(57)【要約】【課題】成型性や加工性を悪化させることなく、高い放射線遮蔽性能を得て、しかも、高放射線環境下に長期間曝されても適度な弾性を維持できる放射線遮蔽材を提供する。【解決手段】ブチルゴム及びポリイソブチレンゴムの少なくとも一方のゴムと、ゴムを軟化させる軟化剤と、タングステン粉末及びタングステン化合物粉末の少なくとも一方の粉末とを含んでいることを特徴とする放射線遮蔽材。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
ブチルゴム及びポリイソブチレンゴムの少なくとも一方のゴムと、
上記ゴムを軟化させる軟化剤と、
タングステン粉末及びタングステン化合物粉末の少なくとも一方の粉末とを含むことを特徴とする放射線遮蔽材。
【請求項２】
請求項１に記載の放射線遮蔽材において、
ブチルゴム及びポリイソブチレンゴムの少なくとも１つを含む第１の高分子成分と、
クロロスルホン化ポリエチレンゴム及び塩素化ポリエチレンゴムの少なくとも１つを含む第２の高分子成分とを含み、
上記第１の高分子成分の含有量が５以上７０重量部以下の範囲に設定されていることを特徴とする放射線遮蔽材。
【請求項３】
請求項１に記載の放射線遮蔽材において、
ブチルゴム及びポリイソブチレンゴムの少なくとも１つを含む第１の高分子成分と、
クロロスルホン化ポリエチレンゴム及び塩素化ポリエチレンゴムの少なくとも１つを含む第２の高分子成分とを含み、
上記第２の高分子成分の含有量が３０以上９５重量部以下の範囲に設定されていることを特徴とする放射線遮蔽材。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか１つに記載の放射線遮蔽材において、
上記軟化剤のアニリン点温度が６０℃以下に設定されていることを特徴とする放射線遮蔽材。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか１つに記載の放射線遮蔽材において、
密度が６．０Ｍｇ／ｍ３以上１２．０Ｍｇ／ｍ３以下の範囲に設定されていることを特徴とする放射線遮蔽材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、原子力発電所、使用済核燃料再処理施設、陽子加速器等の原子力関連施設をはじめ、放射線治療現場等の医療分野において放射線を遮蔽する際に用いられる放射線遮蔽材に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、この種の放射線遮蔽材として、重金属または重金属化合物、あるいはこれらを樹脂又はゴムに添加した組成物、その成形品等が一般に用いられている。このような放射線遮蔽材の一例としては、ＪＩＳ  Ｚ４８０１において鉛入りの放射線遮蔽材、Ｘ線遮蔽用含鉛ゴム及び含鉛塩化ビニルシートとして規格化されている。
【０００３】
また、この種の放射線遮蔽材として例えば特許文献１〜４に開示されているものが知られている。
【０００４】
特許文献１の放射線遮蔽材は、塩素含有ゴムにタングステンの粉末が混合されており、密度が７．０Ｍｇ／ｍ３〜１４．０Ｍｇ／ｍ３の範囲に設定されている。
【０００５】
特許文献２の放射線遮蔽材は、エチレンプロピレンゴムとイソプレンゴムの重量比が所定の比率に設定されたゴムに酸化鉛粉末が混合されている。
【０００６】
特許文献３の放射線遮蔽材は、ゴムにタングステン等の粉末が混合されており、密度が１２Ｍｇ／ｍ３以上に設定されている。
【０００７】
特許文献４の放射線遮蔽材は、ＥＰＤＭにタングステン等の粉末が混合されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００３−９６２４０号公報
【特許文献２】特開平８−１１０３９３号公報
