[发明专利]一种高Z元素–天然皮革复合X射线屏蔽材料及其制备方法

说明书

本发明公开的高Z元素–天然皮革复合材料的制备方法是将按常规鞣制工艺生产的皮革浸渍在含有高Z元素的盐溶液中，利用皮革中大量活性官能团与高Z元素离子进行结合，获得高Z元素纳米粒子–天然皮革复合X射线屏蔽材料。本发明提供的方法制备工艺简单可控，材料来源丰富，价格低廉，反应条件温和，不需要特殊的加工设备，易于工业化放大生产。通过本发明方法制备的高Z元素–天然皮革复合材料密度小、质量轻，将其应用在X射线屏蔽时，该材料具有优异的屏蔽性能，且降低了二次辐射。此外，该材料既解决了传统高分子屏蔽材料机械性能差的缺点，又提供了良好的穿着舒适性。

技术领域

本发明属于功能材料及其制备技术领域，具体涉及一种轻质、低散射、高屏蔽性能及高机械强度的天然皮革基X射线屏蔽材料及其制备方法。

背景技术

随着核物理的发展，电离辐射被越来越多地应用在人们的日常生活中，如医学显像、放射治疗、金属探伤及材料表征。同时，在自然界以及工业生产中，电离辐射也常常会作为一种副产物出现（Nambiar S, Yeow J T W. Polymer-Composite Materials forRadiation Protection[J]. ACS Applied Materials Interfaces, 2012, 4(11):5717–5726.）。但是，人体若长时间暴露在电离辐射下时，DNA会受到不同程度的破坏，引起细胞的变异，进而导致呕吐、腹泻、白内障及癌症等症状（霍雷, 刘剑利, 马永和. 辐射剂量与防护[M]. 北京: 电子工业出版社, 2015.），因此，所有种类的电离辐射都被世界卫生组织国际癌症研究机构列为了一类致癌物（International Agency for Research onCancer. IARC Monographs on the Evaluation of Carcinogenic Risks to Humans[M].Lyon: WHO Press, 2012, 100D.）。

电离辐射是指所携带的能量足以使电子摆脱原子核的束缚，从而使原子或分子发生电离的辐射（王建龙, 何仕均. 辐射防护基础教程[M]. 北京: 清华大学出版社,2012.）。电离辐射根据导致电离的辐射本质可以分为直接电离辐射与间接电离辐射，其中前者主要包括由He²⁺构成的α射线及由电子或正电子构成的β射线。α射线在空气中射程仅有1 cm，对人体的危害可以忽略不计；β射线在空气中的射程虽然较α射线大，但其能量低、对空气的电离作用小，可以简便地使用屏蔽设施或材料进行屏蔽（陈万金, 陈燕俐, 蔡捷.辐射及其安全防护技术[M]. 北京: 化学工业出版社, 2006.）。间接电离辐射主要包含X射线、γ射线以及中子射线，它们都呈电中性，因此与物质的直接作用较弱，但是它们与物质作用时可以使物质分子电离及激发，形成化学性质活泼的不稳定的自由基，进而对人体造成严重危害，因此对间接电离辐射的有效屏蔽直接关系到人类是否能够安全地利用电离辐射。

X射线是人们日常生活中接触最多的间接电离辐射，它主要通过光电效应、康普顿散射和瑞利散射三种方式与物质发生作用，本质上主要是与原子的核外电子发生作用（Nambiar S, Yeow J T W. Polymer-Composite Materials for Radiation Protection[J]. ACS Applied Materials Interfaces, 2012, 4(11): 5717–5726.）。目前的理论认为物质对X射线的衰减效果与材料密度和原子序数的四次方成正比（Lusic H,Grinstaff M W. X-ray-Computed Tomography Contrast Agents[J]. ChemicalReviews, 2013, 113(3): 1641–1666.），因此，要想屏蔽X射线，主要使用高Z元素组成的块体材料。