[发明专利]中子屏蔽添加剂、中子辐射防护材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种中子屏蔽添加剂、中子辐射防护材料及其制备方法。该中子屏蔽添加剂的分子结构通式为R选自：上述中子屏蔽添加剂具有高含硼量，对中子的屏蔽效果好，能够改善材料的中子屏蔽性能，并且特定的分子结构使其与聚丙烯等聚合物之间具有良好的相容性，避免了传统的含硼添加剂和聚合物基体相容性差、易洗脱、使用寿命短和机械加工性能差等问题。同时，碳硼烷衍生物的含量可以根据中子防护材料屏蔽要求添加，含硼量可控。上述中子屏蔽添加剂可以高比例地添加到聚丙烯等高分子聚合物中，并且高添加量的复合材料能够保持良好的流变性能，能制备出均一的纺丝液，可以用于制造屏蔽效果优良的中子防护服。

技术领域

本发明涉及辐射防护领域，特别是涉及一种中子屏蔽添加剂及其制备方法、中子辐射防护材料及其制备方法。

背景技术

在核技术开发利用过程中，存在核辐射和放射性物质泄漏等问题，这些核辐射会与物质发生电离作用，如果不加以防护会损坏设备，严重危害人的生命和健康。在核辐射中，中子具有很强的穿透能力，与同等剂量的X射线和γ射线相比，中子对人体的危害更大，而且中子不带电，与物质作用机理极其复杂。

中子防护是核辐射防护领域的重点和难点。中子防护材料能有效降低设备和人员的辐射剂量，是中子防护过程中重要的环节。目前，中子辐射防护材料正朝低密度(轻量化)、高屏蔽性能和高力学性能的方向发展。

中子防护过程一般包括快中子慢化和热中子吸收两个过程。目前，主要采用含氢的有机高分子聚合物材料作为防护材料，使快中子慢化成为热中子，热中子再被一些具有高中子吸收截面元素的通过原子核反应而吸收，使中子辐射被屏蔽而达到中子防护的目的。

由于硼元素具有较高的热中子吸收截面，将含硼物质添加到含氢有机高分子聚合物基体材料中，是中子防护的一种重要方法。目前，含硼聚合物基中子防护材料主要是通过将硼粉、氧化硼和B4C粉末等含硼物质与聚合物机械共混制备而成。然而，上述含硼物质与聚合物相容性差，在聚合物中的分散性较差，导致材料加工成型困难，力学性能较低。

碳硼烷(Car-borane,C₂B₁₀H₁₂)，又称为卡硼烷，是一种含硼量高的有机物，具有笼状二十面体结构，其特殊的芳香族刚性结构赋予其十分优异的耐高温性和化学稳定性。

专利文献CN106220662A《一种含碳硼烷二胺单体及其制备方法》、CN109400635A《一种非对称双官能度碳硼烷衍生物及制备方法和应用》以及CN112961364A《一种含间碳硼烷基团的耐高温聚合物及其制备方法》，正是利用碳硼烷的芳香族刚性结构赋予其十分优异的耐高温性和化学稳定性，制备高温材料，但因其化学结构因素的限制，难以用于纺丝、制备出轻质化中子防护纤维的要求。

专利文献CN105482090A《一种中子辐射防护纤维及其制备和应用》、CN105585588A《含碳硼烷的有机物和中子辐射防护材料聚酯及其制备》，是一种化学改性的高硼含量的含碳硼烷结构线性聚合物，主要以对苯二甲酸二甲酯、乙二醇和5-(邻-碳硼烷-1-甲氧基)间苯二甲酸二甲酯(BDMI)为原料，通过酯交换和缩聚两个步骤得到含碳硼烷的共聚酯，然后纺丝制备具有热中子屏蔽性能的纤维，但是该类碳硼烷聚酯的粘均分子量随着BDMI含量的增多急剧下降，碳硼烷含量达到一定值时不能纺丝成型，能制成纤维的共聚酯含硼量有限，导致纤维中子屏蔽性能有限。

发明内容

基于此，有必要提供一种中子屏蔽添加剂及其制备方法、中子辐射防护材料及其制备方法，以解决中子辐射防护材料中硼含量较低，碳硼烷含量达到一定值时不能纺丝成型的问题。

一种中子屏蔽添加剂，所述中子屏蔽添加剂的分子结构通式如下所示：

其中，n为1或2，R选自如下基团：

其中，*代表结合位点。