【特許文献３】特許第３５５７８６４号公報
【特許文献４】特許第３９４９５０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上記特許文献１〜４のようにゴムに重金属の粉末を混合することで放射線遮蔽材に柔軟性を持たせることが可能になる。このゴム弾性の効果により、放射線の遮蔽が必要な設備類が複雑な形状を有している場合に、その形状に対応するように放射線遮蔽材を成型したり、追従させたりすることが可能になる。
【００１０】
そこで、上記特許文献に開示されているように、放射線遮蔽材の組成物としてゴムを用いることが考えられる。ゴムを用いた場合には、特にそのゴム自体の放射線劣化特性が問題となる。すなわち、放射線遮蔽材の使用環境として、長期間に亘って強い放射線に曝される環境があり、このような環境下では、単に放射線の遮蔽性能を満足するだけでは足らず、積算の吸収線量が増加してもゴムとしての特性を維持できる組成物が要求されている。例えば１ＭＧｙ以上の放射線を吸収した後においても適度の弾性を持っていることが望まれる。
【００１１】
また、γ線を有効に遮蔽するためには多量の重金属や重金属化合物を配合する必要があるため、放射線遮蔽材の弾性が減少するとともに、成型性や加工性も悪化するという問題がある。
【００１２】
さらに、例えば放射線遮蔽材に樹脂を配合した場合、引張力を加えた際の伸び率を高く確保するのが難しいため、部材間のシール材として用いた場合にその部材への追従性が悪いという問題がある。
【００１３】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、成型性や加工性を悪化させることなく高い放射線遮蔽性能を得ることができるようにし、しかも、高放射線環境下に長期間曝されても適度な弾性を維持できる長寿命な放射線遮蔽材を提供することによって遮蔽材の廃棄量を減量することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記課題を解決するために、本発明では、ゴムとしてブチルゴム及びポリイソブチレンゴムの少なくとも一方を用い、タングステン粉末及びタングステン化合物粉末の少なくとも一方を添加し、さらに軟化剤も添加した。
【００１５】
第１の発明は、ブチルゴム及びポリイソブチレンゴムの少なくとも一方のゴムと、
上記ゴムを軟化させる軟化剤と、
タングステン粉末及びタングステン化合物粉末の少なくとも一方の粉末とを含むことを特徴とするものである。
【００１６】
この構成によれば、ブチルゴム及びポリイソブチレンゴムの少なくとも一方と、軟化剤とを含んでいるので、加工性が良好になるとともに、放射線環境下に長期間曝されて積算の吸収線量が増加しても劣化が少なく、適度な弾性及び伸長性を維持することが可能になる。さらに、タングステン粉末及びタングステン化合物粉末の少なくとも一方の粉末を含んでいるので、高い放射線遮蔽性能が得られる。
【００１７】
第２の発明は、第１の発明において、
ブチルゴム及びポリイソブチレンゴムの少なくとも１つを含む第１の高分子成分と、
クロロスルホン化ポリエチレンゴム及び塩素化ポリエチレンゴムの少なくとも１つを含む第２の高分子とを含み、
上記第１の高分子成分の含有量が５以上７０重量部以下の範囲に設定されていることを特徴とするものである。
【００１８】
第３の発明は、第１の発明において、
ブチルゴム及びポリイソブチレンゴムの少なくとも１つを含む第１の高分子成分と、
クロロスルホン化ポリエチレンゴム及び塩素化ポリエチレンゴムの少なくとも１つを含む第２の高分子とを含み、
上記第２の高分子成分の含有量が３０以上９５重量部以下の範囲に設定されていることを特徴とするものである。
【００１９】
