KR102314278B1 - 방사선 차폐성 사출성형품 조성물 및 이를 이용하여 제조한 방사선 차폐성 사출성형품 - Google Patents

방사선 차폐성 사출성형품 조성물 및 이를 이용하여 제조한 방사선 차폐성 사출성형품 Download PDF

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Abstract

본 발명은 납과 같은 유해 금속을 사용하지 않으면서도 방사선 차폐능 뿐만 아니라, 기계적 물성이 우수한 사출 성형품을 제조할 수 있는 조성물, 이를 이용한 방사선 차폐성 사출 성형품에 관한 것이다.

Description

방사선 차폐성 사출성형품 조성물 및 이를 이용하여 제조한 방사선 차폐성 사출성형품{Molded article compositions having radiation shield and Molding article having radiation shield using the same}
본 발명은 방사선을 차폐성 사출성형품 조성물 및 이를 이용하여 제조한 사출성형품에 관한 것으로, 더욱 자세하게는 탄소섬유나 탄소나노튜브를 사용하지 않으면서도 우수한 방사선 차폐성을 가지고, 사출성형성이 우수한 조성물 및 이를 제조하여 제조한 사출성형품에 관한 것이다.
원자력은 질병의 치료, 에너지원, 과학적 분석의 정확성 확보 등 현대 사회의 거의 모든 분야에 응용되고 있다. 하지만 원자내부의 핵자 또는 외곽전자들의 활동으로 인해 발생하는 여러 종류의 전리방사선들은 유기물로 구성된 생물체에 큰 해를 줄 수 있어, 방사선 차폐가 필요하다.
방사선 차폐는 전리방사선인 X, γ, β 선 등의 위험으로부터 인체 및 기타 재산을 보호하기 위한 방법으로, 방사선 차폐를 위해 원자번호가 높은 납(Pb)이 주로 사용되고 있다. 납을 차폐체로 주로 사용하는 이유는, 구하기 쉽고 가격이 낮고 가공이 쉽기 때문이다. 그러나, 납은 체내에 축적이 쉬운 중금속으로, 한 번 축적된 납은, 신경, 신장, 내분비계, 생식기 등에 손상을 주어, 심하면 사망에 이르게 한다.
마이크로파 범위로 전자기 방사선을 흡수하는 재료는 자체로서 다양한 형태의 탄소이다. 흑연, 탄소나노튜브 및 그래핀이 있으며. 그래핀은 2차원 6방정계 구조를 지닌 탄소 동소체이다. 결과적으로, 탄소 나노튜브는 0.5 내지 수십 nm의 직경 및 수 cm 이하의 길이를 지닌 동축 실린더의 형태로 감겨진 하나 이상의 그래핀 단층으로 이루어진다. 예를 들면, 두께가 10㎛인 라미네이트를 형성하는, 환원된 그래핀 산화물의 얇고 큰 표면 층은 1 ~ 4GHz 범위에서 20dB의 차폐 능력을 갖는다(Carbon 94, 494, 2015). 다른 예는 페라이트의 혼합물과의 현탁액으로부터 여과에 의해 제조된, 자기 나노입자, 예컨대, Fe2O4의 혼합물과의 얇은 그래핀 층이다. 이러한 층은 8 ~ 12GHz 범위에서 ~20dB의 차폐 유효성을 달성하였다(J. Mater. Chem. A 3, 2097, 2015). 이러한 재료는 DC 범위에서 전기 전도성이며, 차폐 메카니즘은 재료 속의 금속성 경로의 존재를 기반으로 한다.
차폐 특성을 갖는 나노탄소 충전제와의 중합체 복합체, 예컨대, 폴리프로필렌 매트릭스내에 다중-벽 탄소나노튜브의 혼합물을 함유하는 복합체가 또한 공지되어 있다. 복합체는 ~7%의 혼합물 농도에서 30dB의 수준에서 8 ~ 12GHz의 범위에서 차폐 특성을 갖는다. 복합체는 성분을 실온에서 직접 무수 혼합시켜 제조한 다음 수득된 분말을 용융시키고 얇은 플레이트로 압축시켰다(Carbon 47, 1738, 2009). 복합체는 DC 범위에서 전도성이다.
