(57)【要約】【課題】放射線遮蔽性能に優れ、軽量で、安価な放射線遮蔽材およびその製造方法を提供する。【解決手段】放射線遮蔽材は、樹脂組成物と無機粒子とによって成形されており、無機粒子が二酸化ケイ素及び酸化アルミニウムを含んでおり、樹脂組成物１００重量部に対して無機粒子が５〜４０重量部未満である。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
樹脂組成物と無機粒子とを含むように成形された放射線遮蔽材において、
前記無機粒子が二酸化ケイ素及び酸化アルミニウムを含んでおり、前記樹脂組成物１００重量部に対して前記無機粒子が５〜４０重量部未満であることを特徴とする、
放射線遮蔽材。
【請求項２】
前記無機粒子が、フライアッシュ、下水汚泥焼却灰又はこれらの混合物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】
前記樹脂組成物は、熱可塑性樹脂あるいは熱硬化性樹脂であることを特徴とする、
請求項１または２に記載の放射線遮蔽材。
【請求項４】
前記樹脂組成物は、添加物を含有することを特徴とする、
請求項１から３のいずれか１項に記載の放射線遮蔽材。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか１項に記載の放射線遮蔽材の製造方法であって、
前記無機粒子を前記樹脂組成物に事前に略均一に分散させるステップと、
前記樹脂組成物を硬化成形させるステップと、
を備えていることを特徴とする放射線遮蔽材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放射線遮蔽材および放射線遮蔽材の製造方法に関し、さらに詳しくは、放射線遮蔽性に優れ、軽量な放射線遮蔽材およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
東日本大震災時の福島原発事故により原発周辺に放射性物質が放出された地域においては、汚染された土壌を洗浄し、除染することが必要とされる。除染作業は、汚染された土壌にゼオライトなどの放射性物質を吸収する物質をまき、その表層土を回収する等の方法で着実に進められてきた。
【０００３】
除染作業によって回収された汚染土壌は、フレキシブルコンテナバックなどに集められ、中間貯蔵施設が本格的に運用されるまで、一時保管場所に保管されている。汚染土壌を保管する一時保管場所付近では、放射線量が高いため、立ち入りが禁止され、一定の距離を確保する等、厳しく設置基準が定められている。一時保管場所は、人体に影響がないレベル（年間１ミリＳｖ）になるように放射能が遮蔽材で遮蔽される。除染作業は、現在も進められており、一時保管場所は増え続けている。
【０００４】
ここで、一時保管場所に使用される放射能遮蔽材としては、コンクリートが一般的である。しかしながら、コンクリートは設置までに時間がかかり、また非常に重たく、一度設置すると撤去作業にも時間がかかる。さらに、遮蔽性能も低いため、遮蔽材の肉厚が厚くなり、大量の汚染コンクリートが発生する。
【０００５】
一時保管場所においては、撤去作業が簡便で廃棄物量が少ない遮蔽材が用いられることが非常に重要である。そこで、放射線遮蔽性能が高く、簡便に設置することが可能で、さらに、その撤去も容易で、廃棄物量も少ない放射線遮蔽材の開発が急務となっている。
【０００６】
従来、ガンマ線等の放射線を遮蔽する材料として鉛（Ｐｂ）やタングステン（Ｗ）などの重金属が知られている。そして、これらの重金属をコンクリート以外の材料に含有させた材料が、放射線遮蔽材として用いられている。
【０００７】
例えば、鉛をゴム状の材料に練り込んだシート材料が開発されており、薄くて使いやすく優れた遮蔽性能を発揮する。しかし、鉛は、放射線遮蔽能力に非常に優れているが、環境負荷の観点からは好ましくない。
【０００８】
