Рентгенозащитная композиция

Изобретение относится к области защиты окружающей среды от ионизирующего излучения. Сущность изобретения: рентгенозащитная композиция содержит полимерное связующее, экранирующий порошкообразный наполнитель на основе соединений редкоземельных элементов и отвердитель. В качестве полимерного связующего она содержит олигоуретановый форполимер, в качестве отвердителя - вещество из группы аминосодержащих соединений, а в качестве экранирующего наполнителя - смесь фторированных оксидов редкоземельных элементов только легкой группы и дополнительно карбид вольфрама в качестве модифицирующей добавки при следующем содержании ингредиентов, % мас.: олигоуретановый форполимер - 9,10-13,50; аминный отвердитель - 2,90-4,30; смесь фторированных оксидов редкоземельных элементов - 29,00-49,30; карбид вольфрама - 32,90-59,00. Преимущества изобретения заключаются в повышении эффективности ослабления рентгеновского излучения. 1 табл.

 

Изобретение относится к составам рентгенозащитных материалов и может быть использовано для изготовления полимерной рентгенозащитной композиции, на основе которой получают рентгенозащитные материалы в составе рентгенозащитной одежды, экранов, покрытий полов в медицинских кабинетах.

Известна рентгенозащитная композиция, содержащая карбоцепный каучук в качестве полимерного связующего (заявка РФ №92003093, МПК G 21 F 1/10, публ. БИ №13/96 от 10.05.96 г.), экранирующий наполнитель в виде соединений редкоземельных элементов (РЗЭ) (из группы лантанидов), и оксидов вольфрама или свинца.

К недостаткам аналога относится недостаточно высокая эффективность защиты от рентгеновского излучения (РИ) при напряжении на аноде рентгеновской трубки более 100 кВ из-за малого содержания экранирующего наполнителя в композиции.

Известна в качестве наиболее близкой по технической сущности и достигаемому техническому результату к предлагаемой рентгенозащитная композиция, содержащая в качестве полимерного связующего кремнийсодержащий каучук, отвердитель, в качестве экранирующего наполнителя смесь оксидов РЗЭ (патент РФ №2138865, МПК G 21 F 1/10, публ. БИ №27/99 от 27.09.99 г.).

К недостаткам прототипа относится недостаточно высокая эффективность экранирования от рентгеновского излучения при напряжении на аноде рентгеновской трубки 120 кВ.

Задачей предлагаемой рентгенозащитной композиции является усовершенствование состава последней в направлении повышения эффективности защиты от рентгеновского излучения, особенно на жестких участках спектра рентгеновского излучения (РИ), при напряжении на аноде рентгеновской трубки 120 кВ.

Новый технический результат, достигаемый при использовании предлагаемой рентгенозащитной композиции, заключается в упрощении состава, в повышении эффективности ослабления рентгеновского излучения при напряжении на аноде рентгеновской трубки 120 кВ за счет повышения степени наполнения композиции, в улучшении физико-механических, экономических и иных эксплуатационных показателей.

Указанные задача и новый технический результат достигаются тем, что в известной рентгенозащитной композиции, содержащей полимерное связующее, экранирующий порошкообразный наполнитель на основе соединений редкоземельных элементов и отвердитель, в соответствии с предлагаемой рентгенозащитной композицией в качестве полимерного связующего, она содержит олигоуретановый форполимер, в качестве отвердителя - вещество из группы аминосодержащих соединений, а в качестве экранирующего наполнителя - смесь фторированных оксидов редкоземельных элементов (РЗЭ) только легкой группы и дополнительно карбид вольфрама в качестве модифицирующей добавки, при следующем содержании ингредиентов, мас.%:

олигоуретановый форполимер	9,10-13,50
аминный отвердитель	2,90-4,30
смесь фторированных оксидов редкоземельных
элементов	29,00-49,30
карбид вольфрама	32,90-59,00

Сущность предлагаемой композиции поясняется следующим образом.

Первоначально готовят полимерное связующее, для чего используют соединение из группы олигодиен-уретановых форполимеров.

