KR20220170596A - Radiation shielding sheet comprising oyster shell and manufacturing method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
본 명세서는 방사선 차폐시트 및 이의 제조방법을 제공하고자 한다.The present specification is intended to provide a radiation shielding sheet and a manufacturing method thereof.
방사선은 에너지, 산업, 의료 장비 등 다양한 산업분야에서 사용되거나 발생하고 있다. 방사선에는 알파, 베타, 양성자, 중성자, 감마선 또는 x-선 등 다양한 종류가 있다. 이 중 감마선과 중성자의 경우 생물체에 돌연변이를 유도할 수 있고 주위환경을 오염시키는 문제가 있는데 이들은 높은 에너지를 갖고 있으며 투과력이 강하여 방사선 차폐재가 필수적으로 요구된다. Radiation is used or generated in various industrial fields such as energy, industry, and medical equipment. There are many types of radiation, such as alpha, beta, protons, neutrons, gamma rays or x-rays. Among them, gamma rays and neutrons can induce mutations in living organisms and pollute the surrounding environment, but they have high energy and have strong penetrating power, so radiation shielding materials are essential.
종래의 방사선 차폐재로는 납이 주 재료로 사용되어 왔다. 그러나 납은 중금속 물질로 유해성이 높으며, 오염 문제로 폐기가 용이하지 않아, 최근에는 친환경 소재로의 대체가 요구되고 있다. 이에 납의 대체재로서 텅스텐이나 비스무트 등을 사용한 차폐재가 개발되었으나, 이들의 고비용으로 인해 아직도 방사선 차폐재로는 납을 가장 많이 사용하고 있는 실정이다.As a conventional radiation shielding material, lead has been used as a main material. However, lead is highly hazardous as a heavy metal material, and is not easy to dispose of due to contamination problems. Recently, replacement with environmentally friendly materials has been requested. Accordingly, shielding materials using tungsten or bismuth have been developed as substitutes for lead, but due to their high cost, lead is still the most widely used radiation shielding material.
일 관점에서, 본 개시가 해결하고자 하는 과제는 방사선 차폐효과가 우수하면서도 친환경 소재를 사용한 방사선 차폐시트 및 이의 제조방법을 제공하는 것이다.In one aspect, the problem to be solved by the present disclosure is to provide a radiation shielding sheet using environmentally friendly materials and a method for manufacturing the same while having excellent radiation shielding effect.
상기 과제를 해결하기 위하여, 본 개시의 일 실시예는 고무 및 고분자 수지 중 하나 이상을 포함하는 베이스(base) 기재; 및 상기 베이스 기재에 분산된 방사선 차폐재를 포함하며, 상기 방사선 차폐재는 굴 패각 소성가공물을 포함하는, 방사선 차폐시트를 제공한다.In order to solve the above problems, an embodiment of the present disclosure is a base substrate including at least one of rubber and polymer resin; and a radiation shielding material dispersed in the base substrate, wherein the radiation shielding material includes a plastically processed oyster shell.
본 개시의 또 다른 일 실시예는, 상기 방사선 차폐시트를 제조하기 위한 방법으로, 굴 패각을 분쇄 및 소성가공하여 굴 패각의 소성가공물을 제조하는 단계; 베이스 기재를 용매에 녹인 캐스팅 용액에 상기 제조된 굴 패각의 소성가공물을 첨가한 뒤 교반하여 굴 패각의 소성가공물을 분산시키는 단계; 및 상기 굴 패각의 소성가공물이 분산된 캐스팅 용액을 탈포시킨 후 압착 성형하여 방사선 차폐시트를 제조하는 단계를 포함하는, 제조방법을 제공한다.Another embodiment of the present disclosure is a method for manufacturing the radiation shielding sheet, comprising: preparing a plastic product of the oyster shell by crushing and plastic working the oyster shell; Adding the prepared oyster shell plastic product to a casting solution in which the base substrate is dissolved in a solvent, and then stirring to disperse the oyster shell plastic product; And it provides a manufacturing method comprising the step of preparing a radiation shielding sheet by compressing and molding after defoaming the casting solution in which the plastic workpiece of the oyster shell is dispersed.
본 개시는 폐기물로 버려지는 굴 패각을 가공하여 방사선 차폐재로 사용함으로써 종래 방사선 차폐재인 납의 사용으로 인한 중금속 오염 문제와 과중한 무게로 인한 비효율을 개선하고, 이의 대체재인 텅스텐 등의 고비용 문제를 해결할 수 있다. 본 개시는 굴 패각을 소성하여 굴 패각 입자의 밀도를 증가시키고 기공율을 감소시켜 종래 방사선 차폐재를 대체할 수 있는 우수한 방사선 차폐효과를 제공할 수 있다.The present disclosure improves the heavy metal contamination problem caused by the use of lead, a conventional radiation shielding material, and the inefficiency due to heavy weight, by processing oyster shells discarded as waste and using it as a radiation shielding material, and it can solve the high cost problem of tungsten as an alternative material . The present disclosure can provide an excellent radiation shielding effect that can replace conventional radiation shielding materials by firing oyster shells to increase the density of oyster shell particles and reduce the porosity.
도 1은 당업계에서 통상적으로 사용되는 방사선 차폐율 측정방법을 개략적으로 도시한 것이다.1 schematically illustrates a radiation shielding factor measurement method commonly used in the art.
이하, 본 출원의 실시예들을 보다 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 본 출원에 개시된 기술은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 단지, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 출원의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다. 해당 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 출원의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 본 출원의 사상을 다양한 다른 형태로 구현할 수 있을 것이다. 본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.Hereinafter, embodiments of the present application will be described in more detail. However, the technology disclosed in this application is not limited to the embodiments described herein and may be embodied in other forms. However, the embodiments introduced herein are provided so that the disclosed content can be thorough and complete and the spirit of the present application can be sufficiently conveyed to those skilled in the art. Those skilled in the art will be able to implement the spirit of the present application in various other forms without departing from the technical spirit of the present application. Terms used in this application are only used to describe specific embodiments, and are not intended to limit the present invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In this application, the terms "comprise" or "having" are intended to indicate that there is a feature, number, step, operation, component, or combination thereof described in the specification, but one or more other features or It should be understood that the presence or addition of numbers, steps, operations, elements, or combinations thereof is not precluded.
