KR20110126934A - 방사선 차폐용 조성물 및 이를 이용한 방사선 차폐재 - Google Patents

Abstract

본 발명은 실리콘 수지 기재에 방사선 차폐기능을 갖는 황산바륨을 과량 첨가한 조성물을 사용하여 방사선 차폐재를 제조하는 것을 특징으로 하는 방사선 차폐용 조성물 및 이를 이용한 방사선 차폐재에 관한 것으로, 유독성 유기용제를 사용하지 않고 종래의 방사선 차폐재에 비해 방사선 차폐성능을 향상시킨 친환경적 특성을 갖는 것이 장점으로, 위험성을 가진 방사능 및 방사선 관련 작업환경에서 방사선을 차폐하기 위한 각종 차폐재에 적용시키거나 또는 상기와 같은 환경에서 근무하는 종사자가 착용하는 방사능 차폐복에 널리 적용될 것으로 기대된다.

Description

방사선 차폐용 조성물 및 이를 이용한 방사선 차폐재{Composite for radiation shielding and material for radiation shielding made thereof}

본 발명은 방사선 차폐용 조성물 및 이를 이용한 방사선 차폐재에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 실리콘 수지 기재에 방사선 차폐기능을 갖는 황산바륨을 과량 첨가한 조성물을 사용하여 방사선 차폐재를 제조함으로써, 유독성 유기용제를 사용하지 않고 방사선 차폐성능을 향상시킨 친환경적 특성을 갖는 방사선 차폐용 조성물 및 이를 이용한 방사선 차폐재에 관한 것이다.

최근 방사능은 방출되는 방사선량의 세기에 관계없이 절대 안전한 보증은 없다고 보고되고 있으며, 아무리 작은 선량이라도 그것을 쐬는 사람의 수효가 많으면 많은 장애가 발생할 우려가 있다고 경고하고 있다.

따라서, 원자력시설이나 원자력발전소에서는 방사선피폭을 가능한 한 낮게 억제하기 위하여, 여러 가지 차폐 설계가 실시되고 있으며, 이러한 위험성을 가진 방사능 및 방사선 관련 작업환경에서 근무하는 종사자는 방사능 차폐복을 필수적으로 착용하여야 한다.

이와 같이 방사선이 노출되는 작업환경에서 방사선으로부터 인체를 보호하기 위해 방사선 차폐기능을 갖는 차폐재에 대한 개발에 대한 다양한 연구들이 진행되고 있으며, 이렇게 개발되고 있는 기술들에 대한 특허 내용들을 살펴보면, 국내 등록특허공보 제0845055호 및 국내 등록특허공보 제0860333호에 방사선 차폐층으로 1액형 폴리우레탄 수지 100 중량부, 황산바륨 200 중량부, 이미도트리조산 50 중량부, 메틸에틸케톤 40 중량부 및 톨루엔 20 중량부를 균일하게 혼합한 다음, 상기 형성한 접착층 위에 플로팅 나이프(두께 2.0mm)를 사용하여 30g/㎡의 량으로 도포하고 130℃에서 60초간 건조시켜 방사선 차폐층이 형성된 직물을 제조한 방사선 차폐재와 국내 등록특허공보 제0915575호 및 국내 등록특허공보 제0860332호에 제 1 및 제2 방사선 차폐층은 폴리에스테르 직물 표면에 폴리우레탄 수지로 이루어진 도포층이 형성되고 상기 도포층의 내부에 황산바륨 및 유기 요오드계 방사선 조영성 화합물이 분말상으로 균일하게 분산되는 것을 특징으로 하는 방사선 차폐섬유와 같이 다양한 방법들이 특허를 받은 바 있다.

상기와 같은 특허들의 내용에서 나타나는 바와 같이 방사선 차폐기능을 높이기 위해서는 합성수지 기재에 방사선 차폐기능을 갖는 황산바륨을 첨가하여야 하지만 황산바륨은 액스선 차폐성능이 우수하지만 황산바륨의 밀도가 4.5g/㎤로서 매우 클 뿐만 아니라 폴리우레탄 수지에 대한 상용성도 불량하므로, 종래와 같이 황산바륨을 폴리우레탄 수지에 분산시켜 직물 표면에 처리할 경우 분산성이 불량하여 황산바륨이 균일하게 분포된 방사선 차폐층을 형성하기 어렵다.

