KR102482976B1 - Composition for Manufacturing Radiation Shielding material - Google Patents
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Abstract
본 발명은 방사선 차폐재 제조용 조성물 및 이의 제조방법을 제공한다. 본 발명에 따르면, 상기 방사선 차폐재 제조용 조성물은 3D 프린터를 이용하여 방사선 차폐의 입체 구조물을 출력할 수 있다. 이러한 본 발명의 방사선 차폐재 제조용 조성물은 3D 프린팅 방식을 이용하여 다양한 형태로 제작할 수 있어, 다양한 수요를 충족시킬 수 있다.The present invention provides a composition for preparing a radiation shielding material and a method for preparing the same. According to the present invention, the composition for preparing the radiation shielding material may output a three-dimensional structure of the radiation shielding material using a 3D printer. The composition for preparing a radiation shielding material of the present invention can be produced in various shapes using a 3D printing method, and thus can satisfy various demands.
Description
본 발명은 방사선 차폐재 제조용 조성물에 관한 것이다.The present invention relates to a composition for preparing a radiation shielding material.
3D 프린팅 기술은 CAD를 이용하여 제작하고자 하는 3차원 구조물을 설계한 후, 이를 출력하는 기술을 의미한다. 3D 프린팅 기술은 제작 방법 및 소재에 따라 크게 FDM방식과 SLA방식으로 분류된다. 그 중 FDM(Fused Deposition Modeling)은 열가소성 수지를 이용하여 프린터의 노즐 끝에서 수지의 녹는점 이상의 온도를 가해주어 용융 시킨 후, 정해진 경로를 따라 분출시키면서 구조물의 최저면으로부터 최고면까지 적층시켜 원하는 형태의 구조물을 제작하는 방식이다. 이러한 FDM 방식의 3D 프린팅에 사용되는 소재는 필라멘트(Filament)라는 재료를 이용한다. 3D 프린팅 필라멘트는 열가소성 수지(Thermoplastics)를 일정한 크기의 단면을 갖는 긴 와이어로 제작하여 3D 프린터에 주입하기 용이하게 만들어졌다. 일정한 속도로 노즐에 주입하면 노즐 끝에서 필라멘트가 용융되고, 주입되는 압력에 의하여 분출되면서 구조물을 형성할 수 있게 한다.3D printing technology refers to a technology of designing a 3D structure to be manufactured using CAD and then outputting it. 3D printing technology is largely classified into FDM method and SLA method depending on the manufacturing method and material. Among them, FDM (Fused Deposition Modeling) uses thermoplastic resin by applying a temperature above the melting point of the resin at the tip of the printer's nozzle to melt it, and then ejects it along a predetermined path and laminates it from the lowest surface to the highest surface of the structure to create the desired shape. method of fabricating the structure of The material used for 3D printing of the FDM method uses a material called filament. The 3D printing filament is made of thermoplastic resin (Thermoplastics) made into a long wire having a cross section of a certain size to be easily injected into a 3D printer. When injected into the nozzle at a constant speed, the filament is melted at the tip of the nozzle and ejected by the injected pressure to form a structure.
기능성 3D 프린팅 필라멘트를 제작하기 위하여 고온용융사출(Hot Melt Extrusion, HME) 기술이 이용된다. 고온용융사출 기술은 의약품의 효과를 향상시키기 위하여 고분자 소재와 의약품을 접목시키는 과정에서 1930년대부터 연구되어왔으며 원료의약품을 고분자 소재와 함께 실린더에 넣고 가열하면서 섞어준 뒤 작은 지름의 구멍을 통하여 사출하는 과정을 거친다. 이 과정에서 원료의약품은 고분자 내에 균일하게 분산되고 고분자는 원료의약품의 특성을 함유하게 된다. 이러한 고온용융사출 기술을 응용하여 기타 여러가지 기능성 고분자를 얻을 수 있으며 이는 기능성 3D 프린팅 필라멘트에 직결된다.Hot Melt Extrusion (HME) technology is used to produce functional 3D printing filaments. The high-temperature melt injection technology has been studied since the 1930s in the process of combining polymer materials and medicines to improve the effect of medicines. Go through the process. In this process, the drug substance is uniformly dispersed in the polymer, and the polymer contains the properties of the drug substance. Various other functional polymers can be obtained by applying this high-temperature melt injection technology, which is directly related to functional 3D printing filaments.