낮은 충전제 농도(<1%)에서 30dB의 차폐 능력을 달성하는, 열적으로 환원시킨 그래핀 산화물을 기반으로 한 전도성(DC 범위에서) 복합체를 생산하는 방법이 또한 알려져 있다. 복합체는 그래핀 산화물 및 폴리에틸렌 과립을 기계적 혼합하여 제조한 다음 이를 고온 압축에 적용시켰다. 중요하게는, 이러한 공정은 그래핀 산화물의 동시 환원을 야기한다(Nanotechnology 25, 145705, 2014).
그런데, 방사선 차폐 소재로서, 탄소섬유, 탄소나노튜브, 그래핀 등의 탄소소재를 이용하는 경우, 사출 성형성이 떨어지고, 가격이 고가여서 다양한 형태의 사출성형품을 낮은 가격에 생산하기에는 불리한 문제가 있는 실정이다.
한국 등록번호 KR 10-1953363 B1 (공고일 2019.02.28) 한국 등록번호 KR 10-1633632 B1 (공고일 2016.06.27)
본 발명은 성형품의 매트릭스 내 방사선 차폐 성분이 고르게 분산되어 있으면서 사출 성형성이 우수한 최적의 사출성형소재를 알게 되어 본 발명을 완성하게 된 발명으로서, 방사선 차폐성 사출성형품용 조성물, 이를 이용하여 제조한 방사선 차폐성 사출성형 및 이를 제조하는 방법을 제공하고자 한다.
상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 방사선 차폐성 사출성형품용 조성물은 텅스텐 분말 및 매트릭스 수지를 포함하며, 상기 매트릭스 수지는 폴리아미드계 수지, 폴리에스테르계 수지 및 폴리올레핀계 수지 중에서 선택된 1종 이상을 포함한다.
본 발명의 다른 목적은 방사선 차폐성 사출성형품에 관한 것으로서, 소정의 형상으로 성형된 매트릭스 내 텅스텐 분말이 고르게 분산되어 있는 사출성형품을 제공하고자 한다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 상기 조성물을 이용하여 사출 성형을 수행하여 사출성형품을 제조하는 방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 사출성형품은 납(Lead)과 같은 유해 금속을 사용하지 않으면서도 방사선 차폐능이 우수할 뿐만 아니라, 기계적 물성이 우수하며, 사출 성형성이 우수하여 높은 경제성으로 방사선 차폐 성능이 우수한 사출 성형품을 제공할 수 있다.
이하에서는 본 발명의 방사선 차폐성 사출 성형품에 더욱 자세하게 설명한다.
본 발명의 방사선 차폐성 사출 성형품은 소정의 형상으로 성형된 매트릭스 내 텅스텐 분말이 분산되어 있다.
상기 방사선 차폐성 사출 성형품 제조에 사용되는 조성물은 텅스텐 분말 및 매트릭스 수지를 포함한다.
본 발명의 방사선 차폐성 사출 성형품 조성물 내 텅스텐 분말의 함량은 사출 성형품 100 부피% 중 40 ~ 50 부피%, 바람직하게는 42 ~ 50 부피%를, 더욱 바람직하게는 43.5 ~ 49.0 부피%로 포함할 수 있다. 이와 같이 매우 높은 부피율로 텅스텐 분말을 포함할 수 있기 때문에 높은 방사선 차폐능을 가질 수 있다. 이때, 사출 성형품 내 텅스텐 분말 함량이 50 부피%를 초과하면 사출 성형품의 다른 물성, 예를 들면 충격강도, 인장강도, 굴곡강도, 신율 등의 기계적 물성이 떨어지는 문제가 있을 수 있다.
그리고, 상기 텅스텐 분말은 평균입경 4 ~ 20㎛, 바람직하게는 6 ~ 20㎛, 더욱 바람직하게는 7.0 ~ 15.0㎛일 수 있으며, 이때, 텅스텐 분말의 평균입경이 4㎛ 미만이면 텅스텐 분말 크기가 너무 작아서 매트릭스에 고르게 분포하게 형성되기 어려울 수 있으며, 텅스텐 분말의 평균입경이 20㎛를 초과하면 오히려 매트릭스에 고르게 분산되지 않을 수 있고, 사출 성형성이 떨어질 수 있으므로 상기 범위의 평균입경 크기를 가지는 텅스텐 분말을 사용하는 것이 좋다.
