KR101589692B1 - Radiation shielding meterial including tungsten or boron nano-particles and preparation method thereof - Google Patents
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Abstract
본 발명은 방사선 차폐재와 이의 제조방법에 관한 것이다.
상기와 같은 본 발명에 따르면, 텅스텐 또는 보론의 나노입자가 고분자 수지내에 고루게 분산되어 방사선 차폐능을 증가시킬 수 있을 뿐만 아니라 높은 텅스텐 또는 보론 나노입자의 함량에도 연성, 가공성 등의 물성이 저하되는 것을 최소화할 수 있는 방사능 차폐재 및 이의 제조방법을 제공함으로써, 인체에 무해한 텅스텐 또는 보론 나노입자를 사용하고 텅스텐 또는 보론 나노입자가 고분자 수지내에서 고루게 분산되어 차폐능을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 텅스텐 또는 보론 나노입자의 함량을 높임에도 우수한 물성 및 가공성을 유지할 수 있는 방사능 차폐 시트의 제조방법을 제공하는 효과가 있다. The present invention relates to a radiation shielding material and a method of manufacturing the same.
According to the present invention as described above, nanoparticles of tungsten or boron are uniformly dispersed in the polymer resin to increase the shielding ability of radiation, as well as the properties such as ductility and workability are deteriorated with respect to the content of tungsten or boron nanoparticles It is possible to improve the shielding ability by using tungsten or boron nanoparticles harmless to human body and dispersing tungsten or boron nanoparticles evenly in the polymer resin, There is an effect of providing a method of manufacturing a radiation shielding sheet capable of maintaining excellent physical properties and processability even when the content of tungsten or boron nanoparticles is increased.
Description
본 발명은 방사선 차폐재 및 이의 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 텅스텐 또는 보론 분말을 파쇄하여 40㎚ 내지 1000 ㎚ 입도의 텅스텐 또는 보론 나노입자를 제조함과 동시에 상기 텅스텐 또는 보론 나노입자 제조시 상기 텅스텐 또는 보론 나노입자와 혼합되는 고분자 기재와 혼화성이 있는 고분자 기재를 표면활성제로 첨가하여 고분자 기재내에서 표면활성제가 코팅된 텅스텐 또는 보론 나노입자의 분산성이 향상됨으로써, 방사선 차폐 성능을 향상시킨 방사성 차폐재 및 이의 제조방법에 관한 것이다.More particularly, the present invention relates to a radiation shielding material and a method of manufacturing the same. More particularly, the present invention relates to a radiation shielding material and a method of manufacturing the same. More particularly, the present invention relates to a radiation shielding material and a method of manufacturing the same, The dispersibility of the surface active agent-coated tungsten or boron nanoparticles in the polymer base is improved by adding a polymer base compatible with a polymer base mixed with tungsten or boron nano particles as a surface active agent to improve the radiation shielding performance A radioactive shielding material and a manufacturing method thereof.
가속기, 병원, 비파괴 산업, 원자력 발전소, 사용후 핵연료 저장고 및 중간저장 시설, 사용후 핵연료 수송/저장용기 및 선박, 군 무기 체계, 인공위성 및 우주선 등 다양한 방사선 관련 장치 및 시설에서 발생하는 방사선(중성자, 감마선 및 x-선)을 효율적으로 차폐하는 것은 환경의 안전 뿐만 아니라 방사선 사용자 및 일반대중에 있어서 매우 중요한 요건이다.(Neutrons, neutrons, etc.) generated by various radiation-related devices and facilities such as nuclear power plants, nuclear power plants, nuclear fuel plants, nuclear fuel storage facilities and intermediate storage facilities, spent nuclear fuel transportation / storage vessels and ships, military weapons systems, Gamma rays and x-rays) is a very important requirement not only for the safety of the environment but also for radiation users and the general public.
대부분의 방사선 발생장치 및 시설의 경우 중성자 및 감마선이 동시에 존재하여 이러한 방사선을 차폐하는데 고분자 복합재가 경제적 장점 및 효용성, 안정성 관점에서 주로 사용되고 있다. 한편, 이러한 경량 차폐 재료들의 효과적인 방사선 차폐를 위하여 폴리에틸렌, 이피디엠 및 실리콘수지, 폴리우레탄 에폭시 등 고분자 수지 등에 중성자, 감마선 또는 x-선을 차폐할 수 있는 차폐입자를 특성에 따라 혼합하여 사용하고 있다.Most of the radiation generating devices and facilities have neutron and gamma rays at the same time, and the polymer composite is mainly used in terms of economic advantage, utility, and stability in shielding such radiation. On the other hand, shielding particles capable of shielding neutrons, gamma rays, or x-rays are mixed with polymer resins such as polyethylene, epidymium, silicone resin, and polyurethane epoxy for effective shielding of light shielding materials .
대부분의 감마선, x-선 차폐복합재는 납이나 철과 같은 고밀도 금속분말을 함유하고 있으며, 현재는 납 또는 납화합물을 가장 많이 사용하고 있는 실정이다. 그러나 납은 인체 또는 환경에 유해한 물질로 유럽을 중심으로 납 제품의 사용을 규제하는 방향으로 법제화 되어 가고 있고, 이러한 경향은 미국, 일본 등 선진국에서도 무연 방사선 차폐재를 개발하여 사용하는 방향으로 가속화 되어가고 있다.Most gamma ray and x-ray shielding composites contain high-density metal powders such as lead and iron, and currently lead or lead compounds are the most used. However, lead is a harmful substance to the human body or the environment and is being legislated to regulate the use of lead products mainly in Europe. This tendency is accelerated to develop and use lead-free radiation shielding materials in advanced countries such as the United States and Japan have.
납을 대체할 수 있는 물질로는 기본적으로 텅스텐 또는 보론을 사용하는 사례가 많다. 텅스텐은 납에 비해 우수한 선형감쇠계수를 보여주고 질량감쇠계수에 있어서도 텅스텐은 납과 매우 유사한 값을 보여주고 있다. 이는 기본적으로 소재의 밀도와 직접적인 관계가 있음을 보여주는 것으로서 감마선, x-선을 차폐하기 위해서는 밀도가 높은 물질을 사용하여야 하는데 기본적인 감쇠는 광자와 물질의 상호작용의 결과로 나타난다.There are many cases where tungsten or boron is used as a substitute for lead. Tungsten shows excellent linear damping coefficient compared to lead and tungsten shows very similar values to lead in mass attenuation coefficient. This shows that there is a direct relationship with the density of the material. In order to shield gamma rays and x-rays, a high density material should be used. The fundamental attenuation results from the interaction of the photons and the material.