폴리카프로락톤은 생분해성 고분자 소재로서 약 60℃의 낮은 용융점을 갖고 있어 다른 고분자 소재에 비하여 성형이 쉬운 특징을 가지고 있다. 이러한 특징으로 인하여 시제품을 제작하는데 많이 이용되는 고분자 소재로 3D 프린팅에도 이용되고 있다. 분자식은(C6H10O2)n이며 밀도는 1.145/㎖ (25℃)이다.Polycaprolactone is a biodegradable polymer material and has a low melting point of about 60° C., so it is easy to mold compared to other polymer materials. Due to these characteristics, it is a polymer material that is widely used in manufacturing prototypes and is also used in 3D printing. Its molecular formula is (C 6 H 10 O 2 )n and its density is 1.145/ml (25°C).
가돌리늄 산화물(영문명, Gadolinium(III) Oxide, Gadolinia)은 희토류 금속으로서 중성자를 차폐하는 고유의 성질에 따라 MRI 조영제로 널리 쓰이는 물질이다. 백색 무취의 분말 형태로 존재하며 몰질량은 362.50 g/mol, 밀도는 7.407 g/cm3 (15℃) 이며 녹는점은 2,420℃로 물에는 녹지 않고 산에 녹는다.Gadolinium oxide (English name, Gadolinium(III) Oxide, Gadolinia) is a rare earth metal that is widely used as an MRI contrast agent due to its inherent property of shielding neutrons. It exists in the form of a white odorless powder, has a molar mass of 362.50 g/mol, a density of 7.407 g/cm3 (15℃), and a melting point of 2,420℃, so it is insoluble in water but soluble in acid.
본 명세서 전체에 걸쳐 다수의 논문 및 특허문헌이 참조되고 그 인용이 표시되어 있다. 인용된 논문 및 특허문헌의 개시 내용은 그 전체로서 본 명세서에 참조로 삽입되어 본 발명이 속하는 기술 분야의 수준 및 본 발명의 내용이 보다 명확하게 설명된다.A number of papers and patent documents are referenced throughout this specification and their citations are indicated. The contents of the cited papers and patent documents are incorporated herein by reference in their entirety to more clearly describe the level of the technical field to which the present invention belongs and the contents of the present invention.
본 발명자들은 보다 안전한 방법으로 방사선 차폐 구조물을 제조하고자 노력하였다. 그 결과, 방사선 차폐가 가능한 나노입자를 첨가하여 3D 프린터용 필라멘트의 제조함으로써 본 발명을 완성하였다.The present inventors have tried to manufacture a radiation shielding structure in a safer way. As a result, the present invention was completed by manufacturing a filament for a 3D printer by adding nanoparticles capable of shielding radiation.
따라서, 본 발명의 목적은 방사선 차폐재 제조용 조성물을 제공하는 데 있다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a composition for preparing a radiation shielding material.
본 발명의 다른 목적은 방사선 차폐재 제조용 조성물의 제조방법을 제공하는 데 있다.Another object of the present invention is to provide a method for preparing a composition for preparing a radiation shielding material.
본 발명의 또 다른 목적은 방사선 차폐 필라멘트를 제공하는 데 있다.Another object of the present invention is to provide a radiation shielding filament.
본 발명의 다른 목적 및 이점은 하기의 발명의 상세한 설명, 청구범위 및 도면에 의해 보다 명확하게 된다.Other objects and advantages of the present invention will become more apparent from the following detailed description of the invention, claims and drawings.
본 발명의 일 양태에 따르면, 본 발명은 (a) 방사선 차폐 나노입자 및 (b) 열가소성(thermoplastic) 고분자를 포함하는 방사선 차폐재 제조용 조성물을 제공한다.According to one aspect of the present invention, the present invention provides a composition for preparing a radiation shielding material comprising (a) radiation shielding nanoparticles and (b) a thermoplastic polymer.
본 발명자들은 보다 안전한 방법으로 방사선 차폐 구조물을 제조하고자 노력하였다. 그 결과, 방사선 차폐가 가능한 나노입자를 첨가하여 3D 프린터용 필라멘트의 제조함으로써 방사선 차폐재를 제조할 수 있는 3D 프린터용 필라멘트를 제조하였다.The present inventors have tried to manufacture a radiation shielding structure in a safer way. As a result, a filament for a 3D printer capable of producing a radiation shielding material was prepared by adding nanoparticles capable of shielding radiation to prepare a filament for a 3D printer.
