專利名稱：：一種輻射防護(hù)材料的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種防輻射材料的制備方法，尤其是一種以氧化鉺為功能粒子，以環(huán)氧樹脂為基底的防護(hù)X射線和y射線的輻射防護(hù)材料的制備方法。
背景技術(shù)：
：傳統(tǒng)的X射線和y射線屏蔽材料一般選用混凝土、水泥、鉛板等具有較高密度的物質(zhì)，后來逐步開發(fā)生產(chǎn)了一系列以鉛或鉛的化合物為填料的有機(jī)或無機(jī)高分子材料，如鉛玻璃、鉛橡膠、樹脂/納米鉛復(fù)合材料等，滿足了當(dāng)時(shí)的需要，但是鉛固有的毒性以及較高的密度限制了這類材料的應(yīng)用和發(fā)展。材料的屏蔽效果主要取決于射線能量、材料密度、吸收原子核外電子數(shù)、軌道電子分布及能級(jí)狀態(tài)等。射線能量相對(duì)較低或高能射線經(jīng)多次康普頓散射后，光電效應(yīng)占主導(dǎo)地位，當(dāng)射線能量稍高于物質(zhì)內(nèi)層電子結(jié)合能時(shí)吸收會(huì)突然增大稱為邊界吸收，這對(duì)提高材料屏蔽性能是很關(guān)鍵的。傳統(tǒng)高原子序數(shù)物質(zhì)K層吸收邊較高，如鉛對(duì)能量介于40-88KeV的射線的吸收能力較弱，簡稱為"Pb的弱吸收區(qū)"。而通常由130kVp以下管電壓產(chǎn)生的醫(yī)用X射線的絕大多數(shù)粒子，其能量低于88KeV，X射線的能譜峰正處于40-88KeV的能量區(qū)域，因此將鉛作為吸收醫(yī)用X射線的吸收物質(zhì)其缺陷是顯而易見的。因此，無鉛類高性能輕質(zhì)輻射屏蔽材料的研制和開發(fā)是當(dāng)前的熱點(diǎn)課題，也是未來輻射屏蔽材料的發(fā)展趨勢(shì)。
發(fā)明內(nèi)容技術(shù)問題本發(fā)明提供一種輻射防護(hù)材料的制備方法，以環(huán)氧樹脂為基體、以稀土氧化物E&03為功能粒子制備了輻射防護(hù)材料。采用對(duì)E&03粒子表面用有機(jī)硅偶聯(lián)劑進(jìn)行處理的方法制得的材料致密無間隙』1~203粒子在材料中分布均勻，力學(xué)性能得到了改善，材料防護(hù)能量低于100Kev的X射線或y射線的效果明顯，稀土元素Er防護(hù)低能射線的能力強(qiáng)于傳統(tǒng)的屏蔽元素鉛。技術(shù)方案本發(fā)明的技術(shù)解決方案為一種輻射防護(hù)材料的制備方法，由重量比為環(huán)氧樹脂31%_71%、有機(jī)硅偶聯(lián)劑0.3%-3.3%、聚酰胺類固化劑16%_50%、余量為Er203按下列步驟制備a.用表面處理法處理E&03粉末在容器中加入有機(jī)硅偶聯(lián)劑，再加入水?dāng)嚢杌旌鲜褂袡C(jī)硅偶聯(lián)劑水解，再加入Er203粉末，攪拌使Er203粒子充分潤濕；b.將潤濕的Er203混入環(huán)氧樹脂在環(huán)氧樹脂中加入經(jīng)上述表面處理后的Er203粒子，初步攪拌使Er203粒子分散在環(huán)氧樹脂中，再充分?jǐn)嚢枋贡砻婊钚蕴幚砗蟮腅r203粒子與環(huán)氧樹脂混合均勻；c.固化成型在Er203與環(huán)氧樹脂的混合液中加入聚酰胺類固化劑，充分?jǐn)嚢杌旌暇鶆?，在模具表面涂上凡士林，將所得產(chǎn)物沿著模具壁澆注到模具中，固化；d.脫模。3所述環(huán)氧樹脂為環(huán)氧樹脂E-55、E-51、E-44、E_42、E_35、E_31;所述有機(jī)硅偶聯(lián)劑為有機(jī)硅偶聯(lián)劑KH550、KH560、KH570、KH580;所述固化為放入真空干燥箱中70°C_90"固化3小時(shí)。有益效果本發(fā)明的有益效果是，以環(huán)氧樹脂為基體、以稀土氧化物Er203為功能粒子用表面處理稀土氧化物Er203的方法制備的輻射防護(hù)材料致密無間隙，E&03粒子在材料中分布均勻，力學(xué)性能得到了改善，材料防護(hù)能量低于100Kev的X射線或y射線的效果明顯，還能夠改善環(huán)氧樹脂本身的結(jié)構(gòu)以提高其力學(xué)性能。