特許文献１には、タングステン粉末やタングステン化合物をゴム状の材料に練り込んだシート材料が開示されている。また、特許文献２には、タングステン粉末、粉末状のスズ材料及び熱可塑性樹脂を含む放射線遮蔽材が開示されている。
【０００９】
しかしながら、タングステンは、環境の観点からは安全であるが、高価である。このため、タングステン粉末を含む材料は、撤去される可能性の高い放射線遮蔽材としては適さない。
【００１０】
特許文献３には、内部に複数の中空部を有するアルミニウム又はアルミニウム合金からなる板状の中空型材と、中空部に充填される放射線遮蔽性能を有するタングステン、鉛、鉄、ニッケル、ボロン、ガトリウム、サマリウム、それらの合金、セメント、樹脂、水、ホウ酸水などの充填材と、を含む放射線遮蔽パネルが開示されている。しかし、ガンマ線を遮蔽する材料として、鉛やタングステン等の重金属が用いられているため、やはり環境性や価格の面で課題がある。
【００１１】
特許文献４では、フェライト粉末を６０重量部以上含む形成材料を所定形状後に焼成することにより、焼成後の密度が３．５ｇ/ｃｍ３以上とされて放射線遮蔽効果が高められた構造物構築用成形体が開示されている。しかし、この構造物構築用成形体は、製造時に焼成工程が必要となるため、短期間で効率的に構築することは困難であった。
【００１２】
特許文献５には、二酸化ケイ素及び酸化アルミニウムを含む無機粒子を含有する樹脂組成物を用いた放射線遮蔽体が開示されている。しかし、この放射線遮蔽体は、二酸化ケイ素及び酸化アルミニウムを含む無機粒子の含有率が非常に高く、重たくなるため、設置や撤去が簡便にできないという課題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開２０１３−２４２２７０号公報
【特許文献２】特開２０１３−１２２３９８号公報
【特許文献３】特開２０１３−０４０７８４号公報
【特許文献４】特開２０１３−２２４９３３号公報
【特許文献５】特開２０１５−１５２４６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明の目的は、上記問題点に鑑み、放射線遮蔽性能に優れ、軽量で、安価な放射線遮蔽材およびその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記目的を達成するため、本発明の放射線遮蔽材は、樹脂組成物と無機粒子とを含むように成形された放射線遮蔽材であって、無機粒子が二酸化ケイ素及び酸化アルミニウムを含んでおり、樹脂組成物１００重量部に対して無機粒子が５〜４０重量部未満である。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、コンクリート材と比較して、放射線遮蔽性能に優れ、軽量で、予め所望の形状に仕上げることができる。よって、簡便に設置することが可能で、さらに、撤去時も簡便かつ廃棄物量も少ない放射線遮蔽材を提供できる。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
１．放射線遮蔽材
本発明の放射線遮蔽材（以下、遮蔽材ともいう）は、例えば、放射性物質、あるいは放射能によって汚染された物質が貯蔵される一時保管場所において使用される放射線の遮蔽する材料であって、樹脂組成物と無機粒子とを含むように成形されている。具体的には、放射線遮蔽材は、樹脂組成物に二酸化ケイ素及び酸化アルミニウムを含む無機粒子を、樹脂組成物１００重量部に対して、５〜４０重量部含有している。
【００１８】
そして、放射性遮蔽材を製造する際には、樹脂組成物に対して、樹脂組成物の成形前に事前に均一に無機粒子を分散させる。これにより、無機粒子の含有量が少量であっても、高い放射線遮蔽性能を発現することができ、かつ軽量化することができる。
【００１９】
ここで、放射性遮蔽材の比重としては、０．６０ｇ/ｃｍ３以下であることが好ましい。なお、より好ましい比重としては、０．５５ｇ/ｃｍ３以下、さらに好ましくは０．５０ｇ/ｃｍ３以下である。
