KR102186031B1 - Composition for shielding radiation and manufacturing method thereof - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a composition for shielding radiation and a manufacturing method thereof. The composition for shielding radiation is made of a polymer resin composed of bismuth (Bi) powder and at least one of polypropylene (PP) or polylactic acid (PLA). According to the present invention, the composition for shielding radiation does not generate cracks even during long-term high-temperature treatment, and has excellent shielding effect against radiation.

Description

방사선 차폐용 조성물 및 이의 제조방법{Composition for shielding radiation and manufacturing method thereof}Composition for shielding radiation and manufacturing method thereof TECHNICAL FIELD

본 발명은 방사선 차폐용 조성물 및 이의 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 장기간 고온처리에도 균열이 발생하지 않으면서 방사선에 대해 차폐효과가 우수한 방사선 차폐용 조성물 및 이의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a composition for radiation shielding and a method for manufacturing the same, and more particularly, to a composition for radiation shielding having excellent radiation shielding effect and a method of manufacturing the same, without causing cracks even during long-term high-temperature treatment.

방사선은 신체 세포를 찢을 수 있는 물리적 손상을 입힐 수 있을 정도로 인체에 유해하며 맞으면 맞을수록 신체에 축적되어 그만큼 우리 몸의 세포가 변형되거나 파괴될 수 있는 치명적인 에너지 흐름이다. 고선량 방사선도 큰 문제이지만 우리의 일상 환경에 미치는 저선량 방사선의 차폐에 주목적을 두고 있다. 저선량과 고선량의 구분이 명확한 것은 아니지만, 100 mSv 이하의 방사선량에 노출될 경우 암 등 위험요소 발생 여부에 대해 뚜렷한 증거가 없다는 측면에서 현재는 100 mSv가 잠정 기준점이 되고 있다는 내용이 있다.Radiation is harmful to the human body enough to cause physical damage that can tear body cells, and it is a deadly energy flow that can accumulate in the body the more it is hit, and thus deform or destroy the cells of the body. High-dose radiation is also a big problem, but it focuses on shielding low-dose radiation that affects our daily environment. Although the distinction between low and high doses is not clear, there is a content that 100 mSv is currently a provisional reference point in terms of no clear evidence on whether risk factors such as cancer occur when exposed to radiation doses of less than 100 mSv.

방사선 차폐 소재는 기존 납(Pb) 물질로 대부분 제작되며 납은 환경 유해물질로써 사용이 점점 규제되고 있다. 납은 중금속 물질로 가공 중에 납 기체를 발생시켜 납중독을 일으킬 수 있는 위험한 물질이다. 그러나 비스무트는 납에 비하여 인체에 덜 유해한 성질의 화학원소로 저선량 방사선을 차폐하여 인체 내의 장기에 대한 피폭을 방지하는 것을 기대할 수 있다. 비스무트(Bi)는 원자번호 83번이며 원자량은 208.980이고 녹는점은 271.3 ℃이고 밀도는 실온에서 9.747 g/㎤의 값을 나타내며 납을 포함하지 않는 비스무트 화합물은 화장품과 의료 처치에 주로 사용되는 금속 성분이다. 물리적으로 우수한 유연성을 가지고 있어 다양한 형태로 가공할 수 있다. 또한, 근래 인체에 해로운 납 대체물질로 평가되고 있으며 우수한 차폐율을 보여 방사선 차폐 소재로 주목받고 있다. Radiation shielding materials are mostly made of existing lead (Pb) materials, and lead is increasingly regulated as an environmentally hazardous material. Lead is a heavy metal material and is a dangerous substance that can cause lead poisoning by generating lead gas during processing. However, bismuth is a chemical element with less harmful properties than lead, and it can be expected to prevent exposure to organs in the human body by shielding low-dose radiation. Bismuth (Bi) has an atomic number of 83, an atomic weight of 208.980, a melting point of 271.3 ℃, a density of 9.747 g/cm3 at room temperature, and a bismuth compound that does not contain lead is a metal component mainly used in cosmetics and medical treatment. to be. It has excellent physical flexibility and can be processed into various shapes. In addition, it is recently evaluated as a lead substitute material that is harmful to the human body, and has attracted attention as a radiation shielding material due to its excellent shielding rate.

그러나 이러한 비스무트 금속만을 차폐로 이용하기 위해서는 다양한 형태로 가공하여 제작하기에는 단가가 높아지고 금속으로의 복잡한 형상, 얇은 소재로의 개발에 어려움이 있다.However, in order to use only such bismuth metal as shielding, the cost is high to manufacture and process in various forms, and it is difficult to develop a complex shape into a metal and a thin material.

반면, 플라스틱 소재는 얇은 필름형태로 가공하기 쉬우며 열가소성 수지로 열분해, 성형, 혼합하기 쉽다. 또한 열가소성 수지는 열을 가하게 되면 융해되나 냉각되면 원상태로 돌아가는 특징을 가지고 있어 쉽게 재활용될 수 있다. 그럼에도 불구하고 건설 또는 농업 현장에서 사용되는 폐플라스틱은 다양한 환경문제가 대두되고 있는 상황으로 대기오염으로 취급하였을 때 소각 시 질소산화물, 다이옥신, 중금속류 등 오염물질을 발생시키며 매립 시 메탄가스를 발생시킨다. 수질에서도 폐수 매립 시 BOD, COD, 기타 중금속류 발생으로 환경적인 문제가 심각한 수준으로 환경규제가 필요하다. On the other hand, plastic materials are easy to process in the form of a thin film and are easy to thermally decompose, mold, and mix with thermoplastic resins. In addition, thermoplastic resins melt when heated, but return to their original state when cooled, so they can be easily recycled. Nevertheless, waste plastics used in construction or agricultural sites are facing various environmental problems, and when treated as air pollution, they generate pollutants such as nitrogen oxides, dioxins, and heavy metals when incinerated, and methane gas when landfilled. In terms of water quality, environmental regulations are required as BOD, COD, and other heavy metals are generated during wastewater reclamation.

따라서, 가공성이 우수한 플라스틱과 방사선 차폐 효과가 우수한 금속을 복합체로 만들어서 신체장기의 차폐 소재로 활용할 경우 환경오염도 해결함과 동시에 경제적으로도 매우 유리할 수 있게 되며, 특히 차폐 기능성 플라스틱, 골재화된 차폐 혼합 소재 등은 일상생활, 건설현장, 국방부, 농업에 대한 분야를 확장하여 산업 전반의 많은 수요가 있을 것으로 판단되며 폐플라스틱을 이용하여 자원 재활용과 친환경적인 사업을 이끌어 갈 수 있게 될 것이다. Therefore, if plastic with excellent processability and metal with excellent radiation shielding effect are made into a composite and used as a shielding material for body organs, it can be economically advantageous as well as solve environmental pollution. In particular, shielding functional plastics and aggregated shielding blends Materials such as daily life, construction sites, the Ministry of Defense, and agriculture are expected to have a lot of demand throughout the industry by expanding the fields, and waste plastics will be used to recycle resources and lead eco-friendly businesses.

1. 특허등록 제10-1591965호(저융점 비스무트-주석 합금을 함유하는 납이 없는 다층구조 복합 방사선 차폐재 및 이의 제조방법)1. Patent Registration No. 10-1591965 (Lead-free multi-layered composite radiation shielding material containing low melting point bismuth-tin alloy and manufacturing method thereof) 2. 특허등록 제10-1949541호(에너지 차폐 플라스틱 필름)2. Patent Registration No. 10-1949541 (Energy Shielding Plastic Film)

본 발명은 상기와 같은 문제점들을 해결하기 위한 것으로써, 기존 제품은 우레탄이나 고무 소재에 비스무트를 분산하여 만든 제품이지만 본 발명의 목적은 비스무트 분말을 이용한 특정 플라스틱 소재를 통해 장기간 고온처리에도 균열이 발생하지 않으면서 방사선에 대해 차폐효과가 우수한 방사선 차폐용 조성물 및 이의 제조방법을 제공하는데 그 목적으로 한다. The present invention is to solve the above problems, and the existing product is a product made by dispersing bismuth in a urethane or rubber material, but the object of the present invention is to cause cracks even during long-term high-temperature treatment through a specific plastic material using bismuth powder. It is an object of the present invention to provide a radiation shielding composition and a method for manufacturing the same, which has excellent shielding effect against radiation without doing so.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 방사선 차폐용 조성물은, 비스무트(Bi) 분말과 폴리프로필렌(PP) 또는 폴리락틱에시드(PLA) 중 어느 하나이상으로 이루어진 폴리머 수지로 이루어지는 것이 특징이다.The radiation shielding composition of the present invention for achieving the above object is characterized in that it is made of a polymer resin made of at least one of bismuth (Bi) powder and polypropylene (PP) or polylactic acid (PLA).

