KR20010098818A - 중성자 차폐능력이 높은 에폭시 수지조성물 및 이 에폭시수지조성물을 경화시킨 투명성이 있는 중성자 차폐재 - Google Patents
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Abstract
중성자 차폐능을 갖는 투명한 에폭시 수지조성물 및 그 조성물을 경화하여 성형시킨 투명한 중성자 차폐재를 제공하는 것을 목적으로 한다.
중성자 차폐능을 갖는 불투명한 무기질류 등을 포함하지 않는 에폭시 수지와 경화제로 되고, 혼합점도가 7000 mPa ·s 이하인 상온 경화할 수 있는 것을 특징으로 하는 중성자 차폐능을 갖는 투명한 에폭시 수지조성물로서, 상기 상온에서 경화 가능한 에폭시 수지조성물을 사용하여, 형틀에서 온화하게 상온 경화시켜 기포가 없는 투명하고 일그러짐이 없는 중성자 차폐재이다.
Description
본 발명은 중성자 차폐능력이 높고, 또한 투명도가 높은 에폭시 수지조성물 및 이를 경화시켜 성형된 투명성이 있는 중성자 차폐재에 관한 것이다.
최근, 원자로나 고속 증식로 등의 원자력시설 ·핵융합시설이나 환부의료용으로서 사용되는 중성자선 치료시설 등의 원자력사업의 발전에 동반하여, 이들 각 시설로부터 발생하는 인체에 유해한 중성자선의 차폐보호가 가능한 재료 개발의 필요성이 일고 있다. 상기 시설에서의 원격조작을 행할 때에 필요로 해지는 중성자를 차폐하는 능력이 있는 감시부(들여다보는 창), 상기 시설내에서 작업하는 사람들의안전관리용 각종 용구, 중성자 발생사고 등의 긴급사태시에 있어서의 발생원의 철거처리 작업원의 피폭보호용구 및 긴급구원용 시설이나 구급용 차량 등에도 중성자선을 효율 좋게 차폐하는 능력이 우수한 투명한 차폐재의 개발이 요망되고 있다.
상술한 시설에서 발생하는 방사선은 γ선과 중성자가 있다. 더욱이 이들 2차방사선도 대상이 되기 때문에, 차폐재에는 이들을 차폐하는 능력이 요구되어진다. γ선과 중성자는 각각 물질에 의해 감쇠특성이 다르기 때문에, 여러 물질의 조합이 차폐재로서 생각되고 있다. γ선과 중성자 어느 것에나 유효한 차폐재료로서는 일반적으로 콘크리트가 이용되고 있다. 한편 γ선의 차폐재로서는 납을 사용하는 것이 가능하지만 기계적 강도는 약하여, 이용이 제한되고 있다. 물은 수소원자의 함유율이 높은 것으로부터 열중성자 및 γ선의 차폐재료로서 널리 이용되고 있다(아사다 타다카즈 감수 원자력핸드북 P220-221(옴사, 1976)). 물은 액체이기 때문에 원자로의 로체냉각을 겸하여 순환하여 사용되고 있다. 콘크리트에 대해서는 특히 중성자 차폐재료로서 우수하고, 그 밖의 차폐재료 보다도 저렴한 비용으로, 구조체를 형성하기에 필요한 강도가 얻어지기 때문에 설비 등의 각부에 사용되고 있다. 그러나 콘크리트 구조체 그 자체는 불투명하여, 유리체와 같이 앞을 투시할 수 없다. 중성자 차폐재료로서는, 종래부터 폴리에틸렌 수지와 비교적 다량의 붕소화합물로 된 중성자 차폐재료가 알려져 있다(특공소62-49305). 또한, 함유 붕산염광물을 주성분으로 하여, 이를 수소 함유율이 높은 열가소성 탄화수소계 수지를 바인더로서 성형하는 것도 알려져 있다(특개소52-106097). 에폭시 수지를 사용한 계에서는, 에폭시 수지를 주재료로서 철분을 함유시킨 고속 중성자 감속층이나 붕소를 함유시킨 열중성자 흡수층을 형성하는 것(특공평4-47800), 에폭시 수지와 폴리에틸렌, 무기 붕소화합물을 포함하는 혼합물을 아민계 경화제에 의해 경화하여 된 것(특공평4-67160), 행융합로의 지지구조용으로 에폭시 수지와 충전제, 경화제에 의해 경화시킨 것(특개소60-387) 등이 제안되고 있다. 그러나, 본 발명에서 말하는 투명성을 갖는 중성자 차폐재료에 대해서는 아직 유효한 제안이 되어 있지 않은 것이 실상이다.
