surface-treated with a polyolefin-based resin; And 0.1 to 15 parts by weight of borated graphene and a density increasing agent.

상기 중성자 차폐재 조성물은 고분자를 주제로 하여 제조될 수 있으며, 이러한 고분자 주제로는 내열성이 우수한 에폭시 수지가 사용될 수 있다. 또한, 상기 에폭시 수지는 일반적으로 액상의 형태로 사용되며, 경화제와 혼합 시 상온에서 주형성이 우수한 장점이 있다.The neutron shielding material composition may be prepared based on a polymer, and an epoxy resin having excellent heat resistance may be used as the polymer subject. In addition, the epoxy resin is generally used in the form of a liquid, when mixed with a curing agent has the advantage of excellent moldability at room temperature.

상기 에폭시 수지는 비스페놀 A형, 브롬화 비스페놀, 비스페놀 F형, 페놀 노블락형, 등에 알킬 C10-C15인 글리시딜 에테르(Glycidal ether) 혹은 글리시딜 아민형을 혼합한 다양한 종류가 사용될 수 있으나, 바람직하게는, 다른 에폭시 수지에 비해 상대적으로 다량의 수소 원자를 함유하고, 상기 수소 원자에 중성자가 충돌하여 많은 에너지를 상실시켜 중성자를 차폐 안정성이 우수한 비스페놀 A형 에폭시 수지에 글리시딜 에테르 와 글리시딜 아민을 혼합 사용될 수 있다.As the epoxy resin, various types of a mixture of glycidyl ether or glycidyl amine type of alkyl C10-C15 may be used, such as bisphenol A type, bisphenol brominated, bisphenol F type, phenol noblock type, and the like. In comparison, glycidyl ether and glycidyl are contained in a bisphenol A-type epoxy resin having superior shielding stability by containing a relatively large amount of hydrogen atoms compared to other epoxy resins, and neutrons collide with the hydrogen atoms to lose a lot of energy. Dill amines can be used mixed.

상기 비스페놀 A형 에폭시 수지는 액상 프리폴리머에 알리페틱 그리시딜 에테르(Aliphatic glycidyl ether), 부틸 그리시딜 에테르(Butyle glycidyl ether), 또는 이들의 혼합물과 혼합하여 사용할 수 있다. 이들을 혼합하여 사용함으로써, 비스페놀 A형 에폭시 수지를 단독으로 사용하는 경우에 비해 우수한 작업성을 얻을 수 있다.The bisphenol A-type epoxy resin may be used in a liquid prepolymer by mixing it with Aliphatic glycidyl ether, Butyl glycidyl ether, or mixtures thereof. By mixing and using these, excellent workability can be obtained compared with the case where bisphenol A type epoxy resin is used alone.

또한, 상기 중성자 차폐재 조성물에서 상기 에폭시 수지의 함량이 20~30중량부일 수 있다. 상기 에폭시 수지의 함량이 20중량부 미만이면 중성자 차폐재 조성물의 점도가 상승하여 혼합 시 기공이 과다하게 발생하여 균질도와 주형성이 저하될 수 있고, 30중량부 초과이면 그 외 물질들의 ?t량이 상대적으로 적어져 요구되는 수준의 난연성 및 기계적 강도를 구현할 수 없다.In addition, the content of the epoxy resin in the neutron shielding material composition may be 20 to 30 parts by weight. When the content of the epoxy resin is less than 20 parts by weight, the viscosity of the neutron shielding material composition rises, and excessive mixing may result in deterioration of homogeneity and moldability. If it exceeds 30 parts by weight, ?t of other materials is relatively As it is written, the required level of flame retardancy and mechanical strength cannot be achieved.

한편, 상기 중성자 차폐재 조성물은 에폭시 수지와 반응하여 가교 구조를 형성하는 경화제를 포함할 수 있으며, 상기 경화제는 아민계 경화제일 수 있다. 상기 경화제는 액상의 에폭시 수지를 경화시키는데 사용되는 것으로서, 상기 아민계 경화제 또한 수소 함량이 많아 중성자 차폐 성능이 더욱 강화될 수 있다.Meanwhile, the neutron shielding material composition may include a curing agent that reacts with an epoxy resin to form a crosslinked structure, and the curing agent may be an amine-based curing agent. The curing agent is used to cure the liquid epoxy resin, and the amine-based curing agent also has a high hydrogen content, so that the neutron shielding performance can be further enhanced.

상기 아민계 경화제가 폴리아미도아민, 폴리에테르디아민, 폴리옥시프로필렌디아민, 및 트리에틸렌 테트라아민, 및 이들 경화제와 톨유 지방산을 반응한 반응물 이들 중 2 이상의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나일 수 있으며, 이러한 아민계 경화제는 지방산(Fatty acid), 테트라에틸렌 펜타민(Tetraethyene pentamine), 또는 이들의 혼합물을 탈수 중합하여 제조될 수 있다.The amine-based curing agent may be one selected from the group consisting of polyamidoamine, polyetherdiamine, polyoxypropylenediamine, and triethylene tetraamine, and reactants reacting these curing agents with tall oil fatty acids, and a mixture of two or more of them, The amine-based curing agent may be prepared by dehydrating a fatty acid (Fatty acid), tetraethylene pentamine (Tetraethyene pentamine), or a mixture thereof.

상기 아민계 경화제의 함량이 10~20 중량부일 수 있으며, 10 중량부 미만이면 경화 효과가 미약할 수 있고, 20 중량부 초과이면 경화 속도가 과도하게 빨라져 충분한 작업 시간이 확보될 수 없다.The content of the amine-based curing agent may be 10 to 20 parts by weight, and if it is less than 10 parts by weight, the curing effect may be weak, and when it exceeds 20 parts by weight, the curing speed is excessively fast, and sufficient working time cannot be secured.

상기 중성자 차폐재 조성물은 난연제를 포함할 수 있다. 상기 난연제는 수산화 알루미늄일 수 있고, 바람직하게는, 티탄계 또는 실리콘계 표면 처리제로 표면 처리된 수산화 알루미늄일 수 있다.The neutron shielding material composition may include a flame retardant. The flame retardant may be aluminum hydroxide, preferably, aluminum hydroxide surface-treated with a titanium-based or silicon-based surface treatment agent.

상기 난연제는 유기계 난연제와 무기계 난연제가 있으며, 상기 무기계 난연제는 유기계 난연제와 달리 열에 의해 휘발되지 않고, 분해되어 H2O, CO2, SO2, HCl과 같은 불연성 기체를 방출하여 대부분 흡열 반응이 일어난다.The flame retardant has an organic flame retardant and an inorganic flame retardant, and unlike the organic flame retardant, the inorganic flame retardant is not volatilized by heat and decomposes to release non-combustible gases such as H 2 O, CO 2, SO 2 and HCl, and most endothermic reactions occur.