稀土元素Er防護(hù)低能射線的能力強(qiáng)于傳統(tǒng)的屏蔽元素鉛，而且相對(duì)與鉛來說，無毒。稀土元素K層吸收邊比較低，其對(duì)50-100KeV的射線有比較好的屏蔽效果，可以彌補(bǔ)常規(guī)高密度材料的缺陷。環(huán)氧樹脂是復(fù)合材料中比較常用的基體樹脂，具有優(yōu)異的性能，多數(shù)環(huán)氧樹脂具有優(yōu)良的耐輻射性能，耐輻射壽命一般都大于106Gy，可以應(yīng)用于較苛刻的輻射環(huán)境之中。氧化鉺/環(huán)氧樹脂輻射防護(hù)材料對(duì)50-100KeV的射線有較好的屏蔽效果，無毒；可以應(yīng)用于更廣闊的領(lǐng)域，比如醫(yī)用領(lǐng)域的射線防護(hù)。制備方法簡便，適用于工廠化生產(chǎn)。圖l為實(shí)驗(yàn)裝置示意圖。其中l(wèi)為放射源，2為樣品，3為碘化鈉探頭，4為高壓、前放、放大器、多道分析器。圖2為XRD曲線。圖3為樣品的三點(diǎn)彎曲性能曲線。圖4為拉伸性能曲線。圖5為拉伸斷面的掃描電鏡圖片。圖6為樣品C拉伸斷面上的能量色散型X射線能譜圖。圖7為實(shí)驗(yàn)測(cè)得238Pu的y能譜。具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖與具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明申請(qǐng)做進(jìn)一步詳細(xì)說明實(shí)施例1:第一步用表面處理法處理Er203粉末，用膠頭滴管在干凈的300ml燒杯中加入lg的有機(jī)硅偶聯(lián)劑KH-560，再加入適量的蒸餾水，用磁力攪拌器將偶聯(lián)劑與水充分?jǐn)嚢杌旌鲜褂袡C(jī)硅偶聯(lián)劑KH-560水解。再往燒杯中加入適量的Er203粉末配備四種濃度的樣品P、A、B、C，用磁力攪拌器攪拌使Er203粒子充分潤濕。第二步在經(jīng)上述表面處理后的Er203體系中加入lOOg的環(huán)氧樹脂，先用玻璃棒初步攪拌使Er203粒子分散在環(huán)氧樹脂中，再用電動(dòng)攪拌器充分?jǐn)嚢枋贡砻婊钚蕴幚砗蟮腅r203粒子與環(huán)氧樹脂混合均勻。第三步在Er203與環(huán)氧樹脂的混合液中加入80g的聚酰胺類固化劑，用玻璃棒初步攪拌混合，再用電動(dòng)攪拌器充分?jǐn)嚢?。在模具表面涂上凡士林，將所得產(chǎn)物緩慢的沿著模具壁澆注到模具中，再放入真空干燥箱中9(TC固化3小時(shí)。脫模即得到氧化鉺/環(huán)氧樹脂輻射防護(hù)材料。實(shí)施例2:第一步用表面處理法處理Er203粉末。用膠頭滴管在干凈的300ml燒杯中加入0.3g的有機(jī)硅偶聯(lián)劑，再加入適量的蒸餾水，用磁力攪拌器將偶聯(lián)劑與水充分?jǐn)嚢杌旌鲜褂袡C(jī)硅偶聯(lián)劑水解。再往燒杯中加入O.7gE&03粉末，用磁力攪拌器攪拌使E&03粒子充分潤濕。第二步在經(jīng)上述表面處理后的Er203體系中加入71g的環(huán)氧樹脂，先用玻璃棒初步攪拌使Er203粒子分散在環(huán)氧樹脂中，再用電動(dòng)攪拌器充分?jǐn)嚢枋贡砻婊钚蕴幚砗蟮腅r203粒子與環(huán)氧樹脂混合均勻。第三步在Er203與環(huán)氧樹脂的混合液中加入28g的聚酰胺類固化劑，用玻璃棒初步攪拌混合，再用電動(dòng)攪拌器充分?jǐn)嚢?。在模具表面涂上凡士林，將所得產(chǎn)物緩慢的沿著模具壁澆注到模具中，再放入真空干燥箱中9(TC固化3小時(shí)。脫模即得到氧化鉺/環(huán)氧樹脂輻射防護(hù)材料。圖1為實(shí)驗(yàn)裝置示意圖，我們以238pu作放射源，采用NalY譜儀，用能譜方法測(cè)試材料的屏蔽性能。我們制備了2cm厚度的樣品，并且制備了四種Er203含量不同的樣品，加入Er203的量分別為0g，27g，54g，81g，稀土元素鉺的含量對(duì)應(yīng)的分別為0%，11.1%，19.4%，25.8%。