第２及び第３の発明によれば、成形時の加工性がより一層良好になるとともに、積算の吸収線量が増加しても劣化を少なくすることが可能になる。
【００２０】
第４の発明は、第１から３のいずれか１つの発明において、
上記軟化剤のアニリン点温度が６０℃以下に設定されていることを特徴とするものである。
【００２１】
この構成によれば、成形時の加工性がより一層良好になる。
【００２２】
第５の発明は、第１から４のいずれか１つの発明において、
密度が６．０Ｍｇ／ｍ３以上１２．０Ｍｇ／ｍ３以下の範囲に設定されていることを特徴とするものである。
【００２３】
この構成によれば、十分に高い放射線遮蔽性能が得られる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、タングステン粉末及びタングステン化合物粉末の少なくとも一方の粉末を含んでいるので、高い放射線遮蔽性能を得ることができる。そして、ゴムとしてブチルゴム及びポリイソブチレンゴムの少なくとも一方を用い、軟化剤を含んでいるので、成型性や加工性が良好になるとともに、放射線環境下に長期間曝されても適度な弾性を維持することができる。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。尚、以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものではない。
【００２６】
本発明の実施形態にかかる放射線遮蔽材は、第１の高分子成分としてのゴムと、軟化剤と、タングステン粉末とを含んでいる。ゴムはブチルゴム（ＩＩＲ）である。ブチルゴムは、ポリイソプレンとポリイソブチレンとの共重合体であり、その重合比率、分子量等によって各種グレードのものがあるが、重合比率、分子量等は特に限定されない。ハロゲン化したブチルゴムも使用できる。
【００２７】
軟化剤は、ブチルゴムを軟化させるものであり、ブチルゴム１００重量部に対して総量で３重量部以上添加する。これによって、ブチルゴムの劣化を抑制することができる。ブチルゴムの劣化抑制の観点からは、軟化剤を総量で３重量部以上添加することが好ましく、１０重量部以上添加することが更に好ましい。軟化剤の添加量の上限は特にないが、たとえば１００重量部以下とすることができる。
【００２８】
軟化剤は、ブチルゴムの硬度の低下を目的としてブチルゴム中に添加される添加剤の総称である。軟化剤には、いわゆる可塑剤も含まれる。軟化剤は、ブチルゴムの分子との高い相溶性により、分子鎖中に浸透し、分子鎖間の潤滑剤として作用するものであればよく種類は特に限定されないが、例えば、鉱物油系軟化剤、植物油系軟化剤、合成軟化剤（合成可塑剤）を挙げることができる。鉱物油系軟化剤は、芳香族系、ナフテン系、パラフィン系に分けることができ、通常、これら３種類の混合物から成り立っている。
【００２９】
好適な実施形態においては、軟化剤が、６０℃以下のアニリン点温度を有する鉱物油系軟化剤である。アニリン点温度は、軟化剤中のベンゼン環等の芳香族構造物の含有量を示す尺度として用いられるものである。本実施形態においては、アニリン点温度が６０℃（好ましくは４５℃以下）の軟化剤が好ましく、このような軟化剤を使用することによって、高分子組成物の劣化を効果的に抑制できる。このような軟化剤としては次のようなものがある。例えば、出光興産社製ＡＣシーリズ、ＡＨシリース、神戸油化学社製ＨＡシリーズをはじめとして、コスモ石油社、ジャパンエナジー社、日本サン石油社、富士興産社等の製造メーカーにより販売されているものある。
【００３０】
タングステンは粉末形状であり、平均粒径は５０μｍ以下が好ましい。タングステン粉末の平均粒径の下限は、８μｍ以上が好ましい。タングステン粉末の平均粒径をこの範囲に設定することで、加工性や成型性が良好になる。
【００３１】
