耐辐射涂料的研究与进展

耐辐射涂料研究进展

摘要：防辐射涂料是能够吸收投射到它表面的电磁波能量、并通过材料的损耗转变成热能的一类材料。本文着重讲述防辐射涂料的防护机理，研究进展，以及几种防辐射涂料的特性以及应用情况。

关键词：辐射涂料；屏蔽机制；防护

Resistant to radiation coating research progress

Abstract：Anti-radiation coating is capable of absorbing onto its surface, and the electromagnetic energy by material loss turned into a kind of material thermal energy. This paper tells the research progress of radiation protection coatings, and several kinds of anti-radiation coating properties and application.

Key word：Radiation-proof；Shielding mechanism；protection

0引言

防辐射涂料是能够吸收投射到它表面的电磁波能量、并通过材料的损耗转变成热能的一类材料（能量转换的原理）。在各种的电磁辐射防护材料中，涂料以其方便、轻量、不占空间以及与基材一体化等众多优势成为其中的佼佼者，因为，防辐射涂料可吸收多余的电磁波，这样不仅减少杂波对自身设备的干扰，也有效防止电磁辐射对周围设备及人员的骚扰和伤害；而且，防辐射涂料能够在复杂的曲面、微小的角落、孔、棱边等处方便地涂抹，从而在精密复杂的部位，准确坚固地形成涂膜，满足工业、科学和医疗设备的屏蔽、EMC的需要。防辐射涂料的应用已远远超出军事隐形和反隐形、对抗和反对抗范围，更广泛地应用在人体安全防护、通讯及导航系统的抗电磁干扰、安全信息保密、改善整机性能、提高信噪比、电磁兼容等许多方面。

1 防辐射涂料的屏蔽机制

屏蔽材料对电离辐射的屏蔽作用是通过涂料中所含吸收物质对电离辐射的吸收完成的。物质对射线的吸收大体以下述两种方式进行，即能量吸收和粒子吸收。

能量吸收以射线与物质粒子发生洋陛和非弹性散射方式进行，如康普顿散射。能量吸收的大小与吸收物质原子序数的4次方呈正比。“康普顿散射”以射线粒子与吸收物质的原子或原子核发生碰撞方式进行，粒子失去部分能量，同时改变行进方向(发生散射)。此过程反复进行，最终射线粒子的能量被耗尽，即被吸收。当射线能量较高时，如高能X射线或者Y射线，“康普顿散射”是吸收射线能量的主要方式。但在射线能量较低的情况下，

譬如诊断用X射线，此种吸收在整个能量吸收中仅占较少份额(约10％)。

粒子吸收以射线粒子与物质的原子或原子核发生相互作用方式进行，如光电效应。利用“光电效应”吸收x射线的原理与前者不同，它是以X射线光子与核外电子相作用为基础进行的。射线粒子打在核外电子上，其能量全部转移给电子，射线粒子被吸收。与此同时获得能量的电子摆脱原子核的束缚，成为自由电子。然而自由电子不稳定，它们将回到基态(稳定态)，回复过程中其富裕能量或以热能形式，或通过能级跃迁发出次级射线的形式释放。热能对机体无害，次级射线也因其能量远比原始的X射线低，从而达到防护射线的目的。当X射线能量较低时，光电吸收起主要作用(约占90％)。

决定物质粒子吸收能力的主要因素为该物质原子的K层吸收边(Kabsorption edge)-f立置，即取决于物质的K层吸收是否覆盖射线的能量或能谱。对低能X射线，物质的L层吸收也起一定作用。当物质与中能和低能X射线作用时，粒子吸收占有重要地位。

2 几种比较先进的防辐射涂料

2.1 一般防辐射涂料

（一）防辐射涂料是利用电磁能量转换的原理，吸收电磁波，无二次电磁污染，且吸收频带宽、衰减强、环保无污染、成本低廉，可涂、喷、刷，使用方便。该防辐射涂料（以重量计）配比如下：吸收电磁波功能材料的主料25%~35%，辅料有扩散剂0.4%~1.1%，粘固剂5%~15%，成膜剂