또한, 상기 매트릭스 수지는 조성물 내 텅스텐 분말이 차지하는 부피% 외의 나머지 잔량의 부피%로 사용된다. 그리고, 상기 매트릭스 수지는 폴리아미드계 수지, 폴리에스테르계 수지 및 폴리올레핀계 수지 중에서 선택된 1종 이상을 포함하는 주 수지로 형성될 수 있으며, 매트릭스를 형성시키는 역할을 한다. 매트릭스 수지 내 주수지의 함량은 이하 설명한 산화방지제, 분산제, 분산보조제 및/또는 첨가제 외 나머지 잔량 100 중량%이다.
주수지 중 상기 폴리아미드계 수지는 당 분야에 공지된 것을 제한 없이 사용할 수 있으며, 바람직하게는 나일론 6 및/또는 나일론 66 수지를 포함할 수 있다.
또한, 상기 폴리에스테르계 수지는 당 분야에 공지된 것을 제한 없이 사용할 수 있으며, 바람직하게는 폴리부틸렌테레프탈레이트 수지를 포함할 수 있다.
또한, 폴리올레핀계 수지는 폴리프로필렌 수지, 폴리에틸렌 수지 및 ABS(acrylonitrile-butadiene-styrene) 수지 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
본 발명의 방사선 차폐성 사출 성형품 조성물 상기 매트릭스 수지는 주수지 이외에 산화방지제를 더 포함할 수 있다.
산화방지제의 예를 들자면 힌더드 페놀계 산화방지제, 아민계 산화방지제, 포스파이트 화합물, 유황 화합물, 또는 이들의 혼합을 사용할 수 있다. 이 경우 사출 공정 중 매트릭스 수지가 받는 열 이력을 저하시켜 물성 유지율을 향상시킬 수 있다.
힌더드 페놀계 산화방지제의 구체적인 예를 들자면, 옥타딜-3-(4-하이드록시-3,5-디-터트-부틸페닐)-프로피오네이트, 2,2-메틸렌비스(4-메틸-6-부틸페놀), 에틸렌 비스(옥시에틸렌) 비스[3-(5-터셔리-부틸-4-하이드록시-m-톨일)프로피오네이트 등을 포함하는 군으로부터 선택될 수 있고, 상기 아민계 산화방지제는 4,4-비스(α,α-디메 틸벤질)디페닐 아민일 수 있고, 이 경우에 물성 밸런스가 우수한 효과가 있다.
포스파이트 화합물의 구체적인 예를 들자면 트리페닐 포스파이트, 디페닐데실 포스파이트, 페닐이소데실 포스파이드, 트리(노닐페닐) 포스파이트 및 트리라우릴 트리티오 포스파이트 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있고, 유황 화합물의 구체적인 예를 들자면 도데실 메르캅단, 1,2-디페닐-2-티올, 및/또는 이들의 혼합일 수 있으며, 이 경우 물성 유지율을 향상시키면서도 내변색성 등이 우수한 효과가 있다.
상기 산화방지제의 함량은 상기 매트릭스 수지 전체 중량 중 0.1 ~ 3중량%, 바람직하게는 0.1 ~ 1중량%, 더 바람직하게는 0.2 ~ 0.6중량%로 포함될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 함량 범위 내에서 사출 성형 공정 중 매트릭스 수지가 받는 열 이력을 저하시켜 물성 유지율을 향상시키면서도 내변색성이 우수한 효과가 있다.
상기 매트릭스 수지는 주수지, 산화방지제 외에 특정 분산제 및/또는 분산보조제를 더 포함할 수 있다.
상기 분산제는 텅스텐 분말이 매트릭스 수지 내 분산성을 향상시키는 역할을 하는 것으로서, 하기 화학식 1로 표시되는 중합체를 사용할 수 있다.
