用于中子屏蔽的环氧树脂组合物及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种环氧树脂组合物及其制备方法，所述环氧树脂组合物包含纳米级放射性射线屏蔽材料，并对辐射具有优异屏蔽效果。特别地，本发明专利技术涉及一种制备用于中子屏蔽的环氧树脂组合物的方法，包括如下步骤：将用于吸收中子的硼化合物粉末、任选的用于屏蔽γ射线的高密度金属粉末和阻燃剂粉末分别单独或组合地与胺类固化剂混合以得到固化剂和粉末的混合物的步骤；对所述混合物施加超声波以利用所述胺类固化剂对所述粉末表面进行包覆，并将所述粉末分散在所述固化剂中的超声波处理步骤；以及将已被分散并包含经超声波处理的所述粉末的所述胺类固化剂混合并分散在环氧树脂中的分散步骤。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及用于中子屏蔽的纳米级环氧树脂组合物及其制造方法，所述环氧树脂组合物适用于废核燃料运输桶，包含纳米级中子吸收材料、高密度金属和阻燃剂材料，并具有优异的中子屏蔽能力。
技术介绍
随着近来在核动力工业方面的进展，核电站的稳定运行变得比以往任何时候都更重要。在提高核电站的安全性方面所涉及的几个因素中，稳定并有效的管理废核燃料极其重要。由于用于核电站中的核燃料(浓缩铀)应在到达使用期限时定期替换为新核燃料，所以也应定期排放废核燃料。由于这种废核燃料发射射线，所以对从废核燃料运输桶发射的射线进行屏蔽对于人类和环境是关键的。在全球范围内，可以通过使用两种方法来储存废核燃料，所述两种方法是干式和湿式储存方法。例如，在韩国，使用干法和湿法两种方法在核电站的储存场所临时储存废核燃料。为了将废核燃料在储存场所储存预定的时间周期或者将废核燃料储存在中间储存设施、永久处理设施、再处理设施等中，需要使用运输桶来运输废核燃料。在此情况中，用于这种废核燃料的运输桶需要具有设置在其中的中子屏蔽材料。作为这种中子屏蔽材料，通常可以使用具有相对高氢含量的屏蔽材料如环氧树脂、高密度聚乙烯、聚苯乙烯、水、乙二醇等为了人体安全，射线屏蔽材料应能够使得从废核燃料运输桶发射的射线的量显著下降并且能够防止构造材料或装置部件受到损伤或污染。特别地，由于由废核燃料产生的中子具有高能量和高穿透力，所以正在研究开发能够稳定且确定地屏蔽高能中子的有效的中子屏蔽材料。如上所述的中子，根据其能量的量，分为快中子和热中子。当快中子碰撞轻元素如氢时，其损失能量(速度)，由此变为慢中子，且上述慢中子最后被设置在废核燃料运输桶中的中子屏蔽物中的具有大的慢中子吸收横截面积的材料如硼、锂和钆吸收。因此，作为快中子屏蔽材料，通过混合屏蔽材料而得到的材料应能够将热中子吸收在具有高氢浓度的聚合物化合物中，即，可以使用聚烯烃类热塑性树脂如乙二醇、聚乙烯等；热固性树脂如不饱和聚酯树脂等；或者树脂如环氧树脂等。同时，通过如上所述的废核燃料产生一次和二次Y射线。二次Y射线可以被高密度金属粉末的混合物屏蔽，且将高密度金属粉末添加至其混合物中，使得屏蔽材料的密度通常为1.6g/cm3以上。另外，正在开发即使在发生火灾的情况中也能够保持中子屏蔽能力的中子屏蔽材料。就此而论，作为阻燃剂，提出了包含与其混合的氢氧化铝粉末、氢氧化镁粉末等的中子屏蔽材料。如上所述，作为添加的中子吸收粒子，考虑到在聚合物树脂、基体中的分散性能以及对中子的屏蔽性能，已经使用平均粉末粒度为10~200 i! m的中子屏蔽粉末。