Тканеэквивалентная электропроводящая полимерная композиция Советский патент 1980 года по МПК C08L23/02 C08K3/22 C08K3/24 C08K5/17 

1

Изобретение относится к тканеэквивалентным электронроводян1,им нолиолефиновым композициям, которые применяются для изготовления приборов, моделирующих процессы передачи и накопления энергии в чувствительных объемах облучаемых биологических объектов в микродозиметрии и радиобиологии.

Для этого необходимо, чтобы вещество, из которого сделана ионизационная камера, и биологическая ткань были как можно ближе по составу. Однако ткани различных органов и частей живого тела могут различаться по составу (например, мыщечн я ткань и кости). Но обычно за основу берут мягкую биологическую ткань. Допустимые отклонения в элементарном составе тканеэквивалентного материала устанавливают при расчете параметров измерительных камер.

Приближенно химический состав мягкой биологической ткани можно определить формулой воображаемой тканевой «молекулы (CsHwOisN): 1. Ввиду того, что сечения взаимодействия нейтронов с атомами кислорода- и углерода подобны в широком диапазоне энергий, возможно в эквивалентном материале частично или полностью заменить кислород на углерод. Аналогичным образом возможна замена любого

нечетно-нечетного ядра на нечетно-нечетное, четно-нечетного на четно-нечетное и т. д., за исключением водорода, имеющего высокие сечения взаимодействия с нейтронами. Тогда состав этого материала будет примерно следующий, %: Н 10,1; N 3,5; С и следы О 86,4.

Усредненный химический состав костной биологической ткани, вес. %: Н 7,1613; С 22,437; N 4,7095; О 39,385; Na 0,08; Mg 0,28; Р 13,144; S 0,4106; Са 12,3926. Эффективный атомный номер костной биологической ткани по фотоэффекту (эфф. г) 11,703 2.

Известная тканеэквивалентная электропроводящая композиция, получаемая путем смещения размельченных в порощок полиэтилена, углерода и азотнокислого аммония и имеющая состав, %: Н 10,1; N 3,5; С и

следы О 86,4, обладает недостаточными гомогенностью и проводимостью. Причем после повторной переработки проводимость становится совсем неудовлетворительной. Кроме того, недостаточная тканеэквивалентность известной композиции ограничивает ее применение.

Также известна тканеэквивалентная электропроводящая композиция, содержащая полиолефин, например полиэтилен,