[화학식 1]
Figure 112020132185848-pat00001
화학식 1에서, X는 -O- 또는 -NR2이며, 바람직하게는 -NR2이다. 그리고, 상기 R2는 -CH2OH, -CH2CH2OH 또는 -CH2CH=CH2이고, 바람직하게는 -CH2OH 또는 -CH2CH2OH이다. 또한, 화학식 1의 상기 Y는
Figure 112020132185848-pat00002
,
Figure 112020132185848-pat00003
,
Figure 112020132185848-pat00004
또는
Figure 112020132185848-pat00005
이고, 바람직하게는
Figure 112020132185848-pat00006
,
Figure 112020132185848-pat00007
또는
Figure 112020132185848-pat00008
이고, 더욱 바람직하게는
Figure 112020132185848-pat00009
또는
Figure 112020132185848-pat00010
이다. 또한, 화학식 1의 R1은 수소원자 또는 -CH3이며, m은 중합체의 중량평균분자량 10,000 ~ 30,000을 만족하는 정수이다.
매트릭스 수지 내 분산제의 적정 사용량은 매트릭스 수지 전체 중량% 중 0.8 ~ 2.5 중량%, 바람직하게는 1.0 ~ 2.5 중량%, 더욱 바람직하게는 1.2 ~ 2.0 중량%이며, 분산제 함량이 0.8 중량% 미만이면 그 사용량이 너무 적어서 텅스텐 분말 분산 효과가 미비할 수 있고, 2.5 중량%를 초과하여 사용하면 과량 사용이며, 오히려 방사선 차폐성 사출 성형품의 기계적 물성을 감소시킬 수 있으므로 상기 범위 내로 사용하는 것이 좋다.
또한, 매트릭스 수지 성분 중 상기 분산보조제는 상기 분산제와 텅스텐 분말 및 주수지간 상용성, 혼화성을 증대시키는 역할을 하는 것으로서, 하기 화학식 2로 표시되는 화합물을 사용할 수 있다.
[화학식 2]
Figure 112020132185848-pat00011
화학식 2에서, X는 -O- 또는 -NR2이며, 바람직하게는 -NR2이다. 그리고, 상기 R2는 -CH2OH, -CH2CH2OH 또는 -CH2CH=CH2이고, 바람직하게는 -CH2OH 또는 -CH2CH2OH이다. 또한, 화학식 2의 상기 Y는
Figure 112020132185848-pat00012
,
Figure 112020132185848-pat00013
,
Figure 112020132185848-pat00014
또는
Figure 112020132185848-pat00015
이고, 바람직하게는
Figure 112020132185848-pat00016
,
Figure 112020132185848-pat00017
또는
Figure 112020132185848-pat00018
이고, 더욱 바람직하게는
Figure 112020132185848-pat00019
또는
Figure 112020132185848-pat00020
이다.
그리고, 매트리스 수지 내 분산보조제의 함량은 매트릭스 수지 전체 중량% 중 0.1 ~ 1.2 중량%, 바람직하게는 0.3 ~ 1.0 중량%, 더욱 바람직하게는 0.35 ~ 0.90 중량%이며, 분산보조제 함량이 0.1 중량% 미만이면 그 사용량이 너무 적어서 이의 사용에 따른 성분들간 혼화성, 텅스텐 분말의 분산성 상승 효과가 미비할 수 있고, 1.2 중량%를 초과하여 사용하더라도 더 이상 분산 증대 효과가 없으면서 오히려 방사선 차폐성 사출 성형품의 기계적 물성을 감소시킬 수 있으므로 상기 범위 내로 사용하는 것이 좋다.
그리고, 필요에 따라, 본 발명의 방사선 차폐성 사출 성형품 조성물은 점도조절제, 난연제, 충격보강제, 난연보조제, 활제, 가소제, 열안정제, 적하방지제, 상용화제, 광안정제, 안료, 염료, 무기물 첨가제 및 드립 방지제로 중에서 선택된 종 이상을 포함하는 첨가제를 더 포함할 수 있으며, 예를 들면 그 함량은 방사성 차폐성 사출 성형품 조성물 전체 중량 중 0.1 ~ 10 중량%로 포함될 수 있다. 이들 첨가제의 구체적인 종류는 공지된 것을 사용할 수 있음에 따라서 이에 대해서 본 발명은 특별히 한정하지 않는다.
상기 조성물로 사출 성형시켜 제조한 사출 성형품은 소정의 형상으로 성형된 매트릭스 내 텅스텐 분말이 고르게 분산되어 있을 수 있다.
