一种无铅轻质X、γ射线防护材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种无铅轻质X、γ射线防护材料及其制备方法，由三层组成，自下而上分别为聚酰亚胺薄膜、铋薄皮层、功能PU涂层。在聚酯亚胺薄膜上均匀涂抹纳米金属铋粉体，经过高温热压后金属铋粉体熔融成铋薄皮层，将纳米金属铋粉体改性后添加到PU胶中混合均匀后喷涂于铋薄皮层表面上，干燥后将织物通过延压机滚筒延压成形，制得无铅轻质X、γ射线防护材料。所制备的X、γ射线防护材料因片状铋薄皮层大大提高了防护效率，作为防护服装材料，不仅耐高温，无铅轻量化，且制备工艺简单，生产效率高，在射线防护方面具有良好的应用前景。

A Lead-free Light X-ray and Gamma-ray Protective Material and Its Preparation Method

【技术实现步骤摘要】
一种无铅轻质X、γ射线防护材料及其制备方法
本申请涉及防辐射领域，具体涉及一种无铅轻质X、γ射线防护材料及其制备方法。
技术介绍
近年来，随着国防科研、放射医学和原子能工业的迅速发展，各种射线的使用日益广泛。X、γ射线是其重要的一种。X、γ射线可以进入到人体的内部并与体内细胞发生电离，电离产生的离子能破坏人体内活细胞中蛋白质、核酸等遗传物质，从而导致人体内的正常代谢过程，严重的可以导致体内活细胞的死亡。由于长期接触X、γ射线，对性腺、乳腺、造血骨髓等都会产生伤害，超过剂量甚至会致癌，给人体带来严重威胁。因此根据X、γ射线的性质及其与物质的作用机理，应选择和制备相应的材料进行防护。最早出现的X、γ射线防护材料是铅板、铁板等金属材料，后来又将重金属引入制备防护玻璃及橡胶铅制品，并加工成各种防护服、头盔、防护手套等。所制备的传统防护服不仅防护效率差，只能屏蔽一些低能X射线，且透气性差，笨重，穿用不舒适，同时铅对人体和环境都存在严重的危害。目前现有技术制备的无铅轻量化防护服，一般都是将球状或不规则形状的射线吸收粉体作为主要的射线吸收物质，将吸收粉体通过物理共混法与有机基材混合均匀，通过涂覆或压延等工艺制备成防辐射材料。如中国专利技术专利CN1075702308A中公开了一种环氧树脂基辐射防护材料，是将稀土氧化物粉体、氧化铅粉体用偶联剂改性后与环氧树脂共混后模压而成；如中国专利技术专利CN107316667A中公开了一种辐射防护材料及其制备方法，将金属屏蔽粉体：钨、锑、钽、铋等与高分子韧性基质混炼后压制形成所述防护材料。如中国专利技术专利CN104900282A中公开了一种γ辐射防护服的制备方法，将球磨制备的微纳米级别γ辐射防护功能粉体加入橡胶基体中，与织物进行压延贴胶，并硫化成型得到γ辐射防护织物。现有技术制备的射线防护材料虽然摆脱了传统防护材料笨重的缺点，防护功能有所提升。但是，在这些材料中所用到的功能射线吸收粉体由于球状或不规则的形状，其颗粒之间存在间隙，在进行射线防护的过程中，光子会通过间隙直接泄露出来。一般情况下会通过防护材料的叠加的方式来增加射线与吸收粉体的作用几率。如此便会使得所制备的射线防护服装的重量增加，以及资源的浪费。。
技术实现思路