또 다른 본 발명인 방사선 차폐용 조성물의 제조방법은, 비스무트(Bi) 분말을 준비하는 제1공정, 폴리프로필렌(PP) 또는 폴리락틱에시드(PLA) 중 어느 하나이상을 용융하여 폴리머 수지를 제조하는 제2공정 및, 비스무트(Bi) 분말과 상기 폴리머수지를 혼합하여 방사선 차폐용 조성물을 제조하는 제3공정을 포함하는 것이 특징이다.Another method of manufacturing a radiation shielding composition according to the present invention is a first step of preparing a bismuth (Bi) powder, a first step of preparing a polymer resin by melting at least one of polypropylene (PP) or polylactic acid (PLA). It characterized by including a second step and a third step of preparing a radiation shielding composition by mixing bismuth (Bi) powder and the polymer resin.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The technical problems to be achieved by the present invention are not limited to the technical problems mentioned above, and other technical problems that are not mentioned can be clearly understood by those of ordinary skill in the technical field to which the present invention belongs from the following description. There will be.

본 발명에 의해, 장기간 고온처리에도 균열이 발생하지 않으면서 방사선에 대해 차폐효과가 우수한 방사선 차폐용 조성물 및 이의 제조방법이 제공된다.According to the present invention, there is provided a radiation shielding composition and a method of manufacturing the same, which does not generate cracks even during long-term high-temperature treatment, and has excellent shielding effect against radiation.

도 1은 비스무트가 혼합된 플라스틱 폴리머들의 혼합정도를 확인하기 위해 분포도를 나타낸 도면이다.
도 2는 방사선 차폐성능 시험을 위해 적용된 시료들을 나타낸 도면이다.
도 3은 비스무트 혼합 폴리머 대비 미혼합 폴리머 간의 방사선 차폐효과를 비교하여 나타낸 도면이다.
도 4는 비스무트 혼합 폴리머 대비 타사와의 차폐율을 비교하여 나타낸 도면이다.
1 is a view showing a distribution diagram to confirm the mixing degree of bismuth-mixed plastic polymers.
2 is a diagram showing samples applied for a radiation shielding performance test.
3 is a view showing a comparison of the radiation shielding effect between a bismuth mixed polymer versus an unmixed polymer.
4 is a view showing a comparison of the shielding rate with other companies compared to the bismuth mixed polymer.

이하, 본 발명을 상세하게 설명하며, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail, and detailed descriptions of known functions and configurations that may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention will be omitted.

본 발명의 방사선 차폐용 조성물은 비스무트(Bi) 분말과 폴리프로필렌(PP) 또는 폴리락틱에시드(PLA) 중 어느 하나이상으로 이루어진 폴리머 수지로 이루어져 장기간 고온처리에도 균열이 발생하지 않으면서 방사선에 대해 우수한 차폐효과를 나타내는 것이 특징이다.The radiation shielding composition of the present invention is composed of a polymer resin composed of bismuth (Bi) powder and any one or more of polypropylene (PP) or polylactic acid (PLA), and is excellent against radiation without cracking even during long-term high-temperature treatment. It is characterized by showing a shielding effect.

이하, 본 발명의 방사선 차폐용 조성물의 제조공정을 구체적으로 살피면 다음과 같다.Hereinafter, a detailed look at the manufacturing process of the radiation shielding composition of the present invention is as follows.

(방사선 차폐막 조성물의 제조공정)(Process of manufacturing radiation shielding film composition)

1. 제1공정: 비스무트 분말 준비1. Step 1: Preparation of bismuth powder

비스무트는 원소기호 Bi, 원자량 208.9804, 녹는점 271.44 ℃, 비중 9.80 (20℃)으로 주기율표 15족의 질소족 원소에 속하는 원소로 광석으로 산출되며 안료, 화장용 분 등에 사용되는 금속물질이다. 금속 중에서는 차폐 효과가 있는 물질은 납 (Pb), 황산바륨 (BaSO4), 텅스텐 (W), 비스무트 (Bi) 등이 있다. Bismuth is an element belonging to the nitrogen group element of Group 15 of the periodic table with an element symbol Bi, atomic weight of 208.9804, melting point of 271.44 ℃, and specific gravity of 9.80 (20 ℃). It is calculated as ore and is a metallic substance used for pigments and cosmetics. Among the metals, materials with shielding effects include lead (Pb), barium sulfate (BaSO 4 ), tungsten (W), and bismuth (Bi).

납은 중금속 물질로 가공 중에 납 기체를 발생시켜 납중독을 일으킬 수 있는 위험한 물질이며 인체에 매우 유해하여 사용을 규제하고 있고 납중독 증상으로는 언어 장애, 두통, 복통, 빈혈, 운동 마비 등이 있다. 텅스텐의 경우에는 제품 생산 시 분산력이 낮고 비중이 높아 작업에 어려움이 많고 단가 또한 높아 적용하기 쉽지 않은 반면 상기 비스무트는 선량 감소 효과가 우수하고, 가공성이 우수하고, 물리적으로 유연성이 있어 인체의 장기 형태로 만든 후 일반 X선 및 CT 검사 시 환자의 심부 장기 및 병변이 없는 장기의 불필요한 방사선 피폭에 대한 차폐 효과를 기대할 수 있는 물질로 보고되고 있다.Lead is a heavy metal substance that can cause lead poisoning by generating lead gas during processing. It is very harmful to the human body, and its use is regulated. Symptoms of lead poisoning include speech disorder, headache, abdominal pain, anemia, and motor paralysis. In the case of tungsten, it is difficult to apply due to its low dispersing power and high specific gravity when producing a product, and it is difficult to apply due to its high unit cost, whereas the bismuth has excellent dose reduction effect, excellent workability, and physical flexibility. It has been reported as a material that can be expected to have a shielding effect against unnecessary radiation exposure to deep and lesion-free organs in patients during general X-ray and CT examinations.

이에, 납과 같은 차폐 효과를 지니면서 경량화가 가능한, 새롭게 개발된 비스무트를 납 대체물질로 적용하였으며, 소재별 흡수선량에 따른 차폐율을 납과 비교, 방사선 차폐소재로 제작되었을 때의 무게를 비교하여 실제 임상 적용 시 유용성을 알아본 결과 하기 표 1과 같이 나타났다. Accordingly, the newly developed bismuth, which has the same shielding effect as lead, and which can be lightened, was applied as a lead substitute. As a result of examining the usefulness in actual clinical application, it was shown in Table 1 below.

검사 조건은 KS 규격을 기준을 적용하여 100 kVp, 5 mAs로 설정하여 진행된 것이며 검사 결과 비스무스 기반 시료 중 BF (Film type)시료와 BF2 (고주파 난방 목적의 접착 기능 소재 Film type)의 시료의 무게가 가장 가벼웠고, 차폐율 또한 우수한 것으로 평가되었으며 임상 적용 시 외부 피폭 감소와 경량화 측면까지 모두 고려할 때 BF와 BF2의 적용이 더 유용한 것을 참고하였다.The test conditions were conducted by applying the KS standard to 100 kVp and 5 mAs. As a result of the test, the weight of the BF (Film type) sample and BF2 (the film type of adhesive material for high frequency heating purposes) among the bismuth-based samples It was evaluated as the lightest and the shielding rate was also excellent, and it was noted that the application of BF and BF2 was more useful when considering both the reduction of external exposure and weight reduction in clinical application.

