[發明專利]一種中子屏蔽薄膜及其制備方法和應用

在審

• 申請號: 202210169769.0
• 申請日: 2022-02-23
• 公開（公告）號: CN114539525A
• 公開（公告）日: 2022-05-27
• 發明（設計）人: 謝璠;代啟陽;卓龍海;陸趙情;高坤;代曦怡
• 申請（專利權）人: 陜西科技大學
• 主分類號: C08G73/10
• 分類號: C08G73/10;C08K9/06;C08K3/38;C08J5/18;C08L79/08
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 白文佳

本發明公開了一種中子屏蔽薄膜以及制備方法和應用，制備過程如下：將導熱填料與中子屏蔽填料分別加入乙醇中，超聲處理，得到羥基化后的導熱填料與中子屏蔽填料，進一步制的表面硅烷化的導熱填料以及中子屏蔽填料；將表面硅烷化的導熱填料以及中子屏蔽填料分散至強極性非質子溶劑中，并依次加入二胺單體以及二酐單體，攪拌進行原位聚合，得到導熱填料以及中子屏蔽填料改性的聚合物前驅體液；將得到的前驅體液制成薄膜，在干燥后，經高溫處理，得到導熱填料以及中子屏蔽填料改性的聚酰亞胺薄膜。本發明在聚酰亞胺薄膜的合成過程中加入有機硅烷化試劑改性后的導熱填料與中子屏蔽填料，制備了具有良好導熱性能的超薄聚酰亞胺中子屏蔽薄膜。

技術領域

本發明屬于聚合物基復合薄膜的制備技術領域，涉及一種中子屏蔽薄膜及其制備方法和應用。

背景技術

中子屏蔽材料在核電站、核醫學治療等領域起到至關重要的作用，在核廢料處理、中子束準直器、中子捕集器、醫療衛生等領域也有著廣泛的應用。隨著科學技術的發展，高分子在中子屏蔽領域的應用越來越廣泛。有機材料中氫含量高，是快中子屏蔽材料的首選，常用的作為快中子屏蔽材料的聚合物有聚乙烯(PE)、高密度聚乙烯(HDPE)、聚丙烯(PP)以及聚酰亞胺(PI)等，PI由于分子主鏈結構單元中含有酰亞胺環，而具有極為突出的熱穩定性、耐環境老化性、耐化學溶劑性以及機械強度等，是目前綜合性能最優的聚合物材料之一，但是PI的導熱性能較差，使得材料在長時間使用或過載使用時容易產生熱積累，材料容易發生“變質”，如熱膨脹、熱降解、熱積累等問題，從而減少材料的使用壽命和降低設備的使用可靠性。在一些對薄膜平均厚度要求比較高的設備，如醫療設備、中子束準直器、中子捕集器等，由于設備體積受限，其中子屏蔽膜的平均厚度要求比較高，PI薄膜的平均厚度只有十幾微米，PI薄膜的中子屏蔽性能較差，幾乎無法使用。

發明內容

針對現有技術中存在的問題，本發明提供一種中子屏蔽薄膜及其制備方法和應用，從而實現了在確保PI薄膜厚度的基礎上有效提高了薄膜材料的導熱性能以及中子屏蔽性能，延長了薄膜材料的使用壽命并提高了設備的使用可靠性。

本發明是通過以下技術方案來實現：

一種中子屏蔽薄膜的制備方法，包括以下步驟：

S1：將導熱填料與中子屏蔽填料分別加入乙醇中，超聲處理，得到羥基化后的導熱填料與中子屏蔽填料，將有機硅烷試劑加入羥基化后的導熱填料以及中子屏蔽填料中，得到表面硅烷化的導熱填料以及中子屏蔽填料；

S2：將步驟S1得到的表面硅烷化的導熱填料以及中子屏蔽填料分散至強極性非質子溶劑中，并依次加入二胺單體以及二酐單體，攪拌進行原位聚合，得到導熱填料以及中子屏蔽填料改性的聚合物前驅體液；

S3：將步驟S2得到的導熱填料以及中子屏蔽填料改性的聚合物前驅體液制成薄膜，在干燥后，經高溫處理，得到導熱填料以及中子屏蔽填料改性的聚酰亞胺薄膜；

所述導熱填料為氮化硼、氧化鋁以及氧化鎂中的任意一種；

所述中子屏蔽填料為碳化硼、聚乙烯以及硼砂中的任意一種。

優選的，所述有機硅烷試劑為γ―氨丙基三乙氧基硅烷或二叔丁基二氯硅烷。

優選的，所述二胺單體為4，4-二氨基二苯醚、4，4-二氨基聯苯和對苯二胺中的一種或幾種的任意配比的混合物。

優選的，所述二酐單體為均苯四甲酸酐、六氟二酐和3，3’，4，4’-二苯酮四酸二酐中的一種或幾種的任意配比的混合物。

優選的，所述強極性非質子溶劑為N，N-二甲基甲酰胺、N，N-二甲基乙酰胺、N-甲基吡咯烷酮以及二甲基亞砜中的一種或幾種的任意配比的混合物。

優選的，所述導熱填料以及中子屏蔽填料改性的聚合物前驅體液中，所述導熱填料的顆粒尺寸為5μm～10μm，所述導熱填料的添加量為所述聚合物前驅體質量的10％～30％。