본 개시의 일 실시예는 고무 및 고분자 수지 중 하나 이상을 포함하는 베이스(base) 기재, 및 상기 베이스 기재에 분산된 방사선 차폐재를 포함하며, 상기 방사선 차폐재는 굴 패각 소성가공물을 포함하는, 방사선 차폐시트를 제공한다.An embodiment of the present disclosure includes a base substrate including at least one of rubber and a polymer resin, and a radiation shielding material dispersed in the base substrate, wherein the radiation shielding material includes a plastically processed oyster shell. sheet is provided.
본 개시의 일 실시예로서 상기 굴 패각은 굴 껍데기라고도 한다. 상기 굴 패각은 폐기물로 버려지고 있는 친환경 천연자원으로서, 양식 또는 천연에서 수확된 굴로부터 얻어질 수 있다. 일 실시예로서, 상기 굴 패각은 세척, 건조 및 분쇄된 것일 수 있으며, 분쇄 크기 또는 분쇄 방법에 따라 다양한 형태를 가질 수 있다. 일반적으로 굴 패각은 아래 표 1에 나타난 바와 같이 95% 이상이 탄산칼슘(CaCO3)으로 구성되며 밀도가 1.358 g/cm3로 낮아, 자연상태의 굴 패각 자체는 방사선 차폐재로서의 성능이 부족하다. As an embodiment of the present disclosure, the oyster shell is also referred to as an oyster shell. The oyster shell is an eco-friendly natural resource that is being discarded as waste, and can be obtained from oysters harvested from aquaculture or nature. As an example, the oyster shells may be washed, dried and ground, and may have various shapes depending on the grinding size or grinding method. In general, as shown in Table 1 below, oyster shells are composed of 95% or more of calcium carbonate (CaCO 3 ) and have a low density of 1.358 g / cm 3 , so natural oyster shells themselves lack performance as radiation shielding materials.
이에 본 개시의 일 실시예는 상기 굴 패각의 소성가공을 통해 탄산칼슘이 산화칼슘으로 변환된 다공체를 형성하되, 소성 온도의 조절을 통해 입자간 간격을 좁혀 밀도를 높힘으로써 방사선 차폐성능을 극대화시켰다. Accordingly, in one embodiment of the present disclosure, a porous body in which calcium carbonate is converted into calcium oxide is formed through plastic processing of the oyster shell, but the radiation shielding performance is maximized by increasing the density by narrowing the gap between the particles through the control of the firing temperature. .
일 실시예로서, 상기 시트에 포함되는 굴 패각 소성가공물은 균일한 입자 크기를 가질 수 있다. 일 실시예로서, 상기 굴 패각 소성 가공물은 상기 시트에 균일하게 분포된 것일 수 있다. As an example, the oyster shell plastic workpiece included in the sheet may have a uniform particle size. As one embodiment, the oyster shell plastic workpiece may be uniformly distributed on the sheet.
일 실시예로서, 상기 굴 패각 소성가공물은 평균 입자 크기 2.1 내지 3.54μm의 분말 형태일 수 있다. 본 명세서에서 상기 용어 '평균 입자 크기'의 '입자 크기'는 입자내 가장 큰 직경을 의미하며, '평균 입자 크기'는 본 개시의 시트에 분포하는 적어도 90% 이상의 굴 패각 소성가공물들의 입자 크기의 평균을 의미한다. 구체적으로, 상기 굴 패각 소성가공물들의 입자 크기의 평균은 본 개시의 시트에 분포하는 적어도 90% 이상, 91% 이상, 92% 이상, 93% 이상, 94% 이상, 95% 이상, 96% 이상, 97% 이상, 98% 이상 또는 99% 이상의 굴 패각 소성가공물들의 입자내 가장 큰 직경의 평균값을 의미할 수 있다. 구체적으로, 상기 굴 패각 소성가공물의 평균 입자 크기는 2.1 μm 이상, 2.2 μm 이상, 2.3 μm 이상, 2.4 μm 이상, 2.5 μm 이상, 2.6 μm 이상, 2.7 μm 이상, 2.8 μm 이상, 2.9 μm 이상, 3.0 μm 이상, 3.1 μm 이상, 3.2 μm 이상, 3.3 μm 이상 또는 3.4 μm 이상일 수 있으며, 3.54 μm 이하, 3.5 μm 이하, 3.4 μm 이하, 3.3 μm 이하, 3.2 μm 이하, 3.1 μm 이하, 3.0 μm 이하, 2.9 μm 이하, 2.8 μm 이하, 2.7 μm 이하, 2.6 μm 이하, 2.5 μm 이하, 2.4 μm 이하, 2.3 μm 이하 또는 2.2 μm 이하일 수 있다. 일 실시예로서 상기 굴 패각의 소성가공물은 상기 범위의 작은 입자크기를 가짐으로써 동일 면적의 시트 내 굴 패각 입자의 함량을 높힐 수 있어 우수한 방사선 차폐 효과를 제공할 수 있다. As an example, the plastic-worked oyster shell may be in the form of a powder having an average particle size of 2.1 to 3.54 μm. In the present specification, the 'particle size' of the term 'average particle size' means the largest diameter in a particle, and the 'average particle size' is the particle size of at least 90% or more of the plastic-worked oyster shells distributed in the sheet of the present disclosure. means average. Specifically, the average particle size of the oyster shell plastic products distributed in the sheet of the present disclosure is at least 90%, 91%, 92%, 93%, 94%, 95%, 96% or more, It may mean the average value of the largest diameter in the particles of 97% or more, 98% or more, or 99% or more of plastic-worked oyster shells. Specifically, the average particle size of the oyster shell plastic work is 2.1 μm or more, 2.2 μm or more, 2.3 μm or more, 2.4 μm or more, 2.5 μm or more, 2.6 μm or more, 2.7 μm or more, 2.8 μm or more, 2.9 μm or more, 3.0 3.54 μm or less, 3.5 μm or less, 3.4 μm or less, 3.3 μm or less, 3.2 μm or less, 3.1 μm or less, 3.0 μm or less, 2.9 2.8 μm or less, 2.7 μm or less, 2.6 μm or less, 2.5 μm or less, 2.4 μm or less, 2.3 μm or less, or 2.2 μm or less. As an embodiment, the plastically processed product of the oyster shell has a small particle size in the above range, so that the content of the oyster shell particles in the sheet of the same area can be increased, thereby providing an excellent radiation shielding effect.