然而，由于这种中子屏蔽材料、高密度金属粉末或阻燃剂粒子的尺寸比较大，在微米以上的水平上，所以存在发生射线泄露，或者如上所述的粒子充当杂质，由此充当劣化复合材料的物理性质的因素的可能性。因此，需要提高射线与具有中子吸收剂和高密度金属粒子的中子屏蔽材料之间的碰撞概率，为此，可以考虑通过使得使用的粒子小型化而提高射线屏蔽效率的方法。然而，在使用纳米级射线屏蔽材料的情况中，尽管提供了改善复合材料的射线屏蔽功能和物理性质等的优势，但是由于这种纳米级屏蔽材料具有闻等级的表面能而提闻了聚合物的粘度，所以可能难以在基体树脂中实施辊压混合研磨，且由于纳米级粒子处于不稳定状态并由此具有粒子相互聚集的本质，所以可能难以使得纳米级粒子均匀分散在聚合物树脂中。通常，在将纳米级粉末粒子分散在聚合物树脂中的情况中，防止粉末粒子聚集并还提高细粒子与树脂之间的粘附力会是重要的，为此，可通常使用通过使用表面活性剂对粒子表面进行化学处理的方法。然而，使用表面活性剂进行化学表面处理会使得复杂，表面活性剂自身可充当异物，且由于在制造聚合物(环氧树脂)复合材料时引起的高成本而使得处理成本可能不可行。本专利技术人发现，屏蔽体中的射线屏蔽粒子的粒度对射线屏蔽能力具有显著影响，详细地，当将纳米级射线屏蔽粒子包含在屏蔽体中时，入射射线与纳米级射线屏蔽粒子碰撞的概率增大，从而由此提高射线屏蔽效果，并且在此基础上，提交了专利申请(韩国专利公开2010-0047510号，对该专利进行分案，一个已登记，另一个在诉讼中)，所述专利申请涉及使得纳米级射线屏蔽粒子可均匀分散在聚合物基底等中的射线屏蔽材料。上述专利文献还公开了一种技术，在通过球磨加工而制造纳米级粒子的过程期间，利用对聚合物树脂具有高亲合性的表面 活性剂对纳米级粒子进行物理表面处理以使其熔入聚合物树脂中并与所述聚合物树脂混合，从而实现纳米级粒子的均匀分散。
技术实现思路
技术问题本专利技术的方面提供一种具有优异中子屏蔽功能的环氧树脂组合物以及通过如下制造环氧树脂组合物的方法:使用简化方法对纳米级中子吸收粒子和Y射线屏蔽高密度金属粉末粒子的表面进行物理包覆，从而使得纳米级中子吸收粒子和Y射线屏蔽高密度金属粉末粒子均匀分散在环氧树脂中，同时通过提高纳米级粉末粒子与聚合物树脂的界面粘附力以显著提高物理机械性能而增强复合材料的射线屏蔽能力。此外，提供了由所述方法得到的环氧树脂组合物。技术方案本专利技术的一方面提供一种制造用于中子屏蔽的环氧树脂组合物的方法，包括:通过将胺类固化剂与用于中子吸收的硼化合物粉末或选择性地包含Y射线屏蔽的高密度粉末和阻燃剂粉末的粉末或与其混合物混合，得到固化剂与粉末的混合物；通过对各混合物施加超声波实施超声波处理以利用所述胺类固化剂对所述粉末表面进行包覆，同时使得粉末粒子分散在所述固化剂中；以及将包含经超声波处理并分散的粉末粒子的所述胺类固化剂与环氧树脂混合，然后使其分散。所述硼化合物粉末可以为选自如下的至少一种:B4C、BN、B2O3和B (OH)3，所述高密度金属粉末可以为选自如下的至少一种:Fe、N1、Cu、W、Pb及其氧化物，且所述阻燃剂粉末可以为选自如下的至少一种:氢氧化铝和氢氧化镁。所述硼化合物粉末和所述高密度金属粉末可以具有200nm~1000nm的粒度。所述阻燃剂可以具有200nm~10 y m的粒度。可以通过将超声变幅杆(ultrasonic horn)直接浸入混合物中而施加超声波，所述混合物包含分别混合在其中的所述胺类固化剂、所述硼化合物、所述高密度金属粉末和所述阻燃剂粉末。