(57)【要約】      （修正有）【課題】高い放射線遮蔽能力を持つ、塗布、成型、シート加工が容易に行える放射線遮蔽材を提供する。【解決手段】エラストマー前駆体に放射線遮蔽能を持つ金属等を高濃度配合し、従来の放射線遮蔽材より高い放射線遮蔽能力をもち、且つ塗布、成型、シートによって自由に形態加工できる放射線遮蔽材を提供する。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
タングステン粉末、エラストマー前駆体、リチウム化合物とからなることを特徴とする塗布型放射線遮蔽材。
【請求項２】
前記エラストマー前駆体は、更に架橋等の硬化反応を行うことができ、固形分が５０〜１００ｗｔ％、粘度が１０〜１０００ｍＰａ・ｓであることを特徴とする請求項１に記載の放射線遮蔽材。
【請求項３】
タングステン粉末とエラストマー前駆体の配合比が固形分として５：９５〜２０：８０であることを特徴とする請求項１に記載の放射線遮蔽材。
【請求項４】
前記リチウム化合物の前記エラストマー前駆体と前記タングステン粉末の混合物１００重量部に対する配合比が０．１〜２．０重量部であることを特徴とする請求項１に記載の放射線遮蔽材。
【請求項５】
ストロンチウム化合物、マグネシウム化合物、及びランタノイド元素化合物例えばユウロピウム化合物、エルビウム化合物およびジスプロシウム化合物を単独もしくは複数種混合して含有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の放射線遮蔽材。
【請求項６】
（１）ホウ素又はホウ素化合物粉末、又は（２）フェライト粉末を含有することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の塗布型放射線遮蔽材。
【請求項７】
（１）ホウ素又はホウ素化合物粉末、及び（２）フェライト粉末を含有することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の塗布型放射線遮蔽材。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１項に記載の塗布型放射線遮蔽材を基材面に塗布し硬化させてなることを特徴とする放射線遮蔽性エラストマー材料。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、塗布型の放射線遮蔽材、及びこの材料を用いて硬化させた放射線遮蔽性エラストマー材料に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、放射線医療も進み、また原子力発電等原子力利用の現場、更にはそれらから発生する放射性廃棄物による放射線被ばくへの遮蔽については様々なものが開発されているが、放射線遮蔽材の遮蔽能力、材質的問題、製造法等に課題が残っている。
【０００３】
放射線は粒子線であるアルファ線、ベータ線、中性子線等と、電磁波であるガンマ線、エックス線があり、アルファ線は透過力が弱く紙１枚程度でも遮蔽でき、ベータ線も数ｍｍ厚さのアルミ箔で防ぐことができる。しかし、ガンマ線は透過力が強く、９０％遮蔽率を得るにはコンクリートであれば２９ｃｍ、鉛でも２．５ｃｍの厚みが必要となる。中性子線はさらに透過力が強く、水やコンクリートの厚い壁に含まれる水素原子によってはじめて遮断できる。
【０００４】
これらの放射線遮蔽材としては、これまでに鉛等の重金属、コンクリートが多く用いられているが、鉛は、人体に吸収されると有害であり、その取り扱いは、鉛中毒予防規則による厳格な規制に準拠する必要もあり、かつ廃材として処分する場合も特定有害産業廃棄物として環境面、コスト面等の問題が増加している。