일 실시예로서, 상기 굴 패각 소성가공물은 복수개의 공극을 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 공극은 매우 미세한 크기의 세공으로, 상기 공극의 평균 직경은 3 내지 4Å일 수 있으나, 이는 소성가공정도에 따라 제한되지 않고 조절될 수 있다. 본 명세서에서 상기 용어 '공극의 평균 직경'의 '직경'은 공극내 가장 큰 직경을 의미하며, '평균 직경'은 본 개시의 굴 패각 소성가공물 입자에 포함된 적어도 90% 이상의 공극 직경의 평균을 의미한다. 구체적으로, 상기 공극의 평균 직경은 본 개시의 굴 패각의 소성가공물 입자에 분포하는 적어도 90% 이상, 91% 이상, 92% 이상, 93% 이상, 94% 이상, 95% 이상, 96% 이상, 97% 이상, 98% 이상 또는 99% 이상의 공극들의 가장 큰 직경의 평균값을 의미할 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 공극의 평균 직경은 3Å 이상, 3.1Å 이상, 3.2Å 이상 또는 3.3Å 이상일 수 있으며, 4Å 이하, 3.9Å 이하, 3.8Å 이하, 3.7Å 이하, 3.6Å 이하 또는 3.5Å 이하일 수 있다. As an embodiment, the oyster shell plastic workpiece may include a plurality of pores. Specifically, the pores are pores of a very fine size, and the average diameter of the pores may be 3 to 4 Å, but this may be adjusted without limitation according to the degree of plastic working. In the present specification, the 'diameter' of the term 'average diameter of pores' means the largest diameter in the pores, and the 'average diameter' is the average of at least 90% or more of the diameters of pores included in the plastically processed oyster shell particles of the present disclosure. it means. Specifically, the average diameter of the pores is at least 90% or more, 91% or more, 92% or more, 93% or more, 94% or more, 95% or more, 96% or more, It may mean the average value of the largest diameter of 97% or more, 98% or more, or 99% or more pores. More specifically, the average diameter of the pores may be 3 Å or more, 3.1 Å or more, 3.2 Å or more, or 3.3 Å or more, and 4 Å or less, 3.9 Å or less, 3.8 Å or less, 3.7 Å or less, 3.6 Å or less, or 3.5 Å or less. there is.
상기 관점에서, 일 실시예에 따른 상기 굴 패각 소성가공물은 시트 총 중량에 대하여 70 내지 80중량%로 포함될 수 있다. 구체적으로, 상기 굴 패각 소성가공물은 시트 총 중량에 대하여 70 중량% 이상, 71 중량% 이상, 72 중량% 이상, 73 중량% 이상, 74 중량% 이상, 75 중량% 이상, 76 중량% 이상, 77 중량% 이상, 78 중량% 이상 또는 79 중량% 이상으로 포함될 수 있으며, 80 중량% 이하, 79 중량% 이하, 78 중량% 이하, 77 중량% 이하, 76 중량% 이하, 75 중량% 이하, 74 중량% 이하, 73 중량% 이하, 72 중량% 이하 또는 71 중량% 이하로 포함될 수 있다.From this point of view, the oyster shell plastic workpiece according to one embodiment may be included in 70 to 80% by weight based on the total weight of the sheet. Specifically, the oyster shell plastic workpiece is 70% by weight or more, 71% by weight or more, 72% by weight or more, 73% by weight or more, 74% by weight or more, 75% by weight or more, 76% by weight or more, 77% by weight or more, based on the total weight of the sheet. 78% by weight or more, or 79% by weight or more, 80% by weight or less, 79% by weight or less, 78% by weight or less, 77% by weight or less, 76% by weight or less, 75% by weight or less, 74% by weight or less % or less, 73 wt% or less, 72 wt% or less, or 71 wt% or less.
일 실시예로서, 상기 베이스 기재에 포함되는 고무는 천연 고무, 이소프렌 고무, 니트로부타디엔 고무 또는 이들의 혼합물일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. As an example, the rubber included in the base substrate may be natural rubber, isoprene rubber, nitrobutadiene rubber, or a mixture thereof, but is not limited thereto.
일 실시예로서, 상기 베이스 기재에 포함되는 고분자 수지는 저밀도폴리에틸렌(low density polyethylene, LDPE), 고밀도폴리에틸렌(high density polyethylene, HDPE), 폴리비닐알콜(polyvinylalcohol, PVA), PET(polyethylene terephthalate), EPM(copolymer of ethylene and propylene), 폴리우레탄(poly urethan), 실리콘(sillicon), 에폭시(Epoxy) 또는 이들의 조합일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.As an embodiment, the polymer resin included in the base substrate is low density polyethylene (LDPE), high density polyethylene (HDPE), polyvinylalcohol (PVA), PET (polyethylene terephthalate), EPM (copolymer of ethylene and propylene), polyurethane (poly urethane), silicone (silicon), epoxy (Epoxy), or a combination thereof, but is not limited thereto.