비스무트의 차폐율 Test 결과
Layer/Absorption Dose(μGy)/Shielding rate(%)
Bismuth shielding rate test result
Layer/Absorption Dose(μGy)/Shielding rate(%)
Bismuth
Base
Bismuth
Base
B2B2 BFBF BF2BF2
1장1 page 746.90746.90 5959 1장1 page 153.94153.94 9292 1장1 page 123.84123.84 9393 2장Chapter 2 484.94484.94 7373 2장Chapter 2 128.10128.10 9393 2장Chapter 2 100.22100.22 9494 3장Chapter 3 337.52337.52 8282 3장Chapter 3 113.20113.20 9494 3장Chapter 3 74.9774.97 9696 4장Chapter 4 267.84267.84 8585 4장Chapter 4 102.70102.70 9494 4장Chapter 4 61.8061.80 9797 5장Chapter 5 210.56210.56 8989 5장Chapter 5 89.4089.40 9595 6장Chapter 6 171.94171.94 9191 6장Chapter 6 69.9069.90 9696 7장Chapter 7 143.98143.98 9292 7장Chapter 7 66.2066.20 9696 8장Chapter 8 119.84119.84 9393 8장Chapter 8 84.0484.04 9797 9장Chapter 9 97.8797.87 9595 10장Chapter 10 82.9282.92 9595 11장Chapter 11 64.8964.89 9696 12장Chapter 12 55.3355.33 9797

다시말해, 상기 비스무트는 납, 텅스텐, 황산바륨 등보다 가볍고 생체적합성이 뛰어나며 저선량 방사선에서도 효과적으로 사용할 수 있는 물질로써, 3~5㎛의 입도를 갖는 분말로 제공될 수 있다.In other words, the bismuth is a material that is lighter than lead, tungsten, barium sulfate, etc., has excellent biocompatibility, and can be effectively used even in low-dose radiation, and may be provided as a powder having a particle size of 3 to 5 μm.

또한, 상기 비스무트의 종류로는 산화비스무트(Bi2O3), 비스무트산나트륨(BiNaO3), 질산비스무트(BiN3O9) 중 어느하나이상을 선택하여 사용가능하며, 보다 바람직하게는 산화비스무트를 적용하는 것이 가장 좋은 것으로, 일예로 하기와 같은 (주)덕산케미컬의 산화비스무트(Assay 99.9%)를 사용한다.In addition, as the type of bismuth, any one or more of bismuth oxide (Bi 2 O 3 ), sodium bismuth (BiNaO 3 ), and bismuth nitrate (BiN 3 O 9 ) can be selected and used, and more preferably bismuth oxide As an example, it is best to apply bismuth oxide (Assay 99.9%) of Duksan Chemical Co., Ltd. as follows.

2. 제2공정: 폐플라스틱 폴리머 수지 제조 2. Second process: manufacturing waste plastic polymer resin

본 공정에서는 여러 폐플라스틱 중에서도 균열 발생없고 경도도 적합함과 동시에 차폐 성능이 가장 높은 폴리프로필렌(PP) 또는 폴리락틱에시드(PLA) 중 어느 하나이상을 용융하여 폴리머 수지를 제조하는 것이 특징이다.In this process, a polymer resin is manufactured by melting any one or more of polypropylene (PP) or polylactic acid (PLA), which has the highest shielding performance while having no cracking and suitable hardness among various waste plastics.

설명하면, 기존 금속과 플라스틱을 결합한 플라스틱 수지에는 주로 결정성 소재가 많이 사용된다. 그 가운데에서도 폴리에스테르(Polyester, PBT), 나일론(Nylon, PA), 폴리페닐렌 설파이드(Polyphenylene sulfide, PS) 등의 사용이 가장 많다. 무거운 금속을 경량화 소재로 이용하거나 높은 유연성이 있는 폴리머를 혼합하는 기존의 방식들이 있다. 비스무트 또한 금속 성질만으로는 다양한 형태와 얇은 소재로 가공하기 쉽지 않으며 비스무트의 분말가루 단가 자체가 높아 단독 가공하려면 비용이 많이 소요되는 단점이 있어 문제가 있다. In other words, crystalline materials are mainly used for plastic resins that combine conventional metals and plastics. Among them, polyester (PBT), nylon (Nylon, PA), and polyphenylene sulfide (PS) are the most used. There are conventional methods of using heavy metals as lightweight materials or mixing polymers with high flexibility. Bismuth also has a problem because it is not easy to process into various shapes and thin materials only by its metallic properties, and the cost of bismuth powder itself is high, so it takes a lot of cost to process it alone.

그런 반면, 플라스틱 폴리머는 얇은 필름 형태로 가공하기 쉬우며 단가가 저렴하고 매우 연하며, 변형성이 좋아서 복잡한 형상으로 쉽게 변형될 수 있다. On the other hand, plastic polymers are easy to process into a thin film form, are inexpensive, are very soft, and have good deformability, so they can be easily transformed into complex shapes.

이에 본 발명에서는 이러한 두 성질을 혼합하여 금속 성분과 폴리머 성분의 장단점을 상호 보완하는 재료를 제조하기 위해, 본 단계에서는 플라스틱을 용융하여 폴리머 수지로 제조한다. Accordingly, in the present invention, in order to prepare a material that complements the advantages and disadvantages of the metal component and the polymer component by mixing these two properties, in this step, the plastic is melted to produce a polymer resin.

이때, 적용 플라스틱의 종류로는 폴리프로필렌(PP) 또는 폴리락틱에시드(PLA) 중 어느 하나이상을 사용한다. At this time, any one or more of polypropylene (PP) or polylactic acid (PLA) is used as the type of plastic applied.

다시말해, 폴리프로필렌(PP) 또는 폴리락틱에시드(PLA)은 용융 후 경화과정을 통해 균열이 발생되지 않으면서 일정 강도를 갖음과 동시에 차폐능력이 다른 플라스틱 폴리머 수지보다 높은 바, 본 발명이 목적하는 효과를 이루는데 매우 적합하다.In other words, polypropylene (PP) or polylactic acid (PLA) has a certain strength without cracking through the curing process after melting and at the same time has a higher shielding ability than other plastic polymer resins. It is very suitable to achieve the effect.

이러한 상기 폴리프로필렌(PP) 또는 폴리락틱에시드(PLA)은 딱딱한 형태로 이루어져 상기 비스무트 분말과 단순 혼합할 경우 상승된 차폐효과를 발휘하기 어렵게 된다 Such polypropylene (PP) or polylactic acid (PLA) is in a hard form, and when simply mixed with the bismuth powder, it is difficult to exhibit an increased shielding effect.

이에, 상기 폴리프로필렌(PP) 또는 폴리락틱에시드(PLA)은 펠렛(pellet)형태로 제조한 후, 이를 160~170℃에서 용융하여 폴리머 수지로 제조한다.Thus, the polypropylene (PP) or polylactic acid (PLA) is prepared in the form of pellets, and then melted at 160 to 170°C to prepare a polymer resin.

3. 제3공정: 방사선 차폐용 조성물 제조 3. Third process: Preparation of radiation shielding composition

본 공정에서는 상기 비스무트(Bi) 분말과 상기 폴리머수지를 혼합하여 방사선 차폐용 조성물을 제조하는 것이 특징이다.In this process, the bismuth (Bi) powder and the polymer resin are mixed to prepare a radiation shielding composition.

설명하면, 본 발명의 발명자들은 하기 실험예에 기재되어 있듯이, 금속 성질인 비스무트 (Bi) 분말과 혼합폴리머인 PE, PP, PET, PLA를 결합하여 폴리머 성질의 접합성을 확인하였으며, 혼합된 폴리머 시료와 미혼합된 폴리머 시료에 대한 방사선 차폐 수치도 측정하였다.To explain, the inventors of the present invention confirmed the bonding property of the polymer property by combining the bismuth (Bi) powder, which is a metallic property, and PE, PP, PET, and PLA, which are mixed polymers, as described in the following experimental examples, and the mixed polymer sample The radiation shielding values for the polymer samples not mixed with and were also measured.