본 발명의 방사선 차폐재 제조용 조성물은 3D 프린터에 적용될 수 있는 필라멘트이다.The composition for preparing a radiation shielding material of the present invention is a filament that can be applied to a 3D printer.
상기 3D 프린터는 설계 데이터에 따라 폴리머(수지), 금속 등의 재료를 가공·적층 방식(Layer-by-layer)으로 쌓아올려 입체물을 제조하는 장비로 적층 방식과 입체물 제조에 활용 가능한 재료에 따라 다양한 기술로 구분할 수 있다. 적층 방식은 압출, 잉크젯 방식의 분사, 광경화, 파우더 소결, 인발, 시트 접합 등으로 구분가능하며, 활용 가능 재료는 폴리머, 금속, 종이, 목재, 식재료 등 매우 다양하다.The 3D printer is an equipment that manufactures three-dimensional objects by stacking materials such as polymer (resin) and metal in a layer-by-layer manner according to design data. technology can be distinguished. The lamination method can be classified into extrusion, inkjet spraying, photocuring, powder sintering, drawing, and sheet bonding, and the available materials are very diverse, such as polymers, metals, paper, wood, and food materials.
본 발명의 방사선 차폐재 제조용 조성물은 압출 방식의 3D 프린터에 적용될 수 있다. 본 명세서에서 용어 “압출 방식”은 FDM(Fused Deposition Modeling) 기술로, 필라멘트 형태의 열가소성 물질을 노즐 안에서 녹여 얇은 필름 형태로 출력하는 방식으로 적층하는 3D 프린터의 기술이다. 상기 노즐은 플라스틱을 녹일 수 있을 정도의 고열을 발산하며 플라스틱은 상온에서 경화한다(참조; Journal of the KSME 53(10), 2013.10, 58-64 (7 pages)).The composition for preparing a radiation shielding material of the present invention may be applied to an extrusion-type 3D printer. In this specification, the term "extrusion method" is FDM (Fused Deposition Modeling) technology, a 3D printer technology that laminates a filament-type thermoplastic material in a nozzle to melt it and output it in the form of a thin film. The nozzle emits high enough heat to melt the plastic, and the plastic hardens at room temperature (see Journal of the KSME 53(10), 2013.10, 58-64 (7 pages)).
본 명세서에서 용어 “방사선”은 방사능을 가진 원자에서 발생하는 빛 또는 물질로, 인체를 투과하면 분자와 공명하여 세포를 파괴하거나 DNA 또는 RNA의 수소결합을 절단하여 유전자를 파괴하거나 변형시킨다.In this specification, the term “radiation” is light or material generated from radioactive atoms, and when it penetrates the human body, it resonates with molecules to destroy cells or break hydrogen bonds in DNA or RNA to destroy or modify genes.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 방사선은 α선, β선, X-선, 중성자선(neutron rays) 또는 γ선이다. 본 발명의 다른 구현예에 따르면, 상기 방사선은 중성자선이다. 본 명세서에서 용어 “중성자선”은 중성자로 구성된 입자(粒子)선이다.According to one embodiment of the present invention, the radiation is α-rays, β-rays, X-rays, neutron rays, or γ-rays. According to another embodiment of the present invention, the radiation is a neutron beam. In this specification, the term "neutron beam" is a particle beam composed of neutrons.