중성자의 차폐재는 저렴하고 취급이 용이한 것이 중요하다. 열중성자 또는 저속 중성자의 차폐성능이란, 탄성 산란에 의해 중성자 에너지를 잃는 것으로 되어 있어, 원자번호가 작은 재료가 유효하다. 따라서, 수소수가 비교적 많은 탄화수소화합물(예를 들면, 파라핀류, 폴리에틸렌 수지, 에폭시 수지, 아크릴 수지) 등이 방사선 차폐용 구조부재로서 응용되고 있다. 종래는 탄화수소화합물에 붕소 등의 방사선의 차폐 ·흡수능이 있는 원소를 포함하는 무기 충전제를 배합하여, 불투명한 구조부제를 제공할 뿐이었다. 이와 같이, 투명성을 갖는 중성자 차폐재료에 대해서는 아직 유효한 제안이 되어 있지 않은 것이 실상이었다. 한편, 투명한 차폐재료로서 납유리가 있지만, 중성자 차폐능력이 낮기 때문에 실용성이 있는 차폐능을 얻기 위해서는 두꺼운 층을 형성해야만 하기 때문에, 따라서 매우 중량이 무거운 것이다. 또한 납유리는 빗물에 대한 내구성이 부족하고, 또한 외적 충격에 약한 강도의 것이다. 그 때문에 유리와 같은 투명성을 가지고 중성자 차폐능이 우수한 저렴하고 또한 기계적 강도나 헤드라이트(열선)의 장시간 조사에도 연화되지 않는 내열성을 함께 가진 경량화된 중성자 차폐재의 출현이 요망되어 왔다.
본 발명자들은, 이러한 현상에 비추어 특히 투명성이 우수하고 또한 주형(注型) ·성형가공이 용이한 중성자 차폐재의 개발에 대해서 예의 검토를 거듭한 결과, 중성자 차폐능력이 높은 투명도가 우수한 차폐재를 발명하기에 이르렀다. 본 발명의 목적은, 중성자 차폐능력을 발휘시키기 위해 필요로 해지는 차폐재의 두께가 50 ㎜ 이상인 대형 차폐재를 제조하기에 적합한 것으로서 형상에 조금도 제한을 받지 않고 대형의 투명성이 우수한 주형 ·성형체를 제공하는 것에 있다.
도1은 차폐판의 차폐성능을 산출하는 몬테카를로법에 있어서의 선원, 차폐판, 탄소강 및 검출기의 배치도
도2는 차폐판의 차폐성능 측정용 배치도
상기 목적을 달성하기 위해서는, 첫째로 차폐재가 투명한 것, 둘째로 경화물이 지발 중성자에 대한 차폐능력 즉 중성자 에너지를 감쇠시키는 능력이 우수한 것, 셋째로 차폐재의 기계적 강도 및 내열성이 우수한 것, 넷째로 차폐재의 두께가 비교적 두껍고 또한 대형 형상으로 성형할 수 있는 것의 네 가지 기능을 동시에 겸비하는 것이 필요하다. 이들 요건을 충족시키기 위해, 본 발명에서는 다음과 같은 수단을 채용했다.