本专利技术的一方面提供一种制造中子屏蔽材料的方法，包括:将按上述制造的环氧树脂组合物形成为具有预定形式并然后对形成的环氧树脂组合物进行干燥和固化。本专利技术的一方面提供一种用于射线屏蔽的环氧树脂组合物，包含:相对于100重量份的环氧树脂，40~60重量份的胺类固化剂；用于中子吸收的硼化合物粉末，其具有200nm~1000nm的粒度、经所述胺类固化剂表面处理并且量为所述环氧树脂组合物总重量的I~10重量％ ； y射线屏蔽的高密度金属粉末，其选择性地具有200nm~1000nm的粒度、经所述胺类固化剂表面处理并且量为所述环氧树脂组合物总重量的I~30重量％ ;以及氢氧化铝粉末、氢氧化镁粉末或其混合物，其选择性地具有200nm~10 y m的粒度并且量为所述环氧树脂组合物 总重量的10~30重量％。所述硼化合物粉末可以为选自如下的至少一种:B4C、BN、B2O3和B (OH)3，且所述高密度金属粉末可以为选自如下的至少一种:Fe、N1、Cu、W、Pb及其氧化物。所述氢氧化铝粉末或所述氢氧化本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制造用于中子屏蔽的环氧树脂组合物的方法，包括：通过将胺类固化剂与用于中子吸收的硼化合物粉末或选择性地包含γ射线衰减的高密度金属粉末和阻燃剂粉末的粉末混合，或将所述胺类固化剂与所述硼化合物粉末和所述选择性地包含γ射线衰减的高密度金属粉末和阻燃剂粉末的粉末的混合物混合，得到固化剂与粉末的混合物；通过对所述混合物施加超声波以实施超声波处理，从而利用所述胺类固化剂对所述粉末表面进行包覆，同时使得粉末粒子分散在所述固化剂中；以及将包含经超声波处理并分散的粉末粒子的所述胺类固化剂与环氧树脂混合，然后使其分散。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.05.13 KR 10-2011-00450851.一种制造用于中子屏蔽的环氧树脂组合物的方法，包括: 通过将胺类固化剂与用于中子吸收的硼化合物粉末或选择性地包含Y射线衰减的高密度金属粉末和阻燃剂粉末的粉末混合，或将所述胺类固化剂与所述硼化合物粉末和所述选择性地包含Y射线衰减的高密度金属粉末和阻燃剂粉末的粉末的混合物混合，得到固化剂与粉末的混合物； 通过对所述混合物施加超声波以实施超声波处理，从而利用所述胺类固化剂对所述粉末表面进行包覆，同时使得粉末粒子分散在所述固化剂中；以及 将包含经超声波处理并分散的粉末粒子的所述胺类固化剂与环氧树脂混合，然后使其分散。2.如权利要求1所述的方法，其中所述硼化合物为选自如下物质中的至少一种:B4C、BN、B2O3 和 B (OH) 3， 所述高密度金属粉末为选自如下物质中的至少一种:Fe、N1、Cu、W、Pb及它们的氧化物，以及 所述阻燃剂粉末为选自如下物质中的至少一种:氢氧化铝和氢氧化镁。3.如权利要求1所述的方法，其中所述硼化合物和所述高密度金属粉末具有200nm以上且小于1000nm的粒度。4.如权利要求1所述的方法，其中所述阻燃剂具有200nm~10μ m的粒度。5.如权利要求1所述的方法，其中通过将超声变幅杆直接浸入混合物中而施加所述超声波，所述混合物包含混合在...

【专利技术属性】
技术研发人员：金在愚，全志宪，裴莲柱，
申请(专利权)人：韩国原子力研究院，
类型：
国别省市：