본 발명의 방사선 차폐재 제조용 조성물은 방사선 차폐 나노입자를 포함한다.The composition for preparing a radiation shielding material of the present invention includes radiation shielding nanoparticles.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 방사선 차폐 나노입자는 가돌리늄(Gd), 붕소(B), 은(Ag), 사마륨(Sm), 유로퓸(Eu), 디스프로슘(Dy) 및 카드뮴(Cd)으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나, 또는, 가돌리늄(Gd), 붕소(B), 은(Ag), 사마륨(Sm), 유로퓸(Eu), 디스프로슘(Dy) 및 카드뮴(Cd)으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나의 탄화물, 산화물 또는 질화물, 또는 붕화금속을 포함한다. 본 발명의 다른 구현예에 따르면, 상기 방사선 차폐 나노입자는 가돌리늄, 가돌리늄의 탄화물, 산화물 또는 질화물이다. 본 발명의 특정 구현예에 따르면, 상기 방사선 차폐 나노입자는 가돌리늄 산화물이다.According to one embodiment of the present invention, the radiation-shielding nanoparticles are gadolinium (Gd), boron (B), silver (Ag), samarium (Sm), europium (Eu), dysprosium (Dy) and cadmium (Cd). At least one selected from the group consisting of gadolinium (Gd), boron (B), silver (Ag), samarium (Sm), europium (Eu), dysprosium (Dy), and selected from the group consisting of cadmium (Cd) It includes at least one carbide, oxide or nitride, or metal boride. According to another embodiment of the present invention, the radiation-shielding nanoparticle is gadolinium or a carbide, oxide or nitride of gadolinium. According to certain embodiments of the present invention, the radiation shielding nanoparticle is gadolinium oxide.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 방사선 차폐 나노입자는 방사선 차폐 필라멘트 제조용 조성물 100 중량부에 대하여 1 내지 20 중량부이다. 본 발명의 다른 구현예에 따르면, 상기 방사선 차폐 나노입자는 방사선 차폐 필라멘트 제조용 조성물 100 중량부에 대하여 1 내지 17 중량부, 1 내지 14 중량부, 1 내지 11 중량부, 1 내지 9 중량부, 1.5 내지 9 중량부 또는 2 내지 9 중량부이다.According to one embodiment of the present invention, the radiation-shielding nanoparticles are 1 to 20 parts by weight based on 100 parts by weight of the composition for preparing a radiation-shielding filament. According to another embodiment of the present invention, the radiation-shielding nanoparticles are 1 to 17 parts by weight, 1 to 14 parts by weight, 1 to 11 parts by weight, 1 to 9 parts by weight, 1.5 parts by weight, based on 100 parts by weight of the composition for preparing a radiation-shielding filament. to 9 parts by weight or 2 to 9 parts by weight.
본 명세서에서 용어 “방사선 차폐 나노입자”는 방사선 차폐 기능을 갖는 금속의 나노입자를 의미한다.In this specification, the term "radiation shielding nanoparticles" refers to metal nanoparticles having a radiation shielding function.
상기 나노 크기의 방사선 차폐 입자는 마이크로 이상의 크기를 가지는 방사선 차폐 물질에 비하여 방사선이 차폐 물질과 충돌하는 확률이 증가하여 우수한 방사선 차폐효과를 나타낸다.The nano-sized radiation shielding particles exhibit an excellent radiation shielding effect because the probability of radiation colliding with the shielding material increases compared to the radiation shielding material having a size of micro or larger.
본 발명의 방사선 차폐재 제조용 조성물은 열가소성 고분자를 포함한다.The composition for preparing a radiation shielding material of the present invention includes a thermoplastic polymer.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 열가소성 고분자는 폴리카프로락톤(polycaprolactone), 폴리에틸렌(polyethylene), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(polyethylene terephthalate), 폴리프로필렌(polypropylene), 폴리에스테르(polyester), 폴리에테르에테르케톤(polyetheretherketone), 폴리아미드(polyamide), 폴리스티렌(polystyrene), 폴리카보네이트(polycarbonate), 폴리유산(polylactic acid), 폴리비닐 아세테이트(polyvinyl acetate), 폴리염화비닐(polyvinyl chloride), 폴리우레탄(polyurethanes), 폴리카보네이트(polycarbonate), 폴리염화비닐리덴(polyvinylidene chloride), 폴리테트라플루오르에틸렌(polytetrafluoroethylene) 및 폴리에테르이미드(polyetherimide) 및 폴리알킬렌 글리콜(polyalkylene glycols)로 구성된 군으로부터 선택되는 하나 이상의 열가소성 고분자이다. 본 발명의 다른 구현예에 따르면, 상기 열가소성 고분자는 폴리카프로락톤이다.According to one embodiment of the present invention, the thermoplastic polymer is polycaprolactone, polyethylene, polyethylene terephthalate, polypropylene, polyester, polyetheretherketone ( polyetheretherketone, polyamide, polystyrene, polycarbonate, polylactic acid, polyvinyl acetate, polyvinyl chloride, polyurethanes, poly It is at least one thermoplastic polymer selected from the group consisting of carbonate, polyvinylidene chloride, polytetrafluoroethylene and polyetherimide and polyalkylene glycols. According to another embodiment of the present invention, the thermoplastic polymer is polycaprolactone.