Далее готовят одновременно смесь порошкообразных фторированных оксидов РЗЭ и карбид вольфрама, используя фторированные оксиды только из легкой группы лантанидов, что приводит к упрощению состава экранирующего наполнителя и повышению эффективности экранирования рентгеновского излучения (РИ) рентгенозащитной композиции по сравнению с прототипом.

Можно предположить, что применение в составе рентгенозащитной композиции фторированных оксидов легкой группы РЗЭ в сочетании с карбидом вольфрама по сравнению с прототипом приводит к повышению эффективности экранирования на жестком участке спектра РИ при напряжении на аноде рентгеновской трубки 120 кВ за счет более полного поглощения энергии жесткой части спектра РИ (>69,5 кэВ).

Дополнительное введение в смесь фторированных оксидов РЗЭ в составе экранирующего наполнителя карбида вольфрама, как это было показано в процессе экспериментальных исследований, способствует реализации высокой степени наполнения (до 88 мас.%) композиции экранирующим наполнителем, за счет чего и обеспечено повышение эффективности рентгенозащиты, именно на жестком участке спектра РИ.

Полученную порошкообразную смесь компонентов наполнителя вводят в связующее в пределах заявляемых значений соотношений этих компонентов.

Далее полученный состав тщательно перемешивают до достижения требуемой степени однородности и соединяют его с отвердителем. В качестве отвердителя выбрано соединение из группы аминосодержащих соединений, поскольку при его использовании реализуются оптимальные скорость и условия отверждения форполимера, а также расчетная величина жизнеспособности, что приводит к достижению высоких физико-механических показателей рентгенозащитной композиции. Вследствие повышения механической прочности рентгенозащитного материала отпадает необходимость использования тканевого материала, применяемого для армирования таких изделий.

Использование связующего и отвердителя в заявляемых пределах соотношений обеспечивает требуемую совместимость компонентов и однородность готового материала, в результате чего достигается заявляемый уровень эффективности экранирования от РИ при напряжении на аноде рентгеновской трубки 120 кВ.

Использование указанных реагентов вне заявляемых пределов соотношений приводит к снижению физико-механических показателей композиции за счет недооформления готового изделия (в случае недостаточного количества связующего или отвердителя) или его преждевременного отверждения (в случае избыточного количества отвердителя, наполнителя и недостатка связующего).

Полученную композицию загружают в пресс и при расчетном давлении и температуре производят формование. Готовые образцы подвергают контрольным испытаниям.

Экспериментально показано, что при использовании всех указанных компонентов в заявляемых пределах соотношений обеспечивается повышение эффективности ослабления рентгеновского излучения при напряжении на аноде рентгеновской трубки 120 кВ, улучшение физико-механических показателей. Кроме того, исключение из состава композиции значительного количества оксидов РЗЭ и замена их на иные соединения РЗЭ в сочетании с карбидом вольфрама способствует упрощению состава и увеличению гарантийного срока хранения изделий на их основе и значительному снижению их стоимости.

Таким образом, использование для изготовления рентгенозащитного материала предлагаемой рентгенозащитной композиции обеспечивает повышение эффективности ослабления рентгеновского излучения при напряжении на аноде рентгеновской трубки 120 кВ, улучшении физико-механических, экономических показателей и иных эксплуатационных показателей.

Возможность промышленной реализации предлагаемой рентгенозащитной композиции подтверждена следующими примерами реализации.

Пример 1. В лабораторных условиях реализация состава предлагаемой рентгенозащитной композиции осуществлялась при использовании растирочной машины типа лопастной (или иной механической машины) мешалки, рабочая емкость которой заполнялась приготовленной композицией.

Приготовление рентгенозащитной композиции осуществляли последовательным дозированием сначала связующего, затем смеси порошкообразных наполнителей в виде фторированных оксидов легкой группы РЗЭ (La, Се, Pr, Nd) и карбида вольфрама, а затем отвердителя. Перед введением в связующее наполнитель просушивали при температуре 150°С в течение 2-х часов при постоянном перемешивании. Контроль степени однородности и консистенция пасты измерялись по ГОСТ 6589-90. Однородность считалась достигнутой, если относительные погрешности при определении пикнометрической плотности смеси и исходных компонентов были одного порядка. Показано, что наполнитель химически связан с полимером.