또한, 기체상에서는 가연성 기체를 희석시키며, 플라스틱 표면을 도포하여 산소의 접근을 방지하고 동시에, 고체상 표면에서 흡열 반응을 통해 플라스틱 냉각 및 열분해 생성물의 생성을 감소시키는 효과가 있다.In addition, in the gas phase, there is an effect of diluting the combustible gas, preventing the access of oxygen by applying the plastic surface, and at the same time, reducing the production of plastic cooling and pyrolysis products through an endothermic reaction on the solid phase surface.

상기 무기계 난연제 중에서 수산화 알루미늄이 가격이 저렴하고 플라스틱에 쉽게 투입될 수 있어 널리 사용되고 있다. 상기 수산화 알루미늄은 35%의 물을 함유하고 있는 결정수형 화합물로서 화재 시, 유독 가스가 발생되지 않고, 자기 소화성을 가지고 있다.Among the inorganic flame retardants, aluminum hydroxide is widely used because it is inexpensive and can be easily put into plastics. The aluminum hydroxide is a crystalline water-type compound containing 35% water, and in case of fire, no toxic gas is generated and self-extinguishing.

반면, 상기 수산화 알루미늄의 열분해 온도가 약 200℃ 이므로 가공 온도가 낮은 플라스틱에만 사용 가능하다는 단점이 있다. 따라서, 상기 수산화 알루미늄을 티탄계 또는 실리콘계 표면 처리제로 표면 처리하여 사용할 수 있다.On the other hand, since the thermal decomposition temperature of the aluminum hydroxide is about 200°C, there is a disadvantage that it can be used only for plastics having a low processing temperature. Therefore, the aluminum hydroxide can be used by surface treatment with a titanium-based or silicon-based surface treatment agent.

상기 티탄계 또는 실리콘계 표면 처리제로 표면 처리된 수산화 알루미늄은 분산성 및 혼련성이 우수하여 에폭시 수지의 점도를 저하시킬 수 있고, 이에 따라, 상기 중성자 차폐재 조성물의 제조 시 작업성이 개선될 수 있다.The aluminum hydroxide surface-treated with the titanium-based or silicon-based surface treatment agent may have excellent dispersibility and kneading properties, thereby lowering the viscosity of the epoxy resin, and accordingly, workability may be improved when manufacturing the neutron shielding material composition.

예를 들어, 상기 티탄계 및 실리콘계 표면 처리제가 금속 또는 비금속 자체이거나 이들의 산화물일 수 있고, 바람직하게는, 각각 이산화티탄(TiO2) 및 이산화규소(SiO2)일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 수산화 알루미늄, 구체적으로, 분말 상의 수산화 알루미늄을 산화물 형태의 표면 처리제를 사용하여 표면 처리하는 경우, 분말의 표면에 산화물 층이 형성될 수 있다.For example, the titanium- and silicon-based surface treatment agent may be a metal or a non-metal itself or an oxide thereof, preferably titanium dioxide (TiO2) and silicon dioxide (SiO2), respectively, but is not limited thereto. When the aluminum hydroxide, specifically, the aluminum hydroxide on the powder is surface-treated using an oxide-type surface treatment agent, an oxide layer may be formed on the surface of the powder.

또한, 상기 티탄계 또는 실리콘계 표면 처리된 수산화 알루미늄의 ?t량이 50~65중량부일 수 있다. 상기 표면 처리된 수산화 알루미늄의 함량이 50 중량부 미만이면 내열성이 저하될 수 있고, 65 중량부 초과이면 우수한 내열성을 확보할 수 있으나 그 외 물질들의 함량이 상대적으로 적어져 중성자 차폐 성능이 저하될 수 있다.In addition, ?t amount of the titanium- or silicon-based surface-treated aluminum hydroxide may be 50 to 65 parts by weight. If the content of the surface-treated aluminum hydroxide is less than 50 parts by weight, heat resistance may be deteriorated, and if it is more than 65 parts by weight, excellent heat resistance may be secured, but neutron shielding performance may be deteriorated due to relatively low content of other materials. have.

일반적으로, 상기 수산화 알루미늄은 분말 형태로 사용되는 것이 바람직하며, 상기 티탄계 표면 처리제로 표면 처리된 수산화 알루미늄의 평균 입도가 1.0㎛ 내지 40㎛일 수 있다. 상기 티탄계 표면 처리제로 표면 처리된 수산화 알루미늄의 평균 입도가 1.0㎛ 미만이면 점도가 상승하여 혼련에 많은 시간이 소요될 수 있고, 40㎛ 초과이면 상기 수산화 알루미늄의 표면적이 작아져 내열성이 저하될 수 있다.In general, the aluminum hydroxide is preferably used in a powder form, the average particle size of the aluminum hydroxide surface-treated with the titanium-based surface treatment agent may be 1.0㎛ to 40㎛. If the average particle size of the aluminum hydroxide surface-treated with the titanium-based surface treatment agent is less than 1.0 µm, viscosity may increase, so that kneading may take a lot of time, and if it exceeds 40 µm, the surface area of the aluminum hydroxide may be reduced and heat resistance may deteriorate. .

또한, 상기 실리콘계 표면 처리제로 표면 처리된 수산화 알루미늄의 평균 입도가 15㎛ 내지 30㎛일 수 있다. 상기 실리콘계 표면 처리제로 표면 처리된 수산화 알루미늄의 평균 입도가 15㎛ 미만이면 점도가 상승하여 혼련에 많은 시간이 소요될 수 있고, 30㎛ 초과이면 상기 수산화 알루미늄의 표면적이 작아져 내열성이 저하될 수 있다.In addition, the average particle size of the aluminum hydroxide surface-treated with the silicon-based surface treatment agent may be 15 μm to 30 μm. If the average particle size of the aluminum hydroxide surface-treated with the silicon-based surface treatment agent is less than 15 μm, viscosity may increase, which may take a lot of time for kneading, and if it exceeds 30 μm, the surface area of the aluminum hydroxide may be small and heat resistance may deteriorate.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 실리콘계 표면 처리제로 표면 처리된 수산화 알루미늄의 TGA(Thermogravimetric analysis, 열 중량 분석) 그래프이다. 도 2를 참조하면, 검은색 실선으로 나타낸 실리콘계 표면 처리제로 표면 처리된 수산화 알루미늄이 그 외 표면 처리되지 않은 수산화 알루미늄보다 열분해 온도가 더 높은 것을 알 수 있다. 구체적으로, 표면 처리 및 표면 미처리 수산화 알루미늄의 열분해 거동은 비슷한 온도에서 시작되나, 열분해가 진행됨에 따라 그 격차가 벌어진다. 예를 들어, 약 10%의 중량 손실이 발생하는 온도를 비교해보면, 표면 처리된 수산화 알루미늄이 약 340℃인 반면에, 그 외 표면 미처리 수산화 알루미늄은 약 310~320℃로 나타나, 현저한 차이를 보이므로 표면 처리된 수산화 알루미늄의 내열성이 우수함을 확인할 수 있다.3 is a TGA (Thermogravimetric analysis) graph of aluminum hydroxide surface-treated with a silicon-based surface treatment agent according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 2, it can be seen that aluminum hydroxide surface-treated with a silicon-based surface treatment agent indicated by a solid black line has a higher thermal decomposition temperature than aluminum hydroxide not treated with other surfaces. Specifically, the thermal decomposition behavior of the surface treated and untreated aluminum hydroxide starts at a similar temperature, but the gap widens as the thermal decomposition progresses. For example, when comparing the temperature at which a weight loss of about 10% occurs, the surface-treated aluminum hydroxide is about 340°C, while the other untreated aluminum hydroxide is about 310 to 320°C, showing a significant difference. Therefore, it can be confirmed that the heat resistance of the surface-treated aluminum hydroxide was excellent.