본 발명의 다른 양태에 따르면, 본 발명은 다음의 단계를 포함하는 방사선 차폐재 제조용 조성물의 제조방법을 제공한다:According to another aspect of the present invention, the present invention provides a method for preparing a composition for preparing a radiation shielding material comprising the following steps:
(a) 열가소성(thermoplastic) 고분자 펠렛 표면에 방사선 차폐 나노입자를 코팅하는 단계; 및(a) coating radiation shielding nanoparticles on the surface of thermoplastic polymer pellets; and
(b) 상기 단계 (a)의 결과물을 사출하여 방사선 차폐재 제조용 조성물을 제조하는 단계.(b) preparing a composition for preparing a radiation shielding material by injecting the product of step (a).
먼저, 열가소성 고분자 펠릿의 표면에 방사선 차폐 나노입자를 코팅한다.First, radiation shielding nanoparticles are coated on the surface of the thermoplastic polymer pellet.
하기 실시예에 따르면, 방사선 차폐 나노입자를 코팅하기 위하여 파라핀 오일 용액으로 열가소성 고분자 펠릿을 전처리(코팅)한다.According to the following example, a thermoplastic polymer pellet is pretreated (coated) with a paraffin oil solution to coat the radiation-shielding nanoparticles.
상기 파라핀 용액 외에 실리콘 오일, 식용유, 등 기름 성분이 이용될 수 있다.In addition to the paraffin solution, oil components such as silicone oil, cooking oil, and the like may be used.
다음, 상기 단계 (a)의 결과물을 사출하여 방사선 차폐재 제조용 조성물을 제조한다.Next, a composition for preparing a radiation shielding material is prepared by injecting the product of step (a).
본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 방법에 의해 제조된 상기 방사선 차폐재 제조용 조성물은 3D 프린팅 방식의 필라멘트(filament)로 적용된다.According to one embodiment of the present invention, the composition for preparing the radiation shielding material prepared by the method is applied as a filament of a 3D printing method.
본 발명의 방법은 상기 방사선 차폐재 제조용 조성물의 제조방법으로, 상기 방사선 차폐재 제조용 조성물를 구성하는 방사선 차폐 나노입자 및 열가소성 고분자가 동일하므로, 이 둘 사이에 공통된 내용은 본 명세서의 과도한 복잡성을 피하기 위하여, 그 기재를 생략한다.The method of the present invention is a method for producing the composition for preparing a radiation shielding material, and since the radiation shielding nanoparticles and the thermoplastic polymer constituting the composition for preparing a radiation shielding material are the same, the common content between the two is to avoid excessive complexity of the present specification, omit the description.
본 발명의 또다른 양태에 따르면, 본 발명은 상기 제조방법에 의해 제조된 방사선 차폐재 제조용 조성물을 포함하는 방사선 차폐 필라멘트를 제공한다.According to another aspect of the present invention, the present invention provides a radiation shielding filament comprising the composition for preparing a radiation shielding material prepared by the above manufacturing method.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 방사선 차폐 필라멘트는 3D 프린터용 방사선 차폐 필라멘트이다.According to one embodiment of the present invention, the radiation shielding filament is a radiation shielding filament for a 3D printer.
본 발명의 특징 및 이점을 요약하면 다음과 같다: The features and advantages of the present invention are summarized as follows:
(a) 본 발명은 방사선 차폐재 제조용 조성물 및 이의 제조방법을 제공한다.(a) The present invention provides a composition for preparing a radiation shielding material and a method for preparing the same.
(b) 본 발명의 방사선 차폐재 제조용 조성물은 3D 프린터를 이용하여 방사선 차폐의 입체 구조물을 출력할 수 있다.(b) The composition for preparing a radiation shielding material of the present invention can output a three-dimensional radiation shielding structure using a 3D printer.
(c) 본 발명의 방사선 차폐재 제조용 조성물은 3D 프린팅 방식을 이용하여 다양한 형태로 제작할 수 있어, 다양한 수요를 충족시킬 수 있다.(c) The composition for preparing a radiation shielding material of the present invention can be manufactured in various shapes using a 3D printing method, so that various demands can be met.
도 1은 중성자 차폐 기능성 3D 필라멘트 제작을 위한 고분자 펠릿(pellet)을 나타낸다.
도 2는 중성자 흡수를 위한 가돌리늄 산화물 분말을 나타낸다.