【００２０】
放射性遮蔽材の比重を０．６０ｇ/ｃｍ３以下にすることで、一般的なラワン合板と同等以下の重量の材料として取り扱うことができるため、簡便に設置や撤去作業を行うことができる。一方、放射性遮蔽材の比重が０．６０ｇ/ｃｍ３以上になると、遮蔽材が重たくなってしまうため、簡便に設置や撤去作業を行うことが困難になる。
【００２１】
（１）樹脂組成物
樹脂組成物としては、無機粒子を樹脂組成物の成形前に事前に分散できるものであれば、特に限定されず、熱可塑性樹脂や熱硬化性樹脂が挙げられる。また、樹脂組成物には、樹脂以外の成分として、必要に応じて、任意の添加物を配合することができる。
【００２２】
熱可塑性樹脂としは、例えば、ポリオレフィン、ポリスチレン、ポリ塩化ビニル、ポリアミド、ＡＢＳ、ＥＶＡ、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンレテフタレート等のポリエステル、アクリル系樹脂、フッ素樹脂、ポリウレタン、ポリカーボネート、ポリフェニレンオキサイド、ポリフェニレンスルフィド、ポリアセタール等が挙げられる。これらの熱可塑性樹脂は、１種類のみが用いられてもよく、２種以上用いられてもよい。
【００２３】
熱硬化性樹脂としは、例えば、不飽和ポリエステル、飽和ポリエステル、フェノール系樹脂、熱硬化性ウレタン樹脂、フラン系樹脂、エポキシ系樹脂、ユリア系樹脂、メラミン系樹脂、キシレン系樹脂、ジアリルフタレート系樹脂、ビニルエステル系樹脂等がある。中でも、コスト及び成形のしやすさの観点から、不飽和ポリエステル、硬質ウレタン系樹脂、フラン系樹脂が用いられることが好ましい。
【００２４】
任意の添加物としては、必要に応じて、例えば、過酸化物、酸化防止剤、銅害防止剤、界面活性剤、紫外線吸収剤、顔料、硬化剤、収縮防止剤、発泡剤、無機系充填材、有機系充填材、無機系繊維、有機系繊維がある。特に、発泡剤を添加して樹脂組成物が発泡成形されることで、放射線遮蔽材をさらに軽量化することができる。また、充填材または繊維が添加されることで、放射線遮蔽材の強度を向上させることができる。
【００２５】
（２）無機粒子
本実施形態において、無機粒子とは、炭素を含まない化合物の粒子群ことである。無機質粉体を構成する粒子の体積平均粒子径（Ｄ５０）は、光散乱を用いた粒度分布測定装置で測定した場合、１μｍ〜５０μｍであり、好ましくは１μｍ〜１０μｍである。粒子が下限値を下回ると、遮蔽効果が得られず、上限値を上回ると無機質粉体が沈降し、樹脂組成物の成形前に事前に均一に無機質粉体を分散させることができず、得られる放射線遮蔽材中で無機質粉体が偏在するため遮蔽効果が得られない。
【００２６】
本実施形態において、無機粒子としては、二酸化ケイ素及び酸化アルミニウムを含むものであれば、特に限定されず、従来公知の無機粒子を用いることができる。上記無機粒子は、１種のみが用いられてもよく、２種以上が併用されてもよい。
【００２７】
上記無機粒子における二酸化ケイ素の含有量は、無機粒子全量に対して、２０重量部以上であることが好ましい。より好ましくは、二酸化ケイ素の含有量は、無機粒子全量に対して、４０〜７５重量部、さらに好ましくは、４５〜６０重量部である。
【００２８】
また、酸化アルミニウムの含有量は、無機粒子全量に対して、１０重量部以上であることが好ましい。酸化アルミニウムの含有量は、無機粒子全量に対して、より好ましくは２５〜６０重量部、さらに好ましくは４０〜５５重量部である。
【００２９】
二酸化ケイ素および酸化アルミニウムの含有量が上記範囲に設定されていることにより、放射線遮蔽性能に優れた放射線遮蔽材を得ることができる。
【００３０】
なお、本実施形態において、二酸化ケイ素及び酸化アルミニウムの含有量とは、無機粒子を構成する珪素及びアルミニウムを酸化物換算した量をいう。
【００３１】
無機粒子としては、環境特性の観点から、燃焼灰であることが好ましい。なお、無機粒子としては、フライアッシュ、下水汚泥焼却灰及びこれらの混合物であることがより好ましい。