尚、平均粒径が８μｍ未満のタングステン粉末を使用する場合には、８μｍ未満のタングステン粉末の比率が全タングステン粉末の５０重量％以下の範囲となるようにし、８μｍ以上のタングステン粉末が同５０重量％未満となるようにしてもよい。また、タングステン粉末の代わりに、又はタングステン粉末と一緒にタングステン化合物の粉末を添加してもよい。
【００３２】
Ｘ線やγ線の遮蔽性能を所定以上に確保するために、放射線遮蔽材の密度が６．０Ｍｇ／ｍ３以上１２．０Ｍｇ／ｍ３以下の範囲となるようにタングステン粉末やタングステン化合物粉末を添加する。より好ましくは、放射線遮蔽材の密度が１１．５Ｍｇ／ｍ３以上となるように添加する。
【００３３】
ブチルゴムには、耐放射線対策ポリマー処方で公知の劣化防止剤を添加してもよい。このような劣化防止剤としては、電子・イオン捕捉剤、エネルギー移動剤、酸化防止剤、ラジカル捕捉剤、ラジカル不活性剤を例示できる。
【００３４】
電子・イオン捕捉剤としては、ピレン、キノン、ジフェニレンジアミン、テトラメチルフェニレンジアミン等がある。エネルギー移動剤としては、アセナフテン、アセナフチレン等がある。ラジカル捕捉剤としては、メルカプタン、フェニルエーテル、ヒドロフェナントレンがある。酸化防止剤としては、各種フェノール、有機チオ酸塩類がある。
【００３５】
ブチルゴムには、目的に応じてステアリン酸、酸化亜鉛に代表される架橋促進助剤、炭酸カルシウム、クレー、炭酸マグネシウム等の充填剤やカーボンブラック、水酸化マグネシウム、水酸化アルミニウム、三酸化アンチモン等の難燃剤、その他の加工助剤として粘着付与剤や発泡剤、着色剤を添加してもよい。架橋剤としては、酸化亜鉛、酸化マグネシウム、酸化鉛、ハイドロタルサイト等のゴム架橋剤及び酸化剤、硫黄や硫黄を含む混合系、有機化酸化物を使用することができる。また、放射線遮蔽材の耐熱性を向上させる観点からも架橋形態とするのが望ましい。
【００３６】
また、ブチルゴムの代わりにポリイソブチレンゴム（ＩＢＲ）を用いてもよいし、ブチルゴムとポリイソブチレンゴムとの両方で第１の高分子成分を構成してもよい。ポリイソブチレンゴムは、ポリイソブチレンゴム単独からなる高分子重合体であって、分子量が特に限定されない。
【００３７】
また、ブチルゴム及びポリイソブチレンゴムの少なくとも１つを含む第１の高分子成分と、クロロスルホン化ポリエチレンゴム（ＣＳＭ）及び塩素化ポリエチレンゴム（ＣＭ）の少なくとも１つを含む第２の高分子成分とを含む高分子成分を使用して放射線遮蔽材を構成してもよい。
【００３８】
上記第１の高分子成分と第２の高分子成分を含む場合には、軟化剤の添加量としては、例えば、３以上１００重量部以下が好ましく、より好ましくは５以上１５重量部以下が好ましい。軟化剤の添加量が２０重量部を越えると放射線遮蔽材の密度が低下してしまうので、上限は２０重量部以下に設定するのが好ましい。
【００３９】
クロロスルホン化ポリエチレンゴムを添加する場合、ムーニー粘度（１００℃、Ｌローター）が４５以上である場合が好ましく、これにより加工性が良好になる。また、クロロスルホン化ポリエチレンゴムの代わりに塩素化ポリエチレンゴム（ＣＭ）を用いてもよいし、クロロスルホン化ポリエチレンゴムと塩素化ポリエチレンゴムとの両方で第２の高分子成分を構成してもよい。
【００４０】
また、第１の高分子成分の含有量が５以上７０重量部以下の範囲となるように設定するのが好ましい。また、第２の高分子成分の含有量が３０以上９５重量部以下の範囲となるようにするのが好ましい。そして、第１の高分子成分と第２の高分子成分との比率は、５／９５〜３０／７０重量部の範囲で設定するのが好ましい。
【００４１】
上記組成の放射線遮蔽材を製造する際には、軟化剤が添加されていることと、タングステンが小径の粉末状態で添加されていることとにより、流動性が高く、所定の形状に成型する際の成型性が良好になり、複雑な形状の放射線遮蔽材を容易に一体成形することが可能になる。
