Материал на полимерной основе для комбинированной радио- и радиационной защиты

Авторы патента:

Чердынцев Виктор Викторович (RU)

Бойков Андрей Анатольевич (RU)

Гульбин Виктор Николаевич (RU)

G21F1/00 - Состав материалов для защиты от излучений

B82B3/00 - Изготовление или обработка наноструктур

Владельцы патента RU 2605696:

федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" (RU)

Изобретение относится к области защиты от ионизирующего и сверхвысокочастотного излучения. Радио-, радиационно-защитный материал на полимерной основе содержит сверхвысокомолекулярный полиэтилен с наночастицами вольфрама, карбида бора и технического углерода при следующем соотношении компонентов (% масс.): сверхвысокомолекулярный полиэтилен - 40-60, вольфрам - 18-20, карбид бора - 15-20, технический углерод УМ-76 - 5-20. Изобретение позволяет комбинировать свойства, позволяющие получать материал, поглощающий нейтронное, рентгеновское и СВЧ-излучение. 1 ил., 3 табл.

Изобретение относится к композиционным радио- и радиационно-защитным материалам, в частности к материалам на основе полимерного связующего, в качестве которого используется сверхвысокомолекулярный полиэтилен (СВМПЭ), наполненный радио- и радиационно-защитными неорганическими компонентами. Изобретение может быть использовано для изготовления изделий, применяемых в средствах индивидуальной защиты медицинских и аварийно-спасательных служб, а также в авиакосмической, атомной отраслях промышленности и в медицине. Композит обеспечивает защиту от электромагнитного излучения сверхвысоких (СВЧ), крайне высоких (КВЧ) частот, электронов, протонов, нейтронов, рентгеновского и γ-излучений.

Известен способ изготовления композита полимер/углеродные нанотрубки на подложке (RU 2400462 C1, опубл. 27.09.2010), включающий растворение полимера в первом растворителе при температуре 90°С, обработку ультразвуком находящихся во втором растворителе УНТ, смешивание растворенного полимера с раствором УНТ и обработку ультразвуком полученного раствора в присутствии переменного магнитного поля в течение времени, достаточного для распределения УНТ по всей матрице полимера, а затем нанесение композита на подложку и термообработку, которые происходят в присутствии постоянного магнитного поля. Применялся полимер полиимид и многостенные углеродные нанотрубки. Технический результат - повышенная устойчивость к радиационному облучению, увеличенная механическая прочность, электропроводимость.

Недостатками способа являются сложность технологического процесса получения композита, дорогостоящий наполнитель. Материал обеспечивает защиту от высокочастотных электромагнитных полей, но при высокой устойчивости к радиационному излучению от радиации не защищает.

Известен способ получения композита для зашиты от космической радиации (RU 2515493 C1, опубл. 10.05.2014), включающего кремнийорганическую жидкость, порошок оксида тяжелого металла, отличающийся тем, что в качестве составляющих компонентов содержит политетрафторэтилен (матрица), а используемую кремнийорганическую жидкость «Пента-808» применяют в качестве модификатора поверхности оксида висмута Bi₂O₃ при следующем соотношении компонентов, мас. %: политетрафторэтилен 37-45, модифицированный оксид висмута Bi₂O₃ 55-63, кремнийорганическая жидкость «Пента-808», взятая по отношению к массе чистого Bi₂O₃, 0,8-1,0.

Известен способ получения материала для защиты от космической радиации (RU 2275704 С2, опубл. 27.04.2006), содержащего подслой в виде раствора полибутилтитаната или раствора элементоорганических соединений и слой покрытия из материала, содержащего в качестве матрицы кремнийорганический полимер. В качестве неорганического наполнителя слой покрытия из материала содержит порошки тяжелых металлов, их оксиды и карбиды, структурирующий агент на основе смеси эфира ортокремниевой кислоты и продуктов его гидролиза. Кроме того, он содержит технологический структурирующий агент в виде пирогенетического аморфного диоксида кремния, вулканизирующий агент в виде диэтилдикаприлата олова или катализатор в виде раствора аминосилана в эфирах ортокремниевой кислоты. Слой покрытия из материала имеет следующее соотношение компонентов, мас. %: кремнийорганический полимер 8,2-37,1; порошки тяжелых металлов, их оксиды и карбиды 60,7-92,0; структурирующий агент 0,2-0,5; технологический структурирующий агент 0,2-0,5; вулканизирующий агент или катализатор 0,9-1,2.