상기 중성자 차폐재 조성물은 중성자 흡수제로서, 폴리올레핀계 수지로 표면 처리된 탄화 붕소를 포함하여 제조될 수 있다.The neutron shielding material composition is a neutron absorber, and may be prepared by including boron carbide surface-treated with a polyolefin-based resin.

상기 중성자 흡수제로는 붕소 화합물이 사용될 수 있고, 상기 붕소 화합물은 탄화 붕소, 질화 붕소, 무수 붕산, 붕소철, 회붕석, 오르토 붕산, 메타 붕산,붕산아연, 및 이들 중 2 이상의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나일 수 있다.A boron compound may be used as the neutron absorber, and the boron compound is from a group consisting of boron carbide, boron nitride, boric anhydride, iron boron, calcite, orthoboric acid, metaboric acid, zinc borate, and mixtures of two or more of them. It may be the one chosen.

특히, 탄화 붕소는 중성자를 포획하는 붕소의 함량이 높아서 저속 중성자 또는 열중성자를 흡수하는 중성자 차폐 성능이 우수하고, 상기 탄화 붕소가 중성자로 조사될 때, 고준위의 2차 방사선이나 2차 부산물을 발생시키지 않는다.In particular, boron carbide has a high content of neutron trapping neutrons, so it has excellent neutron shielding performance to absorb low-speed neutrons or thermal neutrons, and when the boron carbide is irradiated with neutrons, it generates high-level secondary radiation or secondary by-products. Do not order.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 폴리올레핀계 수지로 표면 처리된 탄화 붕소(B4C)의 SEM 이미지이다.4 is an SEM image of boron carbide (B4C) surface-treated with a polyolefin-based resin according to an embodiment of the present invention.

도 4를 참조하면, 상기 탄화 붕소는 다량의 수소 원자를 함유한 탄화수소계 물질인 폴리올레핀계 수지로 표면 처리될 수 있다. 상기 폴리올레핀계 수지는 상기 중성자 차폐재 조성물 내 수소 함량을 증가시키기 위해 사용되며, 바람직하게는, 상기 폴리올레핀계 수지가 폴리프로필렌 수지일 수 있다.Referring to FIG. 4, the boron carbide may be surface treated with a polyolefin-based resin that is a hydrocarbon-based material containing a large amount of hydrogen atoms. The polyolefin-based resin is used to increase the hydrogen content in the neutron shielding material composition, and preferably, the polyolefin-based resin may be a polypropylene resin.

상기 폴리프로필렌 수지의 평균 입도는 70㎛ 내지 160㎛일 수 있다. 상기 폴리프로필렌 수지의 평균 입도가 70㎛ 미만이면 점도가 과도하게 상승하여 혼련이 어려울 수 있고, 160㎛ 초과이면 상기 폴리프로필렌 수지의 부피가 커져 표면 처리의 균일성이 떨어질 수 있다.The average particle size of the polypropylene resin may be 70㎛ to 160㎛. If the average particle size of the polypropylene resin is less than 70 μm, the viscosity may rise excessively, and kneading may be difficult. If it is more than 160 μm, the volume of the polypropylene resin may increase, resulting in poor uniformity of surface treatment.

또한, 상기 폴리올레핀계 수지로 표면 처리된 탄화 붕소 입자의 평균 입도가 80㎛ 내지 100㎛일 수 있다. 상기 탄화 붕소의 크기를 나노화하면 분산성을 향상시킬 수 있고, 수소 밀도를 높이는 동시에 붕소 함량을 높일 수 있다.In addition, the average particle size of the boron carbide particles surface-treated with the polyolefin-based resin may be 80 μm to 100 μm. Nano-sizing the size of the boron carbide can improve dispersibility, increase hydrogen density and increase boron content.

상기 폴리올레핀계 수지로 표면 처리된 탄화 붕소의 함량은 1~7 중량부일 수 있다. 상기 폴리올레핀계 수지로 표면 처리된 탄화 붕소의 함량이 1 중량부 미만이면 중성자 차폐 성능이 저하될 수 있고, 7 중량부 초과이면 상기 에폭시 수지와의 주조성과 균질성이 저하될 수 있다.The content of boron carbide surface-treated with the polyolefin-based resin may be 1 to 7 parts by weight. If the content of boron carbide surface-treated with the polyolefin-based resin is less than 1 part by weight, neutron shielding performance may be deteriorated, and if it is more than 7 parts by weight, castability and homogeneity with the epoxy resin may be reduced.

한편, 상기 중성자 차폐재 조성물은 보레이티드 그레핀과 밀도 증가제를 포함할 수 있다. 그래핀은 탄소 원자들이 육각형 모양으로 연결된 구조를 가지는 탄소 동소체이며, 원자 수준의 두께와 2차원 판상 구조로 넓은 표면적을 가지며 우수한 기계적 특성, 전기 전도성, 및 열전도성을 가진다. 특히, 단일층 그래핀의 경우 낮은 발열량, 우수한 전하 이동도, 전류 밀도, 내화학성, 유연성, 신축성, 약 5,000W/mK의 뛰어난 열전도도를 나타낸다.Meanwhile, the neutron shielding material composition may include borated graphene and a density increasing agent. Graphene is a carbon allotrope having a structure in which carbon atoms are connected in a hexagonal shape, and has an atomic-level thickness and a large surface area with a two-dimensional plate-like structure, and has excellent mechanical properties, electrical conductivity, and thermal conductivity. In particular, single-layer graphene exhibits low heat generation, excellent charge mobility, current density, chemical resistance, flexibility, elasticity, and excellent thermal conductivity of about 5,000 W/mK.

한편, 그래핀은 산화물의 형태일 때 다양한 분야에 응용이 가능하다. 상기 그래핀은 흑연의 각 그래핀 층을 박리시켜 얻을 수 있는데, 그래핀 층 사이의 반데르발스 힘에 의해 박리 자체가 용이하지 않을 뿐만 아니라, 열역학적으로 불안정하여 그래핀 간 스스로 뭉쳐지는 경우가 발생하기 쉽다.Meanwhile, graphene is applicable to various fields when it is in the form of an oxide. The graphene can be obtained by exfoliating each graphene layer of graphite, and it is not easy to peel itself due to the van der Waals force between the graphene layers, and it is thermodynamically unstable, resulting in self-aggregation between graphenes. easy to do.