일 실시예로서, 상기 시트는 우수한 방사선 차폐율을 제공하기 위한 관점에서, 300 내지 350 m2/g의 표면적, 0.001 내지 0.1 cm3/g의 총 공극 부피, 및 80 내지 90Å의 평균 공극 반경 중 하나 이상을 만족하는 것일 수 있다. 구체적으로, 일 실시예에 따른 상기 시트의 표면적은 300 m2/g 이상, 305 m2/g 이상, 310 m2/g 이상, 315 m2/g 이상 또는 320 m2/g 이상이고, 350 m2/g 이하, 345 m2/g 이하, 340 m2/g 이하, 335 m2/g 이하 또는 330 m2/g 이하일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 일 실시예에 따른 상기 시트의 총 공극 부피는 0.001 cm3/g 이상, 0.002 cm3/g 이상, 0.003 cm3/g 이상, 0.004 cm3/g 이상, 0.005 cm3/g 이상, 0.006 cm3/g 이상, 0.007 cm3/g 이상, 0.008 cm3/g 이상, 0.009 cm3/g 이상, 0.01 cm3/g 이상, 0.05 cm3/g 이상 또는 0.09 cm3/g 이상이고, 0.1 cm3/g 이하, 0.9 cm3/g 이하, 0.8 cm3/g 이하, 0.7 cm3/g 이하, 0.6 cm3/g 이하, 0.5 cm3/g 이하, 0.4 cm3/g 이하, 0.3 cm3/g 이하, 0.2 cm3/g 이하, 0.1 cm3/g 이하, 0.05 cm3/g 이하 또는 0.01 cm3/g 이하일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 일 실시예에 따른 상기 시트에 포함된 공극들의 평균 공극 반경은 80Å 이상, 81Å 이상, 82Å 이상, 83Å 이상, 84Å 이상, 85Å 이상, 86Å 이상, 87Å 이상, 88Å 이상 또는 89Å 이상일 수 있으며, 90Å 이하, 89Å 이하, 88Å 이하, 87Å 이하, 86Å 이하, 85Å 이하, 84Å 이하, 83Å 이하, 82Å 이하 또는 81Å 이하일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.In one embodiment, the sheet has a surface area of 300 to 350 m 2 /g, a total pore volume of 0.001 to 0.1 cm 3 /g, and an average pore radius of 80 to 90 Å, from the viewpoint of providing excellent radiation shielding rate. One or more may be satisfied. Specifically, the surface area of the sheet according to one embodiment is 300 m 2 /g or more, 305 m 2 /g or more, 310 m 2 /g or more, 315 m 2 /g or more, or 320 m 2 /g or more, and 350 m 2 /g or less, 345 m 2 /g or less, 340 m 2 /g or less, 335 m 2 /g or less, or 330 m 2 /g or less, but is not limited thereto. According to an embodiment, the total void volume of the sheet is 0.001 cm 3 /g or more, 0.002 cm 3 /g or more, 0.003 cm 3 /g or more, 0.004 cm 3 /g or more, 0.005 cm 3 /g or more, or 0.006 cm 3 /g or more, 0.007 cm 3 /g or more, 0.008 cm 3 /g or more, 0.009 cm 3 /g or more, 0.01 cm 3 /g or more, 0.05 cm 3 /g or more, or 0.09 cm 3 /g or more, and 0.1 cm 3 /g or less, 0.9 cm 3 /g or less, 0.8 cm 3 /g or less, 0.7 cm 3 /g or less, 0.6 cm 3 /g or less, 0.5 cm 3 /g or less, 0.4 cm 3 /g or less, 0.3 cm 3 / g or less, 0.2 cm 3 /g or less, 0.1 cm 3 /g or less, 0.05 cm 3 /g or less, or 0.01 cm 3 /g or less, but is not limited thereto. According to an embodiment, the average pore radius of pores included in the sheet may be 80 Å or more, 81 Å or more, 82 Å or more, 83 Å or more, 84 Å or more, 85 Å or more, 86 Å or more, 87 Å or more, 88 Å or more, or 89 Å or more, and 90 Å or less. , 89 Å or less, 88 Å or less, 87 Å or less, 86 Å or less, 85 Å or less, 84 Å or less, 83 Å or less, 82 Å or less, or 81 Å or less, but is not limited thereto.
일 실시예로서, 상기 방사선 차폐재는 텅스텐을 더 포함할 수 있다. 일 실시예로서, 상기 텅스텐은 산화텅스텐일 수 있으며, 상기 텅스텐의 입자크기는 나노 또는 마이크로 사이즈라면 제한되지 않는다. 본 개시는 굴 패각 소성가공물에 소량의 텅스텐을 혼합시킴으로써 방사선 차폐율을 더욱 개선할 수 있다. 상기 관점에서, 본 개시의 일 실시예에 따른 시트에 포함되는 굴패각 소성가공물과 텅스텐의 중량비는 2: 1 내지 4: 1일 수 있다. 구체적으로, 상기 굴패각 소성가공물과 텅스텐의 중량비는 2 이상: 1, 2.1 이상: 1, 2.2 이상: 1, 2.3 이상: 1, 2.4 이상: 1, 2.5 이상: 1, 2.6 이상: 1, 2.7 이상: 1, 2.8 이상: 1, 2.9 이상: 1, 3 이상: 1, 3.1 이상: 1, 3.2 이상: 1, 3.3 이상: 1, 3.4 이상: 1, 3.5 이상: 1, 3.6 이상: 1, 3.7 이상: 1, 3.8 이상: 1 또는 3.9 이상: 1일 수 있으며, 4 이하: 1, 3.9 이하: 1, 3.8 이하: 1, 3.7 이하: 1, 3.6 이하: 1, 3.5 이하: 1, 3.4 이하: 1, 3.3 이하: 1, 3.2 이하: 1, 3.1 이하: 1, 3 이하: 1, 2.9 이하: 1, 2.8 이하: 1, 2.7 이하: 1, 2.6 이하: 1, 2.5 이하: 1 또는 2.4 이하: 1일 수 있다.As an example, the radiation shielding material may further include tungsten. As an example, the tungsten may be tungsten oxide, and the particle size of the tungsten is not limited as long as it is a nano or micro size. The present disclosure can further improve the radiation shielding rate by mixing a small amount of tungsten with the oyster shell plastic workpiece. In view of the above, the weight ratio of the plastic-worked oyster shells and tungsten included in the sheet according to an embodiment of the present disclosure may be 2: 1 to 4: 1. Specifically, the weight ratio of the oyster shell plastic workpiece to tungsten is 2 or more: 1, 2.1 or more: 1, 2.2 or more: 1, 2.3 or more: 1, 2.4 or more: 1, 2.5 or more: 1, 2.6 or more: 1, 2.7 or more: 1, 2.8+: 1, 2.9+: 1, 3+: 1, 3.1+: 1, 3.2+: 1, 3.3+: 1, 3.4+: 1, 3.5+: 1, 3.6+: 1, 3.7+: 1, 3.8 or more: 1 or 3.9 or more: 1, 4 or less: 1, 3.9 or less: 1, 3.8 or less: 1, 3.7 or less: 1, 3.6 or less: 1, 3.5 or less: 1, 3.4 or less: 1, 3.3 or less: 1, 3.2 or less: 1, 3.1 or less: 1, 3 or less: 1, 2.9 or less: 1, 2.8 or less: 1, 2.7 or less: 1, 2.6 or less: 1, 2.5 or less: 1 or 2.4 or less: 1 day can
일 실시예로서, 상기 방사선 차폐시트의 두께는 0.01mm 내지 10mm일 수 있으나, 시트가 사용되는 용도에 따라 이에 제한되지 않고 당업자가 조절할 수 있다. As one embodiment, the thickness of the radiation shielding sheet may be 0.01 mm to 10 mm, but is not limited thereto depending on the purpose for which the sheet is used and can be adjusted by a person skilled in the art.