따라서, 상기 특허들의 경우와 같이 폴리우레탄 수지를 기재로 사용함에 따라 황산바륨과 폴리우레탄 수지와의 상용성이 낮아 많은 량의 황산바륨을 사용할 수 없고, 또한 건조가 제대로 되지 아니하여 작업성이 떨어지는 문제점들이 있으며, 방사선 차폐기능을 향상시키기 위해 과량의 황산바륨을 사용할 경우 폴리우레탄 수지와 황산바륨이 제대로 혼합되지 아니하여 성형화가 제대로 되지 않는 문제점들이 있었다.

또한 상기 특허들의 경우에는 폴리우레탄과 황산바륨과의 결합력이 약한 것을 보완하기 위한 방안으로 폴리우레탄과 결합력이 우수한 유기 요오드계 방사선 조영성 화합물들을 혼합하여 사용하며, 특히 황산바륨의 분산력을 높이기 위해 DMF(dimethylformamide), MEK(methylethylketone)와 같은 유독성 유기용제를 사용함에 따라 작업장의 환경을 오염시키는 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 방안으로, 방사선 차폐기능을 갖는 황산바륨과의 상용성이 우수한 실리콘 수지를 사용하여 방사선 차폐재를 제조함으로써, 종래의 방사선 차폐재에 비해 과량의 황산바륨을 첨가하여 방사선 차폐성능을 향상시킨 것을 특징으로 하는 방사선 차폐용 조성물 및 이를 이용한 방사선 차폐재를 제공함을 과제로 한다.

또한 본 발명은 실리콘 수지 기재에 과량의 황산바륨을 첨가하더라도 유기 요오드계 방사선 조영성 화합물과 DMF, MEK와 같은 유독성 유기용제를 사용하지 않는 친환경적 특성을 갖는 것을 특징으로 하는 방사선 차폐용 조성물 및 이를 이용한 방사선 차폐재를 제공함을 다른 과제로 한다.

상기의 과제를 달성하기 위한 본 발명은 고분자 수지 기재와 황산바륨 및 첨가제로 이루어진 방사선 차폐용 조성물에 있어서,

상기 방사선 차폐용 조성물은 고분자 수지 기재 100 중량부에 대하여 황산바륨 300~350 중량부, 촉매 0.5~1.2 중량부, 안료 0.01~0.02 중량부로 이루어지는 것을 특징으로 하는 방사선 차폐용 조성물을 과제 해결 수단으로 한다.

그리고 본 발명은 상기 방사선 차폐용 조성물을 사용하여 방사선 차폐용도로 사용하기 위한 부재를 코팅시킨 것을 특징으로 하는 방사선 차폐재를 다른 과제 해결 수단으로 한다.

또한 상기 고분자 수지 기재는 실리콘 수지인 것을 특징으로 하고,

상기 실리콘 수지는 폴리디메틸실록산(polydimethylsiloxane)계 또는 올리고실록산(oligosiloxane)계인 것이 바람직며,

상기 촉매는 백금 촉매, 로듐 촉매 또는 팔라듐 촉매 중에서 1종을 선택하여 사용하는 것이 바람직하다.

상기의 과제 해결 수단에 의한 본 발명은 방사선 차폐기능을 갖는 황산바륨과의 상용성이 우수한 실리콘 수지를 기재로 한 조성물을 사용하여 제조한 방사선 차폐재로서, 유독성 유기용제를 사용하지 않고 종래의 방사선 차폐재에 비해 방사선 차폐성능을 향상시킨 친환경적 특성을 갖는 것이 장점으로, 위험성을 가진 방사능 및 방사선 관련 작업환경에서 방사선을 차폐하기 위한 각종 차폐재에 적용시키거나 또는 상기와 같은 환경에서 근무하는 종사자가 착용하는 방사능 차폐복에 널리 적용될 것으로 기대된다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하며, 상세한 설명에서 방사선 차폐용 조성물 및 이를 이용한 방사선 차폐재 제조 분야의 종사자들이 용이하게 알 수 있는 구성 및 작용에 대한 언급은 간략히 하거나 생략하였다.