먼저, 첫번째의 투명성에 대해서는 불투명한 무기질류 등을 배합하지 않고, 에폭시 수지 및 경화제는 투명성을 갖는 재료를 선택하여, 경화반응이 상온 경화가 가능하고 또한 비교적 온화하게 경화시킴으로써 경화 일그러짐이 적어지는 에폭시 수지조성물을 선택함으로써 해결할 수 있었다. 두번째의 중성자 차폐능력을 높이는 방법으로서는, 에폭시 수지로서 원자번호가 작은 수소원자의 함유율이 높은 에폭시 수지류 및 경화제를 선택함으로써 향상할 수 있었다. 1분자당 수소원자 농도가 높을 수록 중성자 차폐능력을 높일 수 있는 것이 실험적으로 확인되어, 이것에 의해 차폐재의 두께를 효과적으로 줄일 수 있고, 그 결과 중성자 차폐재를 경량화하는 것이 가능해져, 취급을 용이하게 할 수 있었다. 세번째는 경화물의 기계적 강도 및 내열성에 관해서는, 실용레벨의 특성이 얻어지는 열경화성 수지로서의 에폭시 수지계를 사용함으로써 우수한 특성을 발현할 수 있었다. 또 네번째에 대해서는, 사용되는 구조체의 형상이 다양하여 차폐능을 일정 수준으로 유지하기에는 어느 정도의 두께를 필요로 하는 경화물 성형체가 요망되기 때문에, 에폭시 수지조성물의 경화반응시에 발생하는 반응열을 제어하면서 경화시킴으로써 해결할 수 있었다. 본 발명의 에폭시 수지조성물에는 열용량이 커다란 무기질류 등이 혼합되어 있지 않기 때문에 경화반응시의 발열량을 성형시에 확실하게 제어하여 제거하는 것이 불가결하다. 경화반응시의 발열량을 제어할 수 없으면, 성형 일그러짐의 발생에 동반되는 투시불량을 초래하고, 더하여 투명성이 있는 유기계 형틀을 사용하는 경우에는 경화발열에 의한 발열량으로 형틀 자체가 변형되어 성형체가 형상 불량이 된다. 이 경우 기포가 성형품에 포함되어 중성자 차폐능력이 저하되어, 실용에 사용할 수 없는 성형체가 된다. 이들 사실을 비추어 본 발명에서는,
① 형틀에 성형할 때에 미리 에폭시 수지조성물을 진공 탈포하고
② 그 혼합물을 분할하여 단속적으로 형에 흘려 넣고
③ 형틀의 탕구부(湯口部)의 바닥부에 있어서의 기포가 말려 들어가는 것을 방지하면서
④ 경화에 의한 발열량을 형틀의 외부냉각에 의해 제거하면서 상온 경화시키는
것에 의해 이러한 문제를 해결했다. 성형 형틀로서 금속 등의 형틀을 사용한 경우는 경화후의 성형물을 탈형할 필요가 있지만, 형틀로서 투명한 유기계 형틀재를 사용함으로써 형틀과 일체화한 차폐재로 할 수 있고, 탈형할 필요가 없는 형틀재와 성형물의 층간접착성이 우수한 중성자 차폐재로 할 수 있어, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
즉, 본 발명의 요지는, 투명성을 저해하는 불투명한 무기질류를 포함하지 않는 에폭시 수지와 경화제로 되고, 혼합점도가 7000 mPa ·s 이하로서, 상온 경화할 수 있는 것을 특징으로 하는 중성자 차폐능력이 높은 투명한 에폭시 수지조성물이다.
본 발명에 대해서 상세하게 설명한다.
본 발명의 에폭시 수지조성물에서 사용하는 에폭시 수지로서는, 1분자중에 1.8개 이상의 에폭시기를 갖는 상온에서 액상을 나타내는 것이라면 임의의 것을 사용할 수 있다. 이러한 에폭시 수지로서는, 예를 들면 비스페놀A형 에폭시 수지, 비스페놀F형 에폭시 수지, 비스페놀S형 에폭시 수지, 페놀노볼락형 에폭시 수지, 지환식 에폭시 수지, 복소환식 에폭시 수지, 글리시딜에스테르형 에폭시 수지, 글리시딜아민계 에폭시 수지, 함 브롬 에폭시 수지, 시클로헥실환 함유형 에폭시 수지, 프로필렌글리콜글리시딜에테르 등의 지방족 에폭시 수지, 우레탄 변성 에폭시 수지 등을 들 수 있고, 이들 에폭시 수지는 2종 이상 혼합하여 사용하더라도 좋다. 또한 필요에 따라, 부틸글리시딜에테르, 페닐글리시딜에테르, 크레딜글리시딜에테르, 지방족 알코올의 글리시딜에테르 등의 모노 및 디에폭시화합물을 배합하더라도 좋고, 상온 고체상 에폭시 수지를 적량 배합하더라도 좋다. 중성자 차폐능력을 더욱 높이기 위해서는, 1분자중에 포함되는 수소원자수가 비교적 많은 에폭시 수지가 유리하고, 지방족계 에폭시 수지나 시클로헥실환 함유형 에폭시 수지인 4,4'-이소프로필리덴시클로헥사놀계 에폭시 수지, 지환식 에폭시 수지 등이 적합한 것이다. 지방족 에폭시 수지계는 비교적 수소원자의 함유율이 높지만 경화물의 내열성이나 기계적 강도가 낮아지고, 한편으로는 방향족환 함유형 에폭시 수지를 사용하면 경화물의 내열성이나 기계적 강도는 유리하지만 중성자 차폐능이 조금 낮아진다. 중성자 차폐능력과 경화물의 내열성이나 기계적 강도의 균형이 잡히는 에폭시 수지로서는, 지환식 에폭시 수지나 시클로헥실환 함유형 에폭시 수지가 적합하다.