Оба материала обеспечивают защиту только от γ-излучения, но не защищают от высокочастотных электромагнитных полей, потоков быстрых и медленных нейтронов, что существенно ограничивает их применение в космосе.

Известен способ, в котором полимерная композиция для радиационной зашиты электронных приборов (RU 2530002 С2, опубл. 10.10.2014), содержащая полимерное связующее, литий и бор в качестве экранирующих наполнителей (агентов), может быть использована для изготовления защитных материалов для биологической защиты, в качестве теневой защиты ядерных энергетических установок, аппаратуры ядерно-опасных объектов. Композиция содержит в качестве связующего полипропилен и/или полиэтилен, а литий и бор в составе соединения тетрагидридобората лития (ТГБЛ), капсулированного при следующем соотношении ингредиентов, порошкообразный экранирующий наполнитель - тетрагидридоборат лития - не более 5 мас. %, полиэтилен и/или полипропилен - остальное.

Композиция обеспечивает защиту только от нейтронов.

Известен способ получения композиционного материала для поглощения электромагнитного излучения и способ его получения (RU 2242487 C1, опубл. 20.12.2004), включающий смешение электропроводящего наполнителя, содержащего модифицированный графит, и полимерного связующего при массовом соотношении, равном 2-30:70-98, соответственно. После совмещения смеси дополнительно осуществляют терморасширение смеси в режиме термоудара при температуре 250-310°С, с последующим ее формованием. Причем полимерное связующее выбирают из группы, включающей полиолефин, полистирол, фторопласт, ПВХ-пластизоль и кремнийорганический каучук СКТВ, а в качестве модифицированного графита используют продукт модифицирования графита концентрированными серной и азотной кислотами. Полученный композиционный материал характеризуется в диапазоне длин волн от 0,8 до 25 см при толщине образца от 4 до 8 мм уменьшением коэффициента отражения от -2 до -16 дБ.

Материал защищает только от СВЧ-излучения, причем активное поглощение электромагнитного излучения (ЭМИ) начинает превалировать над отражением от поверхности образца при частоте ЭМИ более 15 ГГц.

Прототипом является (RU 2030803 C1, опубл. 10.03.1995), в котором описана матрица на полимерной основе для защитного материала и эластичный материал для защиты от рентгеновского и гамма-излучений. Матрица включает бутадиеновый или бутадиен-нитрильный и дивинилстирольный каучуки, фторопласт-4 и агидол при соотношении бутадиенового или бутадиен-нитрильного и дивинилстирольного каучуков 1:/2,3-3,6/ при следующем соотношении компонентов, мас. %: бутадиеновый или бутадиен-нитрильный и дивинилстирольный каучуки 86,8-88,3; фторопласт-4 9,5-10,5; агидол 2,2-2,8; эластичный материал для защиты от рентгеновского и гамма-излучений, содержащий матрицу, включающую каучуки, вид и соотношение которых указан в матрице, и наполнитель, в качестве которого использован вольфрам или оксиды тяжелых металлов при следующем соотношении компонентов, мас. %: бутадиеновый или бутадиен-нитрильный и дивинилстирольный каучуки - 4,4-17,5, фторопласт-4 0,5-2,0 агидол 0,1-0,5, вольфрам или оксиды тяжелых металлов 80,0-95,0.

Отличием является полимерная матрица и способ получения готового продукта.

Технический результат изобретения заключается в комбинации свойств, таких как поглощение ионизирующего излучения (нейтронного и рентгеновского) за счет введения борсодержащих и вольфрамсодержащих соединений и поглощение электромагнитного излучения за счет введения углеродного компонента.