また、コンクリートは、特許文献１、２、及び非特許文献１にあるように、高い遮蔽率を得るためには厚みを増す必要があり、固定建造物であれば問題ないが、放射性物質の保管・搬送に用いるドラム缶やコンテナの容器サイズになると収容できる量も少なくなり、さらに容器重量が重くなり搬送に問題を生じるとともに、コンクリートは水和反応の進捗とともにひび割れを起こすことも多く、内容物の漏れ出しの危険性もある。
一方、鉄は、密度が７．８ｇ／ｃｍ3と鉛の１１．３ｇ/ｃｍ3と比べて軽いものの、Ｃｓ１３７ガンマ線遮蔽率９０％を得るためには、鉛厚さ２５ｍｍに比べ７５ｍｍが必要となることで、重量が鉛の２倍程度となり、有効な遮蔽材とはなりえない
【０００５】
また、特許文献３、４、５、６のように、鉛に代わるタングステン等の重金属を樹脂類に混練してシート化する例も多くあり、熱可塑性樹脂等に重金属等をバンバリーミキサーやニーダーのように強いせん断力を持つ機械を用いて混練し、混練後押し出し成形機等を用いてシートに加工して製品としており、シート化した放射線遮蔽材は適応個所の形状に応じて適宜カットして使用することができるものもある。
また、特許文献７のように、溶剤を用いることで遮蔽材の液粘度を低下させ、型への流し込み成形を可能としたものもある。
但し、シートおよび成形体の厚さは最大でも５ｍｍと記載されており、それ以上の厚さについては重ねて使用することができるとされているが、シート枚数の増加により、形状の保持が困難になるといったこともあることから幅広い適用は難しい。
更に、放射線の遮蔽率は遮蔽材の密度に大きく影響されるため、特許文献３、４においては、重金属等の充填率が低く、よって遮蔽材の密度が小さいことにより、そのエックス線遮蔽率も小さいものとなっているが、特許文献５、６、７においては重金属の充填率を９０重量％以上とし、遮蔽材の密度を鉛程度まで上げて、鉛並みの遮蔽率を確保できているものもある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平１０−１５３６９０
【特許文献２】特開２００９−２７６１９４
【特許文献３】特開２０１３−１８８７８
【特許文献４】特開２０１１−９９７９１
【特許文献５】特開２００８−１７５８１１
【特許文献６】特開２００６−２５８４５９
【特許文献７】特開２００３−２８７５９０
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】戸田建設株式会社、「遮蔽機能を増強できる移動に配慮した放射性廃棄物保管容器の開発と遮蔽性能実験」、インターネット<www.toda.co.jp/lucubration/pdf/v598.pdf>
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
密度が鉄と同等でありながら、放射線遮蔽率が鉛とほぼ同等である軽量高遮蔽率、且つ塗布もしくは流し込み成形により１０ｃｍを超える弾性塗膜を形成しうる放射線遮蔽材を得ることを目的とする。また本遮蔽材は厚膜シート加工も可能とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この発明は、例えば、液粘度が１０〜１０００ｍＰａ・ｓのエラストマー前駆体に、放射線遮蔽力が大きいタングステン粉末を高濃度配合し、５０から８０℃に保持しつつ、ディスパーで高速撹拌することにより、４，０００から２０，０００ｍＰａ・ｓの低粘稠液を得て、塗布もしくは流し込み成形により自由に形態加工し、５０μｍ程度の薄膜から１０ｃｍを越える厚膜までの弾性塗膜を得ることにより課題を解決したものである。
また、上記放射線遮蔽材中に少量含有される溶剤を蒸発させて、５０，０００から１００，０００ｍＰａ・ｓの高粘稠液とした遮蔽材液を用いて、０．５から１ｍｍのシート加工を行い、それを積層し熱圧着することにより１０ｍｍ程度までのシートを得ることにより問題を解決したものである。
【００１０】
すなわち、この発明は、下記構成のものである。
［１］  タングステン粉末、エラストマー前駆体、リチウム化合物とからなることを特徴とする塗布型放射線遮蔽材。