본 발명의 특징에 의하면, 종래의 방사선 차폐재의 경우에는 주로 폴리우레탄 수지를 사용함에 따라 방사선 차폐기능이 우수한 황산바륨과의 상용성이 낮아 코팅 성형성이 저하되어 황산바륨의 사용량에 제한을 받았던 것과는 달리 황산바륨과의 상용성이 우수한 실리콘 수지를 사용함으로써, 과량의 황산바륨을 사용하여 방사선 차폐기능을 향상시키고, 유기 요오드계 방사선 조영성 화합물과 DMF, MEK와 같은 유독성 유기용제를 사용하지 않는 친환경적 특성을 갖는다.

상기의 특징을 갖는 본 발명은 고분자 수지 기재와 황산바륨 및 첨가제로 이루어진 방사선 차폐용 조성물에 있어서,

상기 방사선 차폐용 조성물은 고분자 수지 기재 100 중량부에 대하여 황산바륨 300~350 중량부, 촉매 0.5~1.2 중량부, 안료 0.01~0.02 중량부로 이루어지는 것을 특징으로 하는 방사선 차폐용 조성물에 관한 것이다.

본 발명에서 사용하는 고분자 수지 기재는 황산바륨과의 상용성이 우수한 수지인 실리콘 수지인 것이 바람직하다.

그리고 상기 실리콘수지는 금속형태의 실리콘에 염화메탄을 반응시켜 디메틸클로로실란을 합성한 후 가수분해시켜 실록산(-Si-O-Si-O-)를 형성시킨 고분자 수지로서, 극성 무기 측쇄의 강한 Si-O 결합, Si-O-Si 결합에 의해 강한 내열성, 내화학성, 내후성, 난연성의 특성과 비극성 유기 측쇄의 CH₃기의 비극성과 낮은 표면에너지, 낮은 표면장력, 강한 Si-C 결합에 의해 우수한 유동성과 탄성, 신율의 특성을 갖는다.

실리콘 수지는 폴리디메틸실록산(polydimethylsiloxane)계 또는 올리고실록산(oligosiloxane)계인 것이 바람직하고, 구체적으로는 한국다우코닝(주)의 DC-5600인 것이 더욱 바람직하다.

그리고 본 발명에서 사용하는 황산바륨(BaSO₄)은 방사선을 차폐시키는 작용을 하는 화합물로서, 백색의 분말 또는 무정형의 결정으로 무미·무취이며, 독성이 없는 화합물이다.

또한 본 발명에서 황산바륨의 첨가량은 고분자 수지 기재 100 중량부에 대하여 300~350 중량부인 것이 바람직하다. 황산바륨의 첨가량이 300 중량부 미만이 될 경우에는 종래의 방사선 차폐재에 비해 현저한 효과가 없으며, 황산바륨의 첨가량이 350 중량부를 초과할 경우에는 과량의 황산바륨 첨가에 의해 고분자 수지 기재와 균일하게 혼합되지 아니하여 차폐용도의 부재에 코팅시 성형성이 저하할 우려가 있다.

그리고 본 발명에서 사용하는 촉매는 폴리디메틸실록산계 실리콘 수지 또는 올리고실록산계 실리콘 수지를 경화시키는 위한 작용을 하며, 백금 촉매, 로듐 촉매 또는 팔라듐 촉매 중에서 1종을 선택하여 사용하는 것이 바람직하다.

또한 본 발명에서 촉매의 첨가량은 고분자 수지 기재 100 중량부에 대하여 촉매 0.5~1.2 중량부인 것이 바람직하며, 촉매의 첨가량이 0.5 중량부 미만일 경우에는 실리콘 수지를 코팅한 후 열을 가하더라도 실리콘 수지가 충분히 경화되지 않을 우려가 있고, 촉매의 첨가량이 1.2 중량부를 초과할 경우에는 과량의 촉매 사용으로 인해 실리콘 수지의 급속한 경화로 인해 코팅도막의 기계적 물성이 저하할 우려가 있다.

