Результат интеллектуальной деятельности: Рентгенозащитная композиция

Изобретение относится к радиационно-защитным материалам и может быть использовано для изготовления средств защиты для людей и оборудования от рентгеновского излучения.

Известны рентгенозащитные композиции на основе поливинилхлорида (ПВХ) и полипиррола, содержащие в качестве наполнителя порошкообразный свинец или оксид свинца [Wardley R.B. UK Patent Application, GB 2118410 A, 1983, Hosseini, S.H., Ezzati, S.N., Askari, M., Synthesis, characterization and &»ray shielding properties of polypyrrole / lead nanocomposites. Pohm. Adv. Technol. 2015, 26, 561-568]. Композиции обеспечивают хорошее ослабление (HVT (толщина половинного ослабления) ниже 0.1 мм при энергии рентгеновских фотонов до 25 кэВ), но имеют существенные недостатки: высокая токсичность наполнителя, недостаточная гибкость и жесткость материала. Недостатки таких композиций создают технологические трудности при изготовлении изделий на их основе и служат препятствием для широкого использования материала.

Известна рентгенозащитная композиция на основе бутадиенового (или бутадиен-нитрильного) и дивинилстирольного каучуков, содержащая в качестве наполнителя вольфрам и оксиды тяжелых металлов [Андреев В.В., Попков К.К., Барковский А.Н., Добренякин Ю.П., Милюхина Г.К., Кузнецов Р.А., Хухарев В.В., Титов А.А., Старостин Б.С. Патент РФ №2030803, опубл. 10.03.1995]. Получаемый на ее основе материал обладает высокой рентгенозащитной эффективностью (свинцовый эквивалент - 0.52 мм для образцов с максимальным содержанием окиси свинца. 0.80 мм для образцов с максимальным содержанием вольфрама), однако его недостатками являются недостаточно широкий температурный интервал применения (-30-180°С), а также большой удельный вес.

Известна рентгенозащитная композиция на основе диметилсилоксанового каучука, содержащая в качестве наполнителя наночастицы оксида висмута, однако его защитные свойства недостаточно высоки (свинцовый эквивалент - 0.25 мм для образцов толщиной 3.73 мм) [Nambiar, Sh., Osei, Е.K. Yeow, J.T.W. Polymer Nanocomposite-Based Shielding Against Diagnostic X-rays J. APPL, POLYM. SCI. 2013, 127, 6, 4939-4946].

Наиболее близким аналогом, взятым за прототип, является композиция для защиты от рентгеновского излучения на основе диметилсилоксанового каучука СКТН-А. содержащая в качестве наполнителя смесь оксидов лантаноидов ВКР-5М (ТУ 95.1537-87-1) и оксид сурьмы (III) в соотношении (мас. ч): СКТН-А - 100, порошкообразный наполнитель (смесь ВКР-5М и Sb₂O₃)- 350-450, катализа гор холодного отверждения К-68 (ТУ 38.303-04-05-90) - 3-4. [Кушникова Р.В., Пряникова I.Ф. Патент РФ, №2156509 опубл. 20.09.2000, бюл. №26]. Эффективность защиты (свинцовый эквивалент) 0.45-0.57. Недостатками материала являются относительно невысокая термостойкость и термоокислительная стабильность, не позволяющая использовать материал длительно при температуре 250-300°С, а также недостаточно высокие рентгенозащитные свойства.

Задачей заявляемого изобретения является получение рентгенозащитного материала с улучшенными защитными и физико-химическими характеристиками, который может наноситься на одежду и элементы защищаемых конструкций разной геометрии.

Технических результатом предлагаемого изобретения является улучшение рентгенозащитных свойств и физико-химические характеристик рентгенозащитного материала, возможность нанесения на сложные поверхности и расширение температурного диапазона применения материала.

Технический результат достигается тем, что в рентгенозащитной композиции на основе диметилсилоксанового каучука, включающей катализатор холодного отверждения и поглощающий рентгеновское излучение наполнитель, в качестве наполнителя использован фторид висмута при соотношении массовых частей:

Фторид висмута в виде мелкодисперсного порошка вводится в полимер на стадии полимеризации. Максимальное количество фторида висмута в системе, при котором материал сохраняет механическую прочность, эластичность и термическую устойчивость, составляет 78 массовых частей (содержание основного вещества не менее 99.9%).

Способ получения рентгенозащитного материала на полимерной основе, включает следующие стадии:

1 - смешивание раствора каучука СКТН-Л (20 масс. ч.) в гексане с порошком фторида висмута (78 масс. ч.):

2 - перемешивание смеси на магнитной мешалке в течение 20 мин;

3 - помешивание смеси при воздействии ультразвука в течение 20 мин;

4 - добавление 0.4 масс. ч. раствора аминопропилтриэтоксилана (АГМ-9) в этилсиликате с соотношением 1:4 (катализатора К-68) и перемешивание смеси еще 5 мин;

5 - удаление растворителя при пониженном давлении.

Для изготовления опытных образцов композиция заливается в форму необходимого размера. Время отверждения приготовленного материала при комнатной температуре - 20 часов.

Заявляемое изобретение иллюстрируется следующим примером: На магнитной мешалке к раствору 1.0 г СКТН-А в 10 мл гексана при перемешивании добавили 3.0 г порошкообразного BiF₃ (H₂O), смесь перемешивали в течение 20 мин при комнатной температуре. Затем смесь помещали в ультразвуковую ванну и перемешивали в течение еще 20 мин. К смеси добавляли 0.02 г катализатора, затем ее перемешивали еще 5 мин. Гексан удаляли при пониженном давлении, остаток в виде вязкой белой жидкости перенесли в металлическую форму (15 × 15 × 2 мм). Для исключения прилипания образца к поверхности формы ее дно перед заполнением рабочей суспензией покрывали парафильмовой пленкой Parafiim РМ-992. После заполнения форму накрыли такой же пленкой Parafilm РМ-992 и стеклянной пластиной. Для выдавливания излишков рабочей суспензии и формирования ровной поверхности образца на стеклянную пластину помещали груз. Время отверждения приготовленного материала при комнатной температуре ~ 20 часов.

Экспериментально полученные экранирующие характеристики материала, состоящего из 20 масс. ч. диметилсилоксанового каучука СКТН-А и 78 масс. ч. фторида висмута, соответствуют следующим параметрам: толщина слоя материала, при которой интенсивность радиации ослабляется в два раза (HVL) составляет 2 мм, массовый коэффициент ослабления 35.2 μ_ч см²/г. Присутствие наполнителя - фторида висмута - не оказывает существенного влияния на терморазложение материала, его термостойкость определяется термостойкостью полисилоксановой матрицы.

Таким образом, решение технической задачи позволяет получить термостойкий рентгенозащитный висмутсодержащий композитный материал на полимерной основе с возможностью нанесения на одежду и элементы защищаемых конструкций разной геометрии.