［２］  前記エラストマー前駆体は、更に架橋等の硬化反応を行うことができ、固形分が５０〜１００ｗｔ％、粘度が１０〜１０００ｍＰａ・ｓであることを特徴とする前項［１］に記載の放射線遮蔽材。
［３］  タングステン粉末とエラストマー前駆体の配合比が固形分として５：９５〜２０：８０であることを特徴とする前項［１］に記載の放射線遮蔽材。
【００１１】
［４］  前記リチウム化合物の前記エラストマー前駆体と前記タングステン粉末の混合物１００重量部に対する配合比が０．１〜２．０重量部であることを特徴とする前項［１］に記載の放射線遮蔽材。
［５］  ストロンチウム化合物、マグネシウム化合物、及びランタノイド元素化合物例えばユウロピウム化合物、エルビウム化合物およびジスプロシウム化合物を単独もしくは複数種混合して含有することを特徴とする前項［１］〜［４］のいずれか１項に記載の放射線遮蔽材。
【００１２】
［６］  （１）ホウ素又はホウ素化合物粉末、又は（２）フェライト粉末を含有することを特徴とする前項［１］〜［５］のいずれか１項に記載の塗布型放射線遮蔽材。
［７］  （１）ホウ素又はホウ素化合物粉末、及び（２）フェライト粉末を含有することを特徴とする前項［１］〜［５］のいずれか１項に記載の塗布型放射線遮蔽材。
［８］  前項［１］〜［７］のいずれか１項に記載の塗布型放射線遮蔽材を基材面に塗布し硬化させてなることを特徴とする放射線遮蔽性エラストマー材料。
【００１３】
この発明で得られる放射線遮蔽材は、室温及び加熱によって架橋反応等により硬化させることができ、弾性を持った放射線遮蔽材硬化物を作製することができる。弾性を持っているので衝撃にも強く、厚膜化しても割れを生じない。また薄膜化により縫製加工等も可能となる。
【発明の効果】
【００１４】
この発明によれば、鉄なみの密度で、鉛とほぼ同等の高い放射線遮蔽率を持つ遮蔽材硬化物を自由な形態・厚みで作製することができる塗布型、流し込み成形型およびシート加工もできる放射線遮蔽材を提供することができる。これにより放射線廃棄物搬送容器・保管容器、既存及び新設の構造物・建築物の放射線遮蔽、更には放射線遮蔽防護服等を、高い放射線遮蔽率を確保しつつ軽量化できることとなる。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、この発明について詳細に説明する。
この発明は、液性状を持つエラストマー前駆体にタングステン粉末等を高濃度配合させることで遮蔽材を高密度化させて放射線遮蔽率を大きくし、かつ塗布・流し込み成形・シート加工特性を残存させ、塗布等の操作後に架橋反応等により硬化させて塗膜化させることを特長としており、またリチウム化合物等を添加することによって更に放射能遮蔽率を向上させた塗布型放射線遮蔽材とその硬化物である。
【００１６】
塗布後架橋反応等により硬化するエラストマー前駆体の固形分（１０５℃において３Ｈｒ加熱後の残分）は３０〜１００ｗｔ％が好ましく、５０〜１００ｗｔ％がより好ましい。固形分が３０ｗｔ％より低いと、遮蔽材中に存在する揮発成分が多くなり、蒸発後に硬化物内に空隙を多く作り遮蔽率を低下させる原因となってしまう。また、固形分が低いため、タングステン粉末等を高濃度配合させるに必要な固形分を確保するためにエラストマー前駆体の添加量を多くする必要が生じ、粘度が低くなりすぎてタングステンが沈降分離してしまう恐れがある。
【００１７】
上記エラストマー前駆体の粘度は１〜２０００ｍＰａ・ｓが好ましく、１０〜１０００ｍＰａ・ｓがより好ましい。粘度が１ｍＰａ・ｓより低いと遮蔽材の粘度が低くなりすぎてタングステン粉末が沈降分離してしまう恐れがある。一方で、粘度が２０００ｍＰａ・ｓより高いと、タングステン粉末の高濃度配合が困難となり、さらに、遮蔽材の粘度が高くなりすぎて塗布できなくなる。
【００１８】
