一种3D打印新型塑料闪烁体制备方法技术

本发明专利技术公开一种3D打印新型塑料闪烁体制备方法，将2,5

【技术实现步骤摘要】
一种3D打印新型塑料闪烁体制备方法


[0001]本专利技术涉及一种3D打印新型塑料闪烁体制备方法。

技术介绍

[0002]闪烁体是一类吸收高能粒子或射线后能够发光的材料，其与光的收集部件和光电转换器件等共同组成辐射探测器，用于探测各种高能粒子与射线，广泛应用于高能物理、核物理、放射医学、地质勘探、防爆检测等领域。
[0003]用于辐射探测器的闪烁体可分为有机闪烁体和无机闪烁体两大类。塑料闪烁体是有机闪烁物质在塑料中的固溶体，属于有机闪烁体，可用于α、β、γ、快中子、质子、宇宙射线及裂变碎片等的探测。塑料闪烁体的组分通常由基质闪烁物质及移波剂组成，在受到高能射线及高能粒子照射时能够发射出特定波长的荧光，其具有不潮解、性能稳定、耐辐射、闪烁衰减时间短与价格低廉等优点，是当今应用很广的一种闪烁体。
[0004]但由于塑料闪烁体的材质原因，目前的塑料闪烁体光产额较低。因为塑料闪烁体的原子序数小，对射线的吸收能力弱，穿过闪烁体的大量高能粒子未激发闪烁体中闪烁剂发光即已穿越闪烁体，而探测器对探测到的射线衰变计数率存在要求，在探测器使用上表现为对于光子产生量存在要求。因此，为捕获足够的射线，达到理想的探测效果，常将闪烁体尺寸设计得十分巨大。以某种针对煤矿工况的γ射线法煤矸识别设备为例，其采用的闪烁体尺寸为1m*0.2m*0.1m，重达数十千克，对于在矿井等狭小空间进行探测和使用造成了障碍，阻碍了自然射线法煤矸识别等技术在煤矿等领域的应用。
[0005]另外，目前塑料闪烁体生成的光子需要经光学玻璃或光纤传导至光电倍增管以供探测。光子的收集传运路径为：闪烁体
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光导玻璃
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光电倍增管，这种三级收集机制存在闪烁体至光导玻璃，和光导玻璃至光电倍增管两个界面，光子在穿越界面时存在折射和被吸收等损耗，且由于制备工艺的问题，这两界面之间不免存在间隙，导致光子传输路径耦合效率低下，影响探测精度。虽然，有文献报道可通过在塑料闪烁体中机械开槽安放传导光纤，以提高光纤与闪烁体接触面积从而提高光传输路径的耦合效率，但该工艺亦存在磨花塑料闪烁体与光纤接触面的问题，光传导效率提高并不明显。
[0006]此外，目前的塑料闪烁体制备流程仍主要采取液体材料通过模具凝固成型的流程，面对小批量制作和特殊形状的闪烁体，存在制备模具过程繁琐，成本高等问题。
[0007]因此，如何提高塑料闪烁体的光产额，提高光子的传导效率，并适应特殊形状闪烁体的制备，仍是亟待解决的问题。