본 개시는 상술된 바와 같은 일 실시예들에 따른 방사선 차폐시트를 제조하기 위한 방법으로,The present disclosure is a method for manufacturing a radiation shielding sheet according to one embodiment as described above,
굴 패각을 분쇄 및 소성가공하여 굴 패각의 소성가공물을 제조하는 단계; Preparing a plastic product of oyster shells by crushing and plastically processing oyster shells;
베이스 기재를 용매에 녹인 캐스팅 용액에 상기 제조된 굴 패각의 소성가공물을 첨가한 뒤 교반하여 굴 패각의 소성가공물을 분산시키는 단계; 및Adding the prepared oyster shell plastic product to a casting solution in which the base substrate is dissolved in a solvent, and then stirring to disperse the oyster shell plastic product; and
상기 굴 패각의 소성가공물이 분산된 캐스팅 용액을 탈포시킨 후 압착 성형하여 방사선 차폐시트를 제조하는 단계;Preparing a radiation shielding sheet by degassing the casting solution in which the plastic workpiece of the oyster shell is dispersed and then pressing and molding;
를 포함할 수 있다.can include
일 실시예로서, 상기 소성가공은 600 내지 1200℃에서 300분 내지 350분 동안 수행되는 것일 수 있다. 구체적으로, 상기 소성가공 온도는 600℃ 이상, 700℃ 이상, 800℃ 이상, 900℃ 이상, 1000℃ 이상 또는 1100℃ 이상일 수 있으며, 1200℃ 이하, 1100℃ 이하, 또는 1000℃ 이하일 수 있다. 구체적으로, 상기 소성가공 시간은 300 분 이상 또는 310 분 이상일 수 있으며, 350 분 이하, 340 분 이하, 330 분 이하, 320 분 이하 또는 310 분 이하일 수 있다. 일 실시예에 따라 굴 패각을 상기 범위의 온도 및 시간에서 소성가공 할 경우 굴 패각 입자의 열 분해 및 입자 크기 감소로 인해 무게가 감소하며 동일 면적의 시트에 포함되는 굴 패각 입자의 함량, 즉 밀도를 높일 수 있으므로, 방사선 차폐시트의 차폐율을 증가시킬 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 소성가공 온도는 900 내지 1200℃일 수 있다. 900℃에서 굴 패각에 포함된 탄산칼슘이 산화칼슘으로 변환되므로, 900℃ 이상의 온도로 소성가공시 방사선 차폐시트의 차폐율을 현저히 증가시킬 수 있다.As an embodiment, the plastic working may be performed at 600 to 1200 ° C. for 300 minutes to 350 minutes. Specifically, the plastic working temperature may be 600 ° C or more, 700 ° C or more, 800 ° C or more, 900 ° C or more, 1000 ° C or more or 1100 ° C or more, and may be 1200 ° C or less, 1100 ° C or less, or 1000 ° C or less. Specifically, the plastic working time may be 300 minutes or more or 310 minutes or more, and may be 350 minutes or less, 340 minutes or less, 330 minutes or less, 320 minutes or less, or 310 minutes or less. According to one embodiment, when the oyster shell is plastically processed at the temperature and time within the above range, the weight is reduced due to thermal decomposition and particle size reduction of the oyster shell particles, and the content of the oyster shell particles included in the sheet of the same area, that is, the density Since can be increased, the shielding rate of the radiation shielding sheet can be increased. More specifically, the plastic working temperature may be 900 to 1200 ℃. Since the calcium carbonate contained in the oyster shell is converted to calcium oxide at 900 ° C, the shielding rate of the radiation shielding sheet can be significantly increased during plastic processing at a temperature of 900 ° C or higher.
일 실시예로서, 상기 방법은 굴 패각을 분쇄전 세척 및 건조하는 단계를 더 포함할 수 있다. 구체적으로, 굴 패각을 물을 사용하여 세척하여 염분 또는 오염 물질을 제거하고, 건조를 통해 물기를 제거하는 단계를 포함할 수 있다. 일 실시예로서, 상기 굴 패각의 분쇄 공정은 굴 패각 입자를 마이크로미터 단위로 세립화할 수 있는 것이면 제한되지 않으며, 당업계에서 통상적으로 사용되는 분쇄공정 또는 분쇄기(grinder)가 사용될 수 있다. As an embodiment, the method may further include washing and drying the oyster shells before crushing. Specifically, it may include washing the oyster shells with water to remove salt or contaminants and removing water through drying. As an example, the grinding process of the oyster shell is not limited as long as the oyster shell particles can be granulated in micrometer units, and a grinding process or grinder commonly used in the art may be used.