이에 따라, 상기 그래핀을 엣지만 산화된 형태로 제공되는 경우, 그래핀의 수득율이 상승하고 대량 생산이 가능하여 공정 비용을 절감시킬 수 있으므로, 바람직하게는 상기 그래핀이 보레이티드 그레핀일 수 있다.Accordingly, when the graphene is provided in an oxidized form only as an edge, the yield of graphene is increased and mass production is possible, thereby reducing process cost. Preferably, the graphene may be borated graphene. have.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 보레이티드 그레핀의 SEM 이미지이다.5 is an SEM image of borated graphene according to an embodiment of the present invention.

도 5를 참조하면, 상기 보레이티드 그레핀은 나노 크기의 입자 상으로 상기 중성자 차폐재 조성물 중에 분산될 수 있다. 상기 보레이티드 그레핀(B-EOG)입자가 상기 중성자 차폐재 조성물 중에 나노 크기로 균일하게 분산되면, 적은 함량으로도 열전도성이 크게 향상될 수 있고, 동시에 중성자 차폐 성능을 극대화시킬 수 있다.Referring to FIG. 5, the borated graphene may be dispersed in the neutron shielding material composition in the form of nano-sized particles. When the borated graphene (B-EOG) particles are uniformly dispersed in a nano size in the neutron shielding material composition, thermal conductivity may be greatly improved even with a small content, and at the same time, neutron shielding performance may be maximized.

상기 밀도 증가제는 상기 중성자 차폐재 조성물의 비중을 증가시켜 감마선을 더욱 효과적으로 차폐할 수 있도록 한다.The density increasing agent increases the specific gravity of the neutron shielding material composition so that it can more effectively shield gamma rays.

또한, 상기 에폭시 수지 이외의 첨가물의 일부, 주로 난연제의 일부를 밀도 증가제로 치환함으로써 수소 함량을 증가시킬 수 있다. 구체적으로, 난연제의 일부를 치환하는 경우, 중성자 차폐재 조성물의 비중을 유지하면서 에폭시 수지의 양을 많게 할 수 있기 때문에, 수소 함량이 높은 중성자 차폐재 조성물의 제조할 수 있고, 이에 따라, 중성자를 효과적으로 차폐할 수 있다.In addition, hydrogen content can be increased by substituting a part of the additives other than the epoxy resin, mainly a part of the flame retardant with a density increasing agent. Specifically, when a part of the flame retardant is substituted, since the amount of the epoxy resin can be increased while maintaining the specific gravity of the neutron shielding material composition, a neutron shielding material composition having a high hydrogen content can be prepared, thereby effectively shielding the neutron. can do.

상기 밀도 증가제는 금속 분말, 금속 산화물 분말, 또는 이들의 혼합물일 수 있다. 구체적으로, 상기 밀도 증가제는 융점이 350℃ 이상의 금속인 Cr, Mn, Fe, Ni, Cu, Sb, U, W, 또는 이들의 혼합물일 수 있고, 융점이 1,000℃ 이상의 금속 산화물인 NiO, CuO, ZnO, ZrO2, SnO, SnO2, WO2, UO2, PbO, WO3, 란탄족 산화물, 및 이들 중 2 이상의 혼합물일 수 있다. 이들 중 상업적 구득 용이성을 고려하여, Cu, WO2, WO3, ZrO2, CeO2를 사용할 수 있다.The density increasing agent may be a metal powder, a metal oxide powder, or a mixture thereof. Specifically, the density increasing agent may be Cr, Mn, Fe, Ni, Cu, Sb, U, W, or a mixture thereof having a metal having a melting point of 350°C or higher, and NiO, CuO as a metal oxide having a melting point of 1,000°C or higher. , ZnO, ZrO 2 , SnO, SnO 2 , WO 2 , UO 2 , PbO, WO 3 , lanthanide oxides, and mixtures of two or more of them. Of these, Cu, WO 2 , WO 3 , ZrO 2 , and CeO 2 may be used in consideration of commercial availability.

상기 밀도 증가제의 평균 입도는 특별히 한정되지는 않으나, 평균 입도가 과도하게 크면 중성자 차폐재 조성물의 제조 시 상기 밀도 증가제가 침강될 우려가 있기 때문에, 침강되지 않을 수준으로 조절하는 것이 바람직하다.The average particle size of the density increasing agent is not particularly limited, but if the average particle size is excessively large, the density increasing agent may be precipitated in the preparation of the neutron shielding material composition, so it is preferable to adjust the level to not settle.

상기 보레이티드 그레핀과 밀도 증가제의 함량이 0.1~15 중량부일 수 있다. 상기 보레이티드 그레핀과 밀도 증가제의 함량이 0.1 중량부 미만이면 열전도성 및 비중 증가 효과가 미약할 수 있고, 15 중량부 초과이면 점도가 상승하여 균일한 분산이 어려워지고 또한, 그 외 물질들의 함량이 상대적으로 적어져 중성자 차폐 성능이 저하될 수 있다. 또한, 상기 보레이티드 그레핀과 상기 밀도 증가제는 각각 10~90 : 90~10의 중량비로 혼합될 수 있고, 바람직하게는 20~80 : 80~20의 중량비로 혼합될 수 있다.The content of the borated graphene and the density increasing agent may be 0.1 to 15 parts by weight. If the content of the borated graphene and the density increasing agent is less than 0.1 part by weight, the thermal conductivity and specific gravity increase effect may be weak, and when it exceeds 15 parts by weight, the viscosity increases, making uniform dispersion difficult, and Since the content is relatively small, the neutron shielding performance may be deteriorated. In addition, the borated graphene and the density increasing agent may be mixed in a weight ratio of 10 to 90: 90 to 10, respectively, and preferably 20 to 80: 80 to 20 in weight ratio.