Технический результат достигается следующим образом:

Радио-, радиационно-защитный материал на полимерной основе содержит сверхвысокомолекулярный полиэтилен с наночастицами вольфрама, карбида бора и технического углерода при следующем соотношении компонентов, масс. %:

Сверхвысокомолекулярный полиэтилен	40-60
Вольфрам	18-20
Карбид бора	15-20
Технический углерод марки УМ-76	5-20

В предлагаемом материале повышенный уровень радиационно-защитных свойств достигается за счет введенного в композит нанопорошка вольфрама и карбида бора дисперсностью 50-100 нм. Введение нанопорошка вольфрама в количестве 18-20 масс. % обеспечивает коэффициент поглощения гамма-излучения с энергией от 200 КэВ до 1,4 МэВ в пределах 1,468-1,032. Введение наночастиц карбида бора в композит в количестве 15-20 масс. % обеспечивает высокий уровень защитных свойств от нейтронного излучения, вплоть до полного поглощения. Введение наночастиц углерода в количестве 5-20 масс. % способствует высокому уровню поглощающих свойств электромагнитного излучения. Эффективное распределение наноразмерных наполнителей по полимерной матрице обеспечивается за счет применения метода совестного механического синтеза в высокоэнергетичных планетарных мельницах с металлическими мелящими телами. Получение изделия необходимой формы из композита осуществляется методами термопрессования и экструзии при температуре 180-200°С. Благодаря хорошей перерабатываемости материала изделие радиационной защиты из данного материала может быть изготовлено практически любой сложной формы.

Возможность промышленной применимости предлагаемого материала и его использования в качестве радио-, радиационно-защитного материала подтверждается следующим примером реализации.

Пример

В качестве исходных материалов использовались сверхвысокомолекулярный полиэтилен (СВМПЭ) марки GUR 4120, нанопорошок вольфрама дисперсностью 50-100 нм, полученный методом водородного восстановления специально приготовленного прекурсора на основе вольфрамовой кислоты, и карбид бора, полученный механическим измельчением в шаровом механоактиваторе промышленного порошка карбида бора, и нанопорошок технического углерода, полученный термоокислительным разложением высокоароматизированного сырья и с размером частиц 2-10 нм.

Порошки - СВМПЭ, вольфрама, карбида бора проходят предварительную сушку при температуре 110°С, затем смешиваются и подвергаются механическому перемешиванию с помощью планетарной мельницы FRITSCH Pulverisette 5 с металлическими мелящими телами в следующих композициях: 18% масс. вольфрама, 10% масс. карбида бора, технический углерод УМ-76 5% масс., СВМПЭ - остальное; 18% масс. вольфрама, 15% масс. карбида бора, технический углерод УМ-76 5% масс., СВМПЭ - остальное; 18% масс вольфрама, 20% масс. карбида бора, технический углерод УМ-76 10% масс., СВМПЭ - остальное; 18% масс. вольфрама, 20% масс. карбида бора, технический углерод УМ-76 20% масс., СВМПЭ - остальное; 20% масс. вольфрама, 20% масс. карбида бора, технический углерод УМ-76 20% масс., СВМПЭ - остальное. Полученные после перемешивания в мельнице композиционные смеси подвергались термопрессованию при температуре 180-200°С и давлении 20-40 МПа.

На чертеже показан пример структуры композита, полученной на сканирующем электронном микроскопе, путем получения хрупкого излома композита при замораживании его в жидком азоте.

Механические, радиозащитные и радиационно-защитные свойства композитов приведены в таблицах 1, 2, 3.

Сверхвысокомолекулярный полиэтилен	40-60
Вольфрам	18-20
Карбид бора	15-20
Технический углерод УМ-76	5-20

Изобретение относится к экологии и может быть использовано для осуществления радонозащитных мероприятий в различных зданиях. Способ удаления радона из воздуха помещений заключается в пропускании воздуха через поглотительные фильтры из активированного угля, сорбирующие радон.

Защитный материал от нейтронного излучения и сцинтилляционный детектор гамма-излучения // 2591207

Изобретение относится к ядерной технике и может быть использовано для изготовления защитного материала от нейтронного излучения, а также к детекторам гамма-излучения, содержащим защитную оболочку.

Радиационно-защитный материал на полимерной основе с повышенными рентгенозащитными и нейтронозащитными свойствами // 2561989

Изобретение относится к ядерной технике, а именно к материалам для защиты от ионизирующего излучения, и предназначено для использования при изготовлении элементов радиационно-защитных экранов.