동일한 조건에서 소재의 차폐성능을 향상하기 위해서 사용할 수 있는 인자는 없으나, 입자의 크기에 따른 방사선 누설을 고려하면 작은 크기의 차폐입자를 사용하는 것이 유리하다. 그러나 작은입자 즉, 나노크기의 입자를 사용할 경우 고분자 수지에서의 분산은 높은 입자표면에너지로 인해 매우 어려운 문제점이 있다. 또한, 방사능 차폐능을 증가시키기 위해 고분자 수지 내 텅스텐 또는 보론의 함량을 높이는 경우 소재가 무거워지고 연성, 가공성 등의 물성이 저하되는 문제점이 있다.Although there are no factors that can be used to improve the shielding performance of the material under the same conditions, it is advantageous to use shielding particles of small size considering the radiation leakage depending on the particle size. However, when small particles, that is, nano-sized particles are used, dispersion in the polymer resin is very difficult due to high particle surface energy. In addition, when the content of tungsten or boron in the polymer resin is increased in order to increase the shielding ability of radioactivity, the material becomes heavy and the physical properties such as ductility and workability are deteriorated.
한편, 방사능 차폐재의 제조방법과 관련된 종래기술로는 한국등록특허 제10-1145704호(방사선 차폐 시트의 제조방법), 한국공개특허 제10-2011-0126934호(방사선 차폐용 조성물 및 이를 이용한 방사선 차폐재) 등이 있다. On the other hand, in the prior art related to the method of manufacturing a radiation shielding material, Korean Patent Registration No. 10-1145704 (Method of manufacturing a radiation shielding sheet), Korean Patent Laid-Open No. 10-2011-0126934 (composition for radiation shielding and radiation shielding material ).
본 발명자는 볼밀장치의 밀링볼(milling ball)을 이용한 밀링처리를 통하여 나노입경의 텅스텐 또는 보론 나노입자를 효과적으로 제조할 수 있음과 동시에 상기 밀링 처리시 상기 텅스텐 또는 보론 나노입자와 혼합될 고분자 기재와 혼화성 있는 고분자 기재를 표면활성제로 첨가하여 텅스텐 또는 보론 나노입자의 표면을 표면활성제로 코팅함으로서 고분자 기재내에서 텅스텐 또는 보론 나노입자 분산문제를 해결하고, 동시에 텅스텐 또는 보론 나노입자의 함량을 높이는 경우 물성이 저하되는 문제점을 해결함으로써 본 발명을 완성하게 되었다.The present inventors have found that the nanometer-sized tungsten or boron nanoparticles can be efficiently produced by milling using a milling ball of a ball mill, and at the same time, the polymer base material to be mixed with the tungsten or boron nanoparticles When the surface of tungsten or boron nanoparticles is coated with a surface active agent by adding a compatible polymer base material as a surface active agent to solve the problem of dispersion of tungsten or boron nanoparticles in a polymer base and simultaneously increase the content of tungsten or boron nanoparticles The present invention has been completed.
결국, 본 발명의 목적은 텅스텐 또는 보론 나노입자가 고분자 수지내에 고게 분산되어 방사선 차폐능을 증가시킬 수 있을 뿐만 아니라 높은 텅스텐 또는 보론 나노입자의 함량에도 연성, 가공성 등의 물성이 저하되는 것을 최소화할 수 있는 방사선 차폐재 및 이의 제조방법을 제공함에 있다.It is an object of the present invention to minimize the deterioration of physical properties such as ductility and workability of tungsten or boron nanoparticles not only in that the tungsten or boron nanoparticles are highly dispersed in the polymer resin to increase radiation shielding ability, And a method for manufacturing the same.
상기 목적을 달성하기 위하여, (1) 텅스텐 또는 보론 분말을 파쇄하여 40 내지 1000㎚ 입도의 텅스텐 또는 보론 나노입자를 제조하는 단계;와(2) 상기 (1)단계에 의해 제조된 텅스텐 또는 보론 나노입자와 저밀도폴리에틸렌(lowdensity polyethylene, LDPE), 고밀도폴리에틸렌(highdensity polyethylene, HDPE), 폴리비닐알콜(polyvinylalcohol, PVA), PET(polyethylene terephthalate), EPM(copolymer of ethylene and propylene), 폴리우레탄(poly urethan), 실리콘 수지(sillicon resin) 및 에폭시 수지(Epoxy resine)로 이루어진 군에서 선택되는 고분자 기재를 혼합하는 단계; 및 (3) 상기 (2)단계에 의한 혼합물을 압축성형하여 시트로 제작하는 단계;를 포함하고, 상기 (1)단계에서 텅스텐 또는 보론 나노입자 제조시 상기 (2)단계에서 선택되는 고분자 기재와 혼화성이 있는 고분자 기재를 표면활성제로 첨가하여, 텅스텐 또는 보론 나노입자를 제조함과 동시에 텅스텐 또는 보론 나노입자의 표면에 표면활성제 코팅층을 형성시키는 것을 특징으로 하는 방사능 차폐재의 제조방법을 제공한다. 한편, 상기 (2)단계에서 텅스텐 또는 보론 나노입자 40 내지 95중량%, 고분자 기재 5 내지 60중량%로 혼합하는 것이 바람직한다.(1) preparing tungsten or boron nanoparticles having a particle size of 40 to 1000 nm by pulverizing tungsten or boron powder; and (2) pulverizing tungsten or boron nano particles prepared by the above step (1) (LDPE), high density polyethylene (HDPE), polyvinyl alcohol (PVA), polyethylene terephthalate (PET), copolymer of ethylene and propylene (EPM), polyurethane , A silicone resin (sillicon resin), and an epoxy resin (Epoxy resin); And (3) compression molding the mixture according to the step (2) to prepare a sheet. In the step (1), the polymer substrate selected in the step (2) during the production of tungsten or boron nanoparticles, A method for manufacturing a radiation shielding material, which comprises adding a compatible polymer base material as a surface active agent to prepare tungsten or boron nanoparticles and forming a surface active agent coating layer on the surface of tungsten or boron nanoparticles. Meanwhile, in step (2), it is preferable to mix 40 to 95% by weight of tungsten or boron nanoparticles and 5 to 60% by weight of a polymer substrate.
상기 (1)단계에서 밀링용기에 밀링볼(milling ball)과 텅스텐 또는 보론 분말을 장입하고 밀링처리하여 텅스텐 또는 보론 나노입자를 제조하는 것을 특징으로 한다.In the step (1), a milling ball, tungsten or boron powder is charged into a milling vessel and milled to produce tungsten or boron nanoparticles.
