CN109438897A - 一种γ射线辐射防护复合材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种γ射线辐射防护复合材料及其制备方法，所述辐射防护复合材料以马来酸酐接枝改性的线性低密度聚乙烯(LLDPE)为基体树脂，以低熔点铋合金为防辐射剂，配以流变改性剂、抗氧剂制取的γ射线辐射防护复合材料。其制备，按照确定的组分配比，将各组分混合后置入密炼机中，于160‑180℃下熔融共混制取。本发明提供的γ射线辐射防护复合材料具有良好的柔韧性、耐低温性、耐老化性、防辐射性能优异，且生产加工方法容易。本发明提供的γ射线辐射防护复合材料在航天工业、核能核电、放射医学等领域有广泛的应用前景。

Description

一种γ射线辐射防护复合材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及γ射线辐射防护技术领域，更具体地说，是涉及一种用于防护γ射线辐射的复合材料及其制备方法。
背景技术
近年来，随着我国航天工业、核能核电、放射医学等领域的快速发展，辐射产生的各种射线对人类以及环境的影响越来越被重视。其中γ射线是一种波长短、穿透能力极强、能量高的电磁波，可造成生物体细胞突变、造血功能缺失、癌症等疾病。传统的γ射线辐射防护材料主要采用铅板、含铅玻璃、混凝土、重金属氧化物以及高含氢有机化合物等，将γ射线辐射源与人们的工作和生活环境隔开，以防护γ射线对人体的伤害。本发明的γ射线辐射防护材料，防辐射剂在基体树脂中有良好的分散性，具有质量轻、防辐射性能好、易加工、加工过程对环境友好、易于工业化生产、使用范围广等优点。
为了获得更好的γ射线辐射防护材料，研究人员做了很多研究开发工作，如刊载在《功能材料》的“活性Bi2O3/橡胶复合材料的制备及γ射线辐射防护性能研究”(魏霞，周元林等，[J]功能材料，2013,44(2)216-220)，研究了以三氧化二铋(Bi2O3)为防辐射剂，以橡胶为基体制成的γ射线辐射防护材料的制备方法与性能；刊载在《塑料工业》的“防辐射含铅有机玻璃的制备与性能”(蒋萍萍、沈风雷等，[J]塑料工业，2000,28(4)17-18)等，研究了以金属铅为防辐射剂，以有机玻璃为基体制成的γ射线辐射防护材料的制备方法与性能。铅与铋是目前公认的性能最佳的防辐射剂，一般都是以铅与铋金属粉末、金属氧化物或金属盐的形式添加到基体材料中。但由于它们在加工过程中不熔融，因此在加工过程中对加工设备的损耗大，加工困难，分散性能较差，影响到材料的辐射防护性能。
发明内容
针对现有γ射线辐射防护材料技术存在的不足，本发明的目的旨在提供一种新的γ射线辐射防护复合材料及其制备方法，以解决现有技术的γ射线辐射防护材料存在的加工性能差、生产加工困难、制得的产品抗辐射性能不理想等问题。
本发明提供的γ射线辐射防护复合材料，是以马来酸酐接枝改性的线性低密度聚乙烯(LLDPE)为基体树脂，以低熔点铋合金为防辐射剂，配以流变改性剂、抗氧剂制取的一种γ射线辐射防护复合材料，其组成组分以重量份计包括：
所述改性线性低密度聚乙烯为线性低密度聚乙烯经马来酸酐接枝改性具有以下分子结构的改性线性低密度聚乙烯：
在本发明的上述技术方案中，所述低熔点铋合金为由铋、锡、铅和镉组成的熔点温度为100-120℃的铋合金。
在本发明的上述技术方案中，所述改性线性低密度聚乙烯为：线性低密度聚乙烯(LLDPE)以马来酸酐为接枝单体，以过氧化二异丙苯(DCP)为引发剂，在180℃-190℃温度下熔融接枝制备的改性线性低密度聚乙烯，其中马来酸酐的重量用量为线性低密度聚乙烯的3-5％，过氧化二异丙苯的重量用量为线性低密度聚乙烯的0.3-0.6％。进一步地，所述线性低密度聚乙烯优先选用熔体指数(MI)在0.25-4.00之间的线性低密度聚乙烯。
在本发明的上述技术方案中，所述流变改性剂优先选自氟树脂、聚乙烯蜡和微晶蜡。
在本发明的上述技术方案中，所述抗氧剂优先选用牌号为264或/和1010的抗氧剂。
本发明提供的γ射线辐射防护复合材料可按下述方法进行制备：按照确定的组分配比，将各组份混合后置入密炼机中，于160-180℃下熔融共混制取。
以低熔点铋合金为防辐射剂，以LLDPE为基体树脂的γ射线辐射防护复合材料，所要解决的核心技术问题在于，由于低熔点铋合金是强极性物质，而基体树脂LLDPE是弱极性物质，根据物质之间的“相似相容”原理，通常情况下，作为金属的低熔点铋合金与LLDPE树脂相容较差。因此，本发明要解决的技术问题是如何提高LLDPE树脂的极性。发明人通过理论分析与大量实验，采用马来酸酐接枝改性LLDPE树脂，在LLDPE的非极性主链上引入了强极性的马来酸酐侧基，从而大大提高了LLDPE树脂的极性，使其与强极性的低熔点铋合金具有良好相容性。
本发明提供的γ射线辐射防护材料，选择低熔点铋合金和LLDPE作为制取γ射线辐射防护材料，充分利用了这两种原材料的特性。铋金属作为一种新型“绿色金属”，对人体和环境友好，对γ射线有很好的屏蔽作用，是很好的γ射线辐射防护剂的替代品。LLDPE属于高含氢有机化合物，对γ射线有一定的屏蔽作用，LLDPE除具有聚烯烃树脂的性能外，其抗张强度、抗撕裂强度、耐环境应力开裂性能、耐低温性能均优于HDPE(高密度聚乙烯)和LDPE(低密度聚乙烯)。本发明提供的γ射线辐射防护材料，使两种基础材料的性能得到充分发挥，因此，具有良好的柔韧性、耐低温性、耐老化性和优异的γ射线防辐射性能，且生产加工方法容易，生产过程全程采取物理方法来解决问题，无有机溶剂，不污染环境且安全性高，非常适合于自动化的流水线生产。可广泛用于航天工业、核能核电、放射医学等领域。
本发明提供的γ射线辐射防护复合材料及其制备方法与现有技术相比，概括起来具有以下十分突出的有益的技术效果：
1.本发明采用低熔点铋合金为γ射线的防辐射剂，低熔点铋合金的熔点仅为100-120℃，因此加工性能好，整个生产加工方便容易，安全且环保无污染。所述低熔点铋合金可从市场直接购取。
2.本发明采用低熔点铋合金为防辐射剂，低熔点铋合金是一种由铋、锡、铅和镉等原材料按一定比例，经过特殊工艺熔合而成的，具有熔点低、抗辐射、材质均匀、耐溶剂侵蚀、不易氧化及表面光洁等优点。由其制得的γ射线辐射防护复合材料具有良好的γ射线辐射防护性能(见具体实施部分表2)。
3.本发明提供的γ射线辐射防护复合材料采用LLDPE为基体树脂，LLDPE属于高含氢有机化合物，对γ射线有一定的屏蔽作用。LLDPE除具有聚烯烃树脂的性能外，其抗张强度、抗撕裂强度、耐环境应力开裂性能、耐低温性能均优于HDPE(高密度聚乙烯)和LDPE(低密度聚乙烯)，因此，由其制备的γ射线辐射防护复合材料，相应地具有良好的抗拉强度、柔韧性、耐低温性(见具体实施部分表2)。
具体实施方式
下面给出具体实施例以对本发明的技术方案作进一步说明，但值得说明的是以下实施例不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域的技术熟练人员根据上述发明的具体内容，对本发明作一些非本质的修改和调整仍然属于本发明的保护范围。
表1：实施例1-5中γ射线辐射防护复合材料的组份组成(以重量份计)
上述各实施例中，所述马来酸酐接枝改性LLDPE树脂，所被改性的LLDPE树脂选用熔体指数(MI)：0.25-4.00之间的树脂。改性以马来酸酐为接枝单体，以DCP(过氧化二异丙苯)为引发剂，在180℃温度下熔融接枝制备的马来酸酐接枝LLDPE树脂，马来酸酐用量为LLDPE的5％，DCP用量为LLDPE的0.5％。
γ射线辐射防护复合材料的制备：按照确定的组分配比，将各组分混合后置入密炼机中，分别于160℃；160℃；170℃；180℃；180℃下熔融密炼制取。
表2：实施例1-5中γ射线辐射防护复合材料的辐射防护性能和机械性能
备注：
1.γ射线辐射防护性能质量衰减系数μm(g/cm2)的测试设备为GEM/GMX高纯锗γ能谱仪(国产)。
2.拉伸强度、断裂伸长率的测试设备为INSTRON-5567万能材料试验机(美国)；拉伸速率：200mm/min。
3、密炼设备为RC-90HAKKE流变仪(德国)。