본 발명에서 사용하는 에폭시 수지조성물은 상기 에폭시 수지에 상온 경화형 에폭시 수지 경화제를 배합하여 된 것이다. 사용하는 상온 경화형 에폭시 수지 경화제는, 상온(15~40℃)에 있어서 에폭시 수지와 경화반응하는 것으로, 통상 10분 내지 수 시간의 포트 라이프를 주어, 수 십분 내지 10일 전후의 경화시간을 필요로 하는 에폭시 수지 경화제로서 특별히 한정되지 않는다. 예를 들면,
① 에틸렌디아민, 디에틸렌트리아민, 트리에틸렌테트라민, 테트라에틸렌펜타민, 헥사메틸렌디아민, 폴리옥시프로필렌디아민, 이미노비스헥실아민 등
② 지환식 폴리아민으로서 상온에서 에폭시기와 반응하는 활성 수소원자를 갖는 아미노기 또는/및 이미노기를 분자중에 적어도 2개 이상 갖는 지환식 화합물, 예를 들면 비스(아미노)시클로헥산, N-아미노에틸피페라진, 3,9-비스(3-아미노프로필)2,4,8,10-테트라옥사피로(5,5)운데칸, m-크실렌디아민, 1-3비스(아미노메틸)시클로헥산, N-아미노에틸피페라진, 비스(4-아미노시클로헥실)메탄, 이소포론디아민, 노르보르난디아민 등
③ 더욱이 이들의 유도체, 예를 들면 지방족 폴리아민의 에틸렌옥사이드부가물, 에폭시 수지부가물, 폴리에틸렌폴리아민 변성물의 변성 지방족 폴리아민, 복소환식 디아민변성물, 지환식 폴리아민의 모노글리시딜에테르부가물, 에폭시 수지부가물, 아크릴로니트릴부가물, 지방산 글리시딜에스테르부가물 등의 변성 지환식 폴리아민, 폴리에틸렌폴리아민-지방산, 폴리에틸렌폴리아민-다이머산(dimeric acid), 크실릴렌디아민-다이머산 등의 축합반응 생성물인 폴리아미드아민 및 그의 변성물
을 들 수 있다. 이들 각종 경화제의 1종 또는 2종 이상의 혼합물이 사용된다. 중성자 차폐능을 더욱 효과적으로 얻기 위해서는, 1분자중에 포함되는 수소원자수가 비교적 많은 것이 바람직하다. 이 관점으로부터, 지방족 폴리아민류나 복소환식 디아민류 및 고리상 아민류가 유효하지만, 특히 지방족 아민을 사용하는 경우는 경화반응에 의한 발열이 급격하기 때문에 비교적 온화하게 진행하는 것을 선택하여 사용하는 것이 중요하다. 따라서, 변성 등에 의해 경화발열이 조정된 것을 사용하는 것이 더욱 유효하다. 어느 경우도 경화물이 투명한 것이 경화제 선택시의 필수조건이다. 경화물의 투명성은 일반적으로 조도에 의해 측정된다. 특수차량용 프론트에 경화물이 채용된 경우를 예로 들면, 경화물은 도로교통법 규정광도 이상으로 유지되어 있을 필요가 있다. 본 발명에서는 적절한 광원에서 조도 50 % 이상으로 투명성이 유지되고 있는 것으로 판정하고 있다.
이러한 상온 경화형 에폭시 수지경화제의 배합량은 사용하는 경화제의 종류에 따라 적절히 선택되지만, 통상 에폭시 수지 100중량부에 대해 경화제 10~200중량부, 바람직하게는 20~100중량부 배합한다.
본 발명에 경화속도의 조정으로서 경화촉진제를 사용할 수도 있고, 이미다졸, 3급 아민계, 페놀류 등 통상 에폭시 수지의 경화촉진제로서 사용되는 것을 사용할 수 있고, 특별히 제한되지 않는다.
본 발명에서 사용하는 에폭시 수지조성물은, 상술한 에폭시 수지, 경화제의 사용을 필수로 하는 경화촉진제 외에, 본 발명의 목적인 투명성을 손상시키지 않는 범위라면, 각종 첨가제, 결합제(coupling agent), 소포제, 염료 등의 착색제 등을 필요에 따라 첨가 ·배합할 수 있다.