【００４２】
放射線遮蔽材の組成物の製造及び成型は、一般のゴム加工設備を使用して行うことができるが、これに限られるものではない。
【００４３】
また、ゴムと軟化剤とタングステン粉末とを混合する際には、二本ロール、ニーダー類、バンバリーミキサー等を用いて行うことができるが、特に好ましい方法は、二本ロールを用いて各成分を均一に混合、分散させる方法である。
【００４４】
得られた組成物の成型は、通常のゴム製品の成型設備を用いて行うことができる。このときの架橋条件としては、温度が１２０℃以上１８０℃以下が好ましく、時間は１０分以上９０分以下が好ましい。
【００４５】
そして、得られた放射線遮蔽材は、タングステン粉末が略均一に分散した状態で、かつ、高い密度を持っているので、Ｘ線、γ線をはじめとする各種放射線を有効に遮蔽する能力を有する。
【００４６】
また、放射線遮蔽材は、ブチルゴム及びポリイソブチレンゴムの少なくとも一方のゴムと、そのゴムを軟化させる軟化剤とを含んでいるので、例えば、原子力関連施設において長期間に亘って強い放射線に曝される環境で使用される場合のように、積算の吸収線量が１ＭＧｙ以上であっても、劣化が最小限に抑えられ、ゴムとしての特性（伸長性、曲げ性）を維持できる。
【００４７】
上記のように構成された放射線遮蔽材は、例えば、止水材、パッキン、放射線遮蔽マット、放射線遮蔽シート、放射線遮蔽タイル、シール材、放射線医療用機器のパネル材等に使用することができる。
【００４８】
以上説明したように、この実施形態にかかる放射線遮蔽材によれば、タングステン粉末を含んでいるので、高い放射線遮蔽性能を得ることができる。そして、ゴムとしてブチルゴム及びポリイソブチレンゴムの少なくとも一方を用い、軟化剤を含んでいるので、成型性や加工性が良好になるとともに、放射線環境下に長期間曝されても適度な弾性を維持することができる。
【実施例】
【００４９】
以下、本発明の実施例について説明する。
【００５０】
【表１】
2013242270.tif 000002
【００５１】
表１には、比較例１〜９と、本発明の実施例１〜３にかかる放射線遮蔽材の各成分の配合割合を示している。
【００５２】
表１中のＩＩＲ  ＃２６８は、ＪＳＲ株式会社製のブチルゴムである。ＥＰＤＭは、三井化学株式会社製の＃３０４５である。ＣＳＭ  ＴＳ８３０，ＴＳ３２０は、東ソー株式会社製のクロロスルホン化ポリエチレンゴムである。ＴＳ８３０は、ムーニー粘度（ＭＬ１＋４，１００℃）が９０であり、ＴＳ３２０は、同３７である。
【００５３】
ＩＢＲは、エクソン株式会社製のポリイソブチレンゴムであり、ビスタネックス  Ｌ−１４０である。ＣＭは、昭和電工株式会社製の塩素化ポリエチレンゴムであり、エラスレン３０１Ａである。ＡＨ−１６（軟化剤）は、出光石油化学株式会社製のゴムプロセス油である。
【００５４】
タングステンＷ−６ＫＤ、Ｗ−３ＫＤは、日本新金属株式会社製のタングステン粉末である。Ｗ−６ＫＤの平均粒度は、８．０以上１６．０μｍ以下であり、Ｗ−３ＫＤの平均粒度は、１．５０以上１．９９μｍ以下である。
【００５５】
カーボンは、旭カーボン株式会社製の旭＃６０である。硫酸バリウムは、堺化学工業株式会社製の＃３００である。Ｓｔｅは、花王株式会社のルナックＳ−２０である。
【００５６】
ＺｎＯ（酸化亜鉛）は、正同化学株式会社製の亜鉛華＃１である。ＭｇＯ＃１５０は、協和化学株式会社製の酸化マグネシウムであり、酸化マグ＃１５０である。ＮＢＣは、大内新興化学工業株式会社製の老化防止剤であり、ノクラックＮＢＣである。ノクラックＯＤＡ及びノクラック２２４も同様に大内新興化学工業株式会社製のものである。
【００５７】