상기 사출 성형은 상기 조성물을 펠렛으로 1차 성형된 후 펠렛을 이용하여 소정의 형상을 갖는 사출 성형품으로 성형될 수 있다.
상기 펠렛은 상기 조성물을 혼련하고 압출하여 제조된 것일 수 있다.
상기 혼련은 예를 들면 상기 조성물을 단축 또는 2축의 압출기, 밴버리 믹서, 니더, 믹싱 롤 등 통상 공지의 용융 혼합기에 공급하여 대략 100 ~ 500℃, 또는 200 ~ 400℃의 온도에서 혼련하는 방법 등을 예로서 들 수 있다.
원료의 혼합 순서도 특별히 제한은 없고, 일 예로 매트릭수 수지, 텅스텐 분말 및 필요에 따라 산화방지제 등 첨가제를 사전에 블렌드(blend)한 후, 매트릭스 수지의 융점 이상의 온도로 단축 또는 2축 압출기로 균일하게 용융 혼련한 뒤 압출법을 통해 펠렛을 제조할 수 있다. 혼련이나 압출은 선택되는 매트릭스 성분의 종류 등을 고려하여 적절한 조건으로 수행될 수 있으므로 본 발명은 이에 대한 구체적인 설명은 생략한다. 제조된 펠렛은 이후 성형품으로 압출, 사출 등 공지된 성형법을 이용해 제조될 수 있다. 일 구현예에 따르면, 상기 성형품은, 의료기기, 운송용 상자, 자동차 부품, 전기전자 부품, 건축 부재 등 방사선 차폐능이 요구되는 각종 용도에 이용할 수 있다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 구체적으로 설명하기로 하지만, 하기 실시예가 본 발명의 범위를 제한하는 것은 아니며, 이는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것으로 해석되어야 할 것이다.
[실시예]
실시예 1 : 방사선 차폐성 사출 성형품의 제조
평균입경 약 12㎛인 텅스텐 분말 45.2 부피% 및 나머지 부피 100 부피%가 되도록 매트릭스 수지를 믹서기에 투입 및 혼합하여 사출 성형 수지를 제조하였다. 다음으로, 이를 270℃ 조건 하에서 이축압출기(twin-screw extruder)를 이용하여 압출한 후, 펠렛 형태로 제조하여 80℃에서 4시간 이상 건조하여 펠렛을 제조하였다.
이때, 매트릭스 수지는 산화방지제인 2,2-메틸렌비스(4-메틸-6-부틸페놀) 0.38 중량% 및 주수지로서 나일론 66 수지를 나머지 잔량 100 중량%로 포함한다.
다음으로, 상기 펠렛을 사출 성형공정을 수행하여, 두께 2mm의 시트 형태의 방사선 차폐성 사출 성형품을 제조하였다. 제조된 사출 성형품 내 텅스텐 분말의 함량은 하기 표 1과 같다.
실시예 2 ~ 실시예 5 및 비교예 1 ~ 비교예 4
상기 실시예 1과 동일한 방법으로 펠렛 및 시트 형태의 방사선 차폐성 사출 성형품을 제조하되, 하기 표 1과 같이 텅스텐 분말의 평균입경 및 사출 성형품 내 부피%를 달리하여 사출 성형품을 각각 제조하여 실시예 2 ~ 5 및 비교예 1 ~ 4를 각각 실시하였다.
실시예 6
평균입경 약 12㎛인 텅스텐 분말 44.2 부피% 및 매트릭스 수지가 나머지 100 부피%가 되도록 믹서기에 투입 및 혼합하여 사출 성형 수지를 제조한 후, 실시예 1과 동일한 방법으로 사출 성형품을 제조하였다.
이때, 상기 매트릭스 수지는 산화방지제인 2,2-메틸렌비스(4-메틸-6-부틸페놀) 0.38 중량%, 하기 화학식 1-1로 표시되는 중합체를 포함하는 분산제 1.5 중량% 및 나머지 잔량 100 중량%의 나일론 66 수지를 포함한다.