본 발명에서 사용하는 에폭시 수지조성물은, 혼합점도도 중요하다. 상온에서 혼합점도가 7000 mPa ·s 이하로 조정된 에폭시 수지조성물인 것이 바람직하다. 7000 mPa ·s를 초과하면 혼합시 기포의 말려 들어감이 발생하기 쉬워져 불리하다. 5000 mPa ·s 이하이면 기포의 말려 들어감이 적어 소포효과를 높일 수 있기 때문에 더욱 유리하다.
본 발명에 있어서는, 상기 에폭시 수지조성물은 성형(주형(注型)성형)하고, 이를 경화시켜 투명한 중성자 차폐재를 얻는 것을 목적으로 한다. 성형에 사용하는 형틀로서는, 특정물을 사용할 필요는 없고, 이 종류의 주형성형에 사용되는 것이라면 어느 것이더라도 좋다. 따라서, 금속제 형틀 또는 유기계의 투명한 형틀 등의사용이 가능하다. 금속제 형틀을 사용하는 경우는, 성형후, 탈형할 필요가 있기 때문에, 미리 이형제를 금형에 도포하던가, 또는 혼합물중에 미리 배합하여 탈형성을 확보한다. 유기계의 투명한 형틀을 사용하는 경우는, 성형물과 일체화하게 되지만, 이들 투명 형틀재료로서는, 열가소성 수지 또는 열경화성 수지의 사용이 가능하고, 재료의 종류에 특별히 한정되지는 않아, 투명성이 유지된 재질이라면 좋다. 일례로서는, 아크릴 수지, 염화비닐 수지, 스티렌 수지, PMMA 수지, 폴리카보네이트 수지 등을 들 수 있지만 이들에 한정되는 것은 아니다.
또 성형시에 공기중의 티끌, 먼지 등의 이물질의 혼입을 피하기 위해 크린벤치내에서 성형작업을 행하는 것이 바람직하고, 클래스 100,000 이하인 청정공기 분위기하에서 작업하는 것이 바람직하다.
본 발명의 성형품의 형상은, 특별히 한정되는 것이 아니라, 실용적으로 필요로 하는 형상의 형틀로 미리 조정하는 것이 가능하다. 목적으로 하는 중성자 차폐능력을 보증할 수 있으면 좋고 형의 형상에 조금도 제약되는 것은 아니다. 본 발명에서는, 두께가 50 ㎜ 이상인 대형 성형품을 얻기 위해 특히 유효하고, 일례로서 60×600×1000 ㎜인 판상 성형물을 들 수 있다. 그러나, 정방체, 장방체, 원추체, 각추체, 구상 등 어떤 형상이더라도 좋고, 사용구조체의 형상에 적합한 것이라면 중성자 차폐능력의 요구에 맞춰 선택할 수 있다.
이하에 실시예를 나타내어 본 발명을 상세히 설명하지만, 이하에 한정되는 것은 아니다. 각종 에폭시 수지조성물 배합예의 특성을 표1에 나타낸다. 또한, 실시예 1~6은 이하에 나타내는 제조공정을 거쳐 성형되고, 각각 성형물의 중성자 차폐능력이나 특성값은 표4에 나타낸다.
| 실시예 1 | 실시예 2 | 실시예 3 | 실시예 4 | 실시예 5 | 실시예 6 | 비교예 | ||
| 배합처방 | 에폭시 수지A | 100 | 100 | 100 | 80 | |||
| 에폭시 수지B | 100 | 100 | ||||||
| 에폭시 수지C | 20 | |||||||
| 경화제A | 40 | 50 | 50 | |||||
| 경화제B | 40 | 50 | ||||||
| 경화제C | 16 | |||||||
| 폴리에틸렌 | 100 | |||||||
| 1분자당 이론수소원자농도(%) | 10.3 | 10.3 | 10.9 | 7.9 | 7.9 | 8.1 | 14.3 | |
| 혼합점도(25℃)mPa ·s | 2500 | 2500 | 2000 | 5000 | 4500 | 3500 |
에폭시 수지A; 도오토화성(주)제 상품명 ST-3000에서 에폭시 당량이 230 g/eq이고 점도(25℃에서)가 3000 mPa ·s인 4,4'-이소프로필리덴시클로헥사놀계 에폭시 수지
에폭시 수지B; 도오토화성(주)제 상품명 YD-128에서 에폭시 당량이 189 g/eq이고 점도가 12000 mPa ·s인 BPA형 에폭시 수지
에폭시 수지C; 도오토화성(주)제 상품명 YH-300에서 에폭시 당량이 140 g/eq이고 점도가 150 mPa ·s인 트리메틸롤프로판형 에폭시 수지
경화제A; 도오토레진화공(주)제 상품명 HL-107에서 아민가가 327 mgKOH/g인 복소환식 디아민변성물
경화제B; 3,9-비스(3-아미노프로필)2,4,8,10-테트라옥사피로(5,5)운데칸
경화제C; 1,3비스(아미노메틸)시클로헥산
폴리에틸렌; 밀도가 0.950 g/cc 이상, 분자량이 30000 이상인 폴리에틸렌 수지에서 두께가 50 ㎜인 성형체
실시예 1
표1의 배합예에 따라 에폭시 수지A 3.0 kg을 34~35℃로 예열하여, 경화제A 1.2 kg을 합계량 약 20℃로 유지하고, 각각을 혼합하여 28~30℃가 되도록 조정했다.