그 결과, PE, PP, PET, PLA 모두 혼합된 폴리머는 접합성이 떨어지는 것으로 확인하여 각각의 비스무트 분말 혼합을 진행한 Sample 시료를 제작하였다. 다시말해, 50 mm × 50 mm × 25 mm의 크기에 비스무트가 혼합되는 않은 폴리머와 비스무트를 혼합한 폴리머 시료를 적용하여 결합된 시료에 대해 각 폴리머마다 방사선 차폐율을 실험하여 기존 플라스틱 폴리머에 비스무트 분말을 첨가하여 시료를 측정하였을 때 더 높은 차폐 효과가 나타는 것으로 확인하였다. 차폐 효과가 있는 비스무트 분말이 혼합된 PE, PP, PET, PLA에 따른 시료의 형태, 모양, 크기를 확인하였으며 각각 시료의 차폐 효능은 PP > PET > PLA > PE 순으로 확인되었으나 PET는 균열이 발생하였고 PE는 차폐율이 상대적으로 떨어지는 것으로 결과를 보였다. 비스무트 미함유된 폴리머 대비하여 비스무트 혼합 폴리머 시료의 차폐 효율은 60 kVp 기준으로는 약 2.3배, 80 kVp 기준은 2.4배, 100 kVp는 2.5배로 나타났으며 관전압 수치가 높아질수록 점점 더 차폐효과가 뛰어나다는 내용을 확인하였다.As a result, it was confirmed that the polymer mixed with all of PE, PP, PET, and PLA had poor bonding properties, and a sample sample was prepared in which each bismuth powder was mixed. In other words, bismuth powder was applied to the existing plastic polymer by testing the radiation shielding rate for each polymer by applying a bismuth-free polymer and a bismuth-mixed polymer sample to the size of 50 mm × 50 mm × 25 mm. It was confirmed that a higher shielding effect appeared when the sample was measured by adding. The shape, shape, and size of samples were checked according to PE, PP, PET, and PLA mixed with bismuth powder with shielding effect, and the shielding effectiveness of each sample was confirmed in the order of PP> PET> PLA> PE, but PET cracks. The result was that PE had a relatively low shielding rate. Compared to the bismuth-free polymer, the shielding efficiency of the bismuth mixed polymer sample was about 2.3 times for 60 kVp, 2.4 times for 80 kVp, and 2.5 times for 100 kVp. The higher the tube voltage value, the better the shielding effect is. Confirmed the content.

식약처 기준 0.25 mmpb 기준으로 실험을 진행한 결과 폴리머와 비스무트가 혼합된 시료를 60 kVp 기준으로 평균 차폐율을 측정한 결과 88.84%이나 개별적 차폐율을 볼 때 PP의 경우에는 91.84%, PLA의 경우에는 87.92%의 차폐율을 보여주었으며 시료의 두께를 높이 할수록 차폐효과는 더 있을 것으로 예측되었으며 그 결과 소량의 비스무트 혼합으로도 건축자재용 저선량 차폐에 효과가 있다는 것을 확인 하였다.As a result of conducting an experiment based on 0.25 mmpb based on the Ministry of Food and Drug Safety, the average shielding rate was measured on a 60 kVp standard for a sample mixed with polymer and bismuth. A shielding rate of 87.92% was shown, and the shielding effect was predicted to be more effective as the thickness of the sample was increased. As a result, it was confirmed that even a small amount of bismuth mixture is effective in low-dose shielding for construction materials.

이에, 본 발명에서는 상기 비스무트(Bi) 분말과 차폐효과가 가장 우수한 상기 폴리머수지를 혼합하여 방사선 차폐용 조성물을 제조하며, 보다 바람직하게는 상기 비스무트(Bi) 분말과 상기 폴리머수지를 1 : 6~8 중량비로 혼합구성하여 가장 우수한 차폐효과를 갖도록 하는 것을 특징으로, 이는 상기 폴리머수지의 함량이 6 중량비 미만으로 함유될 경우에는 상대적으로 비스무트의 함량이 많아져 비경제적이며 8 중량비를 초과할 경우에는 상대적으로 비스무트의 함량이 적어 목적하는 차폐효과를 다소 떨어지기 때문이다. 이러한 혼합비율은 제조방법에 따라 변경가능하다. Accordingly, in the present invention, a composition for radiation shielding is prepared by mixing the bismuth (Bi) powder and the polymer resin having the most excellent shielding effect, and more preferably, the bismuth (Bi) powder and the polymer resin are 1:6~ It is characterized in that it has the best shielding effect by mixing in a weight ratio of 8, which is uneconomical because the content of bismuth is relatively high when the content of the polymer resin is less than 6 weight ratio. This is because the content of bismuth is relatively small, which slightly degrades the desired shielding effect. This mixing ratio can be changed according to the manufacturing method.

이렇게 제조된 상기 방사선 차폐용 조성물은 건축용 골재에 상기 혼합 방사선 차폐용 조성물을 사용하거나, 또는 시트 형태로 제조될 수 있다. 구체적으로, 상기 방사선 차폐용 조성물을 압출 성형, 캘린더 가공, 금형 성형 등을 통해 시트 형태로 제조될 수 있으며, 이때, 상기 시트는 0.1mm 내지 10mm의 두께(t)의 시트로 제조될 수 있다.The radiation shielding composition prepared in this way may be prepared in the form of a sheet or using the mixed radiation shielding composition for a building aggregate. Specifically, the radiation shielding composition may be manufactured in a sheet form through extrusion molding, calendering, mold molding, etc., in which case, the sheet may be manufactured as a sheet having a thickness (t) of 0.1mm to 10mm.

이하에서는 실험예를 들어 본 발명에 관하여 더욱 상세하게 설명할 것이나, 이들 실험예는 단지 설명의 목적을 위한 것으로 본 발명의 보호 범위를 제한하고자 하는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to experimental examples, but these experimental examples are for illustrative purposes only and are not intended to limit the protection scope of the present invention.

<실험 예 1> 방사선 차폐막으로서의 사용가능한 소재 도출실험<Experimental Example 1> Experiment to derive materials usable as a radiation shielding film

폐플라스틱 소재인 PE, PP, PET, PLA를 골재형태로 가공한 후 이를 각각 3 ~ 5 μm의 비스무트 분말을 처리하여 방사선 조사조건을 관전압 60 kVp, 80 kVp, 100 kVp 조건에서 관전류 20 mA를 50 mAs에서 0.25 Sec 동안 시행하였다. 비스무트가 혼합된 폐플라스틱 시료와 미혼합된 폐플라스틱 시료에 대한 방사선 차폐 수치를 측정하는 방식으로 실험하였다. 비스무트는 금속물질로 무거운 성질이 있어 폐플라스틱과 물리적으로 혼합하기 어려움이 있고 표면 특성 또한 완전히 달라서 각각 폐플라스틱 시료 PE, PP, PET, PLA에 비스무트 분말의 양을 조절하여 폐플라스틱 표면에 비스무트 분말 혼합처리를 하는 방식으로 실험을 하였다.After processing the waste plastic materials PE, PP, PET, PLA into aggregate form, each of them is treated with bismuth powder of 3 to 5 μm, and the irradiation conditions are controlled by tube current of 20 mA under the conditions of tube voltages of 60 kVp, 80 kVp, and 100 kVp. It was run for 0.25 Sec in mAs. The experiment was conducted by measuring the radiation shielding level of the waste plastic sample mixed with bismuth and the waste plastic sample not mixed. Bismuth is a metallic substance and has a heavy nature, so it is difficult to mix it physically with waste plastics, and its surface characteristics are also completely different, so bismuth powder is mixed on the surface of waste plastics by controlling the amount of bismuth powder in each waste plastic sample PE, PP, PET, PLA The experiment was conducted in a way of treating.

구체적으로 설명하면 다음과 같다.Specifically, it is as follows.

