防γ射线硅橡胶复合材料、其制备方法防γ射线制品

本发明涉及复合材料，尤其涉及一种防γ射线硅橡胶复合材料、其制备方法和防γ射线制品。

背景技术：

1、美国rst公司推出的高端防护装备以橡胶为基材，稀有金属及其化合物为功能填料，具有良好的射线屏蔽性能，无生物毒性，但是价格昂贵，且技术对外封锁。国内仍以铅橡胶辐射防护材料为主，其是以铅及其化合物为主要填充材料的复合材料，因其加工相对简单，技术成熟，射线防护性能好，且具有一定的价格优势，在屏蔽材料市场中占有较大的比例。

2、但是，随着安全意识的提升，人们逐渐认识到了含铅防护装备的不足，一方面是单一的铅屏蔽材料存在弱吸收区；一方面是铅的直接接触，存在生物毒性。因此，亟需开发一种避免铅直接接触，且可以弥补铅弱吸收区的屏蔽材料作为射线防护装备主体材料。

技术实现思路

1、本发明解决的技术问题在于提供一种防γ射线硅橡胶复合材料，本申请提供的硅橡胶复合材料既可避免铅直接接触，还可弥补铅弱吸收区造成的屏蔽率降低的缺陷。

2、有鉴于此，本申请提供了一种防γ射线硅橡胶复合材料，由若干个橡胶层单元组成，所述橡胶层单元包括交替设置的橡胶层a和橡胶层b，且所述橡胶层b设置于所述复合材料的内层；

3、所述橡胶层a由甲基乙烯基苯基硅橡胶、改性屏蔽剂、硫化剂和气相二氧化硅制备得到；

4、所述橡胶层b由甲基乙烯基苯基硅橡胶、铅、气相二氧化硅和硫化剂制备得到；

5、所述改性屏蔽剂由金属氧化物和硅烷偶联剂制备得到。

6、优选的，所述改性屏蔽剂的制备方法具体为：

7、将金属氧化物、水和硅烷偶联剂混合，再加入酸催化剂调节ph至3～4，升温反应，得到改性屏蔽剂。

8、优选的，所述金属氧化物选自氧化铋、氧化钆和氧化铒中的一种或多种，所述硅烷偶联剂选自γ-巯丙基三乙氧基硅烷和乙烯基三乙氧基硅烷中的一种或两种；所述金属氧化物和水的质量比为(5～10)：100；所述金属氧化物和所述硅烷偶联剂的质量比为100：(5～8)。

9、优选的，在橡胶层a中，所述甲基乙烯基苯基硅橡胶的含量为100重量份，所述改性屏蔽剂的含量为50～100重量份，所述气相二氧化硅的含量为3～5重量份，所述硫化剂的含量为1～2重量份。

10、优选的，在橡胶层b中，所述甲基乙烯基苯基硅橡胶的含量为100重量份，所述铅的含量为200～400重量份，所述气相二氧化硅的含量为3～5重量份，所述硫化剂的含量为1～2重量份。

11、本申请还提供了所述的防γ射线硅橡胶复合材料的制备方法，包括以下步骤：

12、将金属氧化物、水和硅烷偶联剂混合，调整ph后升温反应，得到改性屏蔽剂；

13、将甲苯乙烯基苯基硅橡胶混炼后加入改性屏蔽剂，再次混炼，加入气相二氧化硅和硫化剂，得到混炼胶a；

14、将甲基乙烯基苯基硅橡胶混炼后加入铅粉，再次混炼，加入气相二氧化硅和硫化剂，得到混炼胶b；

15、将所述混炼胶a和所述混炼胶b分别冷压成型，得到橡胶层a和橡胶层b；

16、将所述橡胶层a和所述橡胶层b交替叠加放置且橡胶层b设置于内层后硫化，最后热处理，得到防γ射线硅橡胶复合材料。

17、优选的，制备混炼胶a的步骤中，所述改性屏蔽剂分5～10次加入，所述混炼的时间为5～10min，所述再次混炼的时间为3～5min；所述甲基乙烯基苯基硅橡胶苯基含量为10～30wt％，重均分子量为40～80w，所述气相二氧化硅的粒径为20～40nm，比表面积为150～300m2/g，所述硫化剂选自2，5-二甲基-2，5-二(叔丁基过氧基)己烷和2,4-二氯过氧苯甲酰中的一种或两种。

18、优选的，制备混炼胶b的步骤中，所述铅粉分5～10次加入，所述混炼的时间为5～10min，所述再次混炼的时间为3～5min；所述甲基乙烯基苯基硅橡胶苯基含量为10～30wt％，重均分子量为40～80w，所述气相二氧化硅的粒径为20～40nm，比表面积为150～300m2/g，所述铅粉的粒径为1～5μm，所述硫化剂选自2，5-二甲基-2，5-二(叔丁基过氧基)己烷和2,4-二氯过氧苯甲酰中的一种或两种；

19、所述橡胶层a的厚度为0.1～0.5mm，所述橡胶层b的厚度为0.1～0.5mm。

20、优选的，所述硫化的温度为150～180℃，时间为5～15min，所述热处理的温度为200～250℃，时间为20～40min。

21、本申请还提供了一种防γ射线制品，包括防γ射线硅橡胶复合材料，所述防γ射线硅橡胶复合材料为所述的防γ射线硅橡胶复合材料或所述的制备方法所制备的防γ射线硅橡胶复合材料。