상기 밀링처리는 5 내지 10㎜의 밀링볼(milling ball)을 사용하여, 400 내지 700rpm으로 2 내지 4시간 동안 처리하는 것을 특징으로 한다The milling process is characterized by using a milling ball of 5 to 10 mm and treating it at 400 to 700 rpm for 2 to 4 hours
상기 (2)단계는 150 내지 200℃의 온도에서 30 내지 40rpm으로 텅스텐 또는 보론 나노입자와 고분자 기재를 혼합하는 것을 특징으로 한다.The step (2) Characterized in that the polymer substrate is mixed with tungsten or boron nanoparticles at a temperature of 150 to 200 DEG C at 30 to 40 rpm.
상기 (3)단계는 190 내지 200℃에서 시트를 제작하는 것을 특징으로 한다.The step (3) And the sheet is produced at 190 to 200 ° C.
또한, 본 발명은 상기 제조방법에 의해 제조된 방사선 차폐재를 제공한다.In addition, the present invention provides a radiation shielding material produced by the above production method.
상기와 같은 본 발명에 따르면, 텅스텐 또는 보론 나노입자가 고분자 수지내에 고루게 분산되어 방사선 차폐능을 증가시킬 수 있을 뿐만 아니라 높은 텅스텐 또는 보론 나노입자의 함량에도 연성, 가공성 등의 물성이 저하되는 것을 최소화할 수 있는 방사선 차폐재 및 이의 제조방법을 제공함으로써, 인체에 무해한 텅스텐 또는 보론 나노입자를 사용하고 텅스텐 또는 보론 나노입자가 고분자 수지내에서 고루게 분산되어 차폐능을 향상시킬 수 있으며, 텅스텐 또는 보론 나노입자의 함량을 높임에도 우수한 물성 및 가공성을 유지할 수 있는 방사선 차폐재 및 이의 제조방법을 제공하는 효과가 있다. According to the present invention as described above, tungsten or boron nanoparticles are uniformly dispersed in a polymer resin to increase radiation shielding ability, and physical properties such as ductility and workability are deteriorated with respect to the content of tungsten or boron nanoparticles It is possible to improve the shielding ability by using tungsten or boron nanoparticles harmless to human body and dispersing tungsten or boron nanoparticles evenly in the polymer resin by providing a radiation shielding material which can be minimized and a manufacturing method thereof, It is possible to provide a radiation shielding material capable of maintaining excellent physical properties and processability even when the content of nanoparticles is increased, and a manufacturing method thereof.
또한, 향후 지속적으로 증가될 방사선 작업환경의 안정성, 작업자 및 일반대중의 방사선에 대한 안정성 확보요구에 부응할 수 있으며, 종래 수입에만 의존하였던 방사선 차폐재를 대체할 수 있는 효과가 있다.In addition, it can meet the demands of stability of radiation working environment which will be continuously increased in the future, stability of radiation to workers and the general public, and can substitute for radiation shielding material which was dependent on conventional imports.
도 1 은 작은 입도를 가지는 차폐입자들을 분산시키는 경우 방사선 충돌의 평균자유경로가 짧아져 방사선 흡수 확률을 통계적으로 향상시킬 수 있다는 것을 보여주는 모식도.
도 2 는 텅스텐과 납의 감마선/x-선 에너지에 따른 질량감쇠계수를 나타낸그래프.
도 3 은 밀링볼(milling ball)에 의해 분말이 파쇄되는 과정을 보여주는 모식도.
도 4 는 밀링공정을 통한 입자의 표면처리 및 나노화 동시공정을 보여주는 모식도.
도 5 는 본 발명에 사용된 고에너지 볼밀장비를 보여주는 사진.
도 6 은 습식밀링으로 제조된 텅스텐 나노입자의 에탄올 분산 전(왼쪽) 후(오른쪽) SEM 이미지.
도 7 은 습식밀링으로 제조된 텅스텐 나노입자의 SEM-EDX 분석결과.
도 8 은 건식밀링으로 제조된 텅스텐 나노입자 SEM 이미지.
도 9 는 텅스텐 나노입자 SEM 이미지 및 BET 측정 텅스텐 나노입자 평균입도.
도 10 은 밀링 전 후 텅스텐 분말 XRD 분석.
도 11 은 표면처리된 텅스텐 나노입자의 TEM-EDX 분석결과.
도 12 는 밀링 전 후 보론 분말 SEM 이미지.
도 13 는 고분자 용융혼련기 실물사진 및 제조공정.
도 14 은 HDPE-EPM/텅스텐, 보론 차폐재 시편.
도 15 는 텅스텐 마이크로 및 나노입자가 분산된 고분자 복합재의 SEM 이미지.
도 16 는 HDPE/텅스텐 차폐재 시편의 내부 SEM 이미지.
도 17a 및 17b 은 HDPE-EPDM/텅스텐 차폐재의 코발트 및 세슘 차폐능 측정결과.
도 18 은 HDPE/보론 차폐재의 차폐능 측정결과.FIG. 1 is a schematic diagram showing that the average free path of a radiation collision is shortened when dispersing shielding particles having small particle sizes, thereby statistically improving the radiation absorption probability.
FIG. 2 is a graph showing mass attenuation coefficients of gamma rays / x-ray energy of tungsten and lead. FIG.
FIG. 3 is a schematic view showing a process in which a powder is crushed by a milling ball. FIG.
FIG. 4 is a schematic view showing a simultaneous surface treatment and nanoaturation process of a particle through a milling process. FIG.
5 is a photograph showing the high energy ball mill equipment used in the present invention.
Figure 6 is a SEM image of the tungsten nanoparticles prepared by wet milling before (left) and after (right) ethanol dispersion.
Figure 7 shows SEM-EDX analysis results of tungsten nanoparticles prepared by wet milling.
8 is a SEM image of a tungsten nanoparticle made by dry milling.
Figure 9 shows SEM image of tungsten nanoparticles and average particle size of BET measured tungsten nanoparticles.
10 shows XRD analysis of tungsten powder before and after milling.
11 shows TEM-EDX analysis results of the surface-treated tungsten nanoparticles.
12 is a SEM image of a boron powder before and after milling.
13 is a photograph of a solid polymer melt kneader and a manufacturing process thereof.
Fig. 14 shows a HDPE-EPM / tungsten, boron shielding specimen.
15 is an SEM image of a polymer composite in which tungsten micro- and nano-particles are dispersed.
16 is an internal SEM image of a HDPE / tungsten shielding material specimen.
17A and 17B show the measurement results of cobalt and cesium shielding ability of HDPE-EPDM / tungsten shielding material.
18 shows the measurement results of the shielding ability of the HDPE / boron shielding material.