8%~14%，氨水0.4%~0.9%，其余为水。其中，吸收电磁波功能材料的主料是鳞片状石墨粉、乙炔碳粉、羰基铁粉、铁氧体粉构成，粒度应小于10微米。扩散剂选用亚甲基甲基萘双萘磺酸钠、羧甲基纤维素、羟已基纤维素、及相当的物质。粘固剂选自硅溶胶、硅酸钾、硅酸钠、硅酸锂之一。成膜剂是苯乙烯丙烯酸树脂，或者是苯乙烯丙烯酸甲脂聚合而成的材料。氨水用来调整涂料的pH值，以分析纯的氨水为好。其余的水为纯水。

防辐射涂料的制备方法由以下步骤组成：

1、将吸收电磁波功能材料的鳞片状石墨粉或乙炔碳粉和羰基铁粉或铁氧体粉按9∶1~6∶4重量比，吸收电磁波功能材料用量的60%、扩散剂用量的40%、氨水用量的40%及水用量作为第一次投料，配制成第一次原料。

2、预处理：使用胶体磨、振动磨、球磨机中的一种对第一次原料处理8~14小时。

3、乳化：将鳞片状石墨粉或乙炔碳粉和羰基铁粉或铁氧体粉、扩散剂、氨水的余量及成膜剂、粘固剂用量作为第二次投料，配制成第二次原料加入经预处理的第一次原料中，使用胶体磨、振动磨、球磨机、搅拌机中的一种进行乳化处理。

4、除去杂质，即成为防辐射涂料。

（二）目前家居装修中对人体有害的污染物有十多种，日常生活中以氡的辐射最为普遍，氡气是居室中不可轻视的无形杀手。防辐射内墙涂料是在传统涂料中，加入适当比例的防辐射材料重晶石，利用重晶石具有吸

收χ射线和γ射线的性质，使内墙具有较强的阻挡及吸收射线的能力，以实现涂料装饰和防辐射的双重功能【1~3】。

涂料基料生产工艺：

（1）将足量德聚乙烯醇在加热下溶解于水中。

（2）然后加入盐酸、甲醇，进行缩合反应。

（3）再稍微降温后，在50℃以下加入水玻璃，接着加入滑石粉、立德粉、轻质碳酸钙、颜料、助剂以及重晶石粉在高速搅拌下混合均匀。

（4）最后经沙磨机研磨分散，出料装桶即成。

添加填料重晶石粉

将上述的涂料作为基本成分，添加重晶石粉（重晶石粉粒度必须小于0.08MM。）

（1）取上述涂料基料900 G分成三等份，各为300G；

（2）将重晶石击碎，在研钵中研磨成粉，通过0.08MM的200目孔筛；

（3）取过筛的重晶石粉三份:9G;18G;27G;既质量分数分别为3％,6％,9％.

（4）将三份重晶石粉加入涂料基料，细细搅拌5－10分钟，防辐射内墙涂料既成。

产品说明：

（1）特点：涂膜细腻柔软，且无毒、无味、无污染;表面光滑平正，不脱粉，无反光，粘结力强;有一定耐水性，装饰效果好;此涂料可根据需要，调配各种颜色。（2）性能：生态型防辐射内墙涂料可用于吸收或屏蔽建筑材料和建筑工程中析出的氡；使用前要以水作稀释剂，须搅拌。

（3）适用范围：适用于家庭、写字楼、办公室、学校、医院等的内墙防氡防辐射涂刷和装饰。同时，可用于各种需要屏蔽放射性辐射的环境中。

2.2 耐核辐射涂料

由于煤、石油、天然气的成本不断攀升，目前，世界各国都把目光转向核电。我国也在大力兴建核电站，根据我国的核电发展计划，至2020年我国将再建设30座核电站【4】。核电站的建筑、设备大都是混凝土结构和不锈钢结构，多孔的混凝土表面容易吸附放射性灰尘形成永久性放射源，对维修的工作人员造成放射性损伤；处于大气环境和腐蚀环境下的钢结构