樣品分別命名為P-l:鉺的含量為0%的lcm厚度的樣品，P-2:鉺的含量為0%的2cm厚度的樣品，A-1:鉺的含量為11.1%的lcm厚度的樣品，A-2:鉺的含量為11.1%的2cm厚度的樣品，B-1:鉺的含量為19.4%的lcm厚度的樣品，B-2:鉺的含量為19.4X的2cm厚度的樣品，C-1:鉺的含量為25.8%的lcm厚度的樣品，C-2:鉺的含量為25.8%的2cm厚度的樣品。圖2為XRD曲線』1~203粉末與Er203/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的XRD曲線的形狀完全一致，峰的位置相同，高度不同。峰的位置相同說明￡1~203在復(fù)合材料合成前后的晶型沒有發(fā)生變化，可以推斷出Er203并未與環(huán)氧樹脂發(fā)生任何鍵合反應(yīng)，而只是混合在環(huán)氧樹脂中。圖3為樣品的三點(diǎn)彎曲性能曲線，圖4為拉伸性能曲線，具體性能指數(shù)見表1。與樣品P相比，加入稀土粒子Er203的樣品的彎曲峰值力，彎曲強(qiáng)度，拉伸峰值力和拉伸強(qiáng)度均有所提高，這說明Er203粒子改善了環(huán)氧樹脂的彎曲性能和拉伸性能。表1<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>圖6為樣品C拉伸斷面上的能量色散型X射線能譜圖，能譜所對(duì)應(yīng)的位置如圖5樣品C中十字交叉處的位置。材料結(jié)構(gòu)表征￡1~203粒子在復(fù)合材料合成前后的晶體結(jié)構(gòu)用銅靶X射線衍射儀進(jìn)行測(cè)定，粉末法制樣；力學(xué)性能測(cè)試后的樣品的斷面用掃描電子顯微鏡對(duì)其微觀形貌以及E&03粒子在材料中的分布進(jìn)行觀察；采用能量色散型X射線能譜儀測(cè)定斷層上感興趣區(qū)域的元素組成。通過元素分析可以得出該亮點(diǎn)處就是E^(VSEM圖中的亮點(diǎn)處就是E^03粒子所在處。圖5為拉伸斷面的掃描電鏡圖片。力學(xué)性能測(cè)試用電子萬能試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行力學(xué)性能試驗(yàn)，各樣品的三點(diǎn)彎曲性能均按塑料彎曲性能試驗(yàn)GB/T9341-2000標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測(cè)試，拉伸性能均按塑料拉伸性能試驗(yàn)GB/T1040-92標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測(cè)試。從圖5可以看出Ei^3粒子在材料中分布比較均勻，在樣品P，A，B中并沒有明顯的團(tuán)聚現(xiàn)象，而且材料致密無間隙，這對(duì)復(fù)合材料的輻射屏蔽效果有積極的作用。樣品C中的￡1~203粒子已經(jīng)出現(xiàn)了輕度的團(tuán)聚現(xiàn)象，會(huì)影響材料的力學(xué)性能和輻射屏蔽性能，這與力學(xué)性能分析得到的結(jié)論是一致的。圖7為實(shí)驗(yàn)測(cè)得238pu的Y能譜。屏蔽性能測(cè)試以，o、238pu作放射源，采用NalY譜儀，用能譜方法測(cè)試材料的屏蔽性能，實(shí)驗(yàn)裝置示意圖見圖1。運(yùn)用GammaVision軟件分析和處理數(shù)據(jù)。實(shí)驗(yàn)方法如下選用6°(:0在空氣介質(zhì)中的兩個(gè)全能峰對(duì)Y譜儀進(jìn)行能量標(biāo)定。把源移開，測(cè)定實(shí)驗(yàn)空間里的射線噪聲。運(yùn)用GammaVision軟件去除噪聲，取238pu的79.9KeV和167.6KeV兩個(gè)y射線全能峰作為觀察對(duì)象，取其全能峰的凈計(jì)數(shù)作為全能峰計(jì)數(shù)。用圖1所示裝置收集射線通過屏蔽材料后兩個(gè)Y射線全能峰的計(jì)數(shù)n以及無樣品時(shí)的計(jì)數(shù)n。。收集活時(shí)為30min。通過公式I=(n。-n)/n。X100%計(jì)算出材料的輻射屏蔽率I。