이하, 본 발명을 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.
본 발명은 (1) 텅스텐 또는 보론 분말을 파쇄하여 40 내지 1000㎚ 입도의 텅스텐 나노입자를 제조하는 단계;와 (2) 상기 (1)단계에 의해 제조된 텅스텐 또는 보론 나노입자와 저밀도폴리에틸렌(lowdensity polyethylene, LDPE), 고밀도폴리에틸렌(highdensity polyethylene, HDPE), 폴리비닐알콜(polyvinylalcohol, PVA), PET(polyethylene terephthalate), EPM(copolymer of ethylene and propylene), 폴리우레탄(poly urethan), 실리콘 수지(sillicon resin) 및 에폭시 수지(Epoxy resine)로 이루어진 군에서 선택되는 고분자 기재를 혼합하는 단계; 및 (3) 상기 (2)단계에 의한 혼합물을 압축성형하여 시트로 제작하는 단계;를 포함하고, 상기 (1)단계에서 텅스텐 또는 보론 나노입자 제조시 상기 (2)단계에서 선택되는 고분자 기재와 혼화성이 있는 고분자 기재를 표면활성제로 첨가하여, 텅스텐 또는 보론 나노입자를 제조함과 동시에 텅스텐 또는 보론 나노입자의 표면에 표면활성제 코팅층을 형성시키는 것을 특징으로 하는 방사선 차폐재의 제조방법을 제공한다.The present invention relates to a method for producing tungsten nanoparticles, which comprises: (1) pulverizing tungsten or boron powder to prepare tungsten nanoparticles having a particle size of 40 to 1000 nm; and (2) pulverizing tungsten or boron nanoparticles prepared by the step (1) polyethylene, LDPE), high density polyethylene (HDPE), polyvinylalcohol (PVA), polyethylene terephthalate (PET), copolymer of ethylene and propylene (EPM), polyurethane, ) And an epoxy resin (Epoxy Resine); And (3) compression molding the mixture according to the step (2) to prepare a sheet. In the step (1), the polymer substrate selected in the step (2) during the production of tungsten or boron nanoparticles, A method for manufacturing a radiation shielding material, which comprises adding a miscible polymer substrate as a surface active agent to prepare tungsten or boron nanoparticles and forming a surface active agent coating layer on the surface of tungsten or boron nanoparticles.
상기 (1)단계에서 텅스텐 또는 보론 분말 뿐만 아니라 텅스텐 화합물인 텅스텐카바이드(W2C WC) 또는 보론 화합물(B₄C) 분말을 파쇄하여 나노입자를 제조할 수 있고, 텅스텐 또는 보론 나노입자의 제조는 밀링공정(milling)을 통하여 제조하는 것이 바람직하다. 한편, 전기선 폭발법을 이용하는 경우 입도가 균일한 100㎚ 미만의 텅스텐 또는 보론 나노입자를 제조할 수 있으나 생산량이 매우 적어 차폐재와 같은 벌크형의 나노입자 제조에는 적합하지 않다. 한편, 상기 밀링공정시 5 내지 10㎜의 밀링볼(milling ball)을 사용하여, 400 내지 700rpm으로 2 내지 4시간 동안 처리할 수 있다. In step (1), tungsten carbide (W 2 C WC) or boron compound (B 4 C) powders, which are tungsten compounds as well as tungsten or boron powders, may be crushed to produce nanoparticles. The production of tungsten or boron nano- It is preferable to produce it through a milling process. On the other hand, when the electric wire explosion method is used, tungsten or boron nanoparticles having a uniform particle size of less than 100 nm can be produced, but the production amount is very small and it is not suitable for the production of bulk nanoparticles such as shielding materials. On the other hand, during the milling process, a milling ball having a diameter of 5 to 10 mm may be used and treated at 400 to 700 rpm for 2 to 4 hours.
상기 (2)단계에서 텅스텐 또는 보론 나노입자 40 내지 95중량%, 고분자 기재 5 내지 60중량%로 혼합할 수 있다. 다만, 본원발명은 텅스텐 또는 보론 나노입자의 고분자 기재내에서의 분산 문제점을 상기 텅스텐 또는 보론 나노입자 제조단계에서(상기 (1)단계) 상기 (2)단계에서 혼합되는 고분자 기재와 혼화성이 있는 표면활성제를 첨가하여 텅스텐 또는 보론 나노입자의 표면에 표면활성제 코팅층을 형성하여 해결하고 있을 뿐만 아니라 나노크기의 입자를 사용함으로서 텅스텐 또는 보론의 함량이 높아짐에 따라 발생하는 연성, 가공성 등의 물성이 저하되는 문제점을 최소화할 수 있다. 또한, 텅스텐 또는 보론 나노입자와 고분자 기재는 150 내지 200℃의 온도조건에서 30 내지 40rpm으로 혼합할 수 있다.In step (2), 40 to 95% by weight of tungsten or boron nanoparticles and 5 to 60% by weight of a polymer substrate may be mixed. However, the present invention relates to a method of dispersing tungsten or boron nanoparticles in a polymer base material, wherein the step (1) of preparing the tungsten or boron nanoparticles comprises mixing the polymer base material mixed in the step (2) The surface active agent coating layer is formed on the surface of tungsten or boron nanoparticles by adding a surface active agent, and furthermore, the use of nano-sized particles decreases the physical properties such as ductility and workability caused by the increase in the content of tungsten or boron Can be minimized. Further, the tungsten or boron nanoparticles and the polymer substrate can be mixed at a temperature of 150 to 200 ° C at 30 to 40 rpm.
한편, 텅스텐 또는 보론 나노입자의 표면에 코팅층을 형성하기 위한 고분자 기재와 혼화성이 있는 표면활성제는 상기 (2)단계에서 사용되는 고분자 기재와 동일한 고분자 기재를 사용하는 것이 바람직하다.
On the other hand, it is preferable to use the same polymeric substrate as that used in the step (2) for the surface active agent having compatibility with the polymer substrate for forming the coating layer on the surface of the tungsten or boron nanoparticles.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 예시하기 위한 것으로서, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되는 것으로 해석되지 않는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples. It is to be understood by those skilled in the art that these embodiments are merely illustrative of the present invention and that the scope of the present invention is not construed as being limited by these embodiments.
