[发明专利]一种精细分散纳米稀土/橡胶射线辐射屏蔽复合材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种精细分散纳米稀土/橡胶射线辐射屏蔽复合材料的制备方法，属于射线辐射防护领域。

背景技术

随着现代仪器设备的发展，医用X光机、X射线衍射仪、电子显微镜等伴有X射线产生的仪器设备开始不断地应用于人们日常生活和科学研究之中，X射线接触者已十分广泛，使用过程中的防护至关重要。

稀土元素具有独特的4f5d电子组态所形成的1600多个丰富能级和约20万个能级对间的可能跃迁数目，使得吸收的X射线能量在4f组态能级间跃迁而耗散。稀土填料与高分子基体复合制得的稀土/高分子复合材料制品不仅具有对X射线理想的吸收和屏蔽作用的特性，同时还具有高分子基体优异的力学性能、可加工性能等特性，因此获得了国内外研究者们的高度关注和重视。

俄罗斯专利RU2054439、RU2028331曾公开了一种以无机微米稀土氧化物为填料的橡胶防X射线复合材料。1996年魏宗源等发明了一种用于医用X射线防护的含混合镧系元素复合屏蔽材料(申请号：96106434.X)，将细颗粒状的射线吸收物质与高分子基体均匀糅合热压形成，产品具有成本低、重量轻等优点。2009年中国核动力研究设计院陶诗泉等发明了一种橡胶基柔性屏蔽材料及其制备方法(申请号：200910059052.5)，使用丁苯橡胶作为基体，将铅粉、碳化硼等射线屏蔽剂经过密炼机与基体混合，利用过氧化交联反应制备出一种可任意塑型、屏蔽性能良好、韧性好的耐辐照橡胶材料。由于上述几种专利中，稀土氧化物均为微米级的，在基体中分散差，同时与橡胶基体相容性不佳，极易出现空隙，导致射线易被穿越，往往会使复合材料屏蔽性能下降，同时界面力弱还会大幅度降低复合材料物理机械性能。

为了改善填料在基体中的分散问题，常用的方法是对填料进行表面改性。2004年北京化工大学刘力等发明了一种稀土改性全无铅X射线屏蔽橡胶(专利号：200410096790.4)，将无机稀土的一部分使用硅烷偶联剂进行表面改性处理，另一部分进行有机化反应处理，制备有机稀土盐，二者再以一定比例进行配合加入橡胶中，从而得到改性全无铅X射线屏蔽橡胶，使材料的屏蔽性能、力学性能都达到理想的效果。2009年武汉工程大学江学良发明了一种用于X射线防护的稀土氧化物/天然橡胶复合材料的制备方法(申请号：200910060849.7)，首先将稀土氧化物与偶联剂在高速混合机中进行预处理，然后再加入橡胶基体和其它助剂在30-100℃下混炼1h左右，最后热压硫化成型，该方法所制备的复合材料具有无毒、重量轻、射线吸收能力强等特点。

众所周知，仅仅依靠对微米填料进行表面改性，并不能充分提高复合材料综合性能。实现填料在基体中的纳米级分散，是复合材料综合性能显著提升的技术关键。申请人在2010年提出了一种无铅稀土/橡胶复合屏蔽材料的酸碱原位制备方法(ZL201010264168.5)，在基体与稀土氢氧化物混合过程中，同步滴加不饱和有机羧酸，通过酸碱反应动态生成不饱和稀土有机配合物,实现不饱和稀土有机配合物在基体中的纳米分散，避免了直接法中对稀土氧化物单独有机化的麻烦,且其分散性也更好。申请人在2010年还发明了一种用于热中子防护的稀土三氧化二钆纳米颗粒的制备方法(专利号：ZL201010047240.9)，通过喷雾干燥的方法制备得到了两类不同晶型的纳米稀土颗粒，采用不同沉淀剂分别得到粒径小于100nm的纳米球或者厚度约20nm左右的纳米片，产物粒径分布均一，生产成本低，操作简单，与橡胶复合时，通过加入偶联剂表面改性，能够很好地改善纳米粉体在橡胶中的分散。

本发明在对前期工作基础上，提出一种利用同步喷雾干燥絮凝工艺，操作简单的、可以工业化的纳米稀土/橡胶射线辐射防护复合材料的制备方法。

发明内容

本发明的目的是为了提供一种稀土填料在橡胶基体中呈现纳米精细分散用于射线辐射屏蔽的复合材料的制备方法。