① 시험편 제작① Test piece production

비스무트 분말 녹는점 271 ℃과 폐플라스틱 녹는점 170 ℃를 용융 처리한 후 변화를 관찰하였다. 비스무트와 폐플라스틱 조직은 열적인 변화를 주어 그에 대한 폐플라스틱에 대한 양과 크기를 조절하여 실험을 진행하였다. 두 성질의 제품을 혼합하여 용융하였을 때 변화도 관찰하였다. 비스무트 분말의 경우에는 ㈜덕산케미컬의 산화비스무트를 사용하였으며, PE, PP, PET 원료의 경우에는 에이스 폴리머로부터 공급받았으며 PLA 원료의 경우에는 도원바이오테크로부터 공급받아 사용하였다.Changes were observed after melting the bismuth powder melting point of 271 °C and the melting point of waste plastics of 170 °C. Bismuth and waste plastic tissues were subjected to thermal changes, and the amount and size of waste plastics were adjusted to perform the experiment. Changes were also observed when the two products were mixed and melted. In the case of bismuth powder, bismuth oxide of Duksan Chemical Co., Ltd. was used. In the case of PE, PP, PET raw materials, it was supplied from Ace Polymer, and in the case of PLA raw materials, it was supplied from Dowon Biotech.

PE (Polyethylene), PP (Polypropylene), PET (Polyethylene terephthalate)와 PLA (Poly lactic acid), 비스무트의 녹는점을 고려하여 실험을 진행하였으며 그에 대한 물질을 용융하였을 때 나타나는 차폐 효과에 대한 수치를 측정하였다. The experiment was conducted in consideration of the melting points of PE (Polyethylene), PP (Polypropylene), PET (Polyethylene terephthalate), PLA (Poly lactic acid), and bismuth, and the numerical values for the shielding effect that appeared when the material was melted were measured. .

두 물질을 혼합하였을 때에도 차폐 효과가 유지되는 것을 확인하고 환경적인 면을 고려하여 실험을 진행하였다. 비스무트 분말의 평균 입도가 3 ~ 5μm이며 순도 99%인 비스무트 분말에 Pellet화된 PE, PP. PET, PLA 원료를 혼합하였다.It was confirmed that the shielding effect was maintained even when the two materials were mixed, and the experiment was conducted in consideration of environmental aspects. PE, PP pelletized in bismuth powder with an average particle size of 3 to 5 μm and a purity of 99% of bismuth powder. PET and PLA raw materials were mixed.

② 비스무트와 폐플라스틱의 혼합시료 제작② Preparation of mixed sample of bismuth and waste plastic

플라스틱 소재 PE, PP, PET, PLA과 비스무트 분말의 양을 분류하여 시료로 지정하였다. 플라스틱 필름의 Test 시료는 PET + Bi를 혼합한 시료를 PE와 PP에 혼합하는 형식으로 진행하였다. 주원료는 산화비스무트 분말로 지정하고 각 혼합되는 분말의 양은 30g으로 혼합 시료를 제작하였다. 최종 혼합된 플라스틱 필름과 비스무트 분말을 열처리를 이용한 혼합 실험을 진행하였다. 그에 대한 비스무트 분말의 크기와 양에 따른 플라스틱 필름 소재들과 혼합하였을 때의 차폐율을 측정하였다. 실험온도는 165.5℃에서 시행하였다.The amounts of plastic materials PE, PP, PET, PLA and bismuth powder were classified and designated as samples. The test sample of the plastic film was carried out in a format in which a sample of PET + Bi was mixed with PE and PP. The main raw material was designated as bismuth oxide powder, and the amount of each mixed powder was 30 g to prepare a mixed sample. The final mixed plastic film and bismuth powder were subjected to a mixing experiment using heat treatment. The shielding rate when mixed with plastic film materials according to the size and amount of the bismuth powder was measured. Experimental temperature was conducted at 165.5℃.

먼저 Pellet화 된 PET 200 g과 산화비스무트 분말 30 g을 일정 온도에 가열하여 실험을 진행하였다. 두 성질의 혼합을 위해 PET 200 g을 먼저 용융한 후 비스무트 분말을 넣어 혼합하였다. 기존 비스무트 분말의 기존 색은 옅은 황색이며 기존 PET만 용융하였을 때는 무색의 빛을 띠며 비스무트 분말을 혼합하여 용융하게 되면 어두운색으로 변하는 것을 확인하였다. 두 가지의 소재를 혼합하여 고체화시켰을 때는 매우 단단한 성질에 물질이 되며 일정 시간이 지나면 균열이 발생하는 것을 관찰하였다.First, 200 g of pelletized PET and 30 g of bismuth oxide powder were heated at a constant temperature to conduct the experiment. For mixing of the two properties, 200 g of PET was first melted, and then bismuth powder was added and mixed. It was confirmed that the existing color of the existing bismuth powder was pale yellow. When only the existing PET was melted, it had a colorless light, and when the bismuth powder was mixed and melted, it was confirmed that the color changed to dark. When the two materials were mixed and solidified, it became a material with very hard properties, and it was observed that cracks occurred after a certain period of time.

그 다음 Pellet화 된 PLA 200 g과 산화비스무트 분말 30 g을 일정 온도에 가열하여 실험을 진행하였다. 두 성질의 혼합을 위해 PLA 200 g을 먼저 용융한 후 비스무트 분말을 넣어 혼합하였다. 기존 비스무트 분말의 기존 색은 옅은 황색이며 기존 PLA만 용융하였을 때는 밝은 녹색의 빛을 띠며 비스무트 분말을 혼합하여 용융하게 되면 어두운 녹색으로 변하는 것을 확인하였다. 두 가지의 소재를 혼합하여 고체화시켰을 때는 매우 단단한 성질에 물질이 되며 해당 물질은 별도 균열이 발생하지 않는 것을 관찰하였다.Then, 200 g of pelletized PLA and 30 g of bismuth oxide powder were heated at a constant temperature to conduct the experiment. For mixing of the two properties, 200 g of PLA was first melted and then bismuth powder was added and mixed. It was confirmed that the existing color of the existing bismuth powder was pale yellow, and when only the existing PLA was melted, it had a light green light, and when the bismuth powder was mixed and melted, it turned dark green. When the two materials were mixed and solidified, it was observed that the material was very hard and did not crack.

③ 폐플라스틱 소재 건축용 골재에 비스무트 혼합 시료 제작③ Preparation of bismuth mixed sample with waste plastic material construction aggregate

상기 측정된 시료에 관한 내용을 바탕으로 폐플라스틱 소재 건축용 골재에 비스무트 분말 혼합을 진행하였다. 1차 가공 후 비스무트 분말과 폐플라스틱에 대한 양, 밀도를 측정하여 표면 가루에 관한 내용을 확인하였다. 그러하여 2차 가공을 진행하고 표면에 붙은 분말 가루들을 혼합 처리하여 플라스틱과 비스무트 분말을 혼합 시료를 제작하였다(표 2)Based on the contents of the measured sample, bismuth powder was mixed with the waste plastic construction aggregate. After the first processing, the amount and density of the bismuth powder and the waste plastic were measured to confirm the contents of the surface powder. Thus, the secondary processing was performed and the powdered powder adhered to the surface was mixed and treated to prepare a mixed sample of plastic and bismuth powder (Table 2).

폐플라스틱 대비 비스무트 함유율Bismuth content compared to waste plastic PE(200g) + 혼합제(PET 200g+Bi 30g)
PP(200g) + 혼합제(PET 200g+Bi 30g)
PE (200g) + Mixing Agent (PET 200g + Bi 30g)
PP(200g) + Mixture (PET 200g+Bi 30g)
PE(200g) + 골재(30g)+혼합제(PET 200g+Bi 30g)
PP(200g) + 골재(30g)+혼합제(PET 200g+Bi 30g)
PE (200g) + Aggregate (30g) + Mixture (PET 200g + Bi 30g)
PP (200g) + Aggregate (30g) + Mixture (PET 200g + Bi 30g)
PLA(200g) + 혼합제(PET 200g+Bi 30g)PLA(200g) + Blending agent (PET 200g+Bi 30g)

혼합 폴리머 PE, PP, PET, PLA 200 g과 비스무트 함유량을 30 g 비율로 나누어서 성능 측정을 진행하였다The performance measurement was performed by dividing the mixed polymer PE, PP, PET, PLA 200 g and bismuth content by 30 g ratio.