この発明にかかるエラストマー前駆体とタングステン粉末の混合比は、重量比で３：９７〜２５：７５が好ましく、５：９５〜２０：８０がより好ましい。混合比が３：９７より小さいと塗布によって健全な塗膜を形成することが困難となり、また硬化後の付着力と強度が不足してしまう。一方で混合比が２５：７５より大きいと、遮蔽材の密度が低くなり、高い放射線遮蔽率を確保できなくなる。
【００１９】
上記エラストマー前駆体としては、熱硬化性エラストマーとして、架橋反応前の天然ゴムや合成ゴム、例えばアクリルごむ、ニトリルゴム、イソプレンゴム、ウレタンゴム、エチレンプロピレンゴム、クロロスルホン化ポリエチレンゴム、エピクロルヒドリンゴム、クロロプレンゴム、シリコーンゴム、スチレン・ブタジエンゴム、フッ素ゴム、ポリイソブチレンゴムが挙げられる。さらに、熱可塑性エラストマー、例えば、スチレン系、オレフィン系、塩化ビニル系、ウレタン系、エステル系、アミド系などが挙げられる。
【００２０】
上記タングステン粉末としては、平均粒子径が０．５〜１０μｍが好ましく、１〜５μｍがさらに好ましい。平均粒子径が０．５μｍより小さいと、塗布型の遮蔽材にするためには多くのエラストマー前駆体の添加が必要となり、タングステンの高濃度配合が困難となり、一方、平均粒子径が１０μｍより大きいと、タングステン粉末が沈降しやすくなり、塗布型の遮蔽材として使用しにくくなってしまう。
【００２１】
上記リチウム化合物としては、塩化リチウム、フッ化リチウム、臭化リチウム、ヨウ化リチウム、水酸化リチウム、ヘキサフルオトリロリン酸リチウム、ニオブ酸リチウム、ｎ−ブチルリチウム、酢酸リチウム、炭酸リチウム、クエン酸リチウム、オロリン酸リチウムが挙げられる。
これらリチウム化合物の添加量は、エラストマー前駆体とタングステン粉末の合計１００重量部に対して０．１〜３．０重量部が好ましく、０．２〜１．０重量部がより好ましい。添加量が０．１重量部未満では、放射線遮蔽率の向上が見られず、３．０重量部を超えると、リチウム化合物を溶解させる溶剤量が多くなることで、放射線遮蔽材の液粘度が低下しタングステン粉末が沈降分離する恐れがあるとともに、溶剤の多量蒸発による塗膜にピンホールが発生し放射線遮蔽が不均一となる恐れがある。
【００２２】
さらに、上記の構成成分以外にも、放射線遮蔽率を向上させるために、ストロンチウム化合物、マグネシウム化合物、及びランタノイド元素化合物、例えばユウロピウム化合物、エルビウム化合物およびジスプロシウム化合物を単独もしくは複数種混合して添加しても良い。具体的には、例えば、炭酸ストロンチウム、酸化マグネシウム、酸化ユウロピウム、酸化エルビウムおよび酸化ジスプロシウムを単独もしくは複数種混合して添加することができる。
これらの添加量は、エラストマー前駆体とタングステン粉末の合計１００重量部に対して０．５〜５．０重量部が好ましく、１．０〜３．０重量部がより好ましい。添加量が０．５重量部未満では放射線遮蔽率の向上が見られず、５．０重量部を超えると、添加量増加による遮蔽率向上効果が小さくなる。
【００２３】
上記の構成成分以外にも、放射線遮蔽能力を有するホウ素又はホウ素化合物粉末、モリブデン粉末、銀粉末その他の化合物を添加しても良い。また、その形状は球状に限らず燐片状、針状、繊維状その他でもよい。
【００２４】
この発明にかかる塗布もしくは流し込み成形型の放射線遮蔽材を適用することで、様々な形状、厚みの放射線遮蔽材硬化物を作製でき、放射線環境下での作業空間確保のための放射線遮蔽室、放射性物質を含む廃棄物の保管容器および搬送容器、医療現場を含む放射線環境下での放射線被ばくを防止するための防護服や防護機器等に使用することができる。
【００２５】
〔遮蔽パネルおよび組み立て式コンテナ材の課題を解決するための手段〕
