[发明专利]一种高含量硼氢烯烃聚合物及其应用

说明书

本发明涉及一种高含量硼氢烯烃聚合物，所述聚合物是以通式I所示的单体化合物为原料聚合而成；所述通式I中，X代表‑H或‑Me，m为1～20之间的整数。本发明通过在烯烃上引入碳硼烷结构，可以提供硼含量高、氢含量高的烯烃单体，通过均聚和共聚制备高含量硼氢烯烃聚合物；所述高含量硼氢烯烃聚合物可应用于防中子辐射材料领域，尤其是本征型中子辐射屏蔽轻质材料领域，对于制备轻质防中子辐射材料及其应用和发展有着重要的实际意义。

技术领域

本发明属于材料领域，具体涉及一种高含量硼氢烯烃聚合物及其与应用。

背景技术

中子不带电荷，具有很强的穿透力，它在空气和其它物质中，可以传播更远的距离，对人体产生的危害比相同剂量的X和γ射线更为严重。在军事上，中子武器是目前世界上的第三代核武器，因此国防上对于新型坦克的核防护、战车乘员、防化兵指战员和国防舰船修造工作人员等的中子防护都有强烈的要求；在民用上，核原料提炼厂、石油测井仪器校准室、核反应堆厂、地质勘探、公路中子测量现场、中子刀治疗室医务人员和患者也都需要中子防护。因此，研究高效的中子辐射防护材料具有重要的理论和实际意义。

硼-10是中子吸收截面最大的轻元素，同时可以起到阻滞快中子并吸收慢中子，且不释放γ粒子。氢元素是良好的中子慢化剂，含氢多的材料如聚乙烯等高聚物，可以阻滞中速中子且不产生γ射线二次效应，有利于中子辐射屏蔽作用。

目前，中子辐射防护材料大致分为：1)复合混凝土；2)金属材料；3)有机涂层；4)高分子聚合物，前两种防护材料只适用于大空间和能够承重的场合，防护厚度较大，属于大型防护材料。但在大部分的防护场合，对于在场人员的保护才是关键所在，因此，对于轻质的防护材料主要集中在后两种。

有机涂层通常是将含硼无机物加入有机涂料制备而成，由于涂料的厚度有限，因此仅能作为辅助材料用于中子辐射防护，通常用于仪器或中子源外壳，或者受保护的材料、器件的表面以及建筑物的内墙或门的表面。

常见的轻质中子屏蔽材料是将普通的无机硼化合物掺杂到富氢的聚烯烃树脂中制备而成的体系，这类掺杂的轻质中子防护材料力学强度低，耐低温性差，使用寿命短，在实际使用中有许多不便的地方。通过化学改性的方法，改变烯烃单体的结构，如将硼引入到烯烃单体结构中，以聚合形成烯烃聚合物，这种聚合物不仅克服了掺杂型材料的缺点，而且可以用于制备防护纤维，这种其富硼多氢的特点，可以有效地慢化快中子，阻滞中速中子，吸收慢中子。

目前，中子辐射防护服仍然停留在中低能中子的防护上，而对热快中子的防护或剂量较大的中子流防护效率无法达到可以接受的范围，最好的就只有44％的防护效率，因此，对于热快中子的防护是业内人员研究的重点。

对陈功等人的中国发明专利CN105482090B，CN5585588两篇专利中提出的含有碳硼烷结构的高硼氢有机物和聚酯纤维，具有良好的中子辐射性能，但由于聚合物中含有对中子屏蔽无用的“氧元素”，减低材料中起到中子屏蔽作用的硼氢原子的有效含量，不利于更好地提高材料的中子辐射屏蔽效能。因此，如何提高聚合物材料中硼氢比对以进一步改善轻质高效的中子辐射屏蔽效能，是科技工作者追求的目标。

碳硼烷，是一种有机硼氢化合物，其分子式为C₂B₁₀H₁₂，分子内硼氢原子含量高，对中子辐射屏蔽效能高。碳硼烷是由碳氢硼三种元素组成的二十面体结构，硼原子占据了十二个顶点中的十个，碳原子占据了两个，碳硼烷由于碳原子的位置不同，存在着邻位、对位和间位三种不同的碳硼烷，可以相互转化。碳硼烷具有高度的热稳定性，400℃以下不会发生分解，惰性环境下加热到700℃也不发生分解，只发生异构体间的转化。

碳硼烷，自上世纪六十年代初被发现以来，含碳硼烷结构的聚合物研究主要集中在提高聚合物耐温性能和中子。聚烯烃是良好的中子慢化剂，常常掺入无机硼化合物，以达到中子辐射屏蔽作用。但因无机硼化合物与有机物聚烯烃的混合物相容性的限制，对制备需要一定含硼量的聚烯烃材料，很难以获得本征性中子辐射屏蔽效果良好的轻质材料。