[发明专利]一种兼具优异核防护和柔韧性的橡胶复合材料及制备方法

说明书

本发明属于核辐射防护技术领域，公开了一种兼具优异核防护和柔韧性的橡胶复合材料及制备方法，兼具优异核防护和柔韧性的橡胶复合材料的制备方法包括：功能粒子羟基化处理，硅烷偶联剂改性，制备核壳结构，橡胶硫化。本发明通过在核防护功能粒子表面构建带有双键的聚合物壳层结构，使其在橡胶硫化过程中能参与交联反应，增强功能粒子与橡胶基体的相互作用，确保高填充橡胶复合材料中功能粒子分散均匀、界面良好相容，最终获得一种兼具优异柔韧性和辐射防护性能的材料。本发明中制备的核防护橡胶复合材料兼具优异辐射防护和柔韧性，2毫米厚橡胶复合材料的热中子防护性能＞96％、低能伽马射线防护性能＞93％、断裂伸长率＞1000％。

技术领域

本发明属于核辐射防护技术领域，尤其涉及一种兼具优异核防护和柔韧性的橡胶复合材料及制备方法。

背景技术

目前，核技术已广泛应用于医疗、核能及国防等多个领域，推动了国民经济快速发展，同时也增加了人类接触核辐射的机率，潜在地威胁着相关人员身体健康以及环境安全。涉核人员作业前需要穿戴辐射防护制品(辐射防护柔性材料加工而成)，以便在核设施设备运行、异常事件及事故期间将辐射危害降至最低。

辐射防护柔性材料是将辐射防护功能粒子填充至橡胶基体，功能粒子填充量越高辐射防护效果越显著。但是，辐射防护功能粒子通常与橡胶基体难以良好相容，严重降低高填充橡胶复合材料的强度与韧性，最终影响可穿戴辐射防护制品实际使用性能。同时，功能粒子填充量通常较低，有效辐射防护组分比例降低，满足辐射防护需求时需要增加制品厚度，导致穿戴舒适度降低。因此，亟需一种新的兼具优异核防护和柔韧性的橡胶复合材料及制备方法。

通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：

(1)现有高填充功能粒子在基体中团聚严重，很难均匀分布，造成制品不同部位辐射防护性能存在差异。

(2)现有高填充功能粒子与高分子基体界面难以良好相容，造成制品强度与韧性不佳，影响可穿戴制品实际使用性能。

(3)现有功能粒子填充量通常较低，有效辐射防护组分比例降低，满足辐射防护需求时需要增加制品厚度，导致穿戴舒适度降低。

解决以上问题及缺陷的难度为：如何增强功能粒子和橡胶基体之间相互作用，以确保高填充功能粒子在橡胶基体之中均匀分散、两相之间界面良好相容是制备兼具优异核防护和柔韧性橡胶复合材料的现有技术难点。

解决以上问题及缺陷的意义为：增强高填充橡胶复合材料中功能粒子与橡胶基体之间相互作用，可以避免因功能粒子分散不均，同时能够改善高填充橡胶复合材料界面相容性，实现材料兼顾优异柔韧性和辐射防护性能，具有重要的应用价值和社会效益。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种兼具优异核防护和柔韧性的橡胶复合材料及制备方法。

本发明是这样实现的，一种兼具优异核防护和柔韧性的橡胶复合材料的制备方法，所述兼具优异核防护和柔韧性的橡胶复合材料的制备方法，包括：

首先，超声条件下羟基化处理具有核防护功能的功能粒子；其次，采用硅烷偶联剂进一步表面修饰功能粒子；然后，将表面修饰后的功能粒子、引发剂和二烯烃聚合物混合均匀，惰性气氛下升温引发反应形成聚合物包覆功能粒子的核壳结构；最后，将核壳结构与生胶、氧化锌、硫黄、硫化促进剂在开炼机或密炼机上加工，获得混炼胶，再采用硫化加工手段制得本发明核防护橡胶复合材料。

进一步，所述兼具优异核防护和柔韧性的橡胶复合材料的制备方法包括以下步骤：

步骤一，功能粒子羟基化处理：将核防护功能粒子分散至双氧水溶液中，加热，超声并搅拌，离心分离，真空干燥，获得表面羟基化功能粒子；

步骤二，硅烷偶联剂改性：将羟基化功能粒子分散至巯基硅烷偶联剂的甲苯溶液中，加热反应后离心分离，真空干燥，获得表面巯基化功能粒子；