本发明专利技术公开了一种热固性聚氨酯中子转换屏及其制备方法,采用硫化锌荧光粉先在齐聚二元醇中充分分散，然后通过原位聚合方法，制备一种异氰酸酯基封端的荧光粉聚氨酯预聚体，最后借助于低分子多元醇的固化交联，浇注制得高分辨率，高亮度的热固性聚氨酯中子转换屏，具有高灵敏度、高分辨率等优点。本发明专利技术的中子转换屏制备中，荧光聚氨酯预聚体的原位聚合过程的二异氰酸酯与二元醇的投料比为(2.1‑3.1)：1，制得中子转换屏中硫化锌荧光粉含量为50‑75％。
【技术实现步骤摘要】
本申请涉及中子探测器无损检测照相领域，尤其涉及一种热固性聚氨酯中子转换屏及其制备方法。
技术介绍
1、中子照相系统的构成主要有三大部件：中子源、准直器、像探测器系统(包括中子荧光转换屏)。探测透过样品的中子空间分布的关键部件为位置灵敏中子探测器，在中子照相技术中称为中子-荧光转换屏。中子-荧光转换屏实际上是一定厚度的板状功能复合材料，其作用是把透过被测样品的中子射线借助于转换屏中的中子转化物质的大量氢原子的质子与中子作用形成反冲质子，反冲质子使荧光物质发光，从而在感光片上产生可被探测的物质影像。
2、中子转换屏是中子照相的关键部件，其性能直接影响最终成像质量。目前在中子照相领域，采用的中子转换屏主要有聚乙烯、聚丙烯、环氧树脂等与荧光材料(多为硫化锌(ag)或gd2s2o)组成的混合压制屏，含芳苯环结构的有机闪烁体，阵列移波光纤型中子-荧光转换屏等。其中，闪烁体屏和阵列移波光纤屏探测效率高(亮度高)，但分辨率低(2mm以上)，而混压屏分辨率较高(0.5mm以下)，探测效率低(亮度低)。以上三种中子转换屏均无法提供令人满意的照相效果。
技术实现思路
1、有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种高亮度热固性聚氨酯中子转换屏及其制备方法。既修饰了荧光粉的表面缺陷，又实现了荧光粉的均匀分布。从而获得高分辨率，高亮度的热固性聚氨酯中子转换屏。
2、本专利技术提供一种原位聚合的荧光聚氨酯预聚体的制备方法，其特征在于，包含以下步骤：
3、a)原料前处理：
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p>4、称取定量聚醚型二醇或聚酯型二醇于250ml三口烧瓶中，110℃下使用水环真空泵抽真空除水1-2h；称取定量的掺银型硫化锌荧光粉zns:ag，置于80-100℃的真空烘箱中干燥1-2小时；5、b)齐聚二元醇的预分散体制备：
6、取定量的处理完成的掺银型硫化锌荧光粉zns:ag和聚醚型二醇或聚酯型二醇，偶联剂，催化剂，抗氧剂溶于溶剂中，于高速分散机中充分分散15-45分钟，得到齐聚二元醇的预分散体，其中，各组分按重量百分比组成如下：
7、
8、c)荧光聚氨酯预聚体的制备：
9、室温下称取定量的荧光聚氨酯预聚体投入装有回流冷凝管和搅拌器的反应器中，随后二异氰酸酯：齐聚二元醇的预分散体按摩尔比2.1-3.1：1.0投入二异氰酸酯，室温-40℃搅拌1小时，然后缓慢升温到60-80℃搅拌反应2-5小时，反应过程采用氮气保护；结束反应，采用水环真空泵减压蒸馏除掉反应混合物中的四氢呋喃，得到原位聚合的荧光聚氨酯预聚体。
10、进一步的，二异氰酸酯包括甲苯二异氰酸酯(hdi)，二苯基甲烷二异氰酸酯(mdi)，氢化二苯基甲烷二异氰酸酯(hmdi)，异佛尔酮二异氰酸酯(ipdi)，六次甲基二异氰酸酯(hdi)，六次甲基二异氰酸酯三聚体(phdi)，赖氨酸二异氰酸酯(ldi)或其组合。