일 실시예로서, 상기 방법은 굴 패각을 분쇄한 후 필터에 여과시켜 균등한 입자크기의 굴 패각 분말을 수득하는 단계를 더 포함할 수 있다. 일 실시예로서 상기 여과는 미세 그물망이 사용될 수 있다. 상기와 같은 여과 공정을 거칠 경우 균등한 입자크기로 인해 보다 균질한 방사선 차폐효율을 제공할 수 있다. As an embodiment, the method may further include the step of obtaining oyster shell powder having a uniform particle size by filtering the oyster shells after crushing them. As an example, a fine mesh may be used for the filtration. When the filtration process is performed as described above, a more uniform radiation shielding efficiency can be provided due to the uniform particle size.
일 실시예로서, 상기 방법은 상기 캐스팅 용액에 굴 패각의 소성가공물을 분산시키는 단계는 텅스텐을 투입하여 분산시키는 것을 더 포함할 수 있으며, 상기 텅스텐은 상술된 바와 같다. 일 실시예로서, 상기 방법은 굴 패각의 소성가공물과 텅스텐을 혼합시킴으로써 보다 개선된 방사선 차폐 효율을 제공할 수 있다. As an embodiment, the method may further include dispersing the plastic workpiece of the oyster shell in the casting solution by introducing and dispersing tungsten, and the tungsten is as described above. As an example, the method can provide more improved radiation shielding efficiency by mixing the plastic workpiece of the oyster shell with tungsten.
이하, 실시예를 참조하여 본 개시를 상세히 설명한다. 이들은 오로지 본 개시를 보다 구체적으로 설명하기 위해 예시적으로 제시한 것일 뿐, 본 개시의 범위가 이 실시예에 의해 제한되지 않는다는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가지는 자에 있어서 자명할 것이다. Hereinafter, the present disclosure will be described in detail with reference to examples. These are only presented as examples to explain the present disclosure in more detail, and it will be apparent to those skilled in the art that the scope of the present disclosure is not limited by these examples.
[실시예 1][Example 1]
본 개시의 일 실시예에 따른 방사선 차폐시트를 다음과 같이 제조하였다.A radiation shielding sheet according to an embodiment of the present disclosure was manufactured as follows.
해안에서 수집한 굴 패각을 증류수로 이용하여 세척한 후 80℃ 열풍 건조기를 통해 12시간 건조시켰다. 그 다음 분쇄기를 사용하여 분쇄한 후 미세 그물망을 이용하여 입자크기를 균등하게 걸러, 평균 입자 크기 2.0 내지 3.54μm의 굴 패각 분말 23g을 수득하였다. 상기 굴 패각 분말을 머플 퍼니스(Muffle Furnaces; Nabertherm, co. Model: L5/11)에 넣고 1200℃에서 최소 300분간 소성가공을 수행하였다. 상기 제조된 소성 후 굴 패각 분말 입자의 부피는 0.245 cm3/g였다.Oyster shells collected from the shore were washed with distilled water and dried for 12 hours using a hot air dryer at 80 ° C. Then, 23 g of oyster shell powder having an average particle size of 2.0 to 3.54 μm was obtained by pulverizing using a grinder and filtering the particle size evenly using a fine net. The oyster shell powder was put into a muffle furnace (Muffle Furnaces; Nabertherm, co. Model: L5/11) and plastic working was performed at 1200 ° C. for at least 300 minutes. The volume of the prepared oyster shell powder particles after firing was 0.245 cm 3 /g.
그 다음, 용매 N-디메틸포름아미드(DMF, 99.5%)에 고밀도 폴리에틸렌(HDPE, 분자량 400만 이상, 밀도 0.91g/cm3)를 최종 제조되는 시트 100 중량%에 대하여 10중량%가 되도록 투입하고 교반기를 사용하여 교반하며 용해시켜 캐스팅 용액을 제조하였다. 상기 캐스팅 용액에 방사선 차폐재로서 상기 제조한 굴 패각 소성가공 분말을 최종 제조되는 시트 100 중량%에 대하여 70 중량%가 되도록 첨가한 뒤, 5000rpm으로 교반하여 입자를 분산시켰다. 차폐시트 내부의 공극을 제거하기 위하여 가소제로 다이아이소노닐 프탄산(Diisononyl phthalate, DINP)을 최종 제조되는 시트 100 중량%에 대하여 0.85~0.95중량%가 되도록 투입한 후 혼합시켰다. 최종 캐스팅 용액의 균일한 방사선 차폐성능을 유지하기 위해서 이물질을 필터링을 통해 제거하고 탈포 과정을 거친 후 압착 성형의 캘린더 공정을 통해 시트 형태로 제조하였다. 상기 제조된 방사선 차폐 시트의 평균 공극 반경은 84Å, 시트내 상기 굴 패각 분말 입자의 표면적은 329.0 m2/g였다. Then, high-density polyethylene (HDPE, molecular weight of 4 million or more, density of 0.91 g / cm 3 ) was added to the solvent N-dimethylformamide (DMF, 99.5%) to be 10% by weight based on 100% by weight of the final sheet, and A casting solution was prepared by dissolving while stirring using a stirrer. After adding the prepared oyster shell plastic processing powder as a radiation shielding material to the casting solution to be 70% by weight based on 100% by weight of the final sheet, the particles were dispersed by stirring at 5000 rpm. In order to remove voids inside the shielding sheet, diisononyl phthalate (DINP) as a plasticizer was added to 0.85 to 0.95% by weight based on 100% by weight of the final sheet, and then mixed. In order to maintain the uniform radiation shielding performance of the final casting solution, foreign substances were removed through filtering, degassed, and then prepared in a sheet form through a calendering process of compression molding. The average pore radius of the prepared radiation shielding sheet was 84 Å, and the surface area of the oyster shell powder particles in the sheet was 329.0 m 2 /g.