(중성자 차폐재 조성물의 제조 방법)(Method for manufacturing neutron shielding material composition)

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 중성자 차폐재 조성물의 제조 방법을 도식화한 것이다.1 is a schematic view showing a method of manufacturing a neutron shielding material composition according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 중성자 차폐재 조성물의 제조 방법이, (a) 에폭시 수지 20~30중량부, 및 티탄계 또는 실리콘계 표면 처리제로 표면 처리된 수산화 알루미늄과 붕산아연 50~65 중량부를 혼합하여 제1 혼합물을 제조하는 단계; (b) 아민계 경화제 10~20 중량부, 폴리올레핀계 수지로 표면 처리된 탄화 붕소 1~7 중량부를 혼합하여 제2 혼합물을 제조하는 단계; (c) 보레이티드 그레핀과 밀도 증가제 0.1~15 중량부, 및 분산제 1~10 중량부를 혼합하여 제3 혼합물을 제조하는 단계; (d) 상기 제3 혼합물의 50~60 중량%와 상기 제1 혼합물을 혼합하여 제4 혼합물을 제조하는 단계; (e) 상기 제3 혼합물의 잔량과 상기 제2 혼합물을 혼합하여 제5 혼합물을 제조하는 단계; (f) 상기 제4 및 제5 혼합물을 혼합하는 단계;를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 1, a method for manufacturing a neutron shielding material composition according to an embodiment of the present invention includes (a) 20 to 30 parts by weight of an epoxy resin, and aluminum hydroxide and zinc borate 50 surface-treated with a titanium-based or silicon-based surface treatment agent. Preparing a first mixture by mixing ˜65 parts by weight; (b) 10 to 20 parts by weight of the amine curing agent, 1 to 7 parts by weight of boron carbide surface-treated with a polyolefin resin to prepare a second mixture; (c) preparing a third mixture by mixing borated graphene with 0.1-15 parts by weight of a density increasing agent, and 1-10 parts by weight of a dispersing agent; (d) preparing a fourth mixture by mixing 50-60% by weight of the third mixture with the first mixture; (e) mixing the remaining amount of the third mixture and the second mixture to prepare a fifth mixture; (f) mixing the fourth and fifth mixtures.

상기 (a) 단계(S100)에서, 상기 에폭시 수지 20~30중량부, 및 티탄계 또는 실리콘계 표면 처리제로 표면 처리된 수산화 알루미늄과 붕산아연 50~65 중량부를 혼합하여 제1 혼합물을 제조할 수 있다.In the step (a) (S100), the first mixture may be prepared by mixing 20 to 30 parts by weight of the epoxy resin and 50 to 65 parts by weight of aluminum hydroxide and zinc borate surface-treated with a titanium- or silicon-based surface treatment agent. .

상기 (a) 단계(S100)에의 온도를35℃ 내지 45℃로 조절할 수 있다. 상기 (a) 단계에서의 온도가 35℃ 미만이면 에폭시 수지와 티탄계 또는 실리콘계 표면 처리제로 표면 처리된 수산화 알루미늄을 균일하게 혼합할 수 없고, 45℃ 초과이면 점도가 상승하여 후속 단계에서의 작업성이 저하될 수 있다.The temperature in step (a) (S100) can be adjusted to 35°C to 45°C. When the temperature in the step (a) is less than 35°C, the epoxy resin and the aluminum hydroxide surface-treated with a titanium-based or silicone-based surface treatment agent cannot be uniformly mixed, and if the temperature is higher than 45°C, the viscosity rises to improve workability in a subsequent step. This can degrade.

그 외 상기 (a) 단계에서 사용 가능한 에폭시 수지와 티탄계 또는 실리콘계 표면 처리제로 표면 처리된 수산화 알루미늄의 종류, 함량, 기능, 역할 등에 관해서는 전술한 것과 같다.In addition, the types, contents, functions and roles of the aluminum hydroxide surface-treated with the epoxy resin and titanium- or silicon-based surface treatment agent that can be used in step (a) are the same as described above.

상기 (b) 단계(S200)에서, 상기 아민계 경화제 10~20 중량부, 및 폴리올레핀계 수지로 표면 처리된 탄화 붕소 1~7중량부를 혼합하여 제2 혼합물을 제조할 수 있다.In the step (b) (S200), 10 to 20 parts by weight of the amine-based curing agent, and 1 to 7 parts by weight of boron carbide surface-treated with a polyolefin-based resin may be mixed to prepare a second mixture.

상기 (b) 단계(S200)에서의 온도를 20℃ 내지 30℃로 조절할 수 있다. 상기 반응기의 온도가 20℃ 미만이면 상기 아민계 경화제, 및 탄화 붕소의 혼련성이 저하될 수 있고, 30℃ 초과이면 상기 탄화 붕소의 표면에 형성된 폴리올레핀계 수지층을 손상 또는 변형시켜 상기 탄화 붕소의 표면에 노출면이 발생할 수 있다. 즉, 상기 (b) 단계에서 투여되는 탄화 붕소의 표면에 형성된 폴리올레핀계 수지층이 열에 의해 변형되지 않도록, 상기 (b) 단계에서의 온도를 일정 범위로 조절하여야 한다.The temperature in step (b) (S200) may be adjusted to 20°C to 30°C. When the temperature of the reactor is less than 20°C, the kneading property of the amine-based curing agent and boron carbide may be lowered, and if it exceeds 30°C, the polyolefin-based resin layer formed on the surface of the boron carbide is damaged or deformed to form the boron carbide. An exposed surface may occur on the surface. That is, the temperature in the step (b) should be adjusted to a certain range so that the polyolefin-based resin layer formed on the surface of the boron carbide administered in the step (b) is not deformed by heat.

그 외 상기 (b) 단계에서 사용 가능한 아민계 경화제, 폴리올레핀계 수지, 및 탄화 붕소의 종류, 함량, 기능, 역할 등에 관해서는 전술한 것과 같다.In addition, the types, contents, functions, roles, etc. of the amine-based curing agent, polyolefin-based resin, and boron carbide usable in the step (b) are the same as described above.

상기 (c) 단계(S300)에서, 상기 보레이티드 그레핀과 밀도 증가제 0.1~15 중량부, 및 분산제 1~10 중량부를 혼합하여 제3 혼합물을 제조할 수 있다. 상기 보레이티드 그레핀과 상기 밀도 증가제의 밀도와 분산성을 향상시키기 위해 일정량의 분산제를 혼합할 수 있다.In the step (c) (S300), the third mixture may be prepared by mixing the borated graphene with 0.1 to 15 parts by weight of the density increasing agent and 1 to 10 parts by weight of the dispersing agent. A certain amount of dispersant may be mixed to improve the density and dispersibility of the borated graphene and the density increasing agent.

상기 보레이티드 그레핀은 표면적이 넓어 그 외 물질과의 혼련성이 저하될 수 있어, 혼련 시 일정량의 분산제를 투여하여 상기 보레이티드 그레핀 뿐만 아니라 그 외 성분들의 분산성을 향상시킬 수 있다.Since the borated graphene has a large surface area, kneading properties with other materials may be reduced, and a specific amount of a dispersant may be administered during kneading to improve dispersibility of the borated graphene as well as other components.

상기 분산제는 과산화수소, 에틸 알코올, 메틸 알코올, 이소프로필 알코올, 또는 이들 중 2이상의 혼합물일 수 있으나, 이에 한정되지 않으며, 상기 분산제의 함량은 1~10중량부일 수 있다. 상기 분산제의 함량이 상기 범위를 벗어나면 상기 중성자 차폐재 조성물 중 상기 보레이티드 그레핀의 분산성이 저하될 수 있다.The dispersant may be hydrogen peroxide, ethyl alcohol, methyl alcohol, isopropyl alcohol, or a mixture of two or more of them, but is not limited thereto, and the content of the dispersant may be 1 to 10 parts by weight. When the content of the dispersant is out of the above range, the dispersibility of the borated graphene in the neutron shielding material composition may be lowered.