이 때의 혼합점도는 2500 mPa ·s였다. 다음에 진공 탈포장치에서 1분간 탈포를 행했다. 다음에 크린벤치내에 투명한 아크릴 수지제 형틀(두께 5 ㎜ 판의 아크릴 수지를 사용하여, 내용적이 50 ㎜×590 ㎜×990 ㎜인 장방체)을 셋팅하고, 미리 형틀을 잭으로 기울여 둬 이물질의 혼입이 없는 것을 확인했다. (제1공정)
제1공정에서 얻어진 혼합물을 형틀의 탕구벽(湯口壁)을 따라 흘려 넣고 약 5분간 탕구부 바닥부의 기포의 말려 들어감에 주의하여 4.5 kg 전량을 부어 넣었다. 다음에 이 형틀을 냉각용조에 설치하고, 형틀내에 흘려 넣은 수지액면의 높이 까지 15±10℃의 냉각수를 조내에 주수(注水)했다.
이 다음은, 제1공정과 제2공정을 동일하게 반복하여 주입작업을 합계 12회 행했다. 혼합한 수지의 주입작업중은, 그 때마다 조내의 냉각수 액면을 항상 주입수지 액면 보다 조금 높은 위치를 유지하도록 수면을 상승시켜 조정했다. (제2공정)
모든 주입이 종료하고 형틀내에 모든 수지가 충만한 후에도, 냉각수액면을 유지하고, 형틀은 수중에 넣은 채 경화 ·양생을 하룻밤(8~12시간) 계속했다. 냉각수는 항상 순환시켜 15±10℃의 일정온도로 유지하면서 경화반응이 계속되고 있는 동안은 연속하여 냉각을 행했다. (제3공정)
다음날 아침 형틀을 꺼내 클린벤치내에 보관했다. 두께 5 ㎜ 판의 아크릴 수지제 형틀내에 충만 경화시킨 에폭시 수지 경화물층이 50 ㎜×590 ㎜×990 ㎜인 장방체와 복합 일체화한 차폐판 60 ㎜×600 ㎜×1000 ㎜인 장방체가 얻어졌다.
이 차폐판은 기포를 포함하지 않는 균일한 투명판으로, 일그러짐이 없는 계획치수의 장방체였다.
실시예 2~6 및 비교예
표1의 실시예 2~6 및 비교예는 배합처방을 변경한 것 이외에는, 실시예 1과 동일한 작업을 행하여 각각 두께 5 ㎜의 아크릴 수지제 형틀내에 충만 경화시킨 에폭시 수지 경화물층 50 ㎜×590 ㎜×990 ㎜인 장방체와 복합 일체화한 차폐판 60 ㎜×600 ㎜×1000 ㎜인 차폐판을 얻었다.
이와 같이 하여 얻어진 투명한 각 중성자 차폐재를 기재의 측정방법을 토대로 평가한 결과, 표4에 나타내는 물성을 얻었다. (외관, 중성자 차폐능, 조도, 헤드라이트 연속 조사성, 기계적 물성)
① 외관
얻어진 차폐판을 육안으로 두께방향으로부터 투시하여, 일그러짐 없이 투시할 수 있는지의 여부와 기포의 유무를 확인한다.
