CN104109474A - 一种抗辐射涂料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种抗辐射涂料及其制备方法，所述抗辐射涂料组分A、组分B和助剂，组分A包括环氧树脂、有机硅树脂、催化剂、稀释剂，组分B包括聚氨基硅氧烷和碳纳米管；其制备方法为：（1）将环氧树脂、有机硅树脂、催化剂和稀释剂混合后2h-3h，获得组分A；（2）将碳纳米管中加入二氯亚砜溶液，搅拌反应后离心，向沉淀中加入正丙醇和聚氨基硅氧烷，反应产物用乙醇超声洗涤沉后加入聚氨基硅氧烷中，即获得组分B；（3）使用时，将组分A与组分B混合后加入助剂，即获得抗辐射涂料；本发明充分发挥了碳纳米管的特性，具有较高的抗辐射、耐腐蚀以及优异的力学性能，可以较好的拓展纳米改性技术在涂料领域的应用。

Description

一种抗辐射涂料及其制备方法

技术领域：

本发明属于核辐射防护材料领域，特别是一种抗辐射涂料及其制备方法。

背景技术：

   为保证我国能源长期稳定供应，有效节能减排，核能将成为必不可少的替代能源。截至2012年12月，我国在运行核电机组17台，总装机容量1286万千瓦，2012年核电比例仅为2 %，远低于世界平均水平，还有很大发展空间。2011年3月，日本福岛核事故后，国务院暂停审批核电项目，我国核电发展进入暂停期。2012年10月24日，国务院讨论通过了《核电安全规划(2011-2020年)》和《核电中长期发展规划(2011-2020年)》，因日本核事故而停摆的中国核电重新全面启动，并对核电安全提出更高要求。积极推进核电建设，保障能源供应与安全，保护环境，实现电力可持续发展，已成为我国能源建设的一项重要政策。2015年将完成原规划当中的在运4000万千瓦核电装机的目标，在建核电装机规模有所上调，将超过2000万千瓦；到2020年中国核电装机将达到在运5800万千瓦，在建3000万千瓦。

在中国核电面临大发展的良好机遇之时，核电站各个系统用特种抗辐射防护涂料也日益受到关注和重视。无认何种核反应堆其核设施、装备上均需使用防护涂料，尤其是钢结构设备，由于其常年暴露在苛刻的环境中，更容易受到损伤，为实现设备的腐蚀防护和辐射防护，以保证设备安全和人员安全，核电涂料尤为重要。与传统涂料性比，核电钢结构设备用涂料使用环境非常苛刻：核辐射强度高、剂量大，强辐射场会引起涂料聚合物分子化学键断裂而降解；涂料表面要避免放射性物质沾污；沿海环境，海水、海风腐蚀比较严重；某些关键核部件涂料要求比较高的耐候性和超长使用寿命；某些部件表面涂层要求较高的耐热性等，关键部件核级涂料还要防止一旦发生核事故会因保护层的脱落而堵塞部分或全部流体管线、泵和回流喷水系统而造成核放射性物质的泄漏，其在核电站安全上也起着不可估量的作用，所以，核电钢结构设备用涂料除具备传统涂料较强的力学性能外，还必须有优异的防腐蚀性能，抗辐射性能及去污性能，以实现较长的使用寿命和长效保护作用，此外，核电站用各种涂料正朝着高性能、环保型方向发展，发展前景广阔。 

目前，中国发明专利公开的涉及核电站用抗辐射涂料如“核电站用耐辐射涂料及其制备方法”(CN101245215)，它是利用钛酸钾晶须制备了核电站用环氧防辐射涂料，该涂料通过了耐辐射性能、去污性能测试，但仅为防辐射涂料，未涉及防腐蚀，故应用在钢结构上不适宜，并且所采用的钛酸钾晶须价格较一般填料贵，不适合商业应用；“核电站用环氧涂层体系”(CN101235246)，该涂层系统为核电站混凝土厂房用耐辐照防护涂料，不能应用在钢结构系统，限制了该涂料的应用领域，因此研发一新型核电站钢结构设备用抗辐射涂料一直是本领域亟待解决的问题。 