상기 분산제로 사용된 알코올계 물질은 증기압이 낮은 휘발성 물질로서, 상기 (c) 단계에서 투여된 후, 후속되는 상기 (d) 내지 (f) 단계에서 증발하여 자연스럽게 제거될 수 있다.The alcohol-based material used as the dispersant is a volatile material having a low vapor pressure, and can be naturally removed by evaporation in the subsequent steps (d) to (f) after being administered in step (c).

상기 (d) 단계(S400) 및 (e) 단계(S500) 에서, 상기 제1 및 제2 혼합물을 각각 상기 제3 혼합물과 혼합하여 상기 제4 및 제5 혼합물을 제조할 수 있다. 상기 보레이티드 그레핀이 포함된 제3 혼합물을 일괄 투여하지 않고 제1 및 제2 혼합물에 각각 투여함으로써 상기 보레이티드 그레핀의 분산성을 향상시킬 수 있다.In the steps (d) (S400) and (e) (S500), the fourth and fifth mixtures may be prepared by mixing the first and second mixtures with the third mixture, respectively. The dispersibility of the borated graphene can be improved by administering the third mixture containing the borated graphene to the first and second mixtures instead of collectively.

한편, 상기 (a) 내지 (f) 단계에서, 상기 혼합이 하나 이상의 반응기를 이용하 여 수행될 수 있다. 구체적으로, 상기 (a) 내지 (f) 단계가 단일 반응기에 제1 혼합물, 제 2 혼합물, 제3 혼합물, 제4 혼합물, 제5 혼합물을 순차적으로 투입하여 수행될 수 있고, 필요에 따라, 각각의 단계가 6개의 반응기에서 개별적으로 수행될 수도 있으며, 2 이상의 단계가 단일 반응기, 나머지 하나의 단계가 별도의 반응기에서 수행될 수도 있다.Meanwhile, in the steps (a) to (f), the mixing may be performed using one or more reactors. Specifically, the steps (a) to (f) may be performed by sequentially introducing the first mixture, the second mixture, the third mixture, the fourth mixture, and the fifth mixture into a single reactor, as required, respectively The steps of may be performed separately in six reactors, two or more steps may be performed in a single reactor, and the other one in a separate reactor.

예를 들어, 3개의 반응기를 사용하는 경우, 상기 (a) 내지 (c) 단계가 각각 제1 내지 제3 반응기에서 수행되고, 상기 (d) 및 (e) 단계가 각각 제1 및 제2 반응기에서 수행되며, 상기 (f) 단계가 제1 또는 제2 반응기에서 수행될 수 있다.For example, when using three reactors, steps (a) to (c) are performed in the first to third reactors, respectively, and steps (d) and (e) are respectively the first and second reactors. Step (f) may be performed in the first or second reactor.

이하, 본 발명의 실시예에 관하여 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail.

(실시예 1)(Example 1)

액상 프리폴리머인 수첨 개질 비스페놀 A형 에폭시 수지를 알킬 C10 ? C15 그리시딜 에테르와 혼합한 저점도 800cps(25℃), 28 중량부, 및 실리콘계 표면 처리제로 표면 처리된 수산화 알루미늄 56 중량부를 40℃로 조절된 진공 상태의 제1 반응기에서 혼합하여 제1 혼합물을 제조하였다.The liquid prepolymer is hydrogenated modified bisphenol A type epoxy resin alkyl C10? Low viscosity 800 cps (25° C.), 28 parts by weight mixed with C15 grisyl ether, and 56 parts by weight of aluminum hydroxide surface-treated with a silicone-based surface treatment agent were mixed in a first reactor in a vacuum controlled at 40° C. to obtain the first mixture. It was prepared.

트리에틸렌 테트라아민, 및 폴리옥시 프로필렌디아민 이들 경화제와 톨유 지방산을 반응한 반응물 11 중량부, 및 폴리프로필렌 수지로 표면 처리된 탄화 붕소 3 중량부를 25℃로 조절된 진공 상태의 제2 반응기에서 혼합하여 제2 혼합물을 제조하였다.Triethylene tetraamine, and polyoxy propylenediamine 11 parts by weight of reactants reacted with these curing agents and tall oil fatty acids, and 3 parts by weight of boron carbide surface-treated with polypropylene resin were mixed in a second reactor in a vacuum controlled at 25°C. A second mixture was prepared.

보레이티드 그레핀과 밀도 증가제 2중량부, 및 분산제 5 중량부를 진공 상태의 제3 반응기에서 혼합하여 제3 혼합물을 제조하였다.A third mixture was prepared by mixing 2 parts by weight of borated graphene with a density increasing agent and 5 parts by weight of a dispersing agent in a third reactor under vacuum.

상기 제1 및 제2 혼합물 각각을 60중량% 및 40중량%의 상기 제3 혼합물과 혼합하여 제4 및 제5 혼합물을 제조한 다음, 상기 제4 및 제5 혼합물을 혼합하여 중성자 차폐재 조성물을 제조하였다.Each of the first and second mixtures was mixed with 60% and 40% by weight of the third mixture to prepare a fourth and fifth mixture, and then the fourth and fifth mixtures were mixed to prepare a neutron shielding material composition. Did.

(실시예 2)(Example 2)

폴리아미도아민 및 폴리옥시프로필렌디아민이 1 : 1 의 중량부로 혼합된 경화제 11 중량부를 혼합하고, 보레이티드 그레핀과 밀도 증가제의 투여량을 1중량부로 조절한 것을 제외하면, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 중성자 차폐재 조성물을 제조하였다.Except that the polyamidoamine and polyoxypropylenediamine were mixed with 11 parts by weight of the curing agent mixed with 1:1 parts by weight, and the dosage of borated graphene and density increasing agent was adjusted to 1 part by weight, In the same way, a neutron shielding material composition was prepared.

(실시예 3)(Example 3)

보레이티드 그레핀과 밀도 증가제의 투여량을 0.5중량부로 조절한 것을 제외하면, 상기 실시예 2와 동일한 방법으로 중성자 차폐재 조성물을 제조하였다.A neutron shielding material composition was prepared in the same manner as in Example 2, except that the dose of borated graphene and the density increasing agent was adjusted to 0.5 parts by weight.

(비교예 1)(Comparative Example 1)

표면 처리되지 않은 수산화 알루미늄 및 탄화 붕소를 각각 58중량부, 및3중량부를 투여하고, 보레이티드 그레핀과 밀도 증가제, 및 분산제를 투여하지 않는 것을 제외하면, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 중성자 차폐재 조성물을 제조하였다.Neutrons were prepared in the same manner as in Example 1, except that 58 parts by weight of aluminum hydroxide and boron carbide, and 3 parts by weight of boron-free graphene, a density increasing agent, and a dispersing agent were not administered. A shielding material composition was prepared.