실시예 1. 텅스텐 및 납의 질량감쇠계수 비교Example 1. Comparison of mass attenuation coefficients of tungsten and lead
텅스텐과 납의 감마선/x-선 에너지에 따른 질량감쇠계수를 보여주고 있는 도 2.에 나타난 바와 같이, 납과 텅스텐은 매우 유사한 값을 보여주고 있는데 이러한 결과는 기본적으로 소재의 밀도와 직접적인 관계가 있음을 보여주는 결과이다. 감마선/x-선을 차폐하기 위해서는 밀도가 높은 물질을 사용해야 하는데 기본적인 감쇠는 광자와 물질의 상호작용의 결과로 나타난다. 동일한 조건에서 소재의 차폐성능을 향상하기 위해서 사용할 수 있는 인자는 없으나, 도 1.에서도 알 수 있듯이 입자의 크기에 따른 방사선 누설을 고려하면 작은 크기의 차폐입자를 사용하는 것이 유리할 것으로 판단되었다. 따라서, 이하에서 납과 유사한 질량감쇠계수를 보여주고 있는 텅스텐 또는 보론을 고분자 수지와 혼합하는 차폐물질로 선정하여 실험을 진행하였으며, 먼저 텅스텐 또는 보론을 파쇄하여 텅스텐 또는 보론 나노입자를 제조하는 공정 및 그러한 나노입자가 고분자 수지 내에서 고루게 분산될 수 있게 하는 공정을 상세하게 설명하겠다.As shown in Figure 2, which shows the mass attenuation coefficient of gamma rays / x-ray energy of tungsten and lead, lead and tungsten show very similar values, which are directly related to the density of the material . In order to shield gamma rays / x-rays, it is necessary to use highly dense materials. The fundamental attenuation results from the interaction of photons and matter. Although there is no factor that can be used to improve the shielding performance of the material under the same conditions, as shown in FIG. 1, it is considered to be advantageous to use a shielding particle of a small size considering the radiation leakage depending on the particle size. Therefore, in the following, experiments were conducted by selecting shielding material that mixes tungsten or boron, which exhibits a mass attenuation coefficient similar to lead, with a polymer resin. First, the process of producing tungsten or boron nanoparticles by crushing tungsten or boron, The process for allowing such nanoparticles to be uniformly dispersed in the polymer resin will be described in detail.
실시예 2. 텅스텐 또는 보론 나노입자를 제조하기 위한 밀링(milling)공정Example 2. Milling process for preparing tungsten or boron nanoparticles
밀링공정(milling)은 기본적으로 분쇄하고자 하는 분말과 밀링볼(milling ball)을 용기에 넣어 밀링용기 및 디스크의 회전을 통해 기계적 에너지를 분쇄하고자 하는 분말에 전달하여 분쇄하는 과정을 이용한다. 도 3.은 이러한 밀링공정의 개념을 보여주는 모식도로서, 밀링볼의 표면에 분쇄하고자 하는 분말이 코팅되고 이렇게 코팅된 분말이 다른 밀링볼과 충돌하면서 분말이 파쇄되는 과정을 거쳐 미세화되는 것을 보여주고 있다. 밀링공정에는 다양한 종류의 밀링볼을 사용할 수 있는데 본 발명에서는 스테인리스 스틸(stainless steel, STS), 지르코니아(ZrO2) 및 텅스텐 카바이드(tungsten carbide) 볼을 이용하여 차폐물질의 밀링 특성을 분석하였고, 주요한 공정조건으로는 분말 대 밀링볼 비(ball to power ratio, BPR), 밀링용기의 분당 회전수와 관련된 밀링에너지, 밀링시간, 표면처리제(surfactant)의 유무 및 종류, 밀링 반응 조절제(process control agent, PCA)의 유무 및 종류 등 다양한 조건이 있다. 이러한 조건에서 제조된 미세분말의 특성을 분석하여 공정 조건을 최적화하고자 하였다. 한편, 미세분말의 특성을 분석하기 위해 SEM, TEM EDX 등 입도분포 분석, 형상분포, 구조분석, 성분분석 등 특성을 평가할 수 있는 실험을 수행하였다.The milling process basically uses a process of putting the powder to be crushed and the milling ball into a container and transferring the mechanical energy to the powder to be crushed through rotation of the milling container and the disk. FIG. 3 is a schematic view showing the concept of such a milling process, in which a powder to be ground is coated on the surface of a milling ball, and the powder thus coated is collided with another milling ball, . A variety of milling balls can be used in the milling process. In the present invention, the milling characteristics of the shielding materials are analyzed using stainless steel (STS), zirconia (ZrO 2 ) and tungsten carbide balls, The process conditions include ball to power ratio (BPR), milling energy associated with the number of revolutions per minute of the milling vessel, milling time, presence and type of surfactant, process control agent, PCA), and the like. The characteristics of the fine powders prepared under these conditions were analyzed to optimize the process conditions. On the other hand, in order to analyze the characteristics of the fine powder, experiments were carried out to evaluate the characteristics such as SEM, TEM EDX, particle size distribution, shape distribution, structure analysis and composition analysis.
또한, 도 4.는 본 발명에서 추구하는 차폐물질의 나노화 및 표면처리 공정의 기본개념을 도식화한 그림이다. 분말의 표면을 코팅하고자 하는 표면활성제를 밀링공정시 혼합하여 동시에 밀링을 수행하게 되면 분말의 표면에 코팅층을 형성하여 표면처리할 수 있게 되는 것이다. 본 발명에서 이러한 개념을 이용하여 차폐물질의 미세화와 동시에 고분자 수지와 혼화성이 있는 고분자 기반의 표면활성제를 이용하여 미세입자의 표면을 코팅 처리하여 결과적으로 고분자 복합재 제조시 분산성을 향상하고 동시에 입자와 수지의 접착성을 향상시켜 소재의 기계적 물성을 향상할 수 있었다.FIG. 4 is a diagram illustrating the basic concept of the nanotization and surface treatment process of the shielding material pursued in the present invention. When the surface active agent to be coated on the surface of the powder is mixed in the milling process and milling is performed at the same time, a coating layer can be formed on the surface of the powder to be surface-treated. By using this concept in the present invention, the surface of the fine particles can be coated by using a polymer-based surface active agent compatible with the polymer resin simultaneously with the miniaturization of the shielding material, thereby improving the dispersibility in the production of the polymer composite, And the adhesion of the resin to improve the mechanical properties of the material.