도 3은 가돌리늄 산화물 분말로 표면을 감싼 고분자 펠릿을 나타낸다.
도 4는 중성자 차폐가 가능한 기능성 3D 필라멘트를 나타낸다.
도 5는 중성자 차폐 기능성 3D 필라멘트의 SEM 사진으로서 표면에 위치하는 가돌리늄 산화물의 존재를 나타낸다.
도 6a 내지 6c는 중성자 차폐 기능성 3D 필라멘트의 SEM 사진(6a)이며 도 6b 및 6c는 도 6a에서 확인한 영역에서 EDS분석 결과로서 필라멘트 표면의 가돌리늄 산화물 함유 비율을 나타낸다.Figure 1 shows a polymer pellet (pellet) for producing a neutron shielding functional 3D filament.
2 shows gadolinium oxide powder for neutron absorption.
3 shows a polymer pellet whose surface is covered with gadolinium oxide powder.
4 shows a functional 3D filament capable of neutron shielding.
Figure 5 shows the presence of gadolinium oxide located on the surface as a SEM picture of the neutron shielding functional 3D filament.
6a to 6c are SEM pictures (6a) of the neutron shielding functional 3D filament, and FIGS. 6b and 6c show the gadolinium oxide content ratio of the filament surface as a result of EDS analysis in the area identified in FIG. 6a.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 요지에 따라 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되지 않는다는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에 있어서 자명할 것이다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail through examples. These examples are only for explaining the present invention in more detail, and it will be apparent to those skilled in the art that the scope of the present invention is not limited by these examples according to the gist of the present invention. .
실시예Example
중성자 차폐가 가능한 기능성 3D 필라멘트의 제조Manufacturing of functional 3D filaments capable of neutron shielding
실험재료experimental material
폴리카프로락톤(Polycaprolactone; PCL; Mw: 80,000)은 Sigma Aldrich(St. Louis, MO)에서 구매하였다. Polycaprolactone (PCL; Mw: 80,000) was purchased from Sigma Aldrich (St. Louis, MO).
사출하려는 PCL 고분자 펠릿 20 g에 담긴 시험관에 파라핀 오일 20 ㎕을 투입하고 교반기를 이용하여 10분 동안 교반하였다. 교반이 종료되면 파라핀 오일은 펠릿의 표면을 완전히 감싸게 된다. 가돌리늄 산화물(Gadolinium Oxide) 분말 500 ㎎을 시험관에 투입하고 다시 10분 동안 교반하였다. 이 과정을 거치고 나면 펠릿 표면에 부착되어 있는 파라핀 오일이 접착제 역할을 하여 펠릿의 표면을 감싸고 가돌리늄 산화물 분말은 펠릿에 부착하게 된다(도 3). 위의 과정을 거친 펠릿을 사출기(Noztek Pro, Noztek, 영국)에 투입하였다. 사출기의 온도를 고분자의 용융점으로 설정하고 설정한 온도에 도달하면 사출을 시작하였다. 가돌리늄 산화물이 코팅된 고분자가 필라멘트 형태로 사출되었다(도 4). 사출되는 필라멘트의 지름은 사출기의 말단에 위치한 노즐의 지름에 의해 결정된다. 일반적으로 3D 프린팅에 사용하는 필라멘트의 지름은 1.75 ㎜이며, 본 발명에서도 동일한 지름으로 사출하였다.20 μl of paraffin oil was added to a test tube containing 20 g of PCL polymer pellets to be injected and stirred for 10 minutes using a stirrer. When the stirring is completed, the paraffin oil completely covers the surface of the pellets. 500 mg of Gadolinium Oxide powder was added to the test tube and stirred for another 10 minutes. After this process, the paraffin oil attached to the surface of the pellet acts as an adhesive to cover the surface of the pellet, and the gadolinium oxide powder adheres to the pellet (FIG. 3). The pellets that went through the above process were put into an injection molding machine (Noztek Pro, Noztek, UK). The temperature of the injection machine was set to the melting point of the polymer, and injection was started when the set temperature was reached. A polymer coated with gadolinium oxide was injected in the form of a filament (FIG. 4). The diameter of the filament to be injected is determined by the diameter of the nozzle located at the end of the injection machine. In general, the diameter of the filament used for 3D printing is 1.75 mm, and it was injected with the same diameter in the present invention.