В условиях данного примера в качестве полимерного связующего использован олигоуретановый форполимер, в качестве отвердителя аминное соединение, в качестве соединений РЗЭ - фторированные оксиды РЗЭ только легкой группы и дополнительно карбид вольфрама.

В качестве фторированных оксидов легкой группы в условиях данного примера использована смесь следующих соединений (приведены эмпирические формулы общего вида):

(La₂O₃)_m·F_n; (CeO₂)_m·F_n; (Pr₆O₁₁)_m·F_n; (Nd₂O₃)_m·F_n.

Массовые соотношения между указанными компонентами лежат в следующих пределах, мас.%, соответственно 7:16:1:4.

Все компоненты смешивались в растирочной машине.

Затем полученную композицию помещают в формующую полость пресса и подвергают формованию в условиях давления ≈6,0 МПа, при температурах от +15°С до +30°С в течение 24 часов. Полученные на основе предлагаемой рентгенозащитной композиции образцы подвергались контрольным испытаниям. Определение рентгенозащитных свойств материала по ГОСТ Р51532-99.

Результаты испытаний сведены в таблицу, где приведены данные в условиях примеров 1-7 конкретной реализации предлагаемой композиции.

Как видно из приведенной таблицы, при использовании предлагаемой композиции в составе рентгенозащитного материала обеспечиваются упрощение состава, более высокие рентгенозащитные экономические и физико-механические показатели, чем это достигнуто в прототипе, а именно повышены эффективность экранирования спектра РИ при напряжении на аноде рентгеновской трубки не менее 120 кВ, механическая прочность до 5,8 МПа, упрощен состав и снижена стоимость, максимальная эластичность, относительное удлинение в 1,5 раза, более высокая технологичность при изготовлении, предел прочности при растяжении 5,81-4,3 МПа, относительное удлинение при растяжении 43,8-77,5%, степень наполнения - до 88 мас.%.

Таблица
Наименование и состав компонентов, мас.%, Физо-мех. показатели	Примеры реализации
	1	2	3	4	5	6	7
1. Олигодиенуретановый форполимер, мас.%	9,10	13,50	11,2	10,30	10,70	13,00	12,00
2. Аминный отвердитель, мас.%	2,9	4,30	3,6	3,30	3,50	4,10	3,8
3. Смесь оксидов РЗЭ фторированных, мас.%	29,00	49,30	44,4	34,60	38,60	43,20	37,90
4. Карбид вольфрама, мас.%	59,00	32,90	40,8	51,80	47,20	39,70	46,3
5. Плотность, г/см3	5,00	3,68	4,13	4,66	4,41	3,86	4,13
6. Свинцовый эквивалент при толщине образца 1,1 мм*	-	-	0,4	-	-	-	-
7. Механическая прочность, МПа	-	4,3	5,5	5,2	5,8	5,35	5,8
8. Относительное удлинение при растяжении, %	-	77,5	41,4	77,5	43,8	71,6	61,7
9. Степень наполнения, %	88,0	82,2	85,2	86,4	85,8	82,90	84,2
* Свинцовый эквивалент прототипа составляет 0,35 мм Pb при толщине 1,8 мм

Рентгенозащитная композиция, содержащая полимерное связующее, экранирующий порошкообразный наполнитель на основе соединений редкоземельных элементов и отвердитель, отличающаяся тем, что в качестве полимерного связующего она содержит олигоуретановый форполимер, в качестве отвердителя - вещество из группы аминосодержащих соединений, а в качестве экранирующего наполнителя - смесь фторированных оксидов редкоземельных элементов только легкой группы и дополнительно карбид вольфрама в качестве модифицирующей добавки при следующем содержании ингредиентов, мас.%:

Олигоуретановый форполимер	9,10-13,50
Аминный отвердитель	2,90-4,30
Смесь фторированных оксидов редкоземельных
элементов	29,00-49,30
Карбид вольфрама	32,90-59,00