为了解决上述的技术问题，本专利技术提出一种无铅轻质X、γ射线防护材料及其制备方法，在相同厚度和质量下可大幅度提高射线屏蔽效果。本专利技术提供一种无铅轻质X、γ射线防护材料，由三层结构组成，自上而下分别为聚酰亚胺薄膜(1)、铋薄皮层(2)和功能PU涂层(3)；所述防护材料的厚度为0.3～0.7mm。作为本专利技术进一步的改进，所述聚酰亚胺薄膜(1)厚度为150～250μm。作为本专利技术进一步的改进，所述铋薄皮层(2)厚度为50～200μm。作为本专利技术进一步的改进，所述功能PU涂层(3)的原料组成为：金属铋粉体、二甲基乙酰胺、PU胶和硅烷偶联剂。作为本专利技术进一步的改进，所述金属铋粉体与硅烷偶联剂的质量比为2:1～5：1，二甲基乙酰胺与PU胶质量比为2:1～1：2，金属铋粉体与PU的质量比为0.5:1～3：1。本专利技术进一步保护一种制备上述的无铅轻质X、γ射线防护材料的方法，包括以下步骤：S1.制备金属铋溶液:将纳米金属铋粉体均匀分散到无水乙醇中，质量比为1：1～1：5，超声搅拌10min，形成的金属铋溶液粘度为1000～10000mPa.s，将溶液均匀涂抹在耐高温的聚酰亚胺薄膜(1)上；所述纳米金属铋粉体直径10nm～100nm，径厚比为1～500；S2.热压形成铋薄皮层(2)：将步骤S1均匀涂抹金属铋的聚酰亚胺薄膜，至于热压机上，先在250～270℃的温度、0压力下预热20min，使得金属铋粉体均匀受热；将温度升高至285～300℃，在25MPa的机械压力下，恒温恒压压制10～20min，金属铋粉体高温熔融，形成铋薄皮层(2)，厚度为50～200μm；S3.制备功能PU涂料：将纳米金属铋粉体和硅烷偶联剂均匀混合，在超声波发生器内处理10～20min后，滴加二甲基乙酰胺溶液，机械搅拌1～2小时，分散均匀后加入PU胶，继续搅拌均匀，升温至为50～60℃脱除部分二甲基乙酰胺，调节粘度值，继续搅拌20～30min后，获得功能PU胶涂层(3)的涂料，粘度为1000～5000mPa.s；S4.喷涂功能PU涂层(3)：将步骤S3中所述涂料加入喷涂装置料筒，通过喷涂工艺喷涂到步骤S2所述的铋薄皮层(2)上，干燥后制得功能PU涂层(3)；所述喷涂的工艺参数为上液量为500ml/min～800ml/min，空气压力为0.3MPa～0.7MPa，喷涂头喷嘴的直径为10cm，喷嘴距布面距离为15cm，喷枪往返的次数为30次/min～120次/min；所述功能PU涂层厚度为0.1m～0.3mm；S5.延压成型材料：将上所述步骤S4得到的三层材料通过压延机辊筒延压，使得铋薄片层(2)和功能PU层(3)平整、均匀地覆贴于聚酰亚胺薄膜(1)表面，得到延压成型的无铅轻质X、γ射线防护材料。作为本专利技术进一步的改进，所述步骤S5中的压延工艺参数为：上辊温度80℃～120℃，中辊温度70℃～100℃，下辊温度60℃～115℃，辊距1mm，压延速度为35～50m/min。本专利技术进一步保护一种上述的无铅轻质X、γ射线防护材料的用途，所述防护材料用于X、γ射线防护服装材料。本专利技术具有如下有益效果：(1)金属铋有良好屏蔽X、γ射线的能力，取代传统重金属和现有混合多种金属的复合材料，满足无铅、轻质、环保的防护服装材料的现代要求。(2)相同体积的一颗片状粉体颗粒与光子发生相互作用的几率是球状粉体颗粒的100倍以上。且金属铋的熔点为271.3℃，在耐高温基布上均匀喷洒后经高温压制，粉体会融压呈片状，排列紧密，互相交叠成几乎无缝隙的金属铋薄皮，极度减小光子从间隙透过的几率，大大提高了对射线的屏蔽能力。附图说明图1为本专利技术实施例中无铅轻质X、γ射线防护材料的制备方法的流程图；图2为本专利技术实施例中无铅轻质X、γ射线防护材料的结构示意图；图3为本专利技术实施例中使用的纳米金属铋粉体的扫描电镜图；图4为本专利技术实施例1步骤S02制备的铋薄皮层的扫描电镜图；其中，1.