[화학식 1-1]
Figure 112020132185848-pat00021
화학식 1-1에서, X는 -NR2이며, R2는 -CH2OH이고, Y는
Figure 112020132185848-pat00022
이고, R1은 수소원자이며, m은 중합체의 중량평균분자량 16,500 ~ 17,200을 만족하는 정수이다.
실시예 7
평균입경 약 12㎛인 텅스텐 분말 44.2 부피% 및 매트릭스 수지가 나머지 100 부피%가 되도록 믹서기에 투입 및 혼합하여 사출 성형 수지를 제조한 후, 실시예 1과 동일한 방법으로 사출 성형품을 제조하였다.
이때, 상기 매트릭스 수지는 산화방지제인 2,2-메틸렌비스(4-메틸-6-부틸페놀) 0.38 중량%, 하기 화학식 1-1로 표시되는 중합체를 포함하는 분산제 1.5 중량%, 하기 화학식 2-1로 표시되는 분산보조제 0.25 중량% 및 나머지 잔량 100 중량%의 나일론 66 수지를 포함한다.
[화학식 2-1]
Figure 112020132185848-pat00023
화학식 2-1에서, X는 -NR2이며, R2는 -CH2OH이고, Y는
Figure 112020132185848-pat00024
이다.
실시예 8
상기 실시예 7과 동일한 방법으로 사출 성형품을 제조하되, 매트릭스 수지 제조에 사용되는 분산제를 화학식 1-2로 표시되는 중합체를 사용하여, 분산보조제로서 하기 화학식 2-2로 표시되는 화합물을 사용하였다.
[화학식 1-2]
Figure 112020132185848-pat00025
화학식 1-2에서, X는 -NR2이며, R2는 -CH2CH2OH 이고, Y는
Figure 112020132185848-pat00026
이고, R1은 수소원자이며, m은 중합체의 중량평균분자량 19,500 ~ 21,000을 만족하는 정수이다.
[화학식 2-2]
Figure 112020132185848-pat00027
화학식 2-1에서, X는 -NR2이며, R2는 -CH2OH이고, Y는
Figure 112020132185848-pat00028
이다.
실시예 8
상기 실시예 8과 동일한 방법으로 사출 성형품을 제조하되, 실시예 4와 같은 평균입경을 갖는 텅스텐 분말(6.6㎛)을 44.2 부피%로 사용하였다.
구분 텅스텐
분말
평균
입경		 사출
성형품
내 텅스텐
분말 함량
(부피%)		 매트릭스 수지
(사출 성형품 내 텅스텐 분말 부피%를
제외한 나머지 100 부피%)
산화방지제
(중량%)		 분산제 분산보조제 주 수지 종류
(나머지 잔량 100중량%)
실시예 1 12㎛ 45.2 0.38 - - 나일론 66 수지
실시예 2 12㎛ 42.5 0.38 - - 나일론 66 수지
실시예 3 12㎛ 48.5 0.38 - - 나일론 66 수지
실시예 4 6.6㎛ 45.2 0.38 - - 나일론 66 수지
실시예 5 18.0㎛ 45.2 0.38 - - 나일론 66 수지
실시예 6 12㎛ 44.2 0.38 화학식 1-1
1.5 중량%		 - 나일론 66 수지
실시예 7 12㎛ 44.2 0.38 화학식 1-1
1.5 중량%		 화학식 2-1
0.25 중량%		 나일론 66 수지
실시예 8 12㎛ 44.2 0.38 화학식 1-2
1.5 중량%		 화학식 2-2
0.25 중량		 나일론 66 수지
실시예 9 6.6㎛ 44.2 0.38 화학식 1-2
1.5 중량%		 화학식 2-2
0.25 중량		 나일론 66 수지
비교예 1 12㎛ 38.5 0.38 - - 나일론 66 수지
비교예 2 12㎛ 51.2 0.38 - - 나일론 66 수지
비교예 3 3.6㎛ 45.2 0.38 - - 나일론 66 수지
비교예 4 21.3㎛ 45.2 0.38 - - 나일론 66 수지
실험예 : 방사선 차폐, 표면품질 측정 및 기계적 물성 측정
상기 실시예 및 비교예에서 제조한 두께 2mm의 시트형태의 사출 성형품 각각에 대한 방사선 차폐 성능 및 표면품질을 측정하였고, 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
(1) 방사선 차폐 성능
방사선 차폐 성능은 전자의 가속전압이 150KV인 1Gy의 흡수선량을 가지는 엑스선을 각각 조사한 후, 가프크로믹 필름을 이용하여 투과된 방사선 선량을 측정하였고, 시편을 통과 후의 선량을 통과 전의 선량으로 나눔으로써 선량 투과율을 계산하였다. 그리고, 각 실시예 및 비교예에서 측정된 결과값을 실시예1의 값을 100%로 기준해서 나머지 실시예 및 비교예의 값을 백분율 값으로 표 2에 기재하였다. 이때, 실시예1보다 백분율이 클수록 방사선 차폐 성능이 우수함을 의미하며, 실시예 1 보다 백분율이 낮으면 방사선 차폐 성능이 떨어짐을 의미한다.