[실시예 2][Example 2]
본 개시의 다른 일 실시예로서, 상기 실시예 1에서 굴 패각 분말의 소성온도를 600℃로 하여 소성가공한 것을 제외하고는 동일한 방법으로 방사선 차폐 시트를 제조하였다.As another embodiment of the present disclosure, a radiation shielding sheet was manufactured in the same manner as in Example 1, except that the firing temperature of the oyster shell powder was 600 ° C.
[실시예 3][Example 3]
본 개시의 다른 일 실시예로서, 상기 실시예 1에서 시트의 베이스 기재로서 고밀도 폴리에틸렌대신 고무를 사용한 것을 제외하고는 동일한 방법으로 방사선 차폐 시트를 제조하였다.As another embodiment of the present disclosure, a radiation shielding sheet was manufactured in the same manner as in Example 1, except that rubber was used instead of high-density polyethylene as the base material of the sheet.
[실시예 4][Example 4]
본 개시의 다른 일 실시예로서, 상기 실시예 3에서 상기 캐스팅 용액에 투입하는 방사선 차폐재로 굴 패각 소성가공 분말과 나노산화텅스텐 분말(제조사: 대구텍 제품명: 금속 텅스텐 분말)을 8:2의 중량비로 첨가한 것을 제외하고는 동일한 방법으로 방사선 차폐 시트를 제조하였다.As another embodiment of the present disclosure, as a radiation shielding material introduced into the casting solution in Example 3, oyster shell plastic processing powder and nanotungsten oxide powder (manufacturer: Taegutec product name: metal tungsten powder) in a weight ratio of 8: 2 A radiation shielding sheet was prepared in the same manner except for the addition.
[실시예 5][Example 5]
본 개시의 다른 일 실시예로서, 상기 실시예 1에서 상기 캐스팅 용액에 투입하는 방사선 차폐재로 굴 패각 소성가공 분말과 나노산화텅스텐 분말(제조사: 대구텍 제품명: 금속 텅스텐 분말)을 8:2의 중량비로 첨가한 것을 제외하고는 동일한 방법으로 방사선 차폐 시트를 제조하였다.As another embodiment of the present disclosure, as a radiation shielding material introduced into the casting solution in Example 1, oyster shell plastic processing powder and nanotungsten oxide powder (manufacturer: Taegutec product name: metal tungsten powder) in a weight ratio of 8: 2 A radiation shielding sheet was prepared in the same manner except for the addition.
[비교예 1] [Comparative Example 1]
본 개시의 비교예로서, 상기 실시예 1에서 굴 패각 분말을 소성시키지 않고 캐스팅 용액에 투입한 것을 제외하고는 동일한 방법으로 방사선 차폐 시트를 제조하였다.As a comparative example of the present disclosure, a radiation shielding sheet was prepared in the same manner as in Example 1, except that the oyster shell powder was added to the casting solution without being calcined.
[시험예 1][Test Example 1]
상기 실시예의 차폐시트들의 방사선 차폐 성능을 한국산업표준에 X선 방호용품류의 납 당량 시험방법(KS A 4025: 2017)에 따라 평가하였으며, 이에 따른 방사선 차폐율 측정 방법을 도 1에 개략적으로 나타내었다.The radiation shielding performance of the shielding sheets of the above embodiment was evaluated according to the lead equivalent test method for X-ray protective products (KS A 4025: 2017) in the Korean Industrial Standard, and the radiation shielding rate measurement method according to this is schematically shown in FIG. was
도 1에 나타난 바와 같이, X선 튜브에서 차폐시트까지의 거리를 150cm로 설정하고 차폐시트와 전리함 간의 거리를 5cm로 설정하였다. 전리함에서 바닥까지의 거리는 70cm로 설정하였다. 차폐시트의 차폐율 계산은 아래의 수학식에 따라 계산하였다.As shown in FIG. 1, the distance from the X-ray tube to the shielding sheet was set to 150 cm, and the distance between the shielding sheet and the ionization chamber was set to 5cm. The distance from the ionization box to the floor was set to 70 cm. The shielding rate of the shielding sheet was calculated according to the following equation.
[수학식 1][Equation 1]
방사선 차폐율(%)= (1-W/W0)×100 Radiation shielding rate (%)= (1-W/W 0 )×100
여기서, W는 X-ray tube와 선량계(Dosemeter) 사이에 차폐시트가 있을 경우에 측정한 선량값이며, W0는 X-ray tube와 선량계(Dosemeter) 사이에 차폐시트가 없을 경우에 측정한 조사선량값이다.Here, W is the dose value measured when there is a shielding sheet between the X-ray tube and the dosimeter, and W 0 is the irradiation value measured when there is no shielding sheet between the X-ray tube and the dosimeter. is the dose value.
X-선 발생장치(Tosiba E7239, 150kV-500mA, 1999, Japan)를 이용하여 실험하였으며 결과의 평균값을 이용하였다. 선량 검출기는 DosiMax plus 1(2019. iba Dosimetry.Corp.)로 검정 및 교정 후 사용하였다.An experiment was conducted using an X-ray generator (Tosiba E7239, 150kV-500mA, 1999, Japan), and the average value of the results was used. The dose detector was used after calibration and calibration with DosiMax plus 1 (2019. iba Dosimetry.Corp.).
그 결과, 상기 표 2에 나타난 바와 같이, 굴 패각 분말을 소성가공하지 않고 제조한 비교예 1과 비교하여, 굴 패각 분말을 소성가공하여 제조한 실시예 1 및 실시예 2의 방사선 차폐율이 더 높은 것으로 나타났으며, 특히 굴 패각 분말을 1000 내지 1400℃의 온도에서 소성한 실시예 1의 경우 실시예 2보다도 현저히 향상된 방사선 차폐율을 나타내었다. 이는 굴 패각의 열 소성 가공을 통해 입자간 접촉면적이 증가하였기 때문이다. As a result, as shown in Table 2, compared to Comparative Example 1 prepared without plastic processing, the radiation shielding rate of Examples 1 and 2 prepared by plastic processing of oyster shell powder was higher. It was found to be high, and in particular, Example 1, in which oyster shell powder was calcined at a temperature of 1000 to 1400 ° C., showed a significantly improved radiation shielding rate than Example 2. This is because the contact area between particles increased through thermal plastic processing of oyster shells.
