一种改性纳米钐/铋/乙烯基酯辐射屏蔽复合材料的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种改性纳米钐/铋/乙烯基酯辐射屏蔽复合材料的制备方法，属于辐射屏蔽材料技术领域。改性纳米钐/铋/乙烯基酯辐射屏蔽复合材料，包括以下质量百分比的原料：改性纳米氧化钐5～20％、改性纳米氧化铋5～20％、环氧乙烯基酯树脂60～90％。添加改性纳米颗粒(改性纳米氧化钐、改性纳米氧化铋)能够显著增强复合材料的热稳定性能和屏蔽性能，当改性纳米颗粒(填料)含量为40wt.％时，800℃残炭率从纯树脂的3.01％提高到46.49％，伽马射线线性衰减系数提升了89％，热中子宏观截面提升了280％，但过量添加会严重破坏复合材料的力学性能，综合考虑，掺杂量为30wt.％时，复合材料综合性能最佳。综合性能最佳。综合性能最佳。

【技术实现步骤摘要】
一种改性纳米钐/铋/乙烯基酯辐射屏蔽复合材料的制备方法


[0001]本专利技术涉及屏蔽材料
，特别是涉及一种改性纳米钐/铋/乙烯基酯辐射屏蔽复合材料的制备方法。

技术介绍

[0002]随着核科学技术的日益进步，核电站、放射医疗及航天航空等核相关领域具有良好的发展前景。核产业发展的基础是核技术的安全应用，而核辐射防护是核技术的安全应用的保障，核辐射的危害程度与辐射的种类、能量和照射时间等相关，核辐射射线主要有α粒子、β粒子、伽马射线和中子等，其中，伽马射线和中子是最具危害的辐射，暴露在这类辐射下会引起严重的放射生物学效应，如致癌和DNA损伤。此外，复杂的辐射环境使得辐射屏蔽材料不仅需要优良的物理力学性能，还要兼顾混合辐射场的屏蔽。传统的屏蔽材料常为混凝土、水和重金属铅，前两者存在体积大、移动难和力学性能差等缺点，后者具有生物毒性，且屏蔽性能单一，不能对中子进行有效防护，逐渐被掺杂屏蔽填料的高分子聚合物复合材料所取代。
[0003]近年来，国内外科研工作者聚焦于多种屏蔽填料共同掺杂高分子聚合物的屏蔽材料，其中高分子聚合物含有大量的氢元素能够慢化快中子，而钨、钽和硼、钆等屏蔽填料的掺杂可分别对高能伽马射线和热中子进行吸收。改性钆/硼/聚乙烯纳米复合材料在厚度为11.7cm时对Cf
‑
252中子源的中子屏蔽率达到90％，在厚度为13.5cm时对Cs
‑
137伽马源的射线屏蔽率达到70％；金属/陶瓷/橡胶复合材料在厚度为6.6cm时，对100KV管电压的X射线衰减了84.1％，对Pu
‑
Be中子源的屏蔽率达到65.8％。但上述复合材料存在填料在基体中分布不均匀和界面相容性差等问题。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种改性纳米钐/铋/乙烯基酯辐射屏蔽复合材料的制备方法，以解决现有技术中存在的问题，本专利技术采用密度接近的纳米氧化钐(nanoSm2O3)和纳米氧化铋(nanoBi2O3)分别作为慢中子的吸收剂和伽马射线的屏蔽剂，用硅烷偶联剂对nanoSm2O3和nanoBi2O3进行表面修饰，改善其界面相容性，然后以改性后的纳米颗粒为屏蔽填料，环氧乙烯基酯树脂(VE)为基体制备得到了一种改性纳米钐/铋/乙烯基酯辐射屏蔽复合材料，有效解决了现有技术中的屏蔽材料在基体中分布不均匀、界面相容性差、力学性能差和屏蔽性能单一等问题。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
[0006]本专利技术的技术方案之一：一种改性纳米钐/铋/乙烯基酯辐射屏蔽复合材料，包括以下质量百分比的原料：改性纳米氧化钐5～20％、改性纳米氧化铋5～20％、环氧乙烯基酯树脂(VE)60～90％。
[0007]进一步地，所述改性纳米氧化钐的制备，具体包括：用盐酸将乙醇水溶液的pH值调节至3～4，然后加入硅烷偶联剂，搅拌水解后加入纳米氧化钐，冰浴超声处理后加热处理，
得到所述改性纳米氧化钐(改性纳米颗粒)；
[0008]所述改性纳米氧化铋的制备，具体包括：用盐酸将乙醇水溶液的pH值调节至3～4，然后加入硅烷偶联剂，搅拌水解后加入纳米氧化铋，冰浴超声处理后加热处理，得到所述改性纳米氧化铋(改性纳米颗粒)。
[0009]进一步地，所述纳米氧化钐和纳米氧化铋的粒径均为100～200nm，纯度均为99.99wt.％。
[0010]进一步地，所述盐酸的浓度为0.1mol/L；所述乙醇水溶液中乙醇和水的体积比为4:1。
[0011]进一步地，所述硅烷偶联剂为3
‑