(비교예 2)(Comparative Example 2)

폴리아미도아민 11중량부, 티탄계 표면 처리제로 표면 처리된 수산화 알루미늄 58 중량부, 및 폴리프로필렌 수지로 표면 처리된 탄화 붕소 3중량부를 투여한 것을 제외하면, 상기 비교예 1과 동일한 방법으로 중성자 차폐재 조성물을 제조하였다.A neutron shielding material in the same manner as in Comparative Example 1, except that 11 parts by weight of polyamidoamine, 58 parts by weight of aluminum hydroxide surface-treated with a titanium-based surface treatment agent, and 3 parts by weight of boron carbide surface-treated with a polypropylene resin were administered. The composition was prepared.

상기 실시예와 비교예에 따라 제조된 중성자 차폐재 조성물의 조성을 하기 표 1에 나타내었다.The composition of the neutron shielding material composition prepared according to the above Examples and Comparative Examples is shown in Table 1 below.

성분ingredient 실시예 1Example 1 실시예 2Example 2 실시예 3Example 3 비교예 1Comparative Example 1 비교예 2Comparative Example 2 에폭시 수지Epoxy resin 28.928.9 28.828.8 2828 2828 2828 아민계 경화제Amine curing agent 1111 1111 1111 1111 1111 수산화 알루미늄Aluminum hydroxide 5656 5555 5454 58(표면 미처리)58 (no surface treatment) 5858 탄화 붕소Boron carbide 44 55 6.56.5 33 33 보레이티드 그레핀Borated Grepin 0.10.1 0.20.2 0.50.5 -- --

(단위 : 중량부)(Unit: parts by weight)

실험예 : 중성자 차폐재 조성물의 기계적 물성, 내열성, 및 열전도도 평가Experimental Example: Evaluation of mechanical properties, heat resistance, and thermal conductivity of the neutron shielding material composition

실시예 1 내지 3, 및 비교예 1, 2에 따라 제조된 중성자 차폐재 조성물의 기계적 물성, 내열성, 및 열전도도를 평가하여 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.The mechanical properties, heat resistance, and thermal conductivity of the neutron shielding compositions prepared according to Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 and 2 were evaluated, and the results are shown in Table 2 below.

-인장강도: ASTM D 638에 의거하여 인정강도를 측정하였다.-Tensile strength: The recognized strength was measured according to ASTM D 638.

-압축강도: ASTM D695에 의거하여 압축강도를 측정하였다.-Compressive strength: Compressive strength was measured according to ASTM D695.

-굴곡강도: ASTM D790에 의거하여 굴곡강도를 측정하였다.-Flexural strength: Flexural strength was measured according to ASTM D790.

-내열성: TGA측정기로 열분해 온도를 측정하여 상대적인 내열성을 평가하였다.-Heat resistance: Relative heat resistance was evaluated by measuring the thermal decomposition temperature with a TGA meter.

-열전도도: NETZSCH사 제품 LFA447형 열전도 율계를 사용하여 비정상 열선법에 의해 열전도도를 측정하였다.-Thermal conductivity: Thermal conductivity was measured by an abnormal heating method using an LFA447 type thermal conductivity meter manufactured by NETZSCH.

실시예 1Example 1 실시예 2Example 2 실시예 3Example 3 비교예 1Comparative Example 1 비교예 2Comparative Example 2 밀도density 1.711.71 1.671.67 1.671.67 1.651.65 1.691.69 인장강도(kg/mm2)Tensile strength (kg/mm 2 ) 3.593.59 2.862.86 2.962.96 3.23.2 2.742.74 압축강도(kg/mm2)Compressive strength (kg/mm 2 ) 8.938.93 13.6913.69 10.3210.32 12.7812.78 15.2215.22 굴곡강도(kg/mm2)Flexural strength (kg/mm 2 ) 5.865.86 6.416.41 6.746.74 6.326.32 6.126.12 열전도도(W/mK)(25℃)Thermal conductivity (W/mK) (25℃) 2.822.82 2.312.31 1.981.98 0.650.65 0.950.95 내열성Heat resistance 242℃242℃ 240℃240℃ 239℃239℃ 230℃230℃ 234℃234℃

상기 표 2를 참조하여, 실시예 1 내지 3, 및 비교예 1, 2의 기계적 물성, 밀도, 내열성, 및 열전도도를 비교해보면, 먼저, 기계적 물성, 및 밀도는 실시예와 비교예에서 유사한 결과가 확인되었다.Referring to Table 2, when comparing the mechanical properties, density, heat resistance, and thermal conductivity of Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 and 2, first, mechanical properties, and density are similar results in Examples and Comparative Examples Was confirmed.

다만, 열전도도와 내열성을 비교해보면, 보레이티드 그레핀을 투여한 실시예 1 내지 3이 이를 투여하지 않은 비교예 1, 2에 비해 열전도도가 크게 향상되었고, 표면 처리된 수산화 알루미늄 및 탄화 붕소를 투여한 실시예 1 내지 3이 표면 처리되지 않은 수산화 알루미늄 및 탄화 붕소를 투여한 비교예 1에 비해 내열성이 현저하게 우수한 것으로 확인되었다.However, when comparing the thermal conductivity and heat resistance, Examples 1 to 3 in which borated graphene was administered compared to Comparative Examples 1 and 2 in which it was not administered, the thermal conductivity was significantly improved, and surface-treated aluminum hydroxide and boron carbide were administered. It was confirmed that Examples 1 to 3 had significantly superior heat resistance compared to Comparative Example 1 in which aluminum hydroxide and boron carbide were not treated with surface treatment.

전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.The above description of the present invention is for illustration only, and those skilled in the art to which the present invention pertains can understand that the present invention can be easily modified into other specific forms without changing the technical spirit or essential features of the present invention. will be. Therefore, it should be understood that the embodiments described above are illustrative in all respects and not restrictive. For example, each component described as a single type may be implemented in a distributed manner, and similarly, components described as distributed may be implemented in a combined form.

본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.The scope of the present invention is indicated by the following claims, and all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and their equivalent concepts should be interpreted to be included in the scope of the present invention.