技术实现思路

[0008]针对上述存在的目前的塑料闪烁体光产额较低、光子的传导效率低下等问题，本专利技术提供一种3D打印新型塑料闪烁体制备方法，将塑料基材、发光物质2,5
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二苯基恶唑（PPO）和移波剂4
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双(5
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苯基
‑2‑
恶唑基)苯（POPOP）分成两部分，一部分采用3D打印技术打印成具有左右贯通空腔的空腔管材料，另部分加入高原子序数材料ZnO纳米颗粒作为射线
捕获材料和辅助闪烁剂，以增加光产额。具体技术方案如下：一种3D打印新型塑料闪烁体制备方法，包括如下步骤：1）将2,5
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二苯基恶唑和4
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双(5
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苯基
‑2‑
恶唑基)苯按照一定比例溶于苯乙烯－马来酸酐共聚物中，混合均匀，获得A液；2）将液体A液升温聚合形成固体A材料，而后将固体A材料加入双螺杆挤出机中，熔融挤出造粒，然后使用所得A材料颗粒进行3D打印，形成具有左右贯通空腔的A材料空腔管；3）再将ZnO纳米颗粒、2,5
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二苯基恶唑和4
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双(5
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苯基
‑2‑
恶唑基)苯按照一定比例溶于苯乙烯－马来酸酐共聚物中，混合均匀，获得B液；4）将B液预聚后注于密闭容器中，注入氮气排出空气，然后将B液预聚物缓慢注入A材料空腔管中，然后升温聚合，获得3D打印新型塑料闪烁体。
[0009]前述的3D打印新型塑料闪烁体制备方法，步骤1）中，所述A液中，2,5
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二苯基恶唑（PPO）的质量分数浓度为0.6～1.2%，4
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双(5
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苯基
‑2‑
恶唑基)苯（POPOP）的质量分数浓度为0.01～0.03%。
[0010]优选地，所述A液中，2,5
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二苯基恶唑(PPO)的质量分数浓度为1%，4
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双(5
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苯基
‑2‑
恶唑基)苯的质量分数浓度为0.02%。
[0011]前述的3D打印新型塑料闪烁体制备方法，步骤2）中，所述体A液升温聚合形成固体A材料的温度140～150℃，聚合的时间为48h；熔融挤出造粒的参数为熔流率（190℃，以2.16kg计）为1.25g/10min。
[0012]前述的3D打印新型塑料闪烁体制备方法，步骤2）中，获得的A材料空腔管的端面空腔直径尺寸为0.01m。
[0013]前述的3D打印新型塑料闪烁体制备方法，步骤3）中，所述B液中，ZnO纳米颗粒的质量分数浓度为8～12%，2,5
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二苯基恶唑(PPO)的质量分数浓度为0.6～1.2%，4
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双(5
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苯基
‑2‑
恶唑基)苯的质量分数浓度为0.01～0.03%。
[0014]优选地，所述B液中，ZnO纳米颗粒的质量分数浓度为10%，2,5
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二苯基恶唑(PPO)的质量分数浓度为1%，4
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双(5
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苯基
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恶唑基)苯的质量分数浓度为0.02%。
[0015]前述的3D打印新型塑料闪烁体制备方法，步骤4）中，所述B液预聚加热到55℃，温度保持36h；再以5℃/h的速度将温度升至95℃后保持120h。
[0016]前述的3D打印新型塑料闪烁体制备方法，步骤4）中，所述B液预聚物注入A材料空腔管中的速度为100ml/h。
[0017]前述的3D打印新型塑料闪烁体制备方法，步骤4）中，B液预聚物注入A材料空腔管中升温聚合为：先以5℃每小时的速度将密闭容器内温度升高到110℃后保持120h，再以5℃每小时的速度将密闭容器内温度降到室温，最终获得3D打印新型塑料闪烁体。
[0018]本专利技术的有益效果是：1）本专利技术将将塑料基材、发光物质2,5
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二苯基恶唑（PPO）和移波剂4
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双(5
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苯基
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恶唑基)苯（POPOP）分成两部分，其中一部分通过3D打印技术直接打印成具有左右贯通空腔的空腔管，闪烁体形状与尺寸可根据生产工作实际需要自定义打印，对于需要特殊形状和小产量的塑料闪烁体，不需要额外制备模具，省去了制备模具这一工序的花费和时间，起到了简化塑料闪烁体制备工序，降低塑料闪烁体制备花费的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种3D打印新型塑料闪烁体制备方法，其特征在于：包括如下步骤：1）将2,5
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二苯基恶唑和4
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双（5
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苯基
‑2‑
恶唑基）苯按照一定比例溶于苯乙烯－马来酸酐共聚物中，混合均匀，获得A液；2）将A液升温聚合形成固体A材料，而后将固体A材料加入双螺杆挤出机中，熔融挤出造粒，然后使用所得A材料颗粒进行3D打印，形成具有左右贯通空腔的A材料空腔管；3）再将ZnO纳米颗粒、2,5
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二苯基恶唑和4
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双(5
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苯基
‑2‑
恶唑基)苯按照一定比例溶于苯乙烯－马来酸酐共聚物中，混合均匀，获得B液；4）将B液预聚后注于密闭容器中，注入氮气排出空气，然后将B液预聚物缓慢注入A材料空腔管中，继而升温聚合，获得3D打印新型塑料闪烁体。2.根据权利要求1所述的3D打印新型塑料闪烁体制备方法，其特征在于：步骤1）中，所述A液中，2,5
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二苯基恶唑的质量分数浓度为0.6～1.2%，4
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双(5
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苯基
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恶唑基)苯的质量分数浓度为0.01～0.03%。3.根据权利要求2所述的3D打印新型塑料闪烁体制备方法，其特征在于：所述A液中，2,5
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二苯基恶唑的质量分数浓度为1%，4
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双(5
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苯基
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恶唑基)苯的质量分数浓度为0.02%。4.根据权利要求1所述的3D打印新型塑料闪烁体制备方法，其特征在于：步骤2）中，所述A液升温...

【专利技术属性】
技术研发人员：张宁波，胡剑宁，王玉国，李志国，任国军，刘长友，班子睿，齐澜斌，刘家豪，陈欢，常玉杰，
申请(专利权)人：鄂尔多斯市国源矿业开发有限责任公司，
类型：发明
国别省市：