11、进一步的，二异氰酸酯过量5-55％，用于保证预聚体的低聚合度以及对硫化锌荧光粉的表面修饰。
12、进一步的，聚醚型二醇或聚酯型二醇包括乙二醇、丙二醇、一缩二乙二醇、1,4-丁二醇、苯二甲酸、己二酸、卤代苯二甲酸、聚乙二醇，聚丙二醇，聚四氢呋喃二醇或苯二甲酸酐通过酯化反应制备的聚酯二元醇或其组合。
13、进一步的，掺银型硫化锌荧光粉zns:ag包括掺银zns:ag/mn,zns:ag/cu，zns:ag/si或其组合。
14、本专利技术提供一种采用前述荧光聚氨酯预聚体的热固性聚氨酯中子转换屏制备方法，其特征在于，包含以下步骤：
15、a)固化剂配制：
16、低分子多元醇，溶剂，齐聚二元醇按照低分子多元醇与溶剂的比例为重量比1:(1-2)，齐聚二元醇的醇羟基当量数不超过低分子多元醇的醇羟基当量数进行配比，室温下搅拌混合均匀得到固化剂；
17、b)固化体系的配混，浇注和固化：
18、b1)将荧光聚氨酯预聚体投入安装有搅拌器和抽真空装置的混合器中，在室温下加入按固化剂，快速搅拌，开始搅拌3分钟后，搅拌同时抽真空，总体混合搅拌时间控制在10-15分钟；
19、b2)把搅拌混合物浇注到厚度为1-6mm的方板型腔模具中，模具置入可抽真空的封闭容器中，抽真空30-60min，在室温(25-40℃)固化20-72小时；
20、b3)随后使模具升温到60℃，固化2小时，自然冷却到室温放置6小时，再升温到80℃固化1小时，冷却脱模，修理毛边，清理瑕疵，得到热固性聚氨酯中子转换屏。
21、进一步的，低分子多元醇包括丙三醇、三乙醇胺或其组合。
22、进一步的，固化剂包含多官能团的多元醇，与长链分子的二元醇，具有调节反应速度，降低固化体系粘度的作用，便于快速脱气。
23、本专利技术提供一种热固性聚氨酯中子转换屏，其特征在于，按照热固性聚氨酯中子转换屏制备方法得到。
24、进一步的，热固性聚氨酯中子转换屏厚度为0.5-0.8mm。厚度越大，亮度越高，分辨率有所下降。反之亦然。在荧光聚氨酯功能材料组成一定的情况下，可通过调节转换屏厚度来调节分辨率与灵敏度之间的最佳平衡。
25、在上述多种材料组成的反应混合物中,二异氰酸酯和齐聚二元醇是合成聚氨酯的原料单体，合成的聚氨酯是转换屏的基材,兼顾粘合剂的作用，同时也是中子发生核反应产生反冲质子的材料；硫化锌荧光粉的作用是将带电离子沉积的能量转换为可见光便于显影照相；偶联剂的作用是将使荧光粉能更好地在齐聚二元醇中分散均匀；加入的溶剂主要作用是降低高粉体含量的混合物的粘度，抗氧剂的作用是防止有机聚合物的氧化变色；催化剂的作用是促进二异氰酸酯与二元醇之间的缩合反应；聚氨酯预聚体制备过程采用的原位聚合过程,一是在形成预聚体之前的较低粘度下，便于硫化锌荧光粉的均匀分散，二是在聚合过程的同时实现对硫化锌粉体表面缺陷修饰，增强其发光效率。这些组分的配合的上述百分比范围,以及预聚体制备及固化过程工艺条件是通过大量实验确定的，上述配合百分比及转换屏的厚度范围使本专利技术中子转换屏具有高亮度、高分辨率及成型性的优良平衡。
26、本专利技术的有益效果：
27、本专利技术提供了一种具有低成本、高亮度、高分辨率等优点的中子荧光转换屏及制备方法。能够克服现有中子转换屏在低准直比高伽马本底条件下成像质量差的缺点，解决现有中子照相转换屏存在的无法同时兼顾高灵敏度和高分辨率问题,本专利技术的中子转换屏对于提高中子成像质量具有重要意义。