聚酰亚胺薄；2.铋薄皮层；3.功能PU涂层。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所述的实施例只是本专利技术的部分具有代表性的实施例，而不是全部实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的其他所有实施例都属于本专利技术的保护范围。实施例1参照附图2，一种无铅轻质X、γ射线防护材料由三层结构组成，自上而下分别为聚酰亚胺薄膜1、铋薄皮层2、功能PU涂层3；厚度为0.3mm。聚酰亚胺薄膜1厚度为150μm，为X、γ射线防护材料的基材；铋薄皮层2厚度为50μm，粉体被熔融后压呈片状，形成无缝隙的金属铋薄皮，极度减小光子从间隙透过的几率，大大提高了对射线的屏蔽能力；功能PU涂层3原料组成为：金属铋粉体、二甲基乙酰胺、PU胶和硅烷偶联剂，其中金属铋粉体与硅烷偶联剂的质量比为3:1，二甲基乙酰胺与PU胶质量比为1:1，金属铋粉体与PU胶的质量比为2:1；涂层厚度为0.1mm。参照附图1，一种无铅轻质X、γ射线防护材料由以下步骤制备：步骤S01本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种无铅轻质X、γ射线防护材料，其特征在于，由三层结构组成，自上而下分别为聚酰亚胺薄膜(1)、铋薄皮层(2)和功能PU涂层(3)；所述防护材料的厚度为0.3～0.7mm。

【技术特征摘要】
1.一种无铅轻质X、γ射线防护材料，其特征在于，由三层结构组成，自上而下分别为聚酰亚胺薄膜(1)、铋薄皮层(2)和功能PU涂层(3)；所述防护材料的厚度为0.3～0.7mm。2.根据权利要求1所述的无铅轻质X、γ射线防护材料，其特征在于，所述聚酰亚胺薄膜(1)厚度为150～250μm。3.根据权利要求1所述的无铅轻质X、γ射线防护材料，其特征在于，所述铋薄皮层(2)厚度为50～200μm。4.根据权利要求1所述的无铅轻质X、γ射线防护材料，其特征在于，所述功能PU涂层(3)的原料组成为：金属铋粉体、二甲基乙酰胺、PU胶和硅烷偶联剂。5.根据权利要求4所述的无铅轻质X、γ射线防护材料，其特征在于，所述金属铋粉体与硅烷偶联剂的质量比为2:1～5：1，二甲基乙酰胺与PU胶质量比为2:1～1：2，金属铋粉体与PU的质量比为0.5:1～3：1。6.一种制备权利要求1-5任一项所述的无铅轻质X、γ射线防护材料的方法，其特征在于，包括以下步骤：S1.制备金属铋溶液:将纳米金属铋粉体均匀分散到无水乙醇中，质量比为1：1～1：5，超声搅拌10min，形成的金属铋溶液粘度为1000～10000mPa.s，将溶液均匀涂抹在耐高温的聚酰亚胺薄膜(1)上；所述纳米金属铋粉体直径10nm～100nm，径厚比为1～500；S2.热压形成铋薄皮层(2)：将步骤S1均匀涂抹金属铋的聚酰亚胺薄膜，至于热压机上，先在250～270℃的温度、0压力下预热20min，使得金属铋粉体均匀受热；将温度升高至285～300℃，在25MPa的机械压力下，恒温恒压压制10～2...

【专利技术属性】
技术研发人员：姚理荣，石敏，万星辰，吴绥菊，杨涛，潘刚伟，徐思峻，
申请(专利权)人：南通大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32