22、本申请提供了一种防γ射线硅橡胶复合材料，由若干个橡胶层单元组成，所述橡胶层单元包括交替设置的橡胶层a和橡胶层b，且所述橡胶层b设置于所述复合材料的内层；本申请提供的复合材料具有多层交替结构，且含铅的橡胶层设置于复合材料的内层，避免了铅的直接接触，弥补铅/硅橡胶复合材料的弱吸收区，同时在橡胶层a中引入了改性屏蔽剂，其具有较好的分散性，可提升复合材料在辐照环境中的屏蔽性能；进一步的，本申请提供的复合材料采用的硅橡胶分子中引入了苯基基团，苯基的引入提升了复合材料的耐辐照性能，进而提升了防护装备在辐照环境中的使用寿命。

23、进一步的，本申请提供的复合材料通过对各层材料的选择，使其具有优异的力学性能、耐溶剂性、耐寒性以及层间结合性。

技术特征：

1.一种防γ射线硅橡胶复合材料，由若干个橡胶层单元组成，所述橡胶层单元包括交替设置的橡胶层a和橡胶层b，且所述橡胶层b设置于所述复合材料的内层；

2.根据权利要求1所述的防γ射线硅橡胶复合材料，其特征在于，所述改性屏蔽剂的制备方法具体为：

3.根据权利要求1或2所述的防γ射线硅橡胶复合材料，其特征在于，所述金属氧化物选自氧化铋、氧化钆和氧化铒中的一种或多种，所述硅烷偶联剂选自γ-巯丙基三乙氧基硅烷和乙烯基三乙氧基硅烷中的一种或两种；所述金属氧化物和水的质量比为(5～10)：100；所述金属氧化物和所述硅烷偶联剂的质量比为100：(5～8)。

4.根据权利要求1所述的防γ射线硅橡胶复合材料，其特征在于，在橡胶层a中，所述甲基乙烯基苯基硅橡胶的含量为100重量份，所述改性屏蔽剂的含量为50～100重量份，所述气相二氧化硅的含量为3～5重量份，所述硫化剂的含量为1～2重量份。

5.根据权利要求1所述的防γ射线硅橡胶复合材料，其特征在于，在橡胶层b中，所述甲基乙烯基苯基硅橡胶的含量为100重量份，所述铅的含量为200～400重量份，所述气相二氧化硅的含量为3～5重量份，所述硫化剂的含量为1～2重量份。

6.权利要求1所述的防γ射线硅橡胶复合材料的制备方法，包括以下步骤：

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，制备混炼胶a的步骤中，所述改性屏蔽剂分5～10次加入，所述混炼的时间为5～10min，所述再次混炼的时间为3～5min；所述甲基乙烯基苯基硅橡胶苯基含量为10～30wt％，重均分子量为40～80w，所述气相二氧化硅的粒径为20～40nm，比表面积为150～300m2/g，所述硫化剂选自2，5-二甲基-2，5-二(叔丁基过氧基)己烷和2,4-二氯过氧苯甲酰中的一种或两种。

8.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，制备混炼胶b的步骤中，所述铅粉分5～10次加入，所述混炼的时间为5～10min，所述再次混炼的时间为3～5min；所述甲基乙烯基苯基硅橡胶苯基含量为10～30wt％，重均分子量为40～80w，所述气相二氧化硅的粒径为20～40nm，比表面积为150～300m2/g，所述铅粉的粒径为1～5μm，所述硫化剂选自2，5-二甲基-2，5-二(叔丁基过氧基)己烷和2,4-二氯过氧苯甲酰中的一种或两种；

9.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述硫化的温度为150～180℃，时间为5～15min，所述热处理的温度为200～250℃，时间为20～40min。

10.一种防γ射线制品，包括防γ射线硅橡胶复合材料，所述防γ射线硅橡胶复合材料为权利要求1～5任一项所述的防γ射线硅橡胶复合材料或权利要求6～9任一项所述的制备方法所制备的防γ射线硅橡胶复合材料。

技术总结
本发明提供了一种防γ射线硅橡胶复合材料，由若干个橡胶层单元组成，所述橡胶层单元包括交替设置的橡胶层A和橡胶层B，且所述橡胶层B设置于所述复合材料的内层；所述橡胶层A由甲基乙烯基苯基硅橡胶、改性屏蔽剂、硫化剂和气相二氧化硅制备得到；所述橡胶层B由甲基乙烯基苯基硅橡胶、铅、气相二氧化硅和硫化剂制备得到；所述改性屏蔽剂由金属氧化物和硅烷偶联剂制备得到。本申请还提供了防γ射线硅橡胶复合材料的制备方法和防γ射线制品。本申请提供的复合材料具有耐辐照的优点，多层结构有效弥补了弱吸收区，提升异种填料的分散均匀性，改性屏蔽剂进一步提升了屏蔽性能。

技术研发人员：冉祥海,王春博,聂伟,逯乐慧
受保护的技术使用者：中国科学院长春应用化学研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/2/25