CN110739092A - 一种核辐射固化压制去污功能材料 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种核辐射固化压制去污功能材料，由80‑89质量份纳米无机填料改性的成膜乳液和11‑20质量份的核辐射固化填料混合搅拌均匀制备而成。成膜乳液为环氧树脂、不饱和聚酯树脂、酚醛树脂、硅橡胶树脂中的一种或几种混合，核辐射固化填料为2‑羟基‑2‑甲基苯丙酮、1‑羟环己基苯酮、苯丙酮和对二甲氨基苯甲酸异辛酯中的一种或几种。本发明利用核辐射固化填料吸收介质表面核废物中的射线能量，促使成膜乳液在核污染废料释放的高能射线的照射下吸收射线能量为成膜乳液提供固化能量，从而加快固化反应，缩短表干时间、成膜时间及可剥离时间等，同时减弱射线穿透膜层的动能，减少其危害范围。

Description

一种核辐射固化压制去污功能材料

技术领域

本发明涉及核辐射事故后应急处置技术领域，特别是一种核辐射固化压制去污功能材料。

背景技术

公知的，核电站事故、“脏弹”爆炸、核燃料装配运输过程中的意外溅落弥散事件均会给事故现场的自然环境，正常生活秩序造成严重威胁，另外退役核设施等被放射性沾染的仪器设备拆装退役处置时，均需对被放射性沾染的介质表面进行弥散扩散控制和去污预处理。传统的放射性扩散控制与去污方法主要有高压水冲洗法、吸尘法、机械擦拭法、喷砂法、超声波去污法、干冰喷射去污法、化学去污法、空气爆破去污技术、破碎去污法、发泡去污法，以及近些年快速发展起来的膜法扩散控制和去污技术。相对而言，膜法比其他传统去污方法，其适合的场景和工况更宽泛，在放射性泄漏后果应急处置方面更有优势和特点，主要体现在：(1)迅速控制放射性污染扩散、弥散和迁移，防止放射性污染范围的进一步扩大；(2)无论对空气中放射性气溶胶或粉尘的清除，还是对地表面上放射性沉降物的压制及后期的去污，乃至对地下空间内放射性污染物的控制与去污，只要选定了合适的膜法功能材料，均可实现环境净化和清除放射性污染的目的。即采用膜法可以实现空域、地域和地下空间的去污；(3)可实现扩散控制(压制)和去污双重性能，而传统意义上的去污方法，作业过程所放射性废气、粉末、废液等的弥散、迁移不能得以较好的控制，即便能控制，需要较复杂或昂贵的防扩散迁移辅助环境保障设施，这些措施在应急状态下是不可取的。

膜法的核心与物质基础是压制去污膜法功能材料。近年来，围绕膜法在不同场景、不同工况、不同处置对象、不同环境温湿度的应用开发了不同种类的压制去污剂，如用于野外环境的剥离型压制去污剂，用于硬质介质表面的自碎式消污液等，这些产品投放市场后取得了应有的效果。但在这些产品使用过程中，成膜时间、表干时间、剥离时间、储存期等受环境湿度、气压、温度和介质表面状况等因素影响较大。环境条件理想时，在1小时内即可凝胶，2小时即可剥离实现去污。而在湿度大、温度低、介质表面光滑等复杂环境条件下，表干时间可达48小时以上，对随行应急处置任务的团队造成了极大的困扰。另外，用于去污的对象是介质表面上的放射性核素，放射性核素自身衰变，以电离辐射(直接或间接)作用于介质，介质吸收射线能量或阻挡衰弱射线能量，如何将这些能量转换为促使用于控制其扩散迁移和膜法去污功能材料效能发挥的有利因素，即利用核废物电离辐射作用，不再受环境条件控制，缩短膜法功能材料的表干时间、成膜时间和剥离时间，成为应急压制去污领域技术人员急需解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于核事故放射性后果应急处置的核辐射固化压制去污功能材料，以解决现有去污剂成膜时间、表干时间、剥离时间过长，受环境温、湿度影响大，VOC(挥发性有机化合物₎排放量高，应急处置不应急等缺陷。

本发明解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的，依据本发明提出的一种核辐射固化压制去污功能材料，由80-89质量份纳米无机填料改性的成膜乳液和11-20质量份的核辐射固化填料混合搅拌均匀制备而成。