② 중성자 차폐능력의 평가(중성자의 감쇠계산법)
중성자 차폐능력을 평가하기 위해, 도1과 같이 선원, 차폐판, 탄소강, 검출기를 설치하여, 실시예 1에서 얻어진 차폐판의 차폐성능을 몬테카를로법(아사다 타다카즈 등 감수, 원자력핸드북 P157, 옴사(1976))에 의해 산출한 결과, 표2에 나타내는 차폐효과를 예측할 수 있었다. 한편, 실용적인 조건을 상정하여 하기의 구체적인 측정법에 준거하여 실시예 및 비교예의 차폐판을 측정했다. 즉 중성자원252Cf 1.45 MBq의 선원을 사용하여 특수차량의 운전석 프론트에 실시예에서 얻어진 60 ㎜×600 ㎜×1000 ㎜인 투명판 2장을 겹쳐 도2에 나타내는 배치도에 따라 선원, 차폐판, 검출기를 셋팅하여 중성자를 조사하여, 차폐판이 있는 경우를 ①로 하고 차폐판이 없는 경우를 ②로 하여 ①/②값을 측정했다.
상세한 예로서 실시예 1의 차폐판의 차폐능은 구체적으로는 표3의 측정값으로부터 산출하여 얻어졌다. 본 발명의 실용성 판정은 1/5 VT 이하일 필요가 있다.
③ 조도
1995년식 미쓰비시형식 E-E74A(전조등:4등식)차량 및 1993년식 도요타형식 E-SV30(전조등:2등식)차량을 사용하여 전조등 주 주행빔의 광도를 측정하고, 실시예의 투명차폐판 2장을 겹쳐 전조등 앞에 장착하여, 광도를 측정했다. 차폐판을 장착하지 않는 경우와 차폐판 2장을 장착한 경우의 광도유지비율로 나타낸다. 또 도로교통법에 의한 차량의 광도는, 4등식 전조등 장착차량의 경우는 주 주행빔 및 부 주행빔 또는 로빔(low beam)이 동시에 점등하지 않는 방법의 주 주행빔인 경우에 있어서 1등에 대해 15,000칸델라 이상이고, 그 밖의 4등식 전조등의 주 주행빔에 있어서는 1등에 대해 12,000칸델라 이상인 것이 필요하다. 또한, 4등식 전조등 이외의 차량인 경우에는 1등에 대해 15,000칸델라 이상으로 상정되고 있다. 또 하나의 요건으로서 도로교통법의 규정광도 이상이어야만 한다. 본 발명에 있어서의 실용성 판정은 조도 50% 이상이다.
④ 내열성
내열성은, 헤드라이트의 장시간 조사열에 의한 연화를 고려하여, JIS K7206의 비컷연화 온도시험법에 준거하여 측정했다.
시험하중:A법 1 kgf, 승온속도 50℃/hr의 조건으로 측정했다.
| 차폐재 | 선원강도252CF(n/s) | 도1의Ds(m) | 차폐판의 두께(cm) | 강(cm) | 중성자선량 당량(μSv/h) | 차폐효과①/② |
| 실시예1차폐 없음 | 1.7×1051.7×105 | 11 | 120 | 00 | 도1 Pd 위치①2.69×10-1②1.16×10-0 | 1/4.31 |
| 실시예1+탄소강차폐 없음 | 1.7×1051.7×105 | 11 | 120 | 50 | ①1.91×10-1②1.06×10-0 | 1/5.55 |
| 실시예1차폐 없음 | 1.7×1051.7×105 | 44 | 120 | 00 | ①2.10×10-2②8.94×10-2 | 1/4.26 |
| 실시예1+탄소강차폐 없음 | 1.7×1051.7×105 | 44 | 120 | 50 | ①1.62×10-2②8.89×10-2 | 1/5.49 |
실시예 1에서 얻어진 차폐재의 차폐능 1/7.69 VT값은, 표3 기재의 데이터로부터 산출된 것이다.
| 공간선량률 | 차량만 | 실시예1 차폐판 장착시 | 방호계수 | ||
| (μSv/h) | (μSv/h) | (μSv/h) | 차량만② | 실시예1 차폐판 장착시① | |
| 1234567 | 0.540.540.310.520.560.560.50 | 0.270.400.300.420.280.220.26 | 0.020.040.060.030.030.030.04 | 0.61 | 0.08 |
| 평균 | 0.50 | 0.31 | 0.04 |
실시예 1의 차폐능은, ①/②=0.08/0.61=1/7.69 VT로 산출되어, 본 발명에서 말하는 실용규정값으로 하는 1/5 VT 이하였다. 동일한 방법으로 측정값을 산출하여 실시예 2~6 및 비교예의 값을 얻었다.