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【技术保护点】
1.一种原位聚合的荧光聚氨酯预聚体的制备方法，其特征在于，包含以下步骤：
2.根据权利要求1的原位聚合的荧光聚氨酯预聚体的制备方法，其特征在于，所述二异氰酸酯包括甲苯二异氰酸酯，二苯基甲烷二异氰酸酯，氢化二苯基甲烷二异氰酸酯，异佛尔酮二异氰酸酯，六次甲基二异氰酸酯，六次甲基二异氰酸酯三聚体，赖氨酸二异氰酸酯或其组合。
3.根据权利要求1的原位聚合的荧光聚氨酯预聚体的制备方法，其特征在于，所述二异氰酸酯过量5-55％。
4.根据权利要求1的原位聚合的荧光聚氨酯预聚体的制备方法，其特征在于，所述聚醚型二醇或聚酯型二醇包括乙二醇、丙二醇、一缩二乙二醇、1,4-丁二醇、苯二甲酸、己二酸、卤代苯二甲酸、聚乙二醇，聚丙二醇，聚四氢呋喃二醇或苯二甲酸酐通过酯化反应制备的聚酯二元醇或其组合。
5.根据权利要求1的原位聚合的荧光聚氨酯预聚体的制备方法，其特征在于，述掺银型硫化锌荧光粉ZnS:Ag包括掺银ZnS:Ag/Mn,ZnS:Ag/Cu，ZnS:Ag/Si或其组合。
6.一种采用如权利要求1-5任一项的原位聚合的荧光聚氨酯预聚体的制备方法制备得到荧光聚氨酯预聚体的热固性聚氨酯中子转换屏制备方法，其特征在于，包含以下步骤：
7.根据权利要求6的热固性聚氨酯中子转换屏制备方法，其特征在于，所述低分子多元醇包括丙三醇、三乙醇胺或其组合。
8.根据权利要求6的热固性聚氨酯中子转换屏制备方法，其特征在于，所述固化剂包含多官能团的多元醇，与长链分子的二元醇。
9.一种热固性聚氨酯中子转换屏，其特征在于，按照权利要求6-8任一项热固性聚氨酯中子转换屏制备方法得到。
10.根据权利要求9的热固性聚氨酯中子转换屏，其特征在于，所述热固性聚氨酯中子转换屏厚度为0.5-0.8mm。
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【技术特征摘要】
1.一种原位聚合的荧光聚氨酯预聚体的制备方法，其特征在于，包含以下步骤：
2.根据权利要求1的原位聚合的荧光聚氨酯预聚体的制备方法，其特征在于，所述二异氰酸酯包括甲苯二异氰酸酯，二苯基甲烷二异氰酸酯，氢化二苯基甲烷二异氰酸酯，异佛尔酮二异氰酸酯，六次甲基二异氰酸酯，六次甲基二异氰酸酯三聚体，赖氨酸二异氰酸酯或其组合。
3.根据权利要求1的原位聚合的荧光聚氨酯预聚体的制备方法，其特征在于，所述二异氰酸酯过量5-55％。
4.根据权利要求1的原位聚合的荧光聚氨酯预聚体的制备方法，其特征在于，所述聚醚型二醇或聚酯型二醇包括乙二醇、丙二醇、一缩二乙二醇、1,4-丁二醇、苯二甲酸、己二酸、卤代苯二甲酸、聚乙二醇，聚丙二醇，聚四氢呋喃二醇或苯二甲酸酐通过酯化反应制备的聚酯二元醇或其组合。
5.根据权利要求1的原位聚合的荧光聚氨酯预聚体的制备方法...
【专利技术属性】
技术研发人员：吴洋，李航，孙勇，唐彬，霍合勇，王胜，尹伟，曹超，刘斌，李润东，杨鑫，张新荣，
申请(专利权)人：中国工程物理研究院核物理与化学研究所，
类型：发明
国别省市：
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