进一步地，所述成膜乳液为环氧树脂、不饱和聚酯树脂、酚醛树脂、硅橡胶树脂中的一种或几种混合。

进一步地，所述纳米无机填料为纳米二氧化硅、纳米二氧化钛、纳米三氧化二铝、纳米膨润土中的一种或几种混合。

更进一步地，纳米无机填料的粒径介于10-200nm之间。

进一步地，所述纳米无机填料的质量占成膜乳液中树脂质量的0.5％-30％。

进一步地，所述核辐射固化填料为2-羟基-2-甲基苯丙酮、1-羟环己基苯酮、苯丙酮和对二甲氨基苯甲酸异辛酯中的一种或几种混合。

进一步地，所述核辐射固化压制去污功能材料通过喷射、布洒方式覆盖于核污染区域表面，使用量为3-4kg/m²。

更进一步地，所述核辐射固化压制去污功能材料的表干时间为0.5-4小时，固化成膜时间为1-4小时，可剥离时间为1-4小时，所得共聚膜的拉伸模量为338-613MPa。

本发明通过吸收辐射废料中释放的有害高能短波射线为膜固化提供所需的能量，达到降低环境污染、常温引发聚合的目的。本发明涉及的压制去污功能材料的固化手段，究其根本反应机理属于核辐射固化范畴，即利用核废料中残余的各类对环境、人体有害的高能射线作为聚合反应的驱动力，促进成膜固化反应在常温中得以完成。本发明涉及的压制去污功能材料使用场合大部分为野外环境作业，使用环境温差大、湿度变化大、气候条件复杂。本发明的压制去污功能材料利用核废料射线作为反应驱动力的来源，对环境依赖度小，受环境因素的影响小，可适用于多种苛刻环境。

本发明涉及的压制去污功能材料的配方是通过改变成膜乳液及核辐射固化填料的原料种类及配比调控的。成膜乳液中无机填料的粒径介于10-200nm之间，无机填料的粒径小使其具有更大的比表面积和更高的表面能，可以促进填料与聚合物乳液树脂基体之间的结合。成膜乳液中的树脂基体为压制去污功能材料成膜固化后力学强度的主要来源，不同树脂基体的选择可保障固化后的膜材料具有较高的柔韧性。压制去污功能材料中的核辐射固化填料则直接决定压制去污功能材料成膜反应的速率。因此，综合调控以上组分的用料种类及投量以达到较优的协同效应是确保本发明压制去污功能材料实际应用效果的根本。

具体实施方式

为进一步阐述本发明采取的技术手段和技术效果，以下结合实施例，对本发明进行详细说明。

本发明的核辐射固化压制去污功能材料由80-89质量份纳米无机填料改性的成膜乳液和11-20质量份的核辐射固化填料混合搅拌均匀制备而成。其中，成膜乳液可以选自环氧树脂、不饱和聚酯树脂、酚醛树脂、硅橡胶树脂中的一种或几种。纳米无机填料可以选自纳米二氧化硅、纳米二氧化钛、纳米三氧化二铝、纳米膨润土中的一种或几种；且纳米无机填料的粒径介于10-200nm之间。该纳米无机填料占成膜乳液中树脂质量的0.5％-30％。所用的核辐射固化填料可以选自2-羟基-2-甲基苯丙酮、1-羟环己基苯酮、苯丙酮和对二甲氨基苯甲酸异辛酯中的一种或几种。

进一步地，纳米无机填料改性成膜乳液的方法为：在低速搅拌成膜乳液过程中缓慢加入纳米无机填料，将两者混合搅拌均匀使纳米无机填料均匀分散于成膜乳液中即可。纳米无机填料的添加质量一般为成膜乳液中树脂质量的0.5％～3％。由于纳米无机填料呈三维网状结构的分子状态，具有很高的反应活性，纳米粒子一部分迅速与成膜乳液分子发生键合或接枝，另一部分渗透到高分子链以及大颗粒材料之间的缝隙，形成独特的三维网状结构，改善了成膜乳液的悬浮稳定性和成膜性。

本发明的核辐射固化压制去污功能材料是将成膜乳液用纳米无机填料改性后再与核辐射固化填料混合搅拌均匀制备而成，制备完成后的核辐射固化压制去污功能材料可以保存1-2年而不影响使用效果，具有较好的稳定性。使用时直接将盛有核辐射固化压制去污功能材料的密封避光容器打开然后灌装至作业设备然后进行应急处置。其应急处置方法包括通过喷射、布洒等方法将本发明的核辐射固化压制去污功能材料覆盖于核污染区域表面，以实现净化环境的目的。在压制去污操作中，针对待处理介质表面的平整度、孔隙率及核污染程度不同，本发明核辐射固化压制去污功能材料的使用量为3-4kg/m²。

本发明的核辐射固化压制去污功能材料最终形成的薄膜为高分子共聚膜，可有效吸收核辐射射线的能量，加速共聚膜成膜速率，并且成膜速率不受环境温湿度影响，对环境因素依赖小，其表面可吸附核污染区域空气中沉降的放射性粉尘或微颗粒，且可剥离性、粘性较理想，易于剥离，可实现机械化连续剥离回收及转移，从而可快速清除介质表面放射性污染核素，达到既定去污效果。