그리고 본 발명에서 사용하는 안료는 방사선 차폐재의 용도에 따라 적절한 색상을 나타내기 위한 작용을 하며, 본 발명에서 안료의 첨가량은 고분자 수지 기재 100 중량부에 대하여 0.01~0.02 중량부로 한정하고 있지만, 안료의 첨가량은 상기에서 한정한 수치의 범위에만 반드시 제한되지 아니하고, 설계조건에 따라 적절히 조정되어질 수 있다.

그리고 상기와 같은 구성성분을 갖는 본 발명에 따른 방사선 차폐용 조성물은 실리콘 수지에 황산바륨, 백금 등을 혼합시킨 조성물로서, 상기 조성물을 사용하여 방사선 차폐용도로 사용하기 위해 금속, 세라믹, 합성수지 또는 섬유 등과 같은 각종 소재로 이루어진 부재를 함침코팅, 나이프 코팅 또는 그라비아 인쇄 등의 방법에 의해 코팅시킨 다음 100℃의 온도에서 2~3분간 건조시켜 방사선 차폐재를 제조한다.

본 발명에서 상기 구성성분을 갖는 본 발명에 따른 방사선 차폐용 조성물은 상온에서 실리콘 수지와 황산바륨이 균일하게 혼합될 수 있도록 30~40분간 충분히 혼합시키는 것이 바람직하다.

따라서, 방사선 차폐용 조성물을 사용하여 방사선 차폐용도로 사용하기 위한 부재를 코팅시킨 방사선 차폐재는 유독성 유기용제를 사용하지 않고 종래의 방사선 차폐재에 비해 방사선 차폐성능을 향상시킨 방사선 차폐재이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예에 의거 상세히 설명하겠는 바, 상기 본 발명이 실시예에 의해 한정되는 것은 아니며, 특히 본 발명은 방사선 차폐용 조성물 및 이를 이용한 방사선 차폐재 제조 분야의 전반적인 공정에 적용이 가능한 것임을 밝혀둔다.

1. 방사선 차폐용 조성물의 제조

(실시예 1)

실리콘 수지 100 중량부에 황산바륨 350 중량부, 백금촉매 1.2 중량부, 안료 0.02 중량부를 혼합한 다음 상온에서 실리콘 수지와 황산바륨이 균일하게 혼합될 수 있도록 40분간 충분히 혼합시켜 방사선 차폐용 조성물을 제조하였다.

(실시예 2)

실리콘 수지 100 중량부에 황산바륨 300 중량부, 백금촉매 0.5 중량부, 안료 0.01 중량부를 혼합한 다음 상온에서 실리콘 수지와 황산바륨이 균일하게 혼합될 수 있도록 30분간 충분히 혼합시켜 방사선 차폐용 조성물을 제조하였다.

(비교예 1)

폴리우레탄수지 100 중량부에 DMF 10 중량부, MEK 40 중량부, 황산바륨 300 중량부를 혼합한 다음 상온에서 폴리우레탄수지와 황산바륨이 균일하게 혼합될 수 있도록 40분간 충분히 혼합시켜 방사선 차폐용 조성물을 제조하였지만, 폴리우레탄수지에 비해 과량의 황산바륨을 혼합함에 따라 폴리우레탄수지와 황산바륨이 제대로 섞이지 아니하여 방사선 차폐용 조성물을 제조할 수 없었다.

(비교예 2)

폴리우레탄수지 100 중량부에 DMF 10 중량부, MEK 40 중량부, 황산바륨 200 중량부, 유기요오드계 조영제 10 중량부를 혼합한 다음 상온에서 폴리우레탄수지와 황산바륨이 균일하게 혼합될 수 있도록 30~40분간 충분히 혼합시켜 방사선 차폐용 조성물을 제조하였다.

2. 방사선 차폐재의 제조

상기 실시예 1, 2 및 비교예 2의 방사선 차폐용 조성물을 사용하여 0.044g/cm³의 부직포(20 cm × 30 cm× 7 mm)에 각각 방사선 차폐용 조성물을 함침시켜 0.65g/cm³(건조기준)의 방사선 차폐용 조성물 함침 부직포를 제조한 다음 100℃에서 2분간 건조시켜 방사선 차폐재를 제조하였다. 상기 비교예 1의 경우에는 방사선 차폐용 조성물을 제조하지 못해 방사선 차폐용 조성물 함침 부직포 시편을 제조할 수 없었다.