(2) 표면 품질
동일한 크기의 시료 표면에 대해 표면조도(㎛)를 측정하였다. 각 실시예 및 비교예에서 결과값을 실시예1의 값을 100%로 기준해서 나머지 실시예 및 비교예의 값을 백분율 값으로 표기했다. 이때, 실시예1보다 백분율이 클수록 표면에 돌출된 것이 증가하여 표면품질이 좋지 않음을 의미한다.
(3) IZOD 충격강도 및 굴곡강도 측정
굴곡강도(MPa)는 ASTM D790에 의거하여 측정하였고, IZOD충격강도(J/m)는 ASTM D1525에 의거하여 측정하였다. 각 실시예에서 결과값을 실시예1의 값을 100%로 기준해서 나머지 실시예의 값을 백분율 값으로 표기했다. 이때, 실시예1보다 백분율이 클수록 해당 강도 특성이 우수함을 의미한다.
구분 방사선 차폐능 표면 품질 IZOD 충격강도 굴곡강도
실시예 1 100% 100% 100% 100%
실시예 2 93.3% 97.0% 99.3% 103.1%
실시예 3 109.2% 104.3% 96.4% 96.9%
실시예 4 95.5% 96.8% 101.6% 102.1%
실시예 5 101.6% 103.5% 98.1% 98.5%
실시예 6 102.4% 99.2% 100.3% 100.8%
실시예 7 104.8% 96.8% 101.7% 101.4%
실시예 8 103.9% 97.1% 102.2% 102.5%
실시예 9 98.8% 97.0% 101.5% 102.3%
비교예 1 84.6% 90.8% 101.1% 105.3%
비교예 2 118.8% 106.5% 89.7% 92.3%
비교예 3 90.2% 95.3% 101.9% 104.5%
비교예 4 102.3% 109.8% 94.6% 95.7%
상기 표 2의 물성측정 결과를 살펴보면, 실시예 1 ~ 8의 경우, 전반적으로 우수한 방사선 차폐능, 표면품질 및 기계적 물성을 가지는 결과를 보였다.
텅스텐 분말을 40 부피% 미만으로 사용한 비교예 1의 경우, 실시예 1 및 실시예 2와 비교할 때, 표면 품질 및 기계적 물성은 우수하나, 방사선 차폐능이 크게 감소하는 문제가 있었다.
또한, 텅스텐 분말을 50 부피% 를 초과하여 사용한 비교예 2의 경우, 실시예 1 및 실시예 3과 비교할 때, 방사선 차폐능은 우수하나, 표면품질이 좋지 않고, 특히 충격강도 및 굴곡강도가 급격하게 감소하는 문제가 있었다.
또한, 텅스텐 분말 평균입경이 4㎛를 미만인 것을 사용한 비교예 3의 경우, 실시예 1 및 실시예 4와 비교할 때, 표면품질이 우수하고, 기계적 물성이 우수하나, 방사선 차폐 효과가 급감하는 문제가 있었는데, 이는 텅스텐 분말이 너무 작아서 오히려 성형품 전체적으로 고르게 분산, 분포 되지 않은 결과로 방사선 차폐 효과가 낮아진 것으로 판단된다.