가돌리늄 산화물의 분포 여부를 살펴보기 위하여 전자현미경(Scanning Electron Microscope, SEM)을 이용하여 제조한 중성자 차폐 기능성 3D 필라멘트의 표면을 확인하였다(도 5). 표면에 나타나는 하얀색 부분은 가돌리늄 산화물이 위치한 부분이다. 추가적으로 에너지분석법(Energy Dispersive X-ray Spectroscopy, EDS)를 이용하여 필라멘트의 가돌리늄 산화물 비율을 살펴보았다(도 7a 및 7b). 원래 의도한 질량비 5%를 초과한 6% 가량이 측정되었으나 이는 일부 가돌리늄 산화물이 편중되었기 때문으로 보인다.In order to examine the distribution of gadolinium oxide, the surface of the prepared neutron shielding functional 3D filament was checked using an electron microscope (Scanning Electron Microscope, SEM) (FIG. 5). The white part appearing on the surface is the part where the gadolinium oxide is located. In addition, the gadolinium oxide ratio of the filament was examined using energy dispersive X-ray spectroscopy (EDS) (FIGS. 7a and 7b). About 6%, exceeding the originally intended mass ratio of 5%, was measured, but this seems to be due to the concentration of some gadolinium oxide.
이상으로 본 발명의 특정한 부분을 상세히 기술하였는바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 이러한 구체적인 기술은 단지 바람직한 구현예일 뿐이며, 이에 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백하다. 따라서 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 청구항과 그의 등가물에 의하여 정의된다고 할 것이다.Having described specific parts of the present invention in detail above, it is clear that these specific techniques are only preferred embodiments for those skilled in the art, and the scope of the present invention is not limited thereto. Accordingly, the substantial scope of the present invention will be defined by the appended claims and equivalents thereof.
Claims (12)
상기 방사선 차폐 나노입자는 파라핀 오일을 통해 상기 열가소성 고분자 펠릿의 표면에 부착된 것인, 3D 프린터용 필라멘트(filament) 제조용 조성물.
(a) radiation shielding nanoparticles and (b) thermoplastic polymer pellets;
The radiation-shielding nanoparticles are attached to the surface of the thermoplastic polymer pellet through paraffin oil, a composition for preparing a filament (filament) for a 3D printer.
The composition according to claim 1, wherein the radiation is α-rays, β-rays, X-rays, neutron rays or γ-rays.
3. The composition according to claim 2, wherein the radiation is a neutron beam.
The method of claim 1, wherein the radiation-shielding nanoparticles are from the group consisting of gadolinium (Gd), boron (B), silver (Ag), samarium (Sm), europium (Eu), dysprosium (Dy) and cadmium (Cd) A composition comprising at least one selected from the group consisting of, or a carbide, oxide or nitride thereof, or a metal boride.
5. The composition according to claim 4, wherein the radiation-shielding nanoparticle is gadolinium or a carbide, oxide or nitride of gadolinium.
5. The composition of claim 4, wherein the radiation-shielding nanoparticles are gadolinium oxide.
The composition according to claim 1, wherein the amount of the radiation-shielding nanoparticles is 1 to 20 parts by weight based on 100 parts by weight of the composition for preparing a filament for a 3D printer.
The method of claim 1, wherein the thermoplastic polymer is polycaprolactone, polyethylene, polyethylene terephthalate, polypropylene, polyester, polyetheretherketone, polyamide, polystyrene, polycarbonate, polylactic acid, polyvinyl acetate, polyvinyl chloride, polyurethanes, polycarbonate ), polyvinylidene chloride, polytetrafluoroethylene and at least one thermoplastic polymer selected from the group consisting of polyetherimide and polyalkylene glycols. .
9. The composition according to claim 8, wherein the thermoplastic polymer is polycaprolactone.
(a) 오일 용액으로 열가소성 (thermoplastic) 고분자 펠릿을 코팅하는 단계;
(b) 열가소성 고분자 펠렛의 표면에 방사선 차폐 나노입자를 코팅하는 단계; 및
(c) 상기 단계 (b)의 결과물을 사출하여 3D 프린터용 필라멘트를 제조하는 단계.
A method of manufacturing a filament for a 3D printer comprising the following steps:
(a) coating thermoplastic polymer pellets with an oil solution;
(b) coating the surface of the thermoplastic polymer pellet with radiation shielding nanoparticles; and
(c) preparing a filament for a 3D printer by injecting the product of step (b).
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