表2列出了射線經(jīng)過各種樣品后在79.9KeV和167.6KeV兩個(gè)全能峰處的總計(jì)數(shù)Nra.9和N皿.e和計(jì)算得到的屏蔽率179.9和1167.6。隨著樣品中鉺含量的增加，樣品的屏蔽率逐漸增大。對(duì)于79.9KeV的射線，稀土鉺的防護(hù)效果明顯優(yōu)于鉛。表2樣品N79.9179.9/%N脇Il67.6/%無樣品2304713195P-11974514.321127814.53P-21809121.501062519.46A-1824864.221000924.15A-2423581,62846635.83B-l526977.14891932.40B-2294987.20660749.93c-i362884.26801339.27C-2247989.25531259.75Pb-C-1501078.26876933.54通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，通過上述方法制得的氧化鉺/環(huán)氧樹脂輻射防護(hù)材料致密無間隙，對(duì)50-100KeV的射線有較好的屏蔽效果，可以彌補(bǔ)常規(guī)高密度材料的缺陷。而且無毒，制備方法簡便，適用于工廠化生產(chǎn)。權(quán)利要求一種輻射防護(hù)材料的制備方法，其特征在于由重量比為環(huán)氧樹脂31％-71％、有機(jī)硅偶聯(lián)劑0.3％-3.3％、聚酰胺類固化劑16％-50％、余量為Er2O3按下列步驟制備a.用表面處理法處理Er2O3粉末在容器中加入有機(jī)硅偶聯(lián)劑，再加入水?dāng)嚢杌旌鲜褂袡C(jī)硅偶聯(lián)劑水解，再加入Er2O3粉末，攪拌使Er2O3粒子充分潤濕；b.將潤濕的Er2O3混入環(huán)氧樹脂在環(huán)氧樹脂中加入經(jīng)上述表面處理后的Er2O3粒子，初步攪拌使Er2O3粒子分散在環(huán)氧樹脂中，再充分?jǐn)嚢枋贡砻婊钚蕴幚砗蟮腅r2O3粒子與環(huán)氧樹脂混合均勻；c.固化成型在Er2O3與環(huán)氧樹脂的混合液中加入聚酰胺類固化劑，充分?jǐn)嚢杌旌暇鶆?，在模具表面涂上凡士林，將所得產(chǎn)物沿著模具壁澆注到模具中，固化；d.脫模。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述輻射防護(hù)材料的制備方法，其特征在于，所述環(huán)氧樹脂為環(huán)氧樹脂E-55、E-51、E-44、E_42、E_35、E_31。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述輻射防護(hù)材料的制備方法，其特征在于，所述有機(jī)硅偶聯(lián)劑為有機(jī)硅偶聯(lián)劑KH550、KH560、KH570、KH580。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述輻射防護(hù)材料的制備方法，其特征在于，所述固化為放入真空干燥箱中7o°c-g(rc固化3小時(shí)。全文摘要本發(fā)明公開了一種輻射防護(hù)材料的制備方法，以環(huán)氧樹脂為基體、以稀土氧化物Er2O3為功能粒子制備了輻射防護(hù)材料。采用此方法制得的材料致密無間隙，Er2O3粒子在材料中分布均勻，力學(xué)性能得到了改善，材料防護(hù)能量低于100keV的X射線或γ射線的效果明顯，稀土元素Er防護(hù)低能射線的能力強(qiáng)于傳統(tǒng)的屏蔽元素鉛。氧化鉺/環(huán)氧樹脂輻射防護(hù)材料對(duì)50-100keV的射線有較好的屏蔽效果，無毒；可以應(yīng)用于更廣闊的領(lǐng)域，比如醫(yī)用領(lǐng)域的射線防護(hù)。制備方法簡便，適用于工廠化生產(chǎn)。文檔編號(hào)C08K3/00GK101696316SQ200910185028公開日2010年4月21日申請(qǐng)日期2009年10月28日優(yōu)先權(quán)日2009年10月28日發(fā)明者戴耀東,李江蘇,陳達(dá)申請(qǐng)人:南京航空航天大學(xué);