Защитное устройство резервуаров для хранения газообразных, жидких или сыпучих сред // 2556018

Изобретение относится к средствам защиты от оружия поражения ближнего боя. В защитном устройстве резервуаров для хранения газообразных, жидких и сыпучих сред, в том числе радиоактивных, защита обеспечивается установкой на корпус резервуара «прозрачного» экрана, выполненного в виде решетки из стального прутка, и сплошных экранов, выполненных из армированного высокопрочного не поддерживающего горение материала, например фиброжелезобетона.

Радиационно-защитное терморегулирующее покрытие для космических аппаратов // 2554183

Изобретение относится к области космического материаловедения, а именно к терморегулирующим покрытиям класса «солнечные отражатели». Радиационно-защитное терморегулирующее покрытие включает верхний слой покрытия, содержащий в качестве связующего водный раствор литиевого жидкого стекла, наполнители BaSO4, Ва(AlO2)2, и нижний слой покрытия, состоящий из водного раствора литиевого жидкого стекла и наполнителей - порошок Bi2O3 и порошок BaWO4.

Борсодержащий нейтронозащитный материал // 2550156

Изобретение относится к нейтронозащитным материалам и может быть использовано, в частности, при капсулировании радиоактивных отходов, при создании защитных щитов.

Способ защиты от эрозии первой стенки реактора ядерного синтеза с магнитным удержанием // 2546333

Изобретение относится к средствам управляемого ядерного синтеза с магнитным удержанием плазмы и может быть использовано в термоядерных реакторах для защиты стенок.

Термостойкий нейтронозащитный материал // 2522580

Изобретение относится к материалам с нейтронопоглощающими свойствами для защиты от нейтронного излучения. Предложен термостойкий нейтронозащитный материал, состоящий из магнийфосфатного связующего (24-33 мас.%) и порошковой части (76-67 мас.%), при этом порошковая часть содержит гидрид титана ТiH2 (90,3-95,5 мас.%), оксид магния MgO (2,7-4,5 мас.%) и карбид бора В4С (1,8-5,2 мас.%).

Углеродсодержащая композиция для радиозащитных материалов // 2519244

Заявленное изобретение относится к области электротехники, а именно к составу углеродсодержащей композиции для получения радиозащитных материалов. Композиция содержит 5-16 мас.% ультрадисперсного активного углерода со средним размером частиц 5-100 нм и удельной поверхностью 16-320 м2/г, диспергатор в виде водного раствора натриевого стекла и стабилизатор в виде насыщенного раствора лингосульфоната аммония.

Сплав для поглощения тепловых нейтронов на основе титана // 2519063

Изобретение относится к области металлургии, а именно к разработке новых нерадиоактивных материалов, и может быть использовано в атомной энергетической промышленности.

Способ получения нанокапсул сухого экстракта топинамбура // 2605614

Изобретение относится к способу получения нанокапсул сухого экстракта топинамбура в натрий карбоксиметилцеллюлозе. Указанный способ характеризуется тем, что к суспензии натрий карбоксиметилцеллюлозы в бензоле добавляют препарат Е472с в качестве поверхностно-активного вещества, полученную смесь перемешивают, добавляют сухой экстракт топинамбура, затем добавляют ацетонитрил, полученную суспензию нанокапсул отфильтровывают, промывают ацетонитрилом и сушат, при этом массовое соотношение экстракт топинамбура:натрий карбоксиметилцеллюлоза в нанокапсулах составляет 1:3, 1:1, 1:5 или 5:1.

Способ получения нанокапсул лекарственных растений, обладающих седативным действием, в агар-агаре // 2605613

Изобретение относится к способу получения нанокапсул лекарственных растений, обладающих седативным действием. Указанный способ характеризуется тем, что 5 мл настойки пустырника или валерьяны или 10 мл настойки пиона уклоняющегося добавляют в суспензию агар-агара в бензоле, содержащую 1 или 3 г указанного полимера, в присутствии 0,01 г препарата Е472с в качестве поверхностно-активного вещества при перемешивании 1300 об/мин, затем приливают 10 мл бутилхлорида, полученную суспензию нанокапсул отфильтровывают и сушат при комнатной температуре.