Claims (7)

1.一种γ射线辐射防护复合材料，其特征在于，复合材料的组成组分以重量份计包括：
所述改性线性低密度聚乙烯为线性低密度聚乙烯经马来酸酐接枝改性具有以下分子结构的改性线性低密度聚乙烯：
2.根据权利要求1所述的γ射线辐射防护复合材料，其特征在于，所述低熔点铋合金为由铋、锡、铅和镉组成的熔点温度为100-120℃的铋合金。
3.根据权利要求1所述的γ射线辐射防护复合材料，其特征在于所述改性线性低密度聚乙烯为：线性低密度聚乙烯以马来酸酐为接枝单体，以过氧化二异丙苯为引发剂，在180℃-190℃温度下熔融接枝制备的改性线性低密度聚乙烯，马来酸酐的重量用量为线性低密度聚乙烯的3-5％，过氧化二异丙苯的重量用量为线性低密度聚乙烯的0.3-0.6％。
4.根据权利要求3所述的γ射线辐射防护复合材料，其特征在于，所述线性低密度聚乙烯为熔体指数在0.25-4.00之间的线性低密度聚乙烯。
5.根据权利要求1所述的γ射线辐射防护复合材料，其特征在于，所述流变改性剂选自氟树脂、聚乙烯蜡和微晶蜡。
6.根据权利要求1所述的γ射线辐射防护复合材料，其特征在于，所述抗氧剂为264或/和1010牌号的抗氧剂。
7.权利要求1至6之一所述的γ射线辐射防护复合材料的制备方法，其特征在于按照确定的组分配比，将各组分混合后置入密炼机中，于160-180℃下熔融共混制取。
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