먼저 실험을 위하여 Pellet화 된 폴리머로 실험을 진행하였다. 각각의 폐플라스틱들을 개별적으로 용융하였을 때 액체상태로 변하였다가 고체화되는 것을 확인하였다. PE, PP, PET 각각의 폴리머를 혼합하여 용융을 하였으나 녹는점이 상이하여 혼합되지 않으며 응집이 되어 섞이지 않는 현상을 관찰하였다. 이에, 폴리머 혼합을 위하여 별도 혼합 기계가 필요한 것으로 확인하였다.First, for the experiment, an experiment was conducted with a pelletized polymer. When each of the waste plastics was individually melted, it was confirmed that it turned into a liquid state and then solidified. Polymers of PE, PP, and PET were mixed and melted, but the melting point was different so that they were not mixed and were aggregated and not mixed. Accordingly, it was confirmed that a separate mixing machine was required for mixing the polymer.

다시말해, PE의 경우에는 약 140 ℃가 되었을 때 서서히 액체화 되는 것을 확인하였다. PP는 약 160 ℃ 정도 가열되었을 때 서서히 녹기 시작하였고 PET는 260 ℃ 정도 가열되었을 때 용융되기 시작하였다. 녹는점을 확인한 결과, PE가 가장 낮으며 그 다음으로 PP, 그리고 PET 순으로 녹은 점이 상이한 것을 확인하였다. 그러하여 PE, PP, PET를 개별적으로 용융하여 다음과 같은 sample 시료를 확인하였다. 먼저 PE를 용융하고 PET + Bi를 혼합하여 Sample을 제작하였으며 이와 같은 방식으로 PP를 용융하고 PET+ Bi를 혼합하여 2번째 Sample을 제작하였다, PET+Bi 혼합제는 폴리머 시료에 2차에 걸쳐 혼합을 진행하였다.In other words, in the case of PE, it was confirmed that it gradually became liquid when it reached about 140°C. PP started to melt slowly when heated to about 160°C, and PET started to melt when heated to about 260°C. As a result of checking the melting point, it was confirmed that the melting point was the lowest in the order of PE, followed by PP and PET. Thus, PE, PP, and PET were individually melted to confirm the following sample samples. First, PE was melted and PET + Bi was mixed to prepare a sample. In this way, PP was melted and PET + Bi was mixed to prepare a second sample. The PET+Bi mixture was mixed with the polymer sample twice. I did.

PET + Bi 혼합제는 경화된 후 균열이 발생하는 문제가 생겨 혼합제로는 적합하지 않은 것으로 판단하였다. 그에 대하여 각각의 폴리머 200 g를 이용하여 Bi 30 g과 혼합하여 혼합제를 제작하였다. PET를 용융하였을 때 액체화가 쉬우나 고체화 되었을 때 균열이 생기며 깨지는 현상을 확인하였으며 강도가 낮은 것으로 확인하였다. PE를 용융하였을 때 액체화가 어려우며 끈적한 성질을 가지고 있으며 고체화 되었을 때 균열이 생기지 않으며 강도는 평균 수준으로 확인하였다.It was judged that the PET + Bi mixture was not suitable as a mixture due to the problem of cracking after curing. For this, 200 g of each polymer was mixed with 30 g of Bi to prepare a mixture. When PET is melted, it is easy to liquefy, but when it is solidified, cracking and cracking were observed, and the strength was confirmed to be low. When PE is melted, it is difficult to liquefy and has a sticky property. When it is solidified, cracks do not occur, and the strength is confirmed at an average level.

PP는 용융하였을 때 강도는 1~7 사이이며 폴리머들 가운데 평균 수준으로 확인하였다. PLA는 용융하였을 때 액체화가 어려우며 접착성이 강한 성질을 가지고 있으며 고체화 되었을 때 균열이 생기지 않으며 강도는 높은 것으로 확인하였다. The strength of PP when melted is between 1 and 7 and was confirmed as an average level among polymers. When PLA is melted, it is difficult to liquefy and has a strong adhesive property. When it is solidified, it does not crack and has high strength.

제작된 혼합제 PLA + Bi, PP + Bi, PE + Bi로 Test 해본 결과 PE + Bi, PP + Bi, PLA + Bi가 균열이 발생하지 않고 강도가 단단한 최적의 혼합제로 확인하였다. 또 다른 이유로는 다른 비교 폴리머 시료보다 높은 강도를 갖고 있으며 변형온도 또한 PET 260℃, PP 160℃, PE 130℃, PLA 170℃를 나타내는 바, 상기 효율적인 용융성을 나타내는 소재로는 PP + Bi 또는 PLA + Bi 소재가 적합함을 확인하였다.As a result of testing with the prepared blending agents PLA + Bi, PP + Bi, and PE + Bi, it was confirmed that PE + Bi, PP + Bi, and PLA + Bi were the optimal blending agents with hard strength without cracking. Another reason is that it has higher strength than other comparative polymer samples, and the deformation temperature also shows PET 260℃, PP 160℃, PE 130℃, PLA 170℃. It was confirmed that PP + Bi or PLA + Bi material is suitable as a material showing the efficient melting property.

<실험 예 2> Bi-플라스틱 복합체 형상 확인<Experimental Example 2> Confirmation of the shape of the Bi-plastic composite

상기 혼합 폴리머에 대한 SEM (Scaning Electron Microscope)으로 측정한 표면 복합체 형상은 도 1에 나타나 있듯이, 혼합이 잘 되었음을 보여주고 있다. 사이즈 500 ㎛×500㎛의 구간 내에 붉은색의 사각형을 확인하였을 때 500배 확대한 Data에는 비스무트 분말 입자의 수가 10 ~ 20개의 분포도가 확인되었고 2,000배 확대한 Data에서는 125㎛×125㎛ 사이즈의 7 ~ 15개 정도의 분포도를 보이며 비스무트 분말이 고르게 혼합이 잘되어짐을 확인되었으며, 폴리머에 대한 비스무트 분말의 혼합도는 연구결과 PLA > PP > PE > PET 순으로 확인되었다.As shown in FIG. 1, the shape of the surface composite measured by SEM (Scaning Electron Microscope) of the mixed polymer shows that the mixing was well performed. When checking the red square within the section of size 500 µm × 500 µm, the distribution of the number of bismuth powder particles was confirmed in the data expanded by 500 times, and the distribution of the number of bismuth powder particles was confirmed. It was confirmed that the bismuth powder was evenly mixed with a distribution of ~ 15, and the mixing degree of the bismuth powder with the polymer was confirmed in the order of PLA> PP> PE> PET as a result of the study.

<실험 예 3> 방사선 차폐막의 효능 검증<Experimental Example 3> Validation of the efficacy of the radiation shielding film

폐플라스틱 골재 시료들을 비스무트 분말과 혼합하여 실험을 진행하였다. The waste plastic aggregate samples were mixed with bismuth powder to conduct the experiment.

실험 종류로는 X-Ray 차폐율 측정( X-Ray 장비 이용) 및, 시료의 크기 및 두께 측정(표면 두께 측정기 이용)을 하였으며, 미세입자를 관찰하였다. As an experiment type, X-ray shielding rate measurement (using an X-ray equipment), and measurement of the size and thickness of a sample (using a surface thickness measuring device) were performed, and microparticles were observed.

차폐 성능 실험 조건은 하기 표 3과 같다.Shielding performance test conditions are shown in Table 3 below.