(三甲氧基甲硅基)甲基丙烯酸丙酯(KH
‑
570)；所述搅拌水解的时间为30min；所述冰浴超声处理的时间为30min。
[0012]进一步地，所述加热处理的温度为80℃，时间为3h。
[0013]本专利技术的技术方案之二：一种上述改性纳米钐/铋/乙烯基酯辐射屏蔽复合材料的制备方法，包括以下步骤：
[0014]按质量百分比称取各个原料，混合后搅拌分散，然后加入脱泡剂和促进剂，进行一次搅拌后加入固化剂，进行二次搅拌，最后经固化处理，得到所述改性纳米钐/铋/乙烯基酯辐射屏蔽复合材料。
[0015]进一步地，所述搅拌分散的时间为30min；所述一次搅拌和二次搅拌的时间均为2min；所述固化处理的时间为12h。
[0016]进一步地，所述脱泡剂为二甲基硅油消泡剂；所述促进剂为异辛酸钴；所述固化剂为过氧化甲乙酮。
[0017]本专利技术公开了以下技术效果：
[0018](1)本专利技术的改性纳米钐/铋/乙烯基酯辐射屏蔽复合材料热稳定性好、力学性能优良，且具有优异的辐射屏蔽性能。
[0019](2)本专利技术使用硅烷偶联剂(KH570)对nanoSm2O3和nanoBi2O3进行表面修饰，以改性后的纳米颗粒作为屏蔽填料，以环氧乙烯基酯树脂(VE)为基体，通过原位聚合法制备了改性纳米钐/铋/乙烯基酯辐射屏蔽复合材料。改性纳米颗粒作为填料掺入，有利于提高复合材料的热分解温度，可显著增强复合材料的热稳定性能，材料的伽马射线屏蔽性能也随着含量的增加而提升，但当填料过量添加，含量达到40wt.％时，材料的内部将出现大量的填料团聚和空洞形成，将破坏乙烯基酯树脂(VE)的交联网络，导致复合材料的拉伸强度和弯曲强度会出现断层式下降，同时材料的热中子屏蔽性能提升也达到饱和。因此，综合考虑热学、力学和屏蔽性能，环氧乙烯基酯树脂(VE)基体的掺杂量为30wt.％时，复合材料综合性能最佳。
[0020](3)添加改性纳米颗粒能够显著增强复合材料的热稳定性能和屏蔽性能，当改性纳米颗粒(填料)含量为40wt.％时，800℃残炭率从纯树脂的3.01％提高到46.49％；实施例4和对比例1相比伽马射线线性衰减系数提升了89％，热中子宏观截面提升了280％，但过量添加会严重破坏复合材料的力学性能，综合考虑，掺杂量为30wt.％时，复合材料综合性能最佳。
[0021](4)氧化钐和氧化铋分别作为慢中子的吸收剂和伽马射线的屏蔽剂，两者密度接近，能避免不同密度填料在基体中分布不均匀的问题。
[0022](5)树脂为环氧乙烯基酯树脂，是用环氧树脂和丙烯酸在催化剂的作用下经开环酯化而制得，本专利技术使用的硅烷偶联剂是KH570，中文名为3
‑
(三甲氧基甲硅基)甲基丙烯酸丙酯，纳米填料经该偶联剂修饰后表面具有与树脂相似的化学基团，根据相似相溶的原理，经KH570修饰后的纳米填料在复合材料的制备过程中，更容易分散在树脂中，提高了填料和树脂间的相容性。
附图说明
[0023]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0024]图1为本专利技术实施例1中的纳米氧化钐改性前后的FTIR图谱；
[0025]图2为本本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种改性纳米钐/铋/乙烯基酯辐射屏蔽复合材料，其特征在于，包括以下质量百分比的原料：改性纳米氧化钐5～20％、改性纳米氧化铋5～20％、环氧乙烯基酯树脂60～90％。2.根据权利要求1所述的改性纳米钐/铋/乙烯基酯辐射屏蔽复合材料，其特征在于，所述改性纳米氧化钐的制备，具体包括：用盐酸将乙醇水溶液的pH值调节至3～4，然后加入硅烷偶联剂，搅拌水解后加入纳米氧化钐，冰浴超声处理后加热处理，得到所述改性纳米氧化钐；所述改性纳米氧化铋的制备，具体包括：用盐酸将乙醇水溶液的pH值调节至3～4，然后加入硅烷偶联剂，搅拌水解后加入纳米氧化铋，冰浴超声处理后加热处理，得到所述改性纳米氧化铋。3.根据权利要求2所述的改性纳米钐/铋/乙烯基酯辐射屏蔽复合材料，其特征在于，所述纳米氧化钐和纳米氧化铋的粒径均为100～200nm，纯度均为99.99wt.％。4.根据权利要求2所述的改性纳米钐/铋/乙烯基酯辐射屏蔽复合材料，其特征在于，所述盐酸的浓度为0.1mol/L；所述乙醇水溶液中乙醇和水的体积比为4:1。5.根据权利要求2所述的改性纳米钐/铋/乙...

【专利技术属性】
技术研发人员：晏敏皓，赵娇，朱杉，任翼，
申请(专利权)人：晏敏皓，
类型：发明
国别省市：