[发明专利]一种基于多金属复合型化合物的高效X射线辐射防护橡胶复合材料

说明书

技术领域

本发明属于X射线辐射防护材料领域，具体涉及的是一类可满足X射线不同能量段辐射防护要求的多金属复合型化合物的合成设计及其橡胶基复合屏蔽材料。

背景技术

X射线屏蔽主要是由屏蔽材料对射线能量进行吸收。物质对射线能量的吸收靠物质与射线的相互作用完成。屏蔽材料光电吸收能力的优劣主要决定于屏蔽材料的K层吸收边，当屏蔽材料的K层吸收边能够覆盖X射线能量时，将取得好的屏蔽效能。不同元素的K层吸收边不同，对射线的能量吸收范围也有很大的不同。因此往往选择多种元素复配，来达到更为宽广的能谱范围的较佳屏蔽效果。

目前的橡胶基屏蔽材料多为将一种或多种金属氧化物(或其他非金属化合物)或金属粉混合，以填料的形式加入橡胶中，添加的份数增大，其加工性能变差，因此其添加数量有一个极限值。对于绝大多数氧化物来讲，对射线起屏蔽作用的是化合物结构中的金属元素，氧(或其他非金属元素)的存在使金属的有效含量受到限制，因此，降低氧元素或其他非金属元素组成的含量，使金属元素绝对含量增高，是提高屏蔽化合物及橡胶基屏蔽复合材料的屏蔽效率的有效方法。

发明内容

本发明的目的在于，针对X射线光子能量，通过设计合成多金属复合型化合物，突破现有技术中，金属氧化物或其他常用化合物中金属相对含量少，金 属屏蔽射线的利用率低的问题，显著提高橡胶基复合材料中所用屏蔽主体材料的屏蔽效率。

本发明提到的多金属复合型化合物，是通过高温灼烧多金属配合物得到的一种全新的结构。其特征在于：所述多金属复合型化合物指含有稀土元素镧、铈、钐、铕、钆、镱中两种以及铁、锡、锑、铋金属中的两种，其结构通式如下：

(A_xB_yM_zN_m)O_k，式中

A、B分别代表镧、铈、钐、铕、钆、镱中不相同的两种金属元素。

M、N分别代表铁、锡、锑、铋中不相同的两种金属元素。

O为氧元素。

其中，x＝0.01～1.6，y＝0.01～1.6，z＝0.01～1.6，m＝0.01～1.6，k＝3，其中，x+y+z+m>2

本发明的上述目的通过以下技术方案实现：

(1)将金属A、B可溶盐分别溶于20～40℃的溶液中，金属M、N的氯化物溶于20～40℃的溶液中，将草酸溶于20～40℃的乙醇溶液中；

(2)将上述步骤中得到的四种金属盐的溶液充分混合，缓慢滴加草酸的乙醇溶液，20℃～40℃反应10～18小时，得到复合型氧化物的前驱体草酸盐沉淀；

(3)草酸盐洗净抽滤；

(4)将草酸盐置于高温中灼烧，温度为700～1200℃，时间为8～16小时。

所述金属A、B的盐可溶于乙醇，A、B的盐优选为氯化物如氯化镧、氯化钐、氯化钆。

所述金属A、B、M、N的盐可溶于多种溶剂，金属A、B的盐优选溶剂为乙醇，金属M、N的氯化物优选溶剂为乙醇，并添加适量盐酸防止水解。

所述草酸的用量根据金属离子的总含量确立。

所述草酸盐为四种金属离子同草酸配位所形成的多金属配合物，其中的一种结构可能如下

本发明涉及的多金属复合型化合物具有很好的屏蔽性能。

本发明涉及的多金属复合型化合物中氧元素的含量低于相应比例金属氧化物中氧元素含量，在橡胶中可以达到降低屏蔽剂用量、提高屏蔽效率的目的。

本发明涉及的多金属复合型化合物可以针对特定X射线源进行合成设计，与橡胶基体混合之后的复合材料可以高效防辐射，屏蔽材料中金属的利用率得到提高，让资源得到有效利用。

本发明涉及的多金属复合型化合物在橡胶中的添加量降低，减少了氧化物颗粒所形成的结构缺陷，相应的可以提高橡胶的力学性能。

本发明与国内外现有技术相比，具有如下优势：

(1)本发明的多金属复合型化合物降低了氧元素或其他非金属元素的含量，在橡胶加工过程中用量降低。

(2)本发明同以往的屏蔽材料相比，可以在加工条件所限定的填料份数内，达到更优的屏蔽效果。

(3)多金属复合型化合物的制备是根据需要定向设计合成，节省用料，节约资源，有针对性，金属的整体屏蔽效率得到有效提升。

(4)在橡胶加工过程中添加多金属复合型化合物，可以有效减少加料顺序，增加橡胶加工安全性。

(5)本发明在节省用料的同时，可以较大幅度提高橡胶基复合材料的机械性能。