Способ получения нанокапсул витаминов группы в // 2605596

Изобретение относится к способу получения нанокапсул витаминов группы B в альгинате натрия. Указанный способ характеризуется тем, что в качестве оболочки используется альгинат натрия, а в качестве ядра - витамины группы В, при массовом соотношении ядро:оболочка 1:3 или 1:1, при этом витамин добавляют в суспензию альгината натрия в петролейном эфире в присутствии препарата E472с в качестве поверхностно-активного вещества при перемешивании 1300 об/мин, далее добавляют этилацетат, полученную суспензию отфильтровывают и сушат при комнатной температуре.

Способ получения нанокапсул лекарственных растений, обладающих спазмолитическим действием // 2605594

Изобретение относится к способу получения нанокапсул лекарственных растений, обладающих спазмолитическим действием. Указанный способ характеризуется тем, что настойку мяты добавляют в суспензию натрий карбоксиметилцеллюлозы в метилэтилкетоне в присутствии 0,01 г препарата Е472с в качестве поверхностно-активного вещества при перемешивании 1300 об/мин, полученную суспензию отфильтровывают и сушат при комнатной температуре, при этом массовое соотношение ядро:оболочка составляет 1:3, или 1:1, или 3:1, или 1:5, или 5:1.

Способ придания супергидрофобных свойств поверхности металла // 2605401

Изобретение относится к способу придания супергидрофобных свойств поверхности металла. Воздействуют на упомянутую поверхность сфокусированным лучом импульсного лазерного излучения с длительностью импульсов в наносекундном диапазоне, осуществляют перемещение упомянутого луча относительно упомянутой поверхности по заранее заданному закону.

Способ получения гранулированного нанокристаллического гидроксилапатита // 2605296

Изобретение относится к фармацевтической промышленности, а именно к способу получения гранулированного нанокристаллического гидроксилапатита (ГАП). Способ получения гранулированного нанокристаллического гидроксилапатита включает синтез гидроксилапатита в насыщенном растворе гидроксида кальция, декантированном после суточного отстаивания от осевших агрегатов Са(ОН)2, путем приливания щелочного раствора ортофосфорной кислоты при постоянном перемешивании до достижения значения рН реакционной смеси не ниже 10, затем отстаивают, декантируют жидкую фазу и замораживают полученный коллоидный раствор высокочистого наногидроксилапатита в камере лиофильной сушки, предварительно охлажденной, после чего осуществляют лиофильную сушку в вакууме при температуре -5°С и готовые гранулы разделяют на фракции.

Способ получения нанокапсул лекарственных растений, обладающих седативным действием в каррагинане // 2605273

Изобретение относится к области нанотехнологии, в частности к способу получения нанокапсул, и описывает способ получения нанокапсул лекарственных растений, обладающих седативным действием.

Закрытый эндопротез тазобедренного сустава // 2605149

Изобретение относится к медицине. Закрытый эндопротез тазобедренного сустава содержит ножку клиновидной формы с конусом, сферическую головку, чашку в виде полусферы с вкладышем со сферической открытой наружу полостью под сферическую головку, коническую упругую тонкостенную гофрированную оболочку, размещенную между вкладышем и ножкой.

Композитный нанокристаллический катализатор для крекинга пропана с целью получения олефинов и способ его получения // 2604884

Изобретение относится к области нефтехимии. Композитный нанокристаллический катализатор для крекинга пропана с целью получения олефинов содержит нанокристаллический оксид алюминия, модифицированный оксидом титана или оксидом кремния с массовой долей последних от 0,35 до 5%.

Нанокристаллический катализатор для крекинга пропана с целью получения олефинов и способ его получения // 2604882

Изобретение относится к области нефтехимии. Нанокристаллический катализатор для крекинга пропана с целью получения олефинов представляет собой нанокристаллическую форму аэрогеля оксида алюминия.

Способ получения нанокапсул розувастатина в альгинате натрия // 2605846

Изобретение относится к способу получения нанокапсул розувастатина, характеризующемуся тем, что розувастатин медленно добавляют в суспензию альгината натрия в гексане, в присутствии 0,005 г препарата Е472с при перемешивании 1000 об/мин, при массовом соотношении оболочка:ядро 3:1 или 1:5, затем приливают петролейный эфир в качестве осадителя, полученную суспензию отфильтровывают и сушат при комнатной температуре. Изобретение обеспечивает упрощение и ускорение процесса получения нанокапсул, уменьшение потерь при получении (увеличение выхода по массе). 3 пр., 1 ил.