【００３２】
フライアッシュ及び上記下水汚泥焼却灰は、石炭又は下水汚泥を燃焼することにより得られる燃焼灰である。フライアッシュは、もともと火力発電所で発生した廃棄物であり、それを再利用して放射能遮蔽材を製造することで、新たなゴミを生成しないという点でも極めて環境特性に優れる。
【００３３】
フライアッシュは、ＪＩＳ Ａ６２０１−１９９９で定義されており、二酸化ケイ素を２０重量部以上含有する。また、フライアッシュは、一般に酸化アルミニウムを１０重量部以上含む。フライアッシュとしては、市販のものを用いることもでき、「フライアッシュＩ種」（ＪＩＳ Ｉ種、四電ビジネス社製、商品名：フライアッシュ）、「フライアッシュＩＩ種」（ＪＩＳ ＩＩ種、四電ビジネス社製、商品名：四電フライアッシュ）、「フライアッシュＩＶ種」（ＪＩＳ ＩＶ種、四電ビジネス社製、商品名：エコアッシュ）などを好適に用いることができる。
【００３４】
また、下水汚泥焼却灰は、一般に、二酸化ケイ素及び酸化アルミニウムを含む。
【００３５】
下水汚泥焼却灰としては、例えば、東京都下水道サービス社製の商品名「スーパーアッシュ」が挙げられる。
【００３６】
また、無機粒子は、炭酸カルシウム、タルク、及び酸化カルシウム等を適宜、含むことができる。樹脂材料に無機粒子を混合して用いる場合、これらの成分を含むことによって、より強度、寸法安定性及び耐水性を向上させることができる。
【００３７】
無機粒子の含有量は、樹脂組成物１００重量部に対して、５〜４０重量部が好ましい。なお、無機粒子の含有量は、樹脂組成物１００重量部に対して、より好ましくは１０〜４０重量部、さらに好ましくは２０〜４０重量部である。
【００３８】
無機粒子の含有量が、樹脂組成物１００重量部に対して４０重量部以上になると、遮蔽材が重たくなってしまい、５重量部以下になると遮蔽効果が小さくなってしまう。
【００３９】
よって、無機粒子の含有量が、樹脂組成物１００重量部に対して上記範囲になるように設定されていることで、軽量かつ放射線遮蔽性能に優れた放射線遮蔽材を得ることができる。
【００４０】
（３）製造方法
本放射線遮蔽材の製造方法としては、樹脂組成物の成形前の樹脂組成物に対して無機粒子を事前に分散させること以外は特に限定されない。
【００４１】
例えば、本放射線遮蔽材の製造方法では、無機粒子を熱硬化性樹脂組成物に事前に略均一に分散させるステップと、その後、熱硬化性樹脂組成物を所望の型枠に流し込んで加熱硬化させるステップとを含む。
【００４２】
これにより、無機粒子が略均一に分散された放射線遮蔽材を所望の形状で得ることができる。
【００４３】
以上のように、本実施形態の放射線遮蔽材は、樹脂組成物と少量の二酸化ケイ素及び酸化アルミニウムを含む無機粒子とを含むように成形されている。
【００４４】
これにより、コンクリート材を放射線遮蔽材として用いた場合と比較して、放射線遮蔽性能に優れ、軽量で、かつ所望の形状に仕上げることができる。
【００４５】
この結果、例えば、汚染物質等の一時保管場所等において、放射線遮蔽材を簡便に設置することができるとともに、撤去時も簡便かつ廃棄物量も少なくすることができる。
【００４６】
以下、実施例により本発明をさらに詳しく説明するが、本発明はこれらの例によって何ら限定されるものではない。
【００４７】
本発明における各物性値の測定方法を以下に示す。
【００４８】
２．測定法
（１）放射線遮蔽率
放射能遮蔽率は東京都立産業技術センターにて測定依頼を行った。測定方法及び器具は下記の通りである。
【００４９】
測定方法：床から１.２ｍの高さで、線源と検出器測定中心までの距離を２５ｃｍとし、その間に試料がない場合とある場合の線量率について、それぞれ１０回測定した平均値からバックグランドの線量率を差し引いた値より、遮蔽率を求めた。遮蔽率は（１−試料有／試料無）×１００により求めた。
【００５０】
線源： セシウム１３７線源 公称値１０ＭＢｑ