发明内容

   针对上述问题，提供一种用于核电站钢结构设备的新型抗辐射涂料及其制备方法，该涂料具备优异的力学性能、耐腐蚀性和去污性能，本发明是这样实现的： 

   一种抗辐射涂料，包括质量比为1:1.2~1.5的组分A和组分B，以及占组分A与组分B总质量1%~2%的助剂；

其中，以质量份计，组分A 包括：

环氧树脂30份，

有机硅树脂5-10份，

催化剂 0.1份，

稀释剂 5-10份；

所述催化剂为二月桂酸二丁基锡或三苯基磷；

所述稀释剂为二甲苯或正丁醇中的一种，或他们的混合；

以质量份计，组分B 包括：

聚氨基硅氧烷40份，

碳纳米管0.075-0.375份。

   优选的，本发明组分A中，稀释剂由二甲苯和正丁醇按照质量比为7：3混合而成。 

   优选的，本发明组分A中，环氧树脂为氢化双酚A环氧树脂或双酚A树脂中的一种或他们的混合，所述氢化双酚A环氧树脂和双酚A树脂的环氧当量为230-250, 固含量为90%-95%。 

  优选的，本发明所述助剂为流平剂或消泡剂，或他们的混合。 

  优选的，本发明所述助剂是有流平剂和消泡剂以质量比12:5-8混合而成。 

   一种本发明所述抗辐射涂料的制备方法，包括以下步骤： 

（1）以质量份计，将30份环氧树脂和5-10份有机硅树脂混合均匀后，加入5-8份催化剂和0.1份稀释剂，于120℃-160℃条件下反应2h-3h，反应产物即为组分A；

所述催化剂为二月桂酸二丁基锡或三苯基磷；

所述稀释剂是二甲苯或正丁醇中的一种或他们的混合；

（2）以质量份计，将0.075-0.375份碳纳米管置于三口烧瓶中，加入二氯亚砜溶液，于70℃水浴锅内搅拌反应24h后，将反应产物以4000rpm下离心2min，取沉淀用四氢呋喃反复洗涤至上层液为透明状，再向沉淀中加入正丙醇和聚氨基硅氧烷，90℃下回流24h后将产物在4000rpm下离心5min，再用乙醇超声洗涤沉淀2min，将该反应产物加入到40份聚氨基硅氧烷中，机械分散5min，超声20min，即获得组分B；

（3）使用时，将步骤1获得的组分A与步骤2获得的组分B按质量比1:1.2-1.5混合，再加入占混合物总质量1%~2%的助剂，即获得抗辐射涂料。

  优选的，抗辐射涂料的制备方法中，所述助剂为消泡剂或流平剂，或他们的混合。

   本发明的有益效果为：该专利所述的该种抗辐射涂料采用先进的纳米改性的技术制备，能大大简化生产工艺，提高生产效率，并且充分发挥了碳纳米管的优良特性，具有较高的抗辐射、耐腐蚀以及优异的力学性能，可以较好的拓展纳米改性技术在涂料领域的应用，并为碳纳米管在耐辐射材料上的应用提供了较好的实践基础。 

具体实施方式： 

  下面通过实施例的方式，对本发明技术方案进行详细说明，但本发明的保护范围不局限于所述实施例。

实验材料： 

氢化双酚A环氧树脂：瓦克化学（中国）有限公司 ；

双酚A环氧树脂：镇江丹宝树脂有限公司；

有机硅树脂：瓦克化学（中国）有限公司；

二甲苯、正丁醇：西陇化工股份有限公司；

二月桂酸二丁基、三苯基磷：上海晶纯生化科技股份有限公司；

消泡剂、流平剂：德国毕克化学有限公司；

碳纳米管：成都有机所 。

实施例1： 

 （1）取30g氢化双酚A环氧树脂置于三口烧瓶中，在60℃预热10min，再取5g有机硅树脂加入装有氢化双酚A环氧树脂的三口烧瓶内，再加入8g稀释剂，升温至140℃，缓慢滴加0.1g催化剂二月桂酸二丁基锡，调节搅拌机转速为350rpm,温度保持在140℃反应2h。反应结束后，待该反应产物冷却至室温后即为组分A，待用；