3. 방사선 차폐재의 평가

상기 2의 방법에 의해 제조한 방사선 차폐재를 사용하여 X선의 차폐율과 투과율을 측정한 결과는 아래 [표 1]의 내용과 같다.

아래 [표 1]에서 X선의 차폐율과 투과율의 산출방식은 아래 식 (1) 및 식 (2)의 방법에 의해 계산하였다.

차폐율 = 1 - (7 mm 순수바륨 조사량 평균/초기선량 평균) × 100 (1)

투과율 = (7 mm 순수바륨 조사량 평균/초기선량 평균) × 100 (2)

구분		실시예		비교예
		1	2	1	2
조사량(mR) (조건 : 100KV, 200mA, 0.1sec, 0.2mm Cu, 0.7mm Al)	초기선량 (평균값)	3.07	1.06	-	0.66
	7 mm 순수바륨 (평균값)	0.17	0.08	-	0.15
차폐율(%)		94.5	92.5	-	77.3
투과율(%)		5.5	7.5	-	22.7
유연성		양호	양호	-	불량

상기 [표 1]의 내용에서와 같이 실시예 1, 2의 경우에는 비교예 2에 비해 X선의 차폐율의 성능이 우수한 것을 확인할 수 있었다.

특히 실시예 1, 2의 경우에는 비교예 2에 비해 동일량 또는 동일량 이상의 황산바륨을 실리콘 수지에 혼합시켰음에도 불구하고, 실시예 1, 2의 방사선 차폐재는 비교예 2의 방사선 차폐재에 비해 유연성이 좋음을 확인할 수 있었다.

상기에서 확인되는 바와 같이 본 발명에 따른 방사선 차폐용 조성물 및 이를 이용한 방사선 차폐재는 유기 요오드계 방사선 조영성 화합물과 DMF, MEK와 같은 유독성 유기용제를 사용하지 않고도 종래의 방사선 차폐재에 비해 과량의 황산바륨을 첨가하여 X선 차폐효과를 향상시킨 친환경적 발명인 것이 특징이다.

상술한 바와 같은, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 방사선 차폐용 조성물 및 이를 이용한 방사선 차폐재를 설명하였지만, 이는 예를 들어 설명한 것에 불과하며 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화 및 변경이 가능하다는 것을 이 분야의 통상적인 기술자들은 잘 이해할 수 있을 것이다.

본 발명은 종래의 방사선 차폐재에 비해 방사선 차폐성능을 향상시킨 방사선 차폐용 조성물 및 이를 이용한 방사선 차폐재로서, 위험성을 가진 방사능 및 방사선 관련 작업환경분야에서 방사선을 차폐하기 위한 각종 차폐재에 널리 적용될 것으로 기대된다.

Claims (5)

1. 고분자 수지 기재와 황산바륨 및 첨가제로 이루어진 방사선 차폐용 조성물에 있어서,
   상기 방사선 차폐용 조성물은 고분자 수지 기재 100 중량부에 대하여 황산바륨 300~350 중량부, 촉매 0.5~1.2 중량부, 안료 0.01~0.02 중량부로 이루어지는 것을 특징으로 하는 방사선 차폐용 조성물.
   
2. 제 1항에 있어서,
   상기 고분자 수지 기재는 실리콘 수지인 것을 특징으로 하는 방사선 차폐용 조성물.
   
3. 제 2항에 있어서,
   상기 실리콘 수지는 폴리디메틸실록산(polydimethylsiloxane)계 또는 올리고실록산(oligosiloxane)계인 것을 특징으로 하는 방사선 차폐용 조성물.
   
4. 제 1항에 있어서,
   상기 촉매는 백금 촉매, 로듐 촉매 또는 팔라듐 촉매 중에서 1종을 선택하여 사용하는 것을 특징으로 하는 방사선 차폐용 조성물.
   
5. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항의 방사선 차폐용 조성물을 사용하여 방사선 차폐용도로 사용하기 위한 부재를 코팅시킨 것을 특징으로 하는 방사선 차폐재.