Рентгенозащитная композиция

 

Изобретение относится к полимерным материалам для защиты от излучений и может быть использовано для защиты персонала рентгеновских установок. Сущность изобретения состоит в том, что перемешивают на вальцах 10 - 30 мин при комнатной температуре и полимеризуют в режиме холодного отверждения смесь диметилсилоксанового каучука мол.м. 15·10³ - 70·10³ 19 - 28 мол.%, катализатора - диэтилдикаприлата олова (IV) в растворе тетраэтоксисилана 0,8 - 1,25 мас.%, наполнителя, содержащего смесь оксидов редкоземельных элементов, сурьмы (III) и иттрия при массовом соотношении количества оксидов редкоземельных элементов и количества сурьмы (III) и иттрия 1:(1,15 - 1,59) и массовом соотношении количества оксида сурьмы (III) и количества оксида иттрия 1: (0,016 - 0,088), при этом наполнитель содержит оксиды легких элементов - лантана, церия, неодима, празеодима 9,0 - 16,0 мас.%, оксиды средних элементов - самария, европия, гадолиния, тербия 7,0 - 20,0 мас.%, оксиды тяжелых элементов - диспрозия, гольмия, эрбия, тулия 7,0 - 23,0, оксид сурьмы (III) 53,1 - 57,3 мас.% и оксид иттрия - остальное. Состав полимерной композиции для изготовления эластичного рентгенозащитного высокоэффективного материала характеризуется высокими физико-механическими показателями, малотоксичен, пригоден для изготовления защитной одежды, механическая прочность ~3,0 мПа, нетоксичен, эффективность ослабления рентгеновского излучения с граничной энергией до 80 кэВ, характеризующейся свинцовым эквивалентом при толщине образца материала 2 мм - 0,57 мм свинца. 1 з.п.ф-лы, 1 табл.

Предполагаемое изобретение относится к полимерным материалам для защиты от излучений и может быть использовано в различных областях науки и техники, а также в медицине для защиты персонала рентгеновских установок.

Известна рентгенозащитная композиция /заявка Великобритании N 2118410, публ. 26.10.83/, содержащая полимерное связующее, порошкообразный наполнитель, в качестве которого содержится свинец.

К недостаткам известной композиции относится высокие масса и токсичность наполнителя, что снижает качество и не обеспечивает возможность изготовления защитной одежды.

Известна наиболее близкая по технической сущности к предлагаемой, композиция для защиты от излучений, включающая полимерное кремнийсодержащее связующее, катализатор холодного отверждения и порошкообразный наполнитель /патент США N 4176093, МКИ G 21 F 1/12/, в качестве которого содержится бор и/или его соединения.

К недостаткам известной композиции относятся невысокие физико-механические показатели (эластичность, механическая прочность) материала, получаемого из нее, невысокая эффективность защиты от рентгеновского излучения (РИ) вследствие химической природы наполнителя, что снижает качество и делает его непригодным для изготовления защитной одежды.

Задачей авторов предлагаемого изобретения является разработка состава высокоэффективной рентгенозащитной композиции, характеризующейся достаточно высокой эффективностью защиты от РИ со спектром излучения известных рентгеновских установок, работающих на режиме ≈ 100 кэВ на аноде (спектром, близким к планковскому), и эксплуатационными характеристиками материала на основе этой композиции, соответствующими климатическим условиям средней полосы и условиям воздействия многократного изгиба и других механических воздействий, а также пригодного для изготовления защитной одежды.

Новый технический результат, достигаемый при использовании предлагаемой композиции для изготовления рентгенозащитного материала, по сравнению с прототипом, заключается в обеспечении достаточной эффективности ослабления РИ и повышения физико-механических показателей, повышении технологичности и обеспечение возможности изготовления рентгенозащитной одежды.