矩形をなす平鋼および/または溝形鋼にこの放射線高遮蔽材を塗布してなる遮蔽パネルを作製し、これらを組み立てることにより放射線の高遮蔽率を確保できる組み立てコンテナおよび遮蔽塀を提供することもでき、また容器を２重化し、その内側と外側容器の間の空隙にこの遮蔽材を流し込み成形することにより、任意の遮蔽率をもった遮蔽容器および遮蔽パネルを制作することが可能となる。さらに遮蔽材をシート化し、これを任意な形状に切断し鋼等の基材に貼り付けることにより遮蔽壁等の制作することが可能となる。
【実施例】
【００２６】
以下に実施例をあげてこの発明をさらに具体的に説明する。
【００２７】
＜使用原料＞
エラストマー前駆体
一液ＲＴＶゴム：信越化学工業（株）製ＫＥ−４８９５−Ｔ（以下「ＫＥ４８９５」と称する）室温硬化型シリコーンゴム。粘度５００ｍＰａ・ｓ
タングステン粉末
（株）アライドマテリアル製タングステン粉Ｃ２０（以下「Ｃ２０」と称する）
リチウム化合物
酢酸リチウム：和光純薬工業（株）製酢酸リチウム（以下「酢酸リチウム」と称する）
クエン酸リチウム：和光純薬工業（株）製クエン酸リチウム（以下「クエン酸リチウム」と称する）
炭酸ストロンチウム、酸化ユウロピウム、酸化エルビウム、酸化ジスプロシウム：
Wuxi Decorative Prodcts Co.,Ltd製炭酸ストロンチウム、酸化ユウロピウム、酸化エルビウム、酸化ジスプロシウム（以下「炭酸ストロンチウム」、「酸化ユウロピウム」、「酸化エルビウム」、「酸化ジスプロシウム」と称する）
【００２８】
＜評価試験＞
一定高さの側壁を持った底板厚さ５ｍｍのアクリル箱に、調製した放射線遮蔽材を流し込み、常温で２４時間放置することにより、種々厚みを持った放射線遮蔽材硬化物を作製し、セシウム１３７線源番号８１０１・１０ＭＢｑを用いてガンマ線の遮蔽率を測定した。
【００２９】
＜実施例１＞
プライミクス（株）Ｔ．Ｋ．ホモディスパーＭｏｄｅｌ２．５（俗称ラボディスパー）により、８．０重量部のＫＥ４８９５に対して、酢酸リチウム０．４重量部をメタノール１．６重量部により溶解した酢酸リチウム溶液２．０重量部およびトルエン４．０重量部を加え、１，０００ＲＰＭにて１５分程度撹拌し、次いで、ラボディスパー容器を７０℃に設定されたウォーターバス中に設置し、撹拌速度を３，０００ＲＰＭに上げて、９２．０重量部のＣ２０を徐々に添加し、液温度を７０℃に維持しつつ約３０分間攪拌した後、常温付近まで冷却し、これに純水０．２重量部を添加して５分間撹拌混合し、放射線遮蔽材を調製した。この遮蔽材の粘度は、６，０００ｍＰａ・ｓであった。またこの遮蔽材から作製された遮蔽材硬化物の密度は７．８ｇ／ｃｍ3であった。この遮蔽材硬化物のガンマ線遮蔽率の評価試験結果を表１に示す。
【表１】
2014206529.tif 000002
【００３０】
＜実施例２＞
リチウム化合物としてクエン酸リチウムを用いた以外は実施例１と同様にして得られた遮蔽物硬化物（密度７．８ｇ／ｃｍ3）を用いて、実施例１と同様に評価試験を実施した結果を表２に示す。
【表２】
2014206529.tif 000003
【００３１】
＜実施例３＞
リチウム化合物を添加しない以外は実施例１と同様にして得られた遮蔽材硬化物（密度７．８ｇ／ｃｍ3）を用いて、実施例１と同様に評価試験を実施した結果を表３に示す。
【表３】
2014206529.tif 000004
【００３２】
＜実施例４＞
実施例１において酢酸リチウムのメタノール溶液２．０重量部を添加した後、炭酸ストロンチウム、酸化ユウロピウム、酸化エルビウムおよび酸化ジスプロシウムを加えた以外は実施例１と同様にして得られた５ｍｍ厚さの遮蔽材硬化物を用いて、実施例１と同様に評価試験を実施した結果およびコバルト６０線源番号２２２５を用いてガンマ線遮蔽率を測定した結果を表４に示す。
【表４】
2014206529.tif 000005
【００３３】
＜実施例５＞
一定高さの側壁を持った底板厚さ１２ｍｍの鋼製箱に、実施例１と同様に調製した放射線遮蔽材を流し込み成形し、実施例１と同様に評価試験を実施した結果を表５に示す。
【表５】
2014206529.tif 000006