バイオソープ１００は、共同薬品株式会社製である。リサージ（ＰｂＯ）は、三井金属鉱業株式会社製の酸化鉛である。ＤＭは、大内新興化学工業株式会社製のノクセラーＤＭであり、ＴＲＡは、大内新興化学工業株式会社製のノクセラーＴＲＡであり、ＴＢＴは、大内新興化学工業株式会社製のノクセラーＴＢＴであり、Ｍは、大内新興化学工業株式会社製のノクセラーＭであり、ＢＺは、大内新興化学工業株式会社製のノクセラーＢＺである。ノイライザーＰは、日本合成化学工業株式会社製のペンタエリスリトールである。硫黄は、鶴見化学工業株式会社製のサルファックスＰＳである。
【００５８】
また、タングステンの含有率は、表２のとおりである。
【００５９】
【表２】
2013242270.tif 000003
【００６０】
上記比較例１〜９、実施例１〜３の配合処方に基づいて放射線遮蔽材を製造した。製造方法は比較例１〜９と実施例１〜３とで同じであり、二本ロールを用いて混合、圧延し、厚さ２ｍｍのシート状放射線遮蔽材を得た。このシート状放射線遮蔽材を、加圧プレスを使用して１７０℃に加熱し、２０分間、加硫成型した。
【００６１】
それぞれについて加工性、耐オゾン特性及び耐放射線性について評価した。その評価結果を表３に示す。
【００６２】
【表３】
2013242270.tif 000004
【００６３】
加工性の評価については、成分の混合、圧延がスムーズに行われ、成型に問題がなかったものは「○」とし、いずれも悪かったものは「×」とし、一方が劣ったものは「△」とした。
【００６４】
耐オゾン特性の評価は、シート状放射線遮蔽材をＪＩＳ  Ｋ６２５９に準じて試験した結果、異常がなかったものは「○」とし、亀裂が発生または破断したものは「×」とした。試験条件は、オゾン濃度１００ｐｐｈｍ、１０％引張ひずみ、９６時間である。尚、耐オゾン特性については、全ての比較例で観察上、異常は見られなかったが、１０％引張ひずみ試験で亀裂が発生または破断したものを「×」としている。
【００６５】
耐放射線性の評価については、シート状放射線遮蔽材に放射線を照射した後、折り曲げた際に亀裂等の発生がなく柔軟に曲がったものは「○」とし、破損及び外観が悪化したものは「×」とし、軟化劣化が著しかったものは「軟」とし、硬化劣化が著しかったものは「硬」とし、破損はしないが「○」評価よりも若干劣ったものは「△」とした。放射線の照射条件は、Ｃｏ−６０γ線の空間線量率が１．４ｋＧｙ／ｈで、吸収線量が１．１ＭＧｙとなるように設定した。
【００６６】
比較例１、２では、成型時の加工性に難があるとともに、耐オゾン特性が低く、また、放射線照射後の軟化劣化が著しく現れた。
【００６７】
比較例３では、リサージ（ＰｂＯ）を添加しており、放射線照射後の硬化劣化が著しく現れた。
【００６８】
比較例４では、放射線照射後の硬化劣化が著しく現れた。
【００６９】
比較例５、６では、放射線照射後の劣化が著しく現れた。
【００７０】
比較例７では、タングステンを多めに配合したが、加工性に難があった。
【００７１】
比較例８、９では、タングステン粉末の粒径を変更しているが、共に放射線照射後の劣化が著しく現れた。
【００７２】
これら比較例に対し、実施例１〜３では、良好な結果が得られた。すなわち、実施例１〜３では、耐オゾン特性が良好であり、また、加工性についても、「×」はなく、実際の加工時に特に問題となることはなかった。また、耐放射線性については、実施例１、２は、実施例３に比べて若干劣るものの、亀裂等の発生はなく、硬化劣化や軟化劣化もなかった。
【産業上の利用可能性】
【００７３】
以上説明したように、本発明にかかる放射線遮蔽材は、例えば、原子力発電所、使用済核燃料再処理施設、陽子加速器等原子力関連施設をはじめ、放射線治療現場等の医療分野において放射線を遮蔽する際に用いることができる。