Поставленная задача и новый технический результат обеспечиваются тем, что в известной композиции, включающей полимерное кремнийсодержащее связующее, порошкообразный экранирующий наполнитель, катализатор холодного отверждения, согласно предлагаемой композиции, содержится диметилсилоксановый каучук с молекулярной массой 15·10³ - 70·10³, диэтилдикаприлат олова (IV) в растворе тетраэтоксисилана в качестве катализатора, оксиды редкоземельных элементов (РЗЭ), оксиды сурьмы (III) и иттрия в качестве порошкообразного наполнителя, при массовом соотношении количества оксидов РЗЭ к количеству оксидов сурьмы (III) и иттрия 1 : (1,15- 1,59) и массовом соотношении количества оксида сурьмы (III) и количества оксида иттрия 1 : (0,016-0,088), при следующем содержании компонентов композиции, мас%: Диметилсилоксановый каучук - 19,0-28,0 Диэтилдикаприлат олова (IV) в растворе тетраэтоксисилана - 0,8-1,25 Наполнитель, содержащий смесь оксидов РЗЭ и оксиды сурьмы (III) и иттрия - Остальное Кроме того, в составе наполнителя предлагаемой композиции содержатся оксиды легких РЗЭ - лантана, церия, неодима, празеодима, оксиды средних РЗЭ - самария, европия, гадолиния, тербия и оксиды тяжелых РЗЭ - диспрозия, гольмия, эрбия, тулия, иттербия и оксиды сурьмы (III) и иттрия при следующем соотношении ингредиентов, мас.%: оксидов легких РЗЭ - 9,0-16,0 оксидов средних РЗЭ - 7,0-20,0 оксидов тяжелых РЗЭ - 7,0-23,0 оксид сурьмы (III) - 53,1-57,3 оксид иттрия - Остальное
Дополнительный технический результат заключается в повышении эффективности ослабления РИ, за счет эффективного поглощения энергии смежных участков спектра РИ каждым компонентом наполнителя, что определяется особенностями строения атомов РЗЭ, сурьмы и иттрия, входящих в состав указанных оксидов.

Предлагаемая композиция готовится смешением полимеризующегося при комнатной температуре диметилсилоксанового каучука с компонентами порошкообразного наполнителя и катализатором в заявляемых пределах концентраций. Возможно предварительное смешение компонентов наполнителя известными способами, например, в шаровой мельнице.

Экспериментально были определены граничные значения содержания наполнителя, необходимые для обеспечения одновременно требуемой эффективности ослабления РИ, высоких механической прочности и эластичности, приемлемых показателей токсичности и массы. При этом было установлено, что при превышении содержания диэтилдикаприлата олова (IV) наблюдалось резкое снижение эластичности и механической прочности, технологичности при изготовлении защитной одежды на основе композиции. При выходе за указанный нижний предел содержания катализатора преимущества предлагаемой композиции теряются, т.к. в этом случае не наблюдалось оформления изделия, что приводило к неработоспособности материала.

Снижение содержания порошкообразного наполнителя, содержащего оксиды РЗЭ, сурьмы и иттрия, поглощающих энергию РИ, приводило к снижению эффективности ослабления РИ, а превышение их содержания сверх предлагаемого диапазона значений (преимущественно, относительно содержания оксида сурьмы (III) ведет к снижению механической прочности и эластичности, при этом оксид сурьмы проявляет, вероятно, свойства модификатора.

В случае использования композиции, содержащей все компоненты в заявляемых пределах соотношений реализуется механическая прочность 2,9-3,6 МПа, достаточно высокая эффективность ослабления РИ (свинцовый эквивалент по ослаблению РИ, генерируемого трубкой рентгеновской установки типа РУМ-20 при напряжении на аноде 80-100 кВ по методике МЭК ПК-62Б составляет 0,57 мм свинца при толщине исследуемого образца материала 2 мм).

Дополнительно было подтверждено, что наличие оксидов РЗЭ, оксидов сурьмы (III) и иттрия в композиции обеспечивает повышение эффективности ослабления РИ за счет увеличения количества участков спектра РИ и их перекрывания при наиболее полном и эффективном поглощении каждым компонентом наполнителя. Были установлены оптимальные соотношения между группами оксидов РЗЭ и оксидами сурьмы (III), характеризующимися соответствующими сечениями поглощения энергии РИ. При этом сурьма и иттрий наиболее эффективно поглощают "мягкую" часть спектра РИ рентгеновской трубки. Суммарное поглощение энергии РИ значительно превышает возможности прототипа и других рентгенозащитных материалов, в состав которых входят отдельные представители оксидов РЗЭ из числа предлагаемых в данной композиции. Это позволяет значительно расширить области применения предлагаемого изобретения.

