[發明專利]苯并噁嗪與鄰苯二甲腈和金屬硼化物基輻射屏蔽材料及制備方法

在審

• 申請號: 201710725998.5
• 申請日: 2017-08-22
• 公開（公告）號: CN107400332A
• 公開（公告）日: 2017-11-28
• 發明（設計）人: 王軍;劉文彬;王安然;宋莎;徐亦樂;呂丹
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工程大學
• 主分類號: C08L61/34
• 分類號: C08L61/34;C08L79/04;C08K9/06;C08K3/38;G21F1/10;G21F1/02
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技術領域

本發明涉及的是一種復合材料，本發明也涉及一種復合材料的制備方法，具體地說是一種抗中子、X和γ射線輻照的苯并噁嗪/鄰苯二甲腈/金屬硼化物基輻射屏蔽材料及其制備方法。

背景技術

隨著航空航天、原子能工業、放射醫學等的迅速發展，輻射防護已成為世界各國普遍關注的問題。如空間飛行器處于宇宙射線、太陽質子爆發以及圍繞地球的電磁俘獲帶等復雜的輻射環境，導致飛行器元器件失效乃至飛行器事故；航天員長期接觸輻射會對其器官產生傷害，民航空乘人員也比地面人員接受的輻射劑量高得多，核電和醫院工作場所亦存在低劑量的射線輻射；此外，移動式核動力裝置、核廢料轉運與貯存容器等裝置對重量和體積有特殊要求，要求屏蔽材料具有質地輕、體積小和良好的對中子、X和γ射線的綜合防護性能，但屏蔽材料的屏蔽效果與力學性能、耐熱性、抗輻照性能等難以兼顧。而傳統屏蔽材料已難以滿足現代輻射防護的特殊要求，如混凝土體積大、可移動性差；Pb對γ射線具有高的屏蔽效率，但毒性大、熔點低、易被堿侵蝕，存在弱吸收區，對低能射線和中子屏蔽效果差，已逐漸被W、Bi、稀土等金屬或氧化物顆粒所取代；硼、氫等對中子的吸收有效，通過添加B₂O₃、B₄C、BN等，可作為慢中子的吸收物質，但捕獲中子后會產生次級γ射線，進而損傷高分子材料(何建洪，孫勇，段永華，方東升.射線與中子輻射屏蔽材料的研究進展.材料導報，2011，25:347-351；張瑜，戴耀東，李江蘇，孫浩，常樹全.聚丙烯酸鉛/環氧樹脂輻射防護材料的制備及性能研究.高分子學報，2010(5):582-7；董宇，戴耀東，常樹全，康斌，楊小勇.WO₃/CeO₂/環氧樹脂基輻射防護材料的制備及性能研究.材料導報:納米與新材料專輯，2012，26(S2):184-186)。因此，迫切需要開發無毒無害、具有綜合防護性能的新型輻射屏蔽材料。以具有輻射屏蔽功能的無機粉體為填料的聚合物基復合材料因其密度小、易加工等優點，成為當前研究熱點。但該類材料存在兩方面問題，一是基體樹脂的抗輻射性能不能滿足屏蔽材料的需求，如聚烯烴在輻照過程中產生自由基，引起高分子鏈的斷鏈，耐久性差；環氧樹脂耐疲勞性和耐濕熱性差，射線輻照后的力學性能下降極大；聚氨酯抗輻射性較好，但燃燒后產生氫氰酸等有害氣體。二是功能性粉體多以氧化物或酸式鹽等作為射線屏蔽或吸收物質，引入大量無用元素，降低了功能元素含量，導致屏蔽衰減和吸收效率下降，且功能性粉體密度大，且因密度大，在基體樹脂中的分散效果差。

鄰苯二甲腈樹脂是一種與聚酰亞胺相媲美的耐高溫樹脂，其聚合物的結構以異吲哚啉環、酞菁環和三嗪環為主，因而賦予其更好的結構穩定性、耐高溫性、阻燃性以及煙霧和有毒氣體少的特性，是目前唯一能夠滿足美國海軍潛艇防火性能的有機聚合材料。但純的鄰苯二甲腈樹脂自身很難發生交聯反應，且其固化溫度高，需外加含活潑氫的化合物才能引發樹脂發生固化，如有機胺類、酚類、羧酸等化合物，這些小分子化合物的引入雖可引發鄰苯二甲腈樹脂進行交聯，但在高的固化溫度下(通常大于300℃)，會發生小分子的揮發，導致材料力學性能的下降。

苯并噁嗪樹脂是由酚類、伯胺類化合物和甲醛反應而獲得，該類單體無需外加催化劑，在加熱下即可實現交聯固化，且聚苯并噁嗪樹脂具有一些獨特的優點，如固化過程中體積變化很小；吸水率很低；固化過程中沒有副產物產生；分子設計的靈活性較高。苯并噁嗪樹脂固化開環后會產生大量的酚羥基，可以促進鄰苯二甲腈樹脂在低溫下發生交聯反應，從而降低鄰苯二甲腈樹脂的固化溫度。但苯并噁嗪樹脂固化產物的交聯密度低，其熱性能遠低于鄰苯二甲腈樹脂。

發明內容

本發明的目的在于提供一種環境友好并兼具良好力學性能、熱性能以及抗輻射性和輻射屏蔽性能的苯并噁嗪與鄰苯二甲腈和金屬硼化物基輻射屏蔽材料。本發明的目的還在于提供一種苯并噁嗪與鄰苯二甲腈和金屬硼化物基輻射屏蔽材料的制備方法。

本發明的苯并噁嗪與鄰苯二甲腈和金屬硼化物基輻射屏蔽材料是將用γ-氨丙基三乙氧基硅烷處理的金屬硼化物、與苯并噁嗪和鄰苯二甲腈在100℃下進行熔融共混，混合均勻后置于提前預熱的模具中，在100℃下進行真空脫泡，然后在140～260℃下分段固化6～15h，得到苯并噁嗪與鄰苯二甲腈和金屬硼化物基輻射屏蔽材料，其中，苯并噁嗪與鄰苯二甲腈的質量比為1:0.1～1；金屬硼化物與苯并噁嗪和鄰苯二甲腈共混物的質量比為0.1～1:1。