測定器： 応用光研工業製Ｓ-３０７３（１インチΦＮａＩシンチレーション検出器）
【００５１】
（２）比重
サンプルの寸法より体積を求め、電子重量計により質量を求めることで、密度を算出した。
【００５２】
（３）粘度
ＪＩＳ Ｋ７１１７-１『プラスチック―液状、乳濁状又は分散状の樹脂−ブルックフィールド形回転粘度計による見掛け粘度の測定方法』に準拠して測定した。
【００５３】
（４）水分含有量
ＪＩＳ Ｋ０１１３−８『カールフィッシャー滴定方法』における定量滴定方法に準拠してフラン樹脂の水分含有量を測定した。
【００５４】
（５）体積平均粒子径（Ｄ５０）：『日機装（株）製のマイクロトラックＵＰＡ（登録商標）ＥＸ１５０』によって体積平均粒子径（Ｄ５０）を測定した。
【００５５】
３．実施例および比較例
＜実施例１＞
本実施例では、樹脂組成物として、ポリエーテルポリオール（住化コベストロウレタン株式会社製  ＭＵＬＴＲＡＮＯＬ９１５８）４１．６重量部と、ポリメリックＭＤＩ（東ソー株式会社製  ミリオネートＭＲ−２００）５８.１重量部と、発泡剤として水０．３重量部と、を用いた。そして、樹脂組成物１００重量部に対して二酸化ケイ素（含有割合：４５％）、酸化アルミニウム（含有割合：２５％）を含むフライアッシュＩ種（四電ビジネス社製  フライアッシュ）２３重量部を投入し、ホモディスパーを用い３０００ｒｐｍで１分間攪拌し、配合物を得た。このとき、二酸化ケイ素と酸化アルミニウムを含む無機質粉体であるフライアッシュＩ種の体積平均粒子径（Ｄ５０）は３．５μｍであった。
【００５６】
攪拌後、配合物を１５０ｍｍ×１５０ｍｍ×５０ｍｍの金型に流し込み、６０℃４０分加熱後、常温で２４時間冷却し、遮蔽材を得た。
【００５７】
＜実施例２＞
本実施例では、樹脂組成物１００重量部に対してフライアッシュＩ種（四電ビジネス社製  フライアッシュ）を３９重量部投入したこと以外は、実施例１と同様の方法で遮蔽材を得た。
【００５８】
＜比較例１＞
本比較例では、市販の９０ｍｍ厚ＦＲＰ（繊維強化プラスチック）板で内寸１５０ｍｍ×１５０ｍｍ×５０ｍｍ箱を作製し、中空部にフライアッシュＩ種（四電ビジネス社製  フライアッシュ）２３重量部に、固着剤（フラン樹脂（トランスケミカル社製  ２５℃における粘度１８００ｍＰａ・ｓ  水分量６．１％）７４重量部、硬化剤として、パラトルエンスルホン酸３重量部を含侵させたものを入れて遮蔽材を得た。
【００５９】
＜比較例２＞
本比較例では、ポルトランドセメント２３．２重量部、水１２．７重量部、細骨材２６．７重量部、粗骨材３７．２重量部、混和剤（ＡＥ剤）０．２重量部をハンドミキサーで攪拌し、１５０ｍｍ×１５０ｍｍ×５０ｍｍの型枠に流しんだ後、水分を乾燥させることで遮蔽材を得た。
【００６０】
＜比較例３＞
本比較例では、樹脂組成物１００重量部に対してフライアッシュＩ種（四電ビジネス社製  フライアッシュ）を５９重量部投入したこと以外は、実施例１と同様の方法で遮蔽材を得た。
【００６１】
＜評価結果＞
実施例１，２および比較例１〜３の評価結果を表１に示す。
【００６２】
比重による評価：
０．６０ｇ/ｃｍ３以下：○
０．６０ｇ/ｃｍ３より大きく、０．６５ｇ/ｃｍ３以下：△
０．６５ｇ/ｃｍ３より大きい：×
【００６３】
【表１】
2019032232.tif 000002
【００６４】
表１から明らかなように、実施例１，２と比較例１，２，３を対比すると、実施例１，２では、無機粒子を均一分散させたことで、軽量にもかかわらず放射線遮蔽率を比較例１〜３と同等あるいは向上させることができた。
【００６５】
これにより、コンクリート等の遮蔽材と比較して比重が小さいため、設置や撤去の作業を簡便に行うことができ、使用後の廃棄物量も少なくなる遮蔽材であることが明らかになった。
【産業上の利用可能性】
【００６６】
本発明は、例えば、汚染土壌を一時的に保管する場所の遮蔽壁として使用される放射線遮蔽材として、産業上大いに有用である。