한편, 하기의 표 1.과 도 5.은 본 발명에서 사용된 고에너지 밀링장비와 일반적인 밀링장비의 사양을 비교한 표와 장비이다. 본 발명에서 사용된 밀링장비는 밀링디스크의 rpm이 ~1,100, 밀링용기의 rpm이 >2,000 까지 확대될 수 있어 최고에너지 70G까지 확보할 수 있는 고에너지 밀링장비로 기존 장비에서는 불가능한 분말의 나노화에 적합한 장치이다. 각 밀링용기는 분말을 40g까지 넣을 수 있으며 각각 4개의 용기를 동시에 작동시킬 수 있어 한번에 최고 160g의 분말을 미세화할 수 있는 장치이다.Meanwhile, Tables 1 and 5 below are tables and equipments comparing the specifications of high-energy milling equipment and general milling equipment used in the present invention. The milling equipment used in the present invention is a high energy milling equipment capable of securing up to 70G of energy since the milling disk rpm can be increased to ~ 1,100 and the milling vessel rpm can be increased to> 2,000, Device. Each milling vessel can hold up to 40 g of powder and can operate up to four vessels at the same time, making it possible to refine powder up to 160 g at a time.
[표 1][Table 1]
실험예 1. 표면활성제가 코팅된 텅스텐 나노입자의 제조Experimental Example 1. Preparation of surface-active-coated tungsten nanoparticles
본 발명에서 방사선 차폐재와 같은 벌크형의 소재에 적용하기 위한 텅스텐 나노입자 제조방법으로서 상술한 볼밀링 공정을 이용하였고, 볼밀링 공정시 차폐재의 기본 소재인 고분자와 혼화성을 이룰 수 있는 고분자 기반 표면활성제(polymeric surfactant)를 동시에 볼밀링하여 텅스텐 나노입자 제조와 텅스텐 나노입자의 표면처리를 동시에 수행하였다.In the present invention, the ball milling process described above is used for manufacturing tungsten nanoparticles for use in a bulk material such as a radiation shielding material, and a polymer-based surface active agent capable of achieving compatibility with a polymer as a basic material of a shielding material during ball milling (polymeric surfactant) were simultaneously ball milled to produce tungsten nanoparticles and surface treatment of tungsten nanoparticles simultaneously.
텅스텐 나노입자 제조를 위한 실험은 습식(wet)밀링과 건식(dry)밀링의 두 가지 방법으로 수행하였다. 이는 나노화와 동시에 표면처리 수행의 효율성을 확인하기 위함이었다.Experiments for the preparation of tungsten nanoparticles were performed in two ways: wet milling and dry milling. This was done to confirm the efficiency of surface treatment at the same time as the nanoization.
(1) 습식밀링(1) Wet milling
텅스텐 분말의 표면처리를 위해 cyclohexane 20㎖를 투입하여 습식밀링을 실시하였으나, 습식밀링된 분말은 뭉쳐짐이 많고 나노화된 상태를 SEM 이미지로 검증하기 어려웠으며 실제적으로 나노입자의 수거에 어려움이 있었다.The surface of the tungsten powder was subjected to wet milling by adding 20 ml of cyclohexane. However, it was difficult to verify the nanoscale state of the wet milled powders by the SEM image, and it was difficult to collect the nanoparticles practically.
도 6.은 습식으로 제조된 텅스텐 입자의 SEM 이미지(왼쪽)를 보여주고 있으며, 분쇄효과가 별로 없음을 알 수 있었다. 대부분의 텅스텐 입자들이 agglomeration되어 응집체를 구성하고 있는 것으로 판단되었다. 한편, 도 6.의 (오른쪽) 이미지는 밀링된 텅스텐 분말을 에탄올에 분산 후 찍은 SEM 이미지로 여전히 응집체를 구성하고 있음을 확인하였다.Figure 6 shows the SEM image (left) of the tungsten particles produced by the wet process, indicating that the grinding effect is negligible. Most of the tungsten particles were agglomeration and formed aggregates. On the other hand, FIG. 6 (right) image shows that agglomerates are formed by SEM image after milled tungsten powder is dispersed in ethanol.
한편, 도 7.은 습식으로 제조된 텅스텐 나노입자의 SEM-EDX 분석결과를 보여주고 있다. 텅스텐을 비롯한 다양한 불순물들이 분석되고 있으며 입자의 표면이 PE(polyethylene)로 처리되고 있지 않음을 확인할 수 있었다. 따라서 습식밀링 공정을 이용한 텅스텐 나노입자 제조는 어려우며 또한 PE를 이용한 텅스텐 나노입자의 제조 및 표면처리가 동시에 가능하지 않음을 확인하였다. 따라서, 건식밀링을 통한 텅스텐 나노입자 제조 및 표면처리 동시공정을 하기와 같이 수행하였다.On the other hand, FIG. 7 shows SEM-EDX analysis results of the wet-made tungsten nanoparticles. Tungsten and other impurities were analyzed and it was confirmed that the surface of the particles was not treated with PE (polyethylene). Therefore, it is difficult to manufacture tungsten nanoparticles using wet milling process, and it is confirmed that the preparation and surface treatment of tungsten nanoparticles using PE can not be simultaneously performed. Therefore, simultaneous tungsten nanoparticle preparation and surface treatment through dry milling were performed as follows.
(2) 건식밀링(2) Dry milling
건식밀링 공정을 이용한 텅스텐 나노입자의 제조 및 표면처리 실험을 위해 평균입자 크기가 25.2㎛인 텅스텐 분말 20g을 0.2g LDPE(low density polyethylene)와 함께 100g의 다양한(5㎜, 10㎜) 지름의 텅스텐 카바이드(WC) 및 STS(stainless steel) 볼을 이용하여 600rpm의 에너지로 3 내지 6시간 밀링하였다(ball to power ratio(BPR)는 100:20:0.2=WC(STS) ball:W:LDPE).For the preparation and surface treatment of tungsten nanoparticles using a dry milling process, 20 g of tungsten powder having an average particle size of 25.2 μm was mixed with 0.2 g of LDPE (low density polyethylene) and 100 g of various (5 mm, 10 mm) diameter tungsten (Ball-to-power ratio (BPR) of 100: 20: 0.2 = WC (STS) ball: W: LDPE) at an energy of 600 rpm using carbide (WC) and stainless steel (STS) balls.
도 8.의 SEM 이미지들은 초기 텅스텐 분말 및 건식밀링을 통해 제조된 텅스텐 나노입자의 형상 및 입도를 보여주고 있다(비교를 위해 습식밀링된 텅스텐 입자 SEM 이미지 포함). 10㎜ WC ball로 600rpm의 에너지로 3시간 밀링시 입자의 크기는 작아졌으나 입자의 나노화가 충분하게 이루어지지 않음을 SEM 이미지로 확인하였고, 입자들은 얇은 디스크 형태로 변형되었음을 확인하였다. 반면, 5㎜ WC ball로 600rpm의 에너지로 3시간 밀링한 경우 대부분의 텅스텐 입자들이 나노 크기로 밀링됨을 SEM을 통해 확인하였다.The SEM images of FIG. 8 show the shape and size of the tungsten nanoparticles prepared by the initial tungsten powder and dry milling (including wet milled tungsten particle SEM images for comparison). The SEM image confirmed that the particle size was small at the time of milling for 3 hours at an energy of 600 rpm with a 10 mm WC ball, but that the particles were not sufficiently nanoized, and the particles were deformed into a thin disc shape. On the other hand, SEM showed that most of the tungsten particles were milled to nanoscale when milled at 5,000 WC ball at 600 rpm for 3 hours.