⑤ 기계적 물성
차폐판의 기계적 물성으로서, 압축강도, 압축탄성률, 경도를 JIS K6911을 토대로 측정했다.
| 실시예1 | 실시예2 | 실시예3 | 실시예4 | 실시예5 | 실시예6 | 비교예1 | ||
| 외관(눈으로 직접 봄) | 양호 | 양호 | 양호 | 양호 | 양호 | 양호 | 양호 | |
| 중성자 차폐능(1/VT) | 1/7.69 | 1/7.65 | 1/7.69 | 1/6.92 | 1/6.92 | 1/6.96 | 1/9.75 | |
| 조도%(4등식) | 76.3 | 76.0 | 76.0 | 76.0 | 76.0 | 76.0 | - | |
| 조도%(2등식) | 80.0 | 79.8 | 80.0 | 79.8 | 79.8 | 79.8 | - | |
| 내열성(℃) | 210 | 211 | 215 | 220 | 230 | 180 | 129 | |
| 기계적특성 | 감축강도(N/㎟) | 60 | 59 | 75 | 69 | 70 | 63 | - |
| 감축탄성률(N/㎟) | 1850 | 1800 | 2110 | 1990 | 2050 | 1750 | - | |
| 굽어짐강도(N/㎟) | 69 | 65 | 72 | 69 | 70 | 63 | - | |
| 경도(쇼아D) | 87 | 87 | 89 | 88 | 88 | 85 | - |
실시예 1에서 얻어진 차폐판의 표4 이외의 특성값은 표5의 결과였다.
| 실시예 1 차폐판 특성항목 | 특성값 |
| 비중수소원자 함유량1/2 VT(252Cf 중성자)1/10 VT(252Cf 중성자)원소 함유량수소탄소질소 | 1.08 g/㎤6.24×1022atom/㎤5㎝16.5㎝8.34중량%64.53중량%2.93중량% |
또한, 몬테카를로법 MCNP4A에 의한 물 및 실시예 1의 차폐판의 차폐효과는 표6의 결과였다.
| 물질의 종류 | 차폐효과(1/VT) | |||
| 1/5 | 1/10 | 1/100 | ||
| 두께(㎝) | 실시예 1 | 11.3 | 15.0 | 33.5 |
| 물 | 12.0 | 16.5 | 34.5 |
이상 기술한 바와 같이, 본 발명은 중성자 차폐능을 갖는 불투명한 무기질류 등을 포함하지 않는 에폭시 수지와 경화제로 된 상온 경화성 에폭시 수지조성물을 사용하고, 또한 이 에폭시 수지조성물의 혼합점도를 7000 mPa ·s 이하로 함으로써기포 등이 존재함 없이, 성형 일그러짐이 없는 투명한 중성자 차폐재를 얻을 수 있었다.
Claims (6)
- 투명성을 저해하는 무기질류 등을 포함하지 않는 에폭시 수지와 경화제의 조합으로, 그 혼합점도가 7000 mPa ·s 이하인 상온 경화가 가능한 것을 특징으로 하는 중성자 차폐능력이 높은 투명한 경화물이 얻어지는 에폭시 수지조성물.
- 제1항에 있어서, 상기 에폭시 수지가, 4,4'-이소프로필리덴비스시클로헥사놀계 에폭시 수지인 중성자 차폐능력이 높은 에폭시 수지조성물.
- 제1항에 있어서, 상기 경화제가 지방족 아민, 지환식 아민 및/또는 복소환식 디아민과 그의 변성물로 이루어진 군으로부터 선택된 중성자 차폐능력이 높은 에폭시 수지조성물.
- 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 에폭시 수지조성물이, 4,4'-이소프로필리덴비스시클로헥사놀계 에폭시 수지와, 지방족 아민, 지환식 아민 또는 및 복소환식 디아민과 그의 변성물로 이루어진 군으로부터 선택된 경화제로 된 상온 경화가 가능한 조성물인 중성자 차폐능력이 높은 에폭시 수지조성물.
- 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항의 중성자 차폐능력이 높은 에폭시 수지조성물을 경화한 것을 특징으로 하는 투명성이 있는 중성자 차폐재.
- 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항의 중성자 차폐능력이 높은 에폭시 수지조성물을 사용하여, 투명한 성형용 형틀과 일체화시켜 복합화 한 것을 특징으로 하는 투명성이 있는 중성자 차폐재.
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