[시험예 2][Test Example 2]
본 개시의 일 실시예에 따라 나노산화텅스텐을 더 포함하는 방사선 차폐시트의 방사선 차폐율을 상기 시험예 1과 동일한 방법으로 평가하였다.The radiation shielding rate of the radiation shielding sheet further comprising nanotungsten oxide according to an embodiment of the present disclosure was evaluated in the same manner as in Test Example 1.
(kVp)medical radiation energy
(kVp)
그 결과, 상기 표 3에 나타난 바와 같이 방사선 차폐재로 굴 패각 소성가공 분말과 텅스텐 분말의 혼합물을 포함하는 실시예 4 및 5의 경우 굴 패각 소성가공 분말을 단독으로 포함하는 실시예 1과 비교하여 고에너지(100kVp)대 및 저에너지(50~80kVp)대에서 모두 매우 증가된 방사선 차폐율을 나타내었다. 또한, 시트의 베이스 기재로 고무를 사용한 실시예 4가 고분자 수지를 사용한 실시예 5보다 방사선 차폐율이 약 10% 더 우수한 것으로 나타났으며, 이는 굴 패각 분말의 다공성으로 인해 고무와의 친화성이 더 우수하여 제조공정에 굴 패각 분말의 분산이 더 고르게 이루어졌기 때문이다. As a result, as shown in Table 3, in Examples 4 and 5 containing a mixture of oyster shell plastic-processed powder and tungsten powder as a radiation shielding material, compared to Example 1 containing oyster shell plastic-processed powder alone, high Both the energy (100 kVp) band and the low energy (50 to 80 kVp) band showed greatly increased radiation shielding rates. In addition, Example 4 using rubber as the base material of the sheet showed about 10% better radiation shielding than Example 5 using a polymer resin, which is due to the porosity of the oyster shell powder. This is because the dispersion of oyster shell powder in the manufacturing process was more evenly achieved.
[시험예 3][Test Example 3]
본 개시에 따른 방사선 차폐시트와 납을 포함하는 종래 방사선 차폐시트의 방사선 차폐율을 아래와 같이 비교 평가하였다.The radiation shielding rates of the radiation shielding sheet according to the present disclosure and the conventional radiation shielding sheet containing lead were compared and evaluated as follows.
종래 사용되던 방사선 차폐시트로는 방사선 차폐재로 국제 공인된 순수 표준 납을 포함하는 시트를 사용하였다(비교예 2).As a conventionally used radiation shielding sheet, a sheet containing internationally recognized pure standard lead as a radiation shielding material was used (Comparative Example 2).
(kVp)medical radiation energy
(kVp)
상기 결과로부터, 본 개시에 따른 실시예의 경우 제조비용은 종래 방사선 차폐재의 주재료로 납 또는 텅스텐을 포함하는 방사선 차폐시트의 10% 정도에 불과함에도 방사선 차폐율은 상기 종래 납을 포함하는 시트에 근접하게 나타내어, 종래 시트를 대체할 수 있음을 확인할 수 있다.From the above results, in the case of the embodiment according to the present disclosure, although the manufacturing cost is only about 10% of the radiation shielding sheet containing lead or tungsten as the main material of the conventional radiation shielding material, the radiation shielding rate is close to that of the conventional lead-containing sheet As shown, it can be confirmed that the conventional sheet can be replaced.
Claims (10)
상기 베이스 기재에 분산된 방사선 차폐재;
를 포함하며,
상기 방사선 차폐재는 굴 패각 소성가공물을 포함하는, 방사선 차폐시트.A base substrate comprising at least one of rubber and polymer resin; and
a radiation shielding material dispersed in the base substrate;
Including,
The radiation shielding material is a radiation shielding sheet comprising an oyster shell plastic workpiece.
상기 굴 패각 소성가공물과 텅스텐의 중량비는 3: 1 내지 5: 1인, 시트.The method of claim 1, wherein the radiation shielding material further comprises tungsten,
The weight ratio of the oyster shell plastic workpiece and tungsten is 3: 1 to 5: 1, sheet.
300 내지 350 m2/g의 표면적;
0.001 내지 0.1 cm3/g의 총 공극 부피; 및
80 내지 90Å의 평균 공극 반경;
중 하나 이상을 만족하는 것인, 시트.The method of claim 1, wherein the sheet
a surface area of 300 to 350 m 2 /g;
total pore volume of 0.001 to 0.1 cm 3 /g; and
an average pore radius of 80 to 90 Å;
A sheet that satisfies at least one of the following.
굴 패각을 분쇄 및 소성가공하여 굴 패각의 소성가공물을 제조하는 단계;
베이스 기재를 용매에 녹인 캐스팅 용액에 상기 제조된 굴 패각의 소성가공물을 첨가한 뒤 교반하여 굴 패각의 소성가공물을 분산시키는 단계; 및
상기 굴 패각의 소성가공물이 분산된 캐스팅 용액을 탈포시킨 후 압착 성형하여 방사선 차폐시트를 제조하는 단계;
를 포함하는, 제조방법.A method for manufacturing the radiation shielding sheet of any one of claims 1 to 5,
Preparing a plastic product of oyster shells by crushing and plastically processing oyster shells;
Adding the prepared oyster shell plastic product to a casting solution in which the base substrate is dissolved in a solvent, and then stirring to disperse the oyster shell plastic product; and
Preparing a radiation shielding sheet by degassing the casting solution in which the plastic workpiece of the oyster shell is dispersed and then pressing and molding;
Including, manufacturing method.
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