또한, 도 9.는 10㎜ WC ball을 이용하여 WC balls:W:LDPE power=100:20:0.1의 비율로 3시간 동안 500rpm으로 밀링한 텅스텐 나노입자의 SEM 이미지를 보여주고 있다. 200~300㎚ 분포의 텅스텐 나노입자가 고른 분포로 제조되었음으로 확인할 수 있었다. 본 공정으로 제조된 텅스텐 나노입자의 평균입도를 BET 비표면적 분석을 이용하여 332㎚임을 확인하였고, 이는 SEM 이미지에서 보이는 텅스텐 입자들의 입도와 유사함을 알 수 있었다.9 shows SEM images of tungsten nanoparticles milled at 500 rpm for 3 hours at a ratio of WC balls: W: LDPE power = 100: 20: 0.1 using a 10 mm WC ball. It was confirmed that tungsten nanoparticles with a distribution of 200 to 300 nm were produced with uniform distribution. The average particle size of the tungsten nanoparticles prepared by this process was confirmed to be 332 nm using the BET specific surface area analysis, which is similar to that of the tungsten particles shown in the SEM image.
한편, 도 10.은 텅스텐 분말의 밀링 전후의 XRD 패턴을 보여주고 있다. XRD 분석 결과 밀링 후 텅스텐 분말의 피크가 넓어진 현상을 확인할 수 있었는데, 이는 입자가 작아져 결정구조의 불확실성에 기인하여 불확도의 증가로 피크의 넓이가 넓어진 것으로 판단되었고, XRD 패턴에 의하면 텅스텐 이외의 다른 불순물은 무시해도 좋을 것으로 확인되었다.On the other hand, Fig. 10 shows the XRD pattern of the tungsten powder before and after milling. As a result of XRD analysis, it was confirmed that the peak of tungsten powder was widened after milling. It was judged that the particle size was narrowed and the width of the peak was enlarged due to the uncertainty of crystal structure due to the uncertainty of crystal structure. According to the XRD pattern, Impurities were found to be negligible.
마지막으로, 표면처리 결과는 TEM-EDX 분석으로 확인할 수 있는데 TEM 분석결과 나노화된 텅스텐 분말이 밀도가 적은 물질로 감싸져 있는 것을 확인할 수 있었고, 이는 PE로 예상되었다. 이를 확인하기 위해 EDX 분석을 통한 성분분석을 수행하였다. 도 11.은 각 지점(S1, S2, S3)을 구성하고 있는 소재의 성분을 나타내고 있다. Cu의 검출은 TEM grid 표면에 코팅된 물질이 검출된 것으로, 나노화된 입자의 두께가 평면 입자 크기보다 작아 EDX 분석시 다량 검출된 것으로 판단되었다. 나노입자 표면과 중심부에서 모두 텅스텐(W)이 검출된 결과로 입자 표면에 -CH2-를 구성하고 있는 탄소와 텅스텐 입자가 상호 확산하여 강하게 결합되어 있는 것으로 판단되었으며, 이는 텅스텐 나노입자가 폴리에틸렌(PE)으로 표면처리되었다는 강력한 증거이다.Finally, the surface treatment results can be confirmed by TEM-EDX analysis. As a result of the TEM analysis, it was confirmed that the nano-sized tungsten powder was wrapped in a less dense material, which was expected to be PE. To confirm this, component analysis was performed by EDX analysis. Fig. 11 shows the components of the material constituting each of the points S1, S2 and S3. The detection of Cu was carried out on the surface of the TEM grid, and the thickness of the nanoparticles was smaller than that of the plane particle size. As a result of detection of tungsten (W) at both the surface and the center of the nanoparticles, it was judged that the carbon and tungsten particles constituting -CH 2 - on the particle surface were mutually diffused and strongly bonded to each other. This is because the tungsten nanoparticles were polyethylene PE). ≪ / RTI >
실험예 2. 표면활성제가 코팅된 보론 나노입자의 제조EXPERIMENTAL EXAMPLE 2 Preparation of Surface Active Agent Coated Boron Nanoparticles
기본적으로 상기 실험예 1.과 동일한 과정으로 표면활성제가 코팅된 보론 나노입자를 제조하였다. 구체적인 실험조건은 다음과 같다.Basically, boron nanoparticles coated with a surface active agent were prepared in the same manner as in Experimental Example 1. [ Specific experimental conditions are as follows.
직경 100∼300㎛ 보론화합물과 직경 150㎛ 내외인 고분자 기반 표면활성제(polymeric surfactant)로 폴리에틸렌 분말을 이용하여 고에너지 볼밀(high energy ball mill)에서 직경 5∼10㎜의 볼(ball)을 사용하여 2시간 내지 6시간 밀링을 다음과 같이 실시하였다.
A polymeric surfactant having a diameter of 100 to 300 탆 and a diameter of about 150 탆 and a ball having a diameter of 5 to 10 mm in a high energy ball mill using polyethylene powder, Milling for 2 to 6 hours was performed as follows.
[표 2] 표면활성제와 보론의 밀링 조건[Table 2] Milling conditions of surface active agent and boron
그 결과 도 12.에서 알 수 있듯이 보론 화합물이 나노입자의 크기로 잘 분쇄되었음을 알 수 있다.As a result, it can be seen that the boron compound is well pulverized into nanoparticles as shown in Fig.
실험예 3. 차폐물질의 고분자 기재에 분산실험Experimental Example 3. Dispersion experiment of a shielding material on a polymer substrate
상기 실험예 1. 및 실험예 2.에 의해 제조된 폴리에틸렌(PE) 및 PET로 표면처리된 텅스텐 또는 보론 나노입자를 폴리에틸렌(PE) 및 PET에 방사선(중성자, 감마선, x-선) 차폐를 목적으로 하는 고분자 복합재를 아래와 같이 제조하였다. 고분자 복합재 제조시 사용된 고분자 용융혼련기 사진 및 제조공정도는 도 13.에 나타내었다.Tungsten or boron nanoparticles surface-treated with polyethylene (PE) and PET prepared according to Experimental Examples 1 and 2 were subjected to radiation (neutron, gamma ray, x-ray) shielding for polyethylene (PE) Was prepared as follows. A photograph of the polymer melt kneader used in the production of the polymer composite and a manufacturing process thereof are shown in Fig.