В процессе изготовления образцов для измерения физико-механических характеристик, готовую композицию наносили на слои ткани хлопчатобумажной, при этом технологичность состава, необходимое время жизнеспособности обеспечивалось достаточным количеством диметилсилоксанового каучука, катализатора и, как это показали эксперименты, количеством оксида сурьмы (III), на основании этого факта уточнялись диапазоны их соотношений.

Образцы материала были подвергнуты испытаниям на предмет рентгенозащитных показателей и токсичности. Испытания на предмет токсичности композиции проводились во ВНИИИМТ, г. Москва (протокол испытаний от 13.12.93 г.). Результаты испытаний свидетельствовали об отсутствии токсичности в рентгенозащитном материале.

Возможность промышленного осуществления изобретения подтверждается следующими конкретными примерами реализации.

Пример 1. Для получения композиции сначала готовили смесь порошкообразного наполнителя в заявляемых пропорциях, смешивали с полимеризующейся основой - диметилсилоксановым каучуком и катализатором. В условиях данного примера использовался низкомолекулярный каучук синтетический СКТН марки Г, молекулярной массой 15 · 10³ - 70 · 10³ в количестве 19 мас.% (в композиции).

В качестве катализатора холодного отверждения выбрано металлоорганическое соединение м. N 18, представляющее собой раствор диэтилдикаприлата олова (IV) в растворе тетраэтоксисилана (торговое название - этилсиликат-32) (ТУ 6-02-805-78) в количестве 1,25 мас.%
Отдельно подготовленная смесь порошкообразного наполнителя взята в количестве 79,75 мас.%, при этом оксид иттрия является естественной примесью в тяжелой группе оксидов РЗ.

Все компоненты композиции перемешивались и смесь прокатывали на вальцах в течение 10-20 мин при комнатной температуре. Для изготовления опытных образцов композиция наносилась на тканую основу (маркизет ГОСТ 12239-79).

Далее, в примерах 2-6 - в условиях примера 1 готовили композиции, используя иные конкретные соотношения компонентов из заявляемого диапазона значений. Данные по составам и их свойствам сведены в таблицу.

Из таблицы видно, что использование в составе предлагаемой композиции всех указанных компонентов в заявляемых диапазонах их содержания обеспечивает получение материала с высокими эффективностью ослабления РИ, физико-механическими показателями, технологичностью, что позволяет использовать его при изготовлении защитной одежды.

Формула изобретения

1. Рентгенозащитная композиция, включающая полимерное кремнийсодержащее связующее, катализатор холодного отверждения, порошкообразный наполнитель, отличающаяся тем, что она содержит диметилсилоксановый каучук с мол.м. 15·10³ - 70·10³ в качестве связующего, металлоорганическое соединение - диэтилдикаприлат олова IV в виде его раствора в тетраэтоксисилане в качестве катализатора, а наполнитель содержит смесь оксидов редкоземельных элементов и оксиды сурьмы (III) и иттрия при массовом соотношении количества оксидов редкоземельных элементов к количеству оксидов сурьмы (III) и иттрия 1 : (1,15-1,59) и массовом соотношении количества оксида сурьмы (III) и количества оксида иттрия 1 : (0,016 - 0,088) при следующем содержании компонентов, мас.%:
Диметилсилоксановый каучук - 19,0 - 28,0
Диэтилдикаприлат олова (IV) в растворе тетраэтоксисилана - 0,8 - 1,25
Наполнитель, содержащий смесь оксидов редкоземельных элементов и оксидов сурьмы (III) и иттрия - Остальное
2. Рентгенозащитная композиция по п.1, отличающаяся тем, что она содержит в составе наполнителя оксиды легких редкоземельных элементов - лантана, церия, неодима, празеодима, оксиды средних редкоземельных элементов - самария, европия, гадолиния, тербия, оксиды тяжелых редкоземельных элементов - диспрозия, гольмия, эрбия, тулия, иттербия, а также оксиды сурьмы (III) и иттрия при следующем соотношении ингредиентов, мас.%:
Оксиды легких редкоземельных элементов - 9,0-16,0
Оксиды средних редкоземельных элементов - 7,0-20,0
Оксиды тяжелых редкоземельных элементов - 7,0-23,0
Оксид сурьмы (III) - 53,1-57,3
Оксид иттрия - Остальное

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2