차폐율 실험검사Shielding rate test inspection 1. 시료 크기 및 개수1. Sample size and number 8 ea(50×50×25mm)8 ea(50×50×25mm) 2. 차폐성능2. Shielding performance 구분division 60kVp60kVp 80kVp80kVp 100kVp100kVp 기준선량(uR)Reference dose (uR) 저감선량(uR)Reduced dose (uR) 차폐율(%)Shielding rate (%)

본 차폐 성능 실험에서 시료는 비스무트를 포함하지 않은 폴리머와 비스무트 포함한 폴리머들을 각각 비교하는 것으로 하기 표 4 및 도 2의 11개 시료를 사용하였다.In this shielding performance experiment, the samples were compared with polymers not containing bismuth and polymers containing bismuth, respectively, and 11 samples of Table 4 and FIG. 2 were used.

시료sample No.No. 비고Remark PP 폴리머PP polymer 1-11-1 비스무트 미포함Without bismuth PP + BiPP + Bi 1-21-2 비스무트 코팅Bismuth coating PLA 폴리머PLA polymer 2-12-1 비스무트 미포함Without bismuth PLA + BiPLA + Bi 2-22-2 비스무트 코팅Bismuth coating PE 폴리머PE polymer 3-13-1 비스무트 미포함Without bismuth PE + BiPE + Bi 3-23-2 비스무트 코팅Bismuth coating PET 폴리머PET polymer 4-14-1 비스무트 미포함Without bismuth PET + BiPET + Bi 4-24-2 비스무트 코팅Bismuth coating PET + BiPET + Bi 5-15-1 비스무트 혼합 폴리머Bismuth mixed polymer PE + BiPE + Bi 6-16-1 비스무트 혼합 폴리머Bismuth mixed polymer PLA + BiPLA + Bi 7-17-1 비스무트 혼합 폴리머Bismuth mixed polymer PP + BiPP + Bi 8-18-1 비스무트 혼합 폴리머Bismuth mixed polymer

다음과 같은 폴리머와 비스무트를 포함하지 않은 Sample 시료와 폴리머와 비스무트를 포함한 Sample을 같은 방사선 수치인 관전압 60 kVp / 80 kVp / 100 kVp와 관전류 200 mA, 시간은 0.25 sec와 50 mAs 조건으로 실험을 진행하여 측정하였다. 이때, 적용되는 차폐율 공식은 다음과 같다.The following experiments were conducted under the conditions of a tube voltage of 60 kVp / 80 kVp / 100 kVp, a tube current of 200 mA, and a time of 0.25 sec and 50 mAs, with the same radiation values for the sample sample without polymer and bismuth and the sample including polymer and bismuth. And measured. At this time, the applied shielding rate formula is as follows.

* 차폐율 공식: ((NON 선량 평균값-시료 통과 후 선량 평균값)/NON 선량 평균값) × 100* Shielding rate formula: ((NON dose average value-dose average value after passing the sample)/NON dose average value) × 100

그 결과 하기 표 5,6,7,8과 같이 나타났다.As a result, it was shown in Tables 5,6,7,8 below.

관전압
kVp
Tube voltage
kVp
samplesample 기준선량
mGy
Baseline dose
mGy
저감선량
(폴리머 미포함)
mGy
Reduced dose
(No polymer)
mGy
%% 저감선량
(코팅폴리머)
mGy
Reduced dose
(Coating polymer)
mGy
%%
1One 22 1One 22 60
kV
60
kV
PPPP 4,4624,462 2,6402,640 2,6422,642 40.8140.81 364364 364364 91.8491.84
Avr 2,641Avr 2,641 Avr 364Avr 364 PLAPLA 2,7422,742 2,7472,747 38.4838.48 538538 539539 87.9287.92 Avr 2,745Avr 2,745 Avr 539Avr 539 PEPE 3,0203,020 3,0203,020 32.3132.31 671671 671671 84.9684.96 Avr 3,020Avr 3,020 Avr 671Avr 671 PETPET 2,7362,736 2,7392,739 38.6338.63 418418 418418 90.6390.63 Avr 2,738Avr 2,738 Avr 418Avr 418

관전압
kVp
Tube voltage
kVp
samplesample 기준선량
mGy
Baseline dose
mGy
저감선량
(폴리머 미포함)
mGy
Reduced dose
(No polymer)
mGy
%% 저감선량
(코팅폴리머)
mGy
Reduced dose
(Coating polymer)
mGy
%%
1One 22 1One 22 80
kV
80
kV
PPPP 7,0077,007 4,4904,490 4,4924,492 35.9035.90 912912 912912 86.9886.98
Avr 4,491Avr 4,491 Avr 912Avr 912 PLAPLA 4,5904,590 4,5884,588 35.5035.50 1,2071,207 1,2071,207 82.7782.77 Avr 4,589Avr 4,589 Avr 1,207Avr 1,207 PEPE 4,9444,944 4,9514,951 29.3829.38 1,4461,446 1,4471,447 73.3473.34 Avr 4,948Avr 4,948 Avr 1,447Avr 1,447 PETPET 4,5904,590 4,5924,592 34.4734.47 998998 998998 85.7585.75 Avr 4,591Avr 4,591 Avr 998Avr 998

관전압
kVp
Tube voltage
kVp
samplesample 기준선량
mGy
Baseline dose
mGy
저감선량
(폴리머 미포함)
mGy
Reduced dose
(No polymer)
mGy
%% 저감선량
(코팅폴리머)
mGy
Reduced dose
(Coating polymer)
mGy
%%
1One 22 1One 22 100
kV
100
kV
PPPP 9,6759,675 6,5446,544 6,5446,544 31.3231.32 1,7201,720 1,7191,719 82.2282.22
Avr 6,544Avr 6,544 Avr 1,720Avr 1,720 PLAPLA 6,6026,602 6,6076,607 31.7331.73 2,1152,115 2,1162,116 78.1278.12 Avr 6,605Avr 6,605 Avr 2,116Avr 2,116 PEPE 7,0157,015 7,0177,017 27.8327.83 2,4832,483 2,4852,485 74.3274.32 Avr 7,016Avr 7,016 Avr 2,484Avr 2,484 PETPET 6,6216,621 6,6226,622 31.5531.55 1,8221,822 1,8241,824 81.1581.15 Avr 6,622Avr 6,622 Avr 1,823Avr 1,823

관전압
kVp
Tube voltage
kVp
samplesample 기준선량
mGy
Baseline dose
mGy
저감선량
(혼합폴리머)
mGy
Reduced dose
(Mixed polymer)
mGy
%%
1One 60kV60kV 55 4,4624,462 289289 93.4893.48 66 728728 83.6883.68 77 5555 98.7698.76 88 118118 97.3597.35 80kV80kV 55 7,0077,007 817817 88.3488.34 66 1,6081,608 77.0577.05 77 266266 96.2096.20 88 312312 95.5495.54 100kV100kV 55 9,6759,675 1,6391,639 83.0583.05 66 2,8132,813 70.9070.90 77 683683 92.9492.94 88 812812 91.6091.60

상기 표 5,6,7,8에 나타나 있듯이, 관전압이 높아질수록 차폐율 감소하는 것으로 확인하였으며 60 kVp 수치로 실험을 진행하였을 때 차폐율이 가장 높은 것으로 측정하였다.As shown in Tables 5, 6, 7, and 8, it was confirmed that the shielding rate decreased as the tube voltage increased, and when the experiment was conducted with a value of 60 kVp, the shielding rate was measured as the highest.

플라스틱 시료의 재질에 따라 차폐능력이 상이한 것으로 검출되었으나 각 시료의 1 ~ 3% 정도로 차폐 효율이 다른 것으로 확인하였다. 각각 시료의 차폐 효능은 비스무트를 포함한 폴리머에서 포함하지 않은 폴리머보다 차폐효능이 더높게 나타났으며, 비스무트를 포함한 폴리머 중에서도 PP+Bi > PET+Bi > PLA+Bi > PE+Bi 순으로 확인되었다. 특히, 코팅보다는 혼합폴리머에서 차폐효능이 더 우수하게 나타냄을 확인되었다.It was detected that the shielding ability was different depending on the material of the plastic sample, but it was confirmed that the shielding efficiency was different about 1 to 3% of each sample. The shielding efficacy of each sample was found to be higher in the polymer containing bismuth than the non-polymer, and among the polymers containing bismuth, PP+Bi> PET+Bi> PLA+Bi> PE+Bi were found in order. In particular, it was confirmed that the shielding effect was more excellent in the mixed polymer than the coating.