   本实施例中，氢化双酚A环氧树脂的环氧当量为230-250, 固含量为90%-95%；以质量百分数计，有机硅树脂中羟基含量为5%，苯基含量为80%；稀释剂由二甲苯与正丁醇按照质量比为7：3混合而成； 

（2）将0.195g碳纳米管置于三口烧瓶中，加入50g二氯亚砜溶液，用磁力搅拌器以200rpm的转速在70℃水浴锅内反应24h，再将产物在4000rpm下离心2min，取下层黑色沉淀物以四氢呋喃反复洗涤，至上层液为透明状，去掉上层液，取黑色沉淀物，加入10g聚氨基硅氧烷和10g正丙醇在90℃下回流24h，再4000rpm离心5min，去掉上层溶液，用乙醇超声（40kHZ）洗涤沉淀2min，后将反应产物加入到40g聚氨基硅氧烷中，以3000rpm的转速机械分散5min，再超声(40kHZ)20min，即获得组分B；

（3）将步骤1获得的组分A 与步骤2获得的组分B以质量比1:1.2混合均匀，再加入占混合物总质量1%的助剂，充分搅拌均匀，即获得抗辐射涂料；本实施例中使用的助剂为消泡剂和流平剂以质量比12:5混合而成；

   具体实施过程中，步骤2制备组分B时，所加入的二氯亚砜溶液、正丙醇、以及第一次加入聚氨基硅氧烷溶液，是作为该反应的溶剂使用，其具体加入量可以根据实际需要做适当调整。

实施例2：

 （1）首先取15g氢化双酚A环氧树脂和15g双酚A环氧树脂一起置于三口烧瓶中，在60℃预热10min，再称取10g有机硅树脂加入三口烧瓶内，再加入8g稀释剂，升温至140℃，缓慢滴加0.1g催化剂三苯基磷，调节搅拌机转速为350r/min,温度保持在120℃反应3h。反应结束后，待该反应产物冷却至室温后为组分A,待用；

  本实施例中，本实施例中，氢化双酚A环氧树脂和双酚A环氧树脂的环氧当量为230-250, 固含量为90%-95%；

  以质量百分数计，有机硅树脂中羟基含量为10%，苯基含量为60%；

  稀释剂由二甲苯与正丁醇按照质量比为7：3混合而成；

（2）将0.075g MWCNTs置于三口烧瓶中，加入300g二氯亚砜溶液，用磁力搅拌器以200rpm的速率在70℃水浴锅内反应24h，后将产物以4000rpm下离心2min，取沉淀用四氢呋喃反复洗涤至上层液为透明状，去掉上层溶液，向沉淀中加入5g聚氨基硅氧烷和10g正丙醇，在90℃下回流24h，再4000rpm离心5min，去掉上层溶液，用乙醇超声（40kHZ）洗涤沉淀物 2min，最后将反应产物加入到40g聚氨基硅氧烷中，以3000rpm机械分散5min，再超声(频率40k)20min，得组分B；

（3）将组分A 与组分B以质量比1:1.5混合均匀，再加入占混合物总质量2%的助剂，充分搅拌均匀，即获得抗辐射涂料；

本实施例中使用的助剂为消泡剂和流平剂以质量比3:2混合而成。

实施例3：

（1）首先取30g氢化双酚A环氧树脂置于三口烧瓶中，在60℃预热10min，再称取8g有机硅树脂（其中羟基含量质量比为5%，苯基含量质量比为80%），加入三口烧瓶内，再加入5g稀释剂二甲苯溶液，升温至140℃，缓慢滴加0.1g二月桂酸二丁基锡催化剂，调节搅拌机转速为350rpm,温度保持在150℃反应3h，反应结束后，待该反应产物冷却至室温后为组分A,待用；