또한, 텅스텐 분말 평균입경이 20㎛를 초과한 것을 사용한 비교예 4의 경우, 실시예 1 및 실시예 5와 비교할 때, 표면품질이 크게 떨어지고, 오히려 기계적 물성도 저하된 결과를 보였는데, 이는 매트릭스 내 텅스텐 분말이 고르게 분산되지 않기 때문에며, 사출 성형성이 좋지 않은 문제가 있었다.
그리고, 실시예 1 보다 분산제를 사용한 실시예 6이 방사선 차폐능, 표면 품질이 우수하며, 또한, 기계적 물성도 다소 우수한 결과를 보였다.
또한, 분산제와 함께 분산보조제를 추가 사용한 실시예 7 및 실시예 8의 경우, 실시예 1 보다 3.9 ~ 4.8% 정도 방사선 차폐 성능이 증가한 결과를 보일 뿐만 아니라, 표면 품질 개선 및 1.5% 이상 증가한 충격강도 및 굴곡강도 측정 결과를 보였다.
또한, 낮은 평균입경의 텅스텐 분말을 사용한 실시예 4 및 실시예 9를 비교해보면, 실시예 4 보다 실시예 9가 텅스텐 분말의 매트릭스 내 분산성을 향상시켜서 상대적으로 적은 양의 텅스텐 분말을 사용함에도 방사선 차폐 효과가 증가함을 확인할 수 있다.
이상으로 본 발명의 특정한 부분을 상세히 기술하였는바, 당 업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 이러한 구체적인 기술은 단지 바람직한 구현예일 뿐이며, 이에 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백하다. 따라서, 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 청구항과 그의 등가물에 의하여 정의된다고 할 것이다.

Claims (9)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 방사선 차폐성 사출성형품 조성물을 사출 성형시킨 성형품이며,
    상기 성형품은 소정의 형상으로 성형된 매트릭스 내 텅스텐 분말이 분산되어 있으며,
    상기 방사선 차폐성 사출성형품 조성물은 사출 성형된 성형품 기준으로, 평균입경 6 ~ 20 ㎛인 텅스텐 분말 42 ~ 50 부피% 및 잔량의 매트릭스 수지를 포함하며,
    상기 매트릭스 수지는 폴리아미드계 수지, 폴리에스테르계 수지 및 폴리올레핀계 수지 중에서 선택된 1종 이상을 포함하는 주수지; 산화방지제; 하기 화학식 1로 표시되는 중합체를 포함하는 분산제; 및 하기 화학식 2로 표시되는 에폭시 화합물을 포함하는 분산보조제;를 포함하며,
    상기 매트릭스 수지는 상기 산화방지제 0.1 ~ 3 중량%, 상기 분산제 0.8 ~ 2.5 중량%, 상기 분산보조제 0.1 ~ 1.2 중량% 및 잔량의 상기 주 수지를 포함하고,
    상기 폴리아미드계 수지는 나일론 6 수지 및 나일론 66 수지 중에서 선택된 1종 이상을 포함하고,
    상기 폴리에스테르계 수지는 폴리부틸렌테레프탈레이트 수지를 포함하며,
    상기 폴리올레핀계 수지는 폴리프로필렌 수지, 폴리에틸렌 수지 및 ABS(acrylonitrile-butadiene-styrene) 수지 중에서 선택된 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 방사선 차폐성 사출성형품;
    [화학식 1]
    Figure 112021045915517-pat00029

    화학식 1에서, X는 -O- 또는 -NR2이며, R2는 -CH2OH, -CH2CH2OH 또는 -CH2CH=CH2이고, Y는
    Figure 112021045915517-pat00030
    ,
    Figure 112021045915517-pat00031
    ,
    Figure 112021045915517-pat00032
    또는
    Figure 112021045915517-pat00033
    이고, R1은 수소원자 또는 -CH3이며, m은 중합체의 중량평균분자량 10,000 ~ 30,000을 만족하는 정수이고,
    [화학식 2]
    Figure 112021045915517-pat00034

    화학식 2에서, X는 -O- 또는 -NR2이며, R2는 -CH2OH, -CH2CH2OH 또는 -CH2CH=CH2이고, Y는
    Figure 112021045915517-pat00035
    ,
    Figure 112021045915517-pat00036
    ,
    Figure 112021045915517-pat00037
    또는
    Figure 112021045915517-pat00038
    이다.
  8. 삭제
  9. 삭제
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