一种具有防辐射和保温特性的功能玻璃及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种双功能玻璃的制造方法，具体涉及一种具有防辐射和保温双功能特性的功能玻璃及其制备方法。
【背景技术】
[0002]随着国防科研、放射性医学和核技术应用的不断发展，各种放射性射线被广泛应用，射线对人体的伤害和对环境的破坏也逐渐为人类所认知，对防辐射材料的研究成为材料研究的一个重要方向。然而，近年来随着射线装置和核技术应用的进一步发展，传统、单一的屏蔽材料已经不能满足诸如移动式反应堆和可携带辐射源等的防护要求，如混凝土体积大、可移动性差；制备质轻、无毒、物理性质优异、屏蔽效果好且性能持久的新型防辐射材料具有重要意义。而稀土由于本身特殊的原子结构，能有效弥补铅的“弱吸收区”、对热中子的η、γ反应截面比硼和镉高出几十倍，对慢中子和中能中子的反应截面也比后者高出许多倍，大多属重金属对γ射线屏蔽也具有较好效果，因而稀土防辐射材料设计与制备成为当前防辐射材料一个研究热点。
[0003]多孔玻璃具有密度小、强度高、导热系数小等物理性质，其不仅具有玻璃材料本身固有的永久性、安全性、可靠性、防化学腐蚀性和不受蚁鼠侵害等优点，而且与其它建筑材料相比，还具有保温隔热、防水防潮、防火、耐酸碱、密度小、机械强度高、吸声等一系列优越性能。
[0004]近年来，随着核电的快速发展，对于核设备、管道的辐射防护，同时兼顾保温功能的材料受到业界的重视。而目前关于这一类材料国内外报道较少。如何对核设备、管道进行辐射防护和保温成为目前核工业领域中亟待解决的问题。林学敏等(林学敏，蒋平平，陈建波等.微乳聚合制备防辐射有机玻璃及其透明性研究[J].安全与环境学报，2008，8 (2): 148-152.)利用微乳聚合制备防辐射含铅有机玻璃，各成分的质量分数分别为:有机铅盐 20%、ΜΑ 20% ^ ΤΧ-10 6 %、Pb (NO3) 2/Η20 18%、ΜΜΑ 9.1 % ^HEMA 26.9%。该材料含有大量的有机铅，耐高温性能差，同时不具有保温特性。李书林(李书林，戴耀东，李俊等.含铅/钐功能粒子有机玻璃的制备及辐射屏蔽性能研究[J].材料导报，2014，28 (2):60-62.)采用本体聚合的方法制备了含铅/钐功能粒子的辐射防护有机玻璃，包括如下步骤将甲基丙烯酸铅、甲基丙烯酸钐、辛酸、丙二醇按照一定的配比加入到装有适量甲基丙烯酸甲酯的反应容器中，并加入适量的引发剂，混合均匀后放入到70°C的油浴锅中电动搅拌加热反应，将反应后的溶液进行抽滤，将滤液灌注到事先准备好的玻璃模具中，然后置于55°C的烘箱中加热6h，自然冷却即得透明的含铅和钐的有机玻璃。该材料含有大量的有机铅，耐高温性能差，同时制备工艺复杂。李海峰(李海峰.含铅防辐射有机玻璃板材的研制与性能研究[D],湖北大学，2009.)选用黄色氧化铅(PbO)分别与α -甲基丙烯酸(MAA)和正辛酸(OA)反应，制备了不饱和的甲基丙烯酸铅[Pb(MA)2]和饱和的辛酸铅[Pb(OA)2]粉末，然后按照一定的比例将其与甲基丙烯酸甲酯(MMA)共聚成型，制备了含铅的透明有机玻璃板材。该材料含有大量的有机铅，耐高温性能差，同时不具有保温特性。陈建波(陈建波.含铅防辐射有机玻璃的制备[D].江南大学，2008.)采用本体和微乳聚合法制备防辐射含铅有机玻璃采用的原料有:氧化铅、甲基丙烯酸、OA、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸二甲氨乙酯、苯乙烯、甲基丙烯酸二甲氨乙酯等。该材料含有大量的有机铅，耐高温性能差，同时不具有保温特性。CN200810124499.1公开了一种含铅防辐射有机玻璃的制备方法，首先对无机铅盐进行有机合成改性，合成有机羧酸铅盐，加入到甲基丙烯酸甲酯(MMA)、表面活性剂、助表面活性剂、水等组成的油包水型微乳液中，并在热引发剂的条件下引发，聚合成有机玻璃板材。林学敏(林学敏.微乳聚合制备防福射含金属有机玻璃[D].江南大学，2008.)探讨了微乳聚合法制备防辐射含金属有机玻璃的方法及其制备工艺，首先确定了 Pb (MA) 2、Pb (OA) 2、Pb (MA)2以及Pb (MA) 2的制备工艺条件，对Pb (MA) 2/MA/MMA/HEMA/TX-10/Η20体系进行了研究，得出含金属有机玻璃的最佳配方，铅盐25.4%，钡盐30.94%,镉盐32.15%的防辐射有机玻璃。该材料含有大量的有机铅，耐高温性能差，同时不具有保温特性。吴斌等(吴斌，张良莹，姚熹等.低温烧结璃陶瓷[J].电子元件与材料，2004，23 (4):6-7,21.)采用溶胶-凝胶法制备出均匀的Ba-Sr-T1-Pb-B-S1-O凝胶玻璃，通过适当的热处理，原位析出BaXSr1-XT13(BST)微晶，同时在一定温度下获得Pb-B-S1-O玻璃相。该材料不能制备尺寸较大的管状材料，且所制备的材料不具有保温特性。