технический углерод (сажу) и меламин 2. Известная композиция имеет следующий элементарный состав, %: С 87,5-86,0; Н 10,4-10,1; N3,4-3,8. Однако2эфф./ этих известных композиций составляет всего 5,65, т. е. относительное отклонение эффективного атомного номера для известных композиций от 2эфф. / костной биологической ткани i. 1000/0 . 100%-520/0. ZiI I , /UJ Таким образом эти известные композиции тканеэквивалентны костной биологической ткани с точностью до 52%. Такая точность совершенно недостаточна при создаНИИ приборов, моделирующих процессом передачи и накопления энергии в чувствительных объемах облучаемых биологических объектов (костной биологической ткани) в микродознметрии и радиобиологии. С целью повыщения тканеэквивалентности композиции костной биологической ткани электропроводящая полимерная композиция, содержащая полиолефин, технический углерод (сажу) и меламин, дополнительно содержит апатит, закись меди икапролактам при следующем соотнощении компонентов, вес. %: Полиолефин37,11-37,31 Технический углерод (сажа)19,56-19,76 Меламин4,00-4,20 Апатит19,09-19,29 Закись меди3,74-3,94 Капролактам15,90-16,10 Предлагаемая композиция имеет следующий элементарный состав, вес. %: Н 7,0- 7,2; С 62,7-63,0; N 4,6-4,8; О 9,8-10,0; F 0,3-0,4; Р 3,4-3,6; CI 0,6-0,7; Са 7,4- 7,6; Си 3,4-3,5 и эффективный атомный номер по фотоэффекту (2эфф./) 11,69-11,73, т. е. относительное отклонение эффективного атомного номера предлагаемой композиции от 2эфф. / костной биологической ткани составляет A2.jQQo/ П.703-(11,.,69-11,73) X 100% 0,2%. Таким образом предлагаемая композиция тканеэквивалентна костной биологической ткани с более высокой точностью ( в 260 раз), чем известные композиции и сочетает очень высокую тканеэквивалентность с хорощей электропроводностью и прочностью. Предлагаемая композиция также обладает следующими свойствами: Удельное объемное электрическое сопротивление (PF), ом-см8,6-102-2,5-104 Удельное поверхностное электрическое сопротивление (ps), ом1,2-103-5,3-103 Разрущающее напряжение при растяжении (стр), кгс/см 40-145 Относительное удлинение при разрыве, (е), %0-30 В качестве полиолефина могут быть использованы, например, полиэтилен низкой и высокой плотности, сополимер этилена с пропиленом или альфабутиленом, или с.месь полиэтилена с нолиизобутиленом. В качестве апатита используют смесь солей Саз(РО4)2, СаРг, СаСЬ. Предлагаемая тканеэквивалсптная электропроводяп ая полимерная композиция может быть получена путем смещения компонентов при повыщенных температурах, например на вальцах, в сл1есителях тяжелого типа и в экструдерах. Пример 1. 37,11 вес. % полиэтилена низкой плотности, 19,56 вес. % технического углерода (печной сажи), 4,2 вес. % меламина, 19,29 вес. % апатита, 3,94 вес. % закиси меди и 15,9 вес. % капролактама смешивают на вальцах при температуре 140°С в течение 20 мин до образования гомогенного «полотна. Полученное «полотно разрезают на полосы щириной 30- 40 мм и затем экструдируют в виде прутков при температуре 170-190°С с последующим их дроблением на роторной дробилке. Изготовленные методом прессования образцы имеют следующие свойства: ps 1,4-10 Ом и pv 9,5-10 Ом-см при температуре 20±3°С и КГС/СМ2. Элементарный состав композиции, вес. %: Н 7,0; С 62,7; N 4,6; О 10,0; F 0,3; Р 3,6; С1 0,7; Са 7,6; Си 3,5. - композиции составляет- 0,2%, т. е, композиция тканеэквивалентна костной биологической ткани с точностью до 0,2%. После повторной переработки полученной композиции на вальцах и экструзии PS и PV практически не изменились, равняясь соответственно 1,6-10 Ом и 1,0-103 Ом-см. Пример 2. 37,31 вес. % полиэтилена низкой плотности, 19,76 вес. % технического углерода (ацетиленовой сажи), 4,0 вес. % меламина, 19,09 вес. % апатита, 3,74 вес. % закиси меди и 16,1 вес. % капролактама смещивают на вальцах при температуре 140°С в течение 20 мин до образования гомогенного «полотна. Полученное «полотно разрезают на нолосы щириной 30-40 мм и затем экструдируют в виде прутков при температуре 170-190С с последующим их дроблением на роторной дробилке. Изготовленные методо.м прессования образцы имеют следующие свойства: ,3-10 Ом и ру 2,5-10 Ом-см при температуре 20±3°С и Стр 40 кгс/см. Элементарный состав композиции, вес. %: Н 7,2; С 63,0; N 4,8; О 9,8; F 0,4; Р 3,4; С1 0,6; Са 7,4; Си 3,4.

- ком позиции составляет ;0,2%, т. е.

композиция тканеэквивалентна костной биологической ткани с точностью до 0,2%.

После повторной переработки полученной композиции на вальцах и экструзии ps и ру практически не изменились, равняясь соответственно 6,0-10 Ом и 3,0-10 Ом-см.

Пример 3. 37,21 вес. % полиэтилена высокой плотности, 19,66 вес. % технического углерода (печной сажи), 4,1 вес. % меламина, 19,19 вес. % апатита, 3,84 вес. % закиси меди и 16 вес. % капролактама смешивают на вальцах при температуре 160°С в течение 20 мин до образования гомогенного «полотна. Полученное «полотно разрезают на полосы шириной 30-40 мм и затем экструдируют в виде прутков при температуре 180-190°С с последуюш,им их дроблением на роторной дробилке. Изготовленные методом прессования образцы имеют следующие свойства; ,5-103 QM и ,2-102 Ом-см при температуре 20± ±3°С и кгс/см.

Элементарный состав композиции, вес. %: Н 7,1; С 62,8; N 4,7; О 9,8; F 0,3; Р 3,6; С1 0,7; Са 7,6; Си 3,4.

композиции составляет 0,2%, т. е.

композиция тканеэквивалентна костной биологической ткани с точностью до 0,2%. После повторной переработки полученной композиции на вальцах и экструзии PS и ру практически не изменились, равняясь соответственно 1, и 1,0-103 Ом-см.

Пример 4. 27,21 вес. % полиэтилена высокой плотности, 10 вес. % полиизобутилена, 19,66 . % технического углерода (ацетиленовой сажи), 4,1 вес. % меламина, 19,19 вес. % апатита, 3,84 вес. % закиси меди и 16 вес. % капролактама смешивают на вальцах при температуре 160°С в течение 20 мин до образования гомогенного «полотна. Полученное «полотно разрезают на полосы шириной 30-40 мм и затем экструдируют в виде прутков при температуре 180-190°С с последующим их дроблением на роторной дробилке. Изготовленные методом прессования образцы имеют следующие свойства: ,2-10 Ом и ру 6,5-10 Ом-см при температуре 20±3°С, ар 53 кгс/см и .