S100: 제1 혼합물의 제조 단계
S200: 제2 혼합물의 제조 단계
S300: 제3 혼합물의 제조 단계
S400: 제4 혼합물의 제조 단계
S500: 제5 혼합물의 제조 단계
S600: 중성자 차폐재 조성물의 제조 단계
S100: Preparation step of the first mixture
S200: Preparation step of the second mixture
S300: Preparation step of the third mixture
S400: Preparation step of the fourth mixture
S500: Step of preparing the fifth mixture
S600: Manufacturing step of neutron shielding material composition

Claims (10)

에폭시 수지 20~30중량부;
아민계 경화제 10~20중량부;
티탄계 또는 실리콘계 표면 처리제로 표면 처리된 수산화 알루미늄과 붕산아연 50~65중량부;
폴리올레핀계 수지로 표면 처리된 탄화 붕소 1-7중량부; 및
보레이티드 그레핀과 밀도 증가제 0.1~15중량부;를 포함하고,
상기 밀도 증가제는 금속 분말, 금속 산화물 분말 또는 이들의 혼합물이며,
상기 보레이티드 그레핀과 상기 밀도 증가제는 각각 20~80 : 80~20의 중량비로 혼합되는 보론이 도핑된 그레핀을 이용한 중성자 차폐재 조성물.
Epoxy resin 20-30 parts by weight;
10-20 parts by weight of an amine-based curing agent;
50 to 65 parts by weight of aluminum hydroxide and zinc borate surface-treated with a titanium-based or silicon-based surface treatment agent;
1-7 parts by weight of boron carbide surface-treated with a polyolefin-based resin; And
Borated graphene and a density increasing agent 0.1 to 15 parts by weight; containing,
The density increasing agent is a metal powder, a metal oxide powder or a mixture thereof,
The borated graphene and the density increasing agent are neutron shielding compositions using boron-doped graphene mixed in a weight ratio of 20 to 80:80 to 20, respectively.
제1항에 있어서, 상기 에폭시 수지가 비스페놀 A형 에폭시 수지와 수첨된 에폭시 수지에 알킬 C10-C15인 글리시딜 에테르(Glycidal ether)를 혼합한 것을 특징으로 하는 보론이 도핑된 그레핀을 이용한 중성자 차폐재 조성물.
The method of claim 1, wherein the epoxy resin is a bisphenol A-type epoxy resin and a hydrogenated epoxy resin, alkyl C10-C15 glycidyl ether (Glycidal ether), characterized in that a mixture of boron doped neutrons using graphene Shielding material composition.
제1항에 있어서, 상기 아민계 경화제가 폴리아미도아민, 폴리에테르디아민, 폴리옥시프로필렌디아민, 트리에틸렌 테트라아민, 및 이들 경화제와 톨유 지방산을 반응한 반응물 이들 중 2 이상의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나인 것을 특징으로 하는 보론이 도핑된 그레핀을 이용한 중성자 차폐재 조성물.
The method according to claim 1, wherein the amine-based curing agent is selected from the group consisting of polyamidoamine, polyetherdiamine, polyoxypropylenediamine, triethylene tetraamine, and reactants reacting these curing agents with tall oil fatty acids, and a mixture of two or more of them. A neutron shielding composition using boron-doped graphene, which is characterized by being one.
제1항에 있어서, 상기 티탄계 표면 처리제로 표면 처리된 수산화 알루미늄의 평균 입도가 1.0㎛ 내지 40㎛인 것을 특징으로 하는 보론이 도핑된 그레핀을 이용한 중성자 차폐재 조성물.
The method of claim 1, wherein the average particle size of the aluminum hydroxide surface-treated with the titanium-based surface treatment agent is 1.0 µm to 40 µm, a neutron shielding material composition using boron-doped graphene.
제1항에 있어서, 상기 실리콘계 표면 처리제로 표면 처리된 수산화 알루미늄의 평균 입도가 15㎛ 내지 30㎛인 것을 특징으로 하는 보론이 도핑된 그레핀을 이용한 중성자 차폐재 조성물.
The method of claim 1, wherein the average particle size of the aluminum hydroxide surface-treated with the silicon-based surface treatment agent is a neutron shielding material composition using boron-doped graphene.
제1항에 있어서, 상기 폴리올레핀계 수지가 폴리프로필렌인 것을 특징으로 하는 보론이 도핑된 그레핀을 이용한 중성자 차폐재 조성물.
The method of claim 1, wherein the polyolefin-based resin is a neutron shielding composition using boron-doped graphene, characterized in that the polypropylene.
제1항에 있어서, 상기 밀도 증가제가 금속 분말, 금속 산화물 분말, 또는 이들의 혼합물인 것을 특징으로 하는 보론이 도핑된 그레핀을 이용한 중성자 차폐재 조성물.
The method of claim 1, wherein the density increasing agent is a metal powder, a metal oxide powder, or a mixture thereof, a neutron shielding composition using boron-doped graphene.
(a) 에폭시 수지 20~30중량부, 및 티탄계 또는 실리콘계 표면 처리제로 표면 처리된 수산화 알루미늄과 붕산아연 50~65 중량부를 혼합하여 제1 혼합물을 제조하는 단계;
(b) 아민계 경화제 10~20 중량부, 폴리올레핀계 수지로 표면 처리된 탄화 붕소 1~5 중량부를 혼합하여 제2 혼합물을 제조하는 단계;
(c) 보레이티드 그레핀과 밀도 증가제 0.1~15 중량부, 및 분산제 1~10 중량부를 혼합하여 제3 혼합물을 제조하는 단계;
(d) 상기 제3 혼합물의 50~60 중량%와 상기 제1 혼합물을 혼합하여 제4 혼합물을 제조하는 단계;
(e) 상기 제3 혼합물의 잔량과 상기 제2 혼합물을 혼합하여 제5 혼합물을 제조하는 단계;
(f) 상기 제4 및 제5 혼합물을 혼합하는 단계;를 포함하는 보론이 도핑된 그레핀을 이용한 중성자 차폐재 조성물의 제조 방법.
(a) preparing a first mixture by mixing 20 to 30 parts by weight of an epoxy resin and 50 to 65 parts by weight of aluminum hydroxide and zinc borate surface-treated with a titanium- or silicon-based surface treatment agent;
(b) 10 to 20 parts by weight of the amine curing agent, 1 to 5 parts by weight of boron carbide surface-treated with a polyolefin resin to prepare a second mixture;
(c) mixing borated graphene with 0.1-15 parts by weight of a density increasing agent, and 1-10 parts by weight of a dispersing agent to prepare a third mixture;
(d) preparing a fourth mixture by mixing 50-60% by weight of the third mixture with the first mixture;
(e) mixing the remaining amount of the third mixture and the second mixture to prepare a fifth mixture;
(f) mixing the fourth and fifth mixtures; a method of manufacturing a neutron shielding material composition using a boron-doped graphene containing.
제8항에 있어서, 상기 (a) 단계에서의 온도를 35℃ 내지 45℃로 조절하는 보론이 도핑된 그레핀을 이용한 중성자 차폐재 조성물의 제조 방법.
According to claim 8, Method of manufacturing a neutron shielding material composition using a boron-doped graphene to adjust the temperature in the step (a) to 35 ℃ to 45 ℃.
제8항에 있어서, 상기 (b) 단계에서의 온도를 20℃ 내지 30℃로 조절하는 보론이 도핑된 그레핀을 이용한 중성자 차폐재 조성물의 제조 방법.According to claim 8, Method of manufacturing a neutron shielding material composition using boron doped graphene to control the temperature in step (b) to 20 to 30 ℃.
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