[0005]高淑雅(高淑雅.微晶泡沫玻璃的制备及性能研究[D].陕西科技大学，2007.)以废旧阴极射线管为主要原料，以SiC为发泡剂，以Na2B4O7.1H2O和Na2SiF6S助熔剂，采用粉末烧结法制备微晶泡沫玻璃。郭宏武(郭宏武.高密度泡沫玻璃的研制及应用[J].玻璃，2009，36 (3):7-9.)以废阴极射线管颈玻璃和氧化铅为主要原料，加入一定量的碳化硅、氟化铅、三氧化二铁、氧化铋，采用烧结法制备高密度泡沫玻璃。郭宏伟(郭宏伟，龚煜轩，高淑雅等.PbO对泡沫玻璃性能影响的研究[J].陕西科技大学学报(自然科学版)，2010，28 (I): 1-4.)以废阴极射线管颈玻璃和氧化铅为主要原料，加入一定量的碳化硅、氟化铅、三氧化二铁、氧化铋，采用烧结法制备高密度泡沫玻璃。以上文献报道的微晶泡沫玻璃虽然强度高，可以吸收因爆炸产生的冲击波，但是所制备的材料中仅所含的铅可以吸收X射线，对中子线、γ射线吸收效果较差；该工艺制备发泡温度高达900°C以上，制备能耗高。郭宏伟(郭宏伟，刘新年，郭宏武等.高密度泡沫玻璃的制务工艺及性能研究[J].新型建筑材料，2009，36(6):42-44.)以废阴极射线管颈玻璃和氧化铅为主要原料，加入一定量的碳化硅、氟化铅、三氧化二铁、氧化铋，采用烧结法制备高密度泡沫玻璃。该方法所制备的泡沫玻璃密度高达2.0g/cm3，如作为保温材料保温效果较差，同时对对中子线、γ射线吸收效果较差。
【发明内容】
[0006]本发明的目的在于提供一种具有防辐射和保温双功能特性的功能玻璃及其制备方法，以克服上述现有技术存在的缺陷，本发明提供了一种防辐射功能强、保温效果显著、低密度、高强度、生产简单、可实现大尺寸异型单模生产的具有防辐射和保温双功能特性的功能玻璃及其制备方法。
[0007]为达到上述目的，本发明采用如下技术方案:
[0008]—种具有防辐射和保温特性的功能玻璃，以质量分数计，其制备原料包括:95?97 %的风干玻璃渣，I?3 %的碳酸钙，0.5?3 %的无水三氧化二硼，0.5?1.2 %的三氧化^-fp O
[0009]进一步地，所述的风干玻璃渣的制备原料包括:以质量分数计，30?40%的S12,20 ?30% 的 Pb0，8 ?12% 的 Ba0，5 ?8% 的 SrO，I ?2% 的 Li2O, 3 ?5% 的 Na2O, 3 ?5%的 K2O, I ?3 % 的 CeO2,1 ?3 % 的 Al2O3, 2 ?4 % 的 ZrO2, 3 ?6 % 的 B2O3, 5 ?8 % 的 Bi2O30
[0010]进一步地，所述的S12S工业纯，且其粒度小于50目；所述的？130，8&0，5抑，1^20，Na2O, K2O, CeO2, Al2O3, ZrO2, B2O3, Bi2O3均为化学纯，且粒度均大于 50 目。
[0011]进一步地，所述的碳酸钙、无水三氧化二硼和三氧化二铝均为分析纯，且粒度均大于600目。
[0012]—种具有防辐射和保温特性的功能玻璃的制备方法，包括以下步骤:
[0013]第一步，风干玻璃渣的制备
[0014]I)按质量分数将30?40%的S12, 20?30%的PbO，8?12%的BaO，5?8%的SrO, I ?2% 的 Li2O, 3 ?5% 的 Na2O, 3 ?5% 的 K2O, I ?3% 的 CeO2,1 ?3% 的 Al2O3, 2 ?4%的ZrO2, 3?6%的B2O3, 5?8%的Bi2O3混合至均匀度大于98%后形成配合料；
[0015]2)将混合均匀的配合料在1450?1480°C下熔制6?16h得到玻璃液；
[0016]3)使玻璃液流入水池中冷却后捞出，并风干后即得到风干玻璃渣；
[0017]第二步，具有防辐射和保温特性的功能玻璃的制备
[0018]I)按照质量分数将95?97%的风干玻璃渣，I?3%的碳酸钙，0.5?3%的无水三氧化二硼，0.5?1.2%的三氧化二铝混合后球磨至小于200目，形成配合料；
[0019]2)将配合料进行发泡工艺，即得到具有防辐射和保温特性的功能玻璃。
[0020]进一步地，所述的S12S工业纯，且其粒度小于50目；所述的？130，8&0，3抑，1^20，Na2O, K2O, CeO2, Al2O3, ZrO2, B2O3, Bi2O3均为化学纯，且粒度均大于50目；所述的碳酸钙、无水三氧化二硼和三氧化二铝均为分析纯，且粒度均大于600目。
[0021]进一步地，第一步3)中使玻璃液降温至1100°C时再流入水池。
[0022]进一步地，第二步2)中将配合料均匀的铺入耐热模具中，然后连同耐热模具一起移入发泡窑中进行发泡工艺，其中铺料厚度为5?10cm。
[0023]进一步地，第二步2)中的发泡工艺具体包括:干燥阶段，升温速度为3°C /min,升温至150°C，保温10?20min ;升温发泡阶段，升温速度为3?5°C /min，升温至760?765°C，保温10?30min ;降温冷却阶段，降温速度为5?10°C