<실험예 3> 식약처 기준 납당량 0.25 mmpb와 시료의 차폐성능 비교<Experimental Example 3> Comparison of shielding performance of samples with 0.25 mmpb of lead equivalent based on the Ministry of Food and Drug Safety

50 mm × 50 mm × 25 mm (가로×세로×높이) 크기의 폴리머 시료를 이용하여 방사선 차폐율에 대한 검사를 진행하고 평균값을 계산하여 진행하였다.Using a polymer sample having a size of 50 mm × 50 mm × 25 mm (width × length × height), the radiation shielding rate was examined and the average value was calculated.

시료에 대한 크기 및 두께 측정은 Crownman 社 - Electronic Digital Calipers를 사용하였으며 0 ~ 150 mm 두께에 대한 수치 측정이 가능하다.The size and thickness of the sample was measured using Crownman's Electronic Digital Calipers, and numerical measurements of 0 ~ 150 mm thickness are possible.

비스무터 폴리머 규격은 다음 표 9와 같다. The specifications of the bismuth polymer are shown in Table 9 below.

두께(T/mm)Thickness(T/mm) Bi 미포함 폴리머 시료Polymer sample without Bi Bi 혼합 폴리머 시료Bi mixed polymer sample PPPP 17.2017.20 7.807.80 PLAPLA 17.2017.20 7.807.80 PEPE 17.2017.20 7.807.80 PETPET 17.2017.20 7.807.80

방사선 차폐율 실험결과 하기 표 10,11 및 도 3과 같이 나타났다.The radiation shielding rate test results were shown in Tables 10 and 11 and FIG. 3 below.

분류Classification 60 kVp60 kVp 80 kVp80 kVp 100 kVp100 kVp PPPP 40.8140.81 35.9035.90 31.3231.32 PLAPLA 38.4838.48 35.5035.50 31.7331.73 PEPE 32.3132.31 29.3829.38 27.8327.83 PETPET 38.6338.63 34.4734.47 31.5531.55 차폐율(%)Shielding rate (%) 37.55%37.55% 33.81%33.81% 30.60%30.60%

분류Classification 60 kVp60 kVp 80 kVp80 kVp 100 kVp100 kVp PPPP 91.8491.84 86.9886.98 82.2282.22 PLAPLA 87.9287.92 82.7782.77 78.1278.12 PEPE 84.9684.96 73.3473.34 74.3274.32 PETPET 90.6390.63 85.7585.75 81.1581.15 차폐율(%)Shielding rate (%) 88.84%88.84% 82.21%82.21% 78.96%78.96%

식약처 기준 0.25 mmpb 기준으로 실험을 진행 한 결과 폴리머와 비스무트가 혼합된 시료를 60 kVp 기준으로 평균 차폐율을 측정한 결과 88.84%이나 개별적 차폐율을 볼 때 PP의 경우에는 91.84%의 차폐율을 보여주었다. 비스 무트 미함유 폴리머 대비하여 비스무트 혼합 폴리머 시료의 차폐효율은 60kVp기준으로는 약 2.3배, 80 kVp 기준은 2.4배, 100 kVp는 2.5배로 나타났으며 관전압 수치가 높아질수록 점점 더 차폐효과가 뛰어나다는 내용을 확인하였다.As a result of conducting an experiment based on the 0.25 mmpb standard based on the Ministry of Food and Drug Safety, the average shielding rate was measured on a 60 kVp standard for a sample mixed with polymer and bismuth. Showed. Compared to the bismuth-free polymer, the shielding efficiency of the bismuth mixed polymer sample was about 2.3 times for 60 kVp, 2.4 times for 80 kVp, and 2.5 times for 100 kVp. The higher the tube voltage value, the better the shielding effect. I confirmed the contents.

또한, 방사선 차폐 시트를 생산하는 타사의 방사선 차폐 성능 검사 <검사 기관 : (재)한국의료기기검사원 부설 방사선안전검사원>한 내용을 비교 참조하여 관전압 별 타사 차폐율과 비스무트 포함 PP, PLA폴리머의 차폐율을 비교한 결과 하기 표 12 및 도 4h와 같이 나타났다.In addition, by comparing the contents of the radiation shielding performance test of other companies that produce the radiation shielding sheet <Inspection Agency: Radiation Safety Inspector affiliated with Korea Medical Equipment Inspection Institute> As a result of comparing the rates, it was shown in Table 12 and FIG. 4H.

* 타사 차폐시트 시료 : 우레탄 수지(Urethane Resin) 용제 (Solvent), 비스무트 (Bi), 두께 : 7.50mm (1.50mm × 5겹)* Other company's shielding sheet samples: Urethane resin solvent (Solvent), bismuth (Bi), thickness: 7.50mm (1.50mm × 5 layers)

kVpkVp 두께thickness 60 kVp60 kVp 80 kVp80 kVp 100 kVp100 kVp 타사 차폐시트Third party shielding sheet 7.50mm7.50mm 96.21%96.21% 90.05%90.05% 83.10%83.10% 비스무트 혼합
PP폴리머
Bismuth blend
PP polymer
7.80mm7.80mm 91.84%91.84% 86.98%86.98% 82.22%82.22%
비스무트 혼합
PLA폴리머
Bismuth blend
PLA polymer
7.80mm7.80mm 87.92%87.92% 82.77%82.77% 78.12%78.12%

상기 표 12에 나타나 있듯이, 식약처 인증 기준의 Data로 실험을 진행한 비스무트 혼합 폴리머에 대한 차폐율을 비교하여 보았을 때 차폐율에서 큰 차이가 없음을 확인하였다.As shown in Table 12, it was confirmed that there was no significant difference in the shielding rate when comparing the shielding rates for the bismuth mixed polymer tested with the data of the Ministry of Food and Drug Safety certification standards.

이와 같이, 본 발명에 의해 장기간 고온처리에도 균열이 발생하지 않으면서 방사선에 대해 차폐효과가 우수한 방사선 차폐용 조성물을 제공할 수 있음을 알 수 있었다.As described above, it was found that the present invention can provide a radiation shielding composition having an excellent shielding effect against radiation without generating cracks even during long-term high-temperature treatment.

상기의 본 발명은 바람직한 실험예를 중심으로 살펴보았으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 본질적 기술 범위 내에서 상기 본 발명의 상세한 설명과 다른 형태의 실험예들을 구현할 수 있을 것이다. 여기서 본 발명의 본질적 기술범위는 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.The present invention has been looked at around preferred experimental examples, and those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains can implement experimental examples of different types from the detailed description of the present invention within the essential technical scope of the present invention. I will be able to. Here, the essential technical scope of the present invention is shown in the claims, and all differences within the scope equivalent thereto should be construed as being included in the present invention.

Claims (3)

삭제delete 3~5㎛의 입도를 갖는 비스무트(Bi) 분말을 준비하는 제1공정;
폴리프로필렌(PP) 또는 폴리락틱에시드(PLA) 중 어느 하나이상을 펠렛(pellet)형태로 제조한 후, 이를 160~170℃에서 용융하여 폴리머 수지를 제조하는 제2공정 및,
비스무트(Bi) 분말과 상기 폴리머수지를 1 : 6~8 중량비로 혼합하여 방사선 차폐용 조성물을 제조하는 제3공정;을 포함하는,
방사선 차폐용 조성물의 제조방법.
A first step of preparing bismuth (Bi) powder having a particle size of 3 to 5 μm;
A second process of preparing a polymer resin by manufacturing at least one of polypropylene (PP) or polylactic acid (PLA) in a pellet form, and then melting it at 160 to 170°C, and
Including; bismuth (Bi) powder and a third step of mixing the polymer resin in a weight ratio of 1: 6 to 8 to prepare a radiation shielding composition;
Method for producing a radiation shielding composition.
제2항의 제조방법에 의해 제조된,
방사선 차폐용 조성물.
Produced by the manufacturing method of claim 2,
Composition for shielding radiation.
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