(1) 방사능 차폐재의 제조(1) Manufacture of radiation shielding materials
고분자 기재 압축성형 판재의 제조를 위해 먼저 고분자 용융혼합기(high polymer hot mixing machine)를 이용하여 나노복합분말상을 용융혼합하였다. 일반적으로 고분자와 텅스텐 또는 보론 나노분말은 서로 젖음성이 없어 균일혼합이 어려우며 분말들끼리 뭉치는 경향이 있어, 본 발명에서는 상기 실험예 1. 및 실험예 2.에서와 같이 분말표면을 처리하여 활성화시킨 나노-유기복합분말을 이용하여 고분자와의 밀도차이와 젖음성 문제를 해결하였다. 고분자 용융혼합기에서 온도를 180℃로 setting하고 33.3rpm의 회전으로 상기 실험예 1. 및 2.에 의해 제조된 텅스텐 나노분말과 고분자를 혼합하였고 이를 다시 190℃에서 적당한 두께의 얇은 판재형태로 압축성형하여 가공하였다.For the production of the polymer-based compression-molded plate, the nanocomposite powder phase was first melt-mixed using a high polymer hot mixing machine. Generally, since the polymer and the tungsten or boron nano powder are not wettable with each other, it is difficult to uniformly mix the powder and the powder tends to aggregate together. In the present invention, the surface of the powder is treated and activated The nano - organic composite powder was used to solve the density difference and wettability problem with the polymer. The temperature of the polymer melt mixer was set at 180 DEG C, and the tungsten nano powder prepared in Experimental Examples 1 and 2 was mixed with the polymer at a rotation speed of 33.3 rpm. The resultant mixture was compression molded at 190 DEG C in the form of a thin plate having an appropriate thickness Lt; / RTI >
(2) 상기 (1)에 의해 제조된 방사능 차폐재의 물성 및 차폐능(2) Physical properties and shielding ability of the radiation shielding material produced by the above (1)
도 14.은 텅스텐 또는 보론 나노입자가 분산된 차폐재 시편을 나타낸 사진이고, 도 15.는 텅스텐 마이크론 및 나노입자가 분산된 차폐재의 SEM 이미지를 비교한 것이다. 또한, 도 16.은 텅스텐 나노입자가 분산된 차폐재의 내부 SEM 이미지를 보여준다.FIG. 14 is a photograph showing a shielding material sample in which tungsten or boron nanoparticles are dispersed, and FIG. 15 is a SEM image of a shielding material in which tungsten microns and nanoparticles are dispersed. 16 shows an internal SEM image of a shielding material in which tungsten nanoparticles are dispersed.
한편, 도 17.은 텅스텐 나노입자가 분산된 차폐재의 코발트 및 세슘 차폐능을 측정한 결과이고, 도 18.은 HDPE/보론 나노입자가 분산된 차폐재의 차폐능 측정 결과를 보여준다.
FIG. 17 shows the results of measuring the shielding ability of cobalt and cesium in the shielding material in which the tungsten nanoparticles are dispersed. FIG. 18 shows the shielding ability of the shielding material in which the HDPE / boron nanoparticles are dispersed.
이상, 본 발명내용의 특정한 부분을 상세히 기술하였는바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서, 이러한 구체적인 기술은 단지 바람직한 실시태양일 뿐이며, 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백할 것이다. 따라서 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 청구항들과 그것들의 등가물에 의해 정의된다고 할 것이다.Having described specific portions of the present invention in detail, it will be apparent to those skilled in the art that this specific description is only a preferred embodiment and that the scope of the present invention is not limited thereby. It will be obvious. Accordingly, the actual scope of the present invention will be defined by the appended claims and their equivalents.
Claims (5)
(2) 상기 (1)단계에 의해 제조된 텅스텐 나노입자와 저밀도폴리에틸렌(lowdensity polyethylene, LDPE), 고밀도폴리에틸렌(highdensity polyethylene, HDPE), 폴리비닐알콜(polyvinylalcohol, PVA), PET(polyethylene terephthalate), EPM(copolymer of ethylene and propylene), 폴리우레탄(poly urethan), 실리콘 수지(sillicon resin) 및 에폭시 수지(Epoxy resine)로 이루어진 군에서 선택되는 고분자 기재를 150 내지 200℃의 온도에서 30 내지 40rpm으로 텅스텐 카바이드(WC) 볼( ball)을 이용한 볼밀링을 통해 혼합하는 단계; 및
(3) 상기 (2)단계에 의한 혼합물을 압축성형하여 시트로 제작하는 단계;를 포함하고, 상기 (1)단계에서 텅스텐 나노입자 제조시 상기 (2)단계에서 선택되는 고분자 기재와 혼화성이 있는 고분자 기재를 표면활성제로 첨가하여, 텅스텐 나노입자를 제조함과 동시에 텅스텐 나노입자의 표면에 표면활성제 코팅층을 형성시키며, 상기 (2)단계에서 텅스텐 나노입자 40 내지 95중량%, 고분자 기재 5 내지 60중량%로 혼합하는 것을 특징으로 하는 방사능 차폐재의 제조방법.
(1) A 5 mm tungsten carbide (WC) milling ball and a tungsten powder were charged into a milling vessel and milled at 600 rpm for 3 hours to prepare tungsten nanoparticles having a particle size of 40 to 1000 nm ;
(2) The tungsten nanoparticles prepared by the above step (1), low density polyethylene (LDPE), high density polyethylene (HDPE), polyvinyl alcohol (PVA), polyethylene terephthalate (PET) a polymer substrate selected from the group consisting of a copolymer of ethylene and propylene, a polyurethane, a sillicon resin and an epoxy resin is heated at a temperature of 150 to 200 DEG C at 30 to 40 rpm to form a tungsten carbide (WC) balls through ball milling; And
And (3) compression molding the mixture according to the above step (2) to prepare a sheet. In preparing the tungsten nanoparticles in the step (1), the mixture may be mixed with the polymer substrate selected in the step (2) The surface of the tungsten nanoparticles is coated with a surfactant coating layer on the surface of the tungsten nanoparticles. In the step (2), 40 to 95 wt% of the tungsten nanoparticles, 5 to 10 wt% By weight based on the total weight of the radiation shielding material.
상기 (3)단계는 190 내지 200℃에서 시트를 제작하는 것을 특징으로 하는 방사능 차폐재의 제조방법The method according to claim 1,
The step (3) Wherein the sheet is manufactured at 190 to 200 ° C.
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