（2）将0.375g MWCNTs置于三口烧瓶中，加入80g二氯亚砜溶液，用磁力搅拌器200rpm在70℃水浴锅内反应24h，将产物在4000rpm下离心2min，取沉淀并用四氢呋喃反复洗涤至上层液为透明状，去除上层液，向沉淀中加入8g聚氨基硅氧烷和10g正丙醇，在90℃下回流24h，再4000rpm离心5min，去掉上层溶液，取沉淀用乙醇洗涤超声(40kHZ)2min，将该反应产物加入到40g聚氨基硅氧烷中，3000rpm机械分散5min，超声（40kHZ）20min，得组分B；

（3）将组分A 与组分B以质量比1:1.3混合均匀，并加入占混合物总质量1%的消泡剂，充分搅拌均匀，即获得抗辐射涂料。

   对实施例1-3获得的即获得抗辐射涂料进行性能检测，其检测结果如表1所示： 

 表1：核电站钢结构设备用抗辐射涂料检测性能

   以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (7)

1.一种抗辐射涂料，包括质量比为1:1.2~1.5的组分A和组分B，以及占组分A与组分B总质量1%~2%的助剂；

其中，以质量份计，组分A 包括：

环氧树脂30份，

有机硅树脂5-10份，

催化剂 0.1份，

稀释剂 5-10份；

所述催化剂为二月桂酸二丁基锡或三苯基磷；

所述稀释剂为二甲苯或正丁醇中的一种，或他们的混合；

以质量份计，组分B 包括：

聚氨基硅氧烷40份，

碳纳米管0.075-0.375份。

2.根据权利要求1所述的抗辐射涂料，其特征在于，组分A中，稀释剂由二甲苯和正丁醇按照质量比为7：3混合而成。

3.根据权利要求2所述的抗辐射涂料，其特征在于，组分A中，环氧树脂为氢化双酚A环氧树脂或双酚A树脂中的一种或他们的混合，所述氢化双酚A环氧树脂和双酚A树脂的环氧当量为230-250, 固含量为90%-95%。

4.根据权利要求1所述的抗辐射涂料，其特征在于，所述助剂为流平剂或消泡剂，或他们的混合。

5.根据权利要求4所述的抗辐射涂料，其特征在于，所述助剂是有流平剂和消泡剂以质量比12:5-8混合而成。

6.如权利要求1-5之一所述抗辐射涂料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）以质量份计，将30份环氧树脂和5-10份有机硅树脂混合均匀后，加入5-8份催化剂和0.1份稀释剂，于120℃-160℃条件下反应2h-3h，反应产物即为组分A；

所述催化剂为二月桂酸二丁基锡或三苯基磷；

所述稀释剂是二甲苯或正丁醇中的一种或他们的混合；

（2）以质量份计，将0.075-0.375份碳纳米管置于三口烧瓶中，加入二氯亚砜溶液，于70℃水浴锅内搅拌反应24h后，将反应产物以4000rpm下离心2min，取沉淀用四氢呋喃反复洗涤至上层液为透明状，再向沉淀中加入正丙醇和聚氨基硅氧烷，90℃下回流24h后将产物在4000rpm下离心5min，再用乙醇超声洗涤沉淀2min，将该反应产物加入到40份聚氨基硅氧烷中，机械分散5min，超声20min，即获得组分B；

（3）使用时，将步骤1获得的组分A与步骤2获得的组分B按质量比1:1.2-1.5混合，再加入占混合物总质量1%~2%的助剂，即获得抗辐射涂料。

7.根据权利要求6所述抗辐射涂料的制备方法，其特征在于，所述助剂为消泡剂或流平剂，或他们的混合。