Элементарный состав композиции, вес. %: Н 7,2; С 62,9; N 4,6; О 9,9; F 0,3; Р 3,5; С1 0,6; Са 7,5; Си 3,5.

композиции составляет ;0,2%, т. е.

композиция тканеэквивалентпа костной биологической ткани с точностью до 0,2%. После повторной переработки полученной композиции на вальцах и экструзии ps и ру практически не изменились, равняясь соответственно 1,0-10 Ом и 6,0-10 Ом-см.

Пример 5. 37,21 вес. % сополимера этилена с пропиленом (соотношение 95:5 по весу), 19,66 вес. % технического углерода (печной сажи), 4,1 вес. % меламина, il9,19 вес. % апатита, 3,84 вес. % закиси меди и 16 вес. % капролактама смешивают на вальцах при температуре 160°С в течение 20 мин до образования гомогенного «полотна. Полученное «полотно разрезают на полосы шириной 30-40 мм и затем экструдируют в виде прутков при температуре 180-190°С с последующим их дроблением на роторной дробилке. Изготовленные методом прессования образцы имеют следующие свойства: ,2-10 Ом и ру 8,6-10 Ом-см при температуре 20dz3°C и кгс/см.

Элементарный состав композиции, вес. %: Н 7,1; С 62,8; N 4,7; О 9,8; F 0,4; Р 3,6;

С1 0,7 Са 7,5; Си 3,4.

7

композиции составляет 0,2%, т. е.

JLi

КОМПОЗИЦИЯ тканеэквивалентна костной биологической ткани с точностью до 0,2%.

После повторной переработки полученной композиции на вальцах и экструзии PS и РУ практически не изменились, равняясь соответственно 9,9-10 Ом и 8,0-102 Ом-см.

Пример 6. 37,21 вес. % сополимера этилена с а-бутилепом (соотношение 98 : 2 по весу), 19,66 вес. % технического углерода (печной сажи), 4,1 вес. % меламина, 19,19 вес. % апатита, 3,84 вес. % закиси

меди и 16 вес. % капролактама смешивают на вальцах при температуре 160°С в течение 20 мин до образования гомогенного «полотна. Полученное «полотно разрезают на полосы шириной 30- 40 мм и затем экструдируют в виде прутков при температуре 180-190°С с последующим их дроблением на р6т,орной дробилке. Изготовленные методом прессования образцы имеют следующие свойства: ,7-10 Ом

и ру 9,8-10 Ом-см при температуре 20±3°С и GP г- 140 КГС/СМ2.

Элементарный состав композиции, вес. %: Н 7,1; С 62,8; N 4,7; О 9,8; F 0,4; Р 3,5; С1 0,7; Са 7,5; Си 3,5.

композиции составляете 0,2%, т. е.

композиция тканеэквивалентна костной

биологической ткани с точностью до 0,2%.

После повторной переработки полученной композиции на вальцах и экструзии PS и ру практически пе изменились, равняясь соответственно 1,5-10 Ом и 1,0-103 Ом-см. Предлагаемая электропроводящая полимерная композиция тканеэквивалентна костной биологической ткани с высокой точностью (0,2%), что повышает надежность, качество и точность измерений приборов, моделируюших пропессы передачи и

накопления энергии в чувствительных объемах облучаемых биологических объектов (костной биологической ткани). Это имеет большое значение для создания различных средств дозиметрического и радиометрического контроля, проведения различных фантомных и модельных экснериментов в связи с широким использованием радиоактивных веществ в народном хозяйстве, добычей руд, содержащих радиоактивное сырье, а также увеличением количества работ по изучению свойств различных радиоактивных источников. Использование предлагаемой тканеэквивалентной электропроводящей полимерной композиции для указанных целей даст экономический эффект 37,5 тыс. руб. на 1 т композиции за счет исключения брака при изготовлении изделий и устранения случаев отказа в работе приборов. Формула изобретения Тканеэквивалентная электропроводящая полимерная композиция, содержащая полиолефин, технический углерод и меламин, отличающаяся тем, что, с целью повышения тканеэквивалентности композиции костной биологической ткани, Композиция дополнительно содержит апатит, закись меди и капролактам при следующем соотнощении компонентов, вес. %: Полиолефин37,11-37,31 Технический углерод19,56-19,76 Меламин4,00-4,20 Апатит19,09-19,29 Закись меди3,74-3,94 Капролактам15,90-16,10 Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Harald Н. Rossi, G. Failla, Nucleonics, 1956, V. 14, № 2, p. 32. 2.I.-C. R. U. 1956, NBS, Handbook, 62, Washington, 1957. 3.Авторское свидетельство СССР № 376400, кл. С 08L 23/06, 1971.