下面以具体实施例进行详细说明：

实施例1：

将80质量份纳米二氧化硅改性的环氧树脂成膜乳液与20质量份的2-羟基-2-甲基苯丙酮搅拌混合均匀。其中，纳米二氧化硅的粒径为10nm，纳米二氧化硅在环氧树脂成膜乳液中的质量百分比为0.5％。

在核辐射剂量100mSv的环境中，本实施例所得核辐射固化压制去污功能材料的表干时间为60min以内，固化成膜时间为180min，可剥离时间为120min以内，所得共聚膜的拉伸模量为529MPa。

实施例2：

将89质量份纳米二氧化钛改性的不饱和聚酯树脂成膜乳液与11质量份的1-羟环己基苯酮搅拌混合均匀。其中，纳米二氧化钛的粒径为200nm，纳米二氧化钛在成膜乳液中的质量百分比为30％。

在核辐射剂量100mSv的环境中，本实施例所得核辐射固化压制去污功能材料的表干时间为70min，固化成膜时间为150min，可剥离时间为150min，所得共聚膜的拉伸模量为338MPa。

实施例3：

将85质量份纳米三氧化二铝改性的酚醛树脂成膜乳液与15质量份的苯丙酮搅拌混合均匀。其中，纳米三氧化二铝的粒径为100nm，纳米三氧化二铝在成膜乳液中的质量百分比为10％。

在核辐射剂量100mSv的环境中，本实施例所得核辐射固化压制去污功能材料的表干时间为120min，固化成膜时间为130min，可剥离时间为180min，所得共聚膜的拉伸模量为613MPa。

实施例4：

将85质量份纳米膨润土改性的硅橡胶树脂成膜乳液与15质量份的对二甲氨基苯甲酸异辛酯搅拌混合均匀。其中，纳米膨润土的粒径为150nm，纳米膨润土在成膜乳液中的质量百分比为20％。

在核辐射剂量100mSv的环境中，本实施例所得核辐射固化压制去污功能材料的表干时间为50min，固化成膜时间为200min，可剥离时间为100min，所得共聚膜的拉伸模量为407MPa。

在湿度为75％、温度分别为-5℃～100C、10℃～40℃和40℃，以及温度为25℃、湿度分别为50％以下、50％～90％和90％以上、核辐射剂量介于50-400mSv的环境中，且每平方介质去污剂使用量相同的情况下测试本发明与现有的水溶性压制去污剂和压制剂的表干时间、成膜时间和可剥离时间，结果如下表1所示。

表1.本发明与现有技术对比结果

从表1中可知，本发明实施例1-实施例4所得核辐射固化压制去污功能材料与现有的水溶性压制去污剂和压制剂相比，其表干时间、成膜时间以及可剥离时间都明显缩短，且本发明受环境温度和湿度的影响小，可用于野外苛刻环境中对核废物污染的应急处理中。

在本发明涉及的核辐射固化压制去污功能材料的实际应用过程中，材料的表干时间、成膜时间和可剥离时间随各核污染区域的核辐射剂量的不同而变化，经实地施工及测量发现核污染区域的核辐射剂量介于50-400mSv之间，核辐射剂量较小时，材料的表干时间、成膜时间和可剥离时间较长；核辐射剂量较大时，材料的表干时间、成膜时间和可剥离时间较短。

本发明利用去污功能材料中的核辐射固化填料吸收介质表面核废物中的射线能量，促使成膜乳液在核污染废料释放的高能射线的照射下，通过核辐射固化填料吸收射线能量为成膜乳液提供固化能量，从而促使成膜乳液产生辐射聚合、辐射交联等反应，迅速将低分子量树脂转变为成膜物质，加快固化反应，缩短表干时间、成膜时间及可剥离时间等，同时减弱射线穿透膜层的动能，减少其危害范围。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (8)

1.一种核辐射固化压制去污功能材料，其特征在于由80-89质量份纳米无机填料改性的成膜乳液和11-20质量份的核辐射固化填料混合搅拌均匀制备而成。

2.如权利要求1所述的核辐射固化压制去污功能材料，其特征在于所述成膜乳液为环氧树脂、不饱和聚酯树脂、酚醛树脂、硅橡胶树脂中的一种或几种混合。

3.如权利要求1所述的核辐射固化压制去污功能材料，其特征在于所述纳米无机填料为纳米二氧化硅、纳米二氧化钛、纳米三氧化二铝、纳米膨润土中的一种或几种混合。

4.如权利要求3所述的核辐射固化压制去污功能材料，其特征在于纳米无机填料的粒径介于10-200nm之间。

5.如权利要求1所述的核辐射固化压制去污功能材料，其特征在于纳米无机填料的质量占成膜乳液中树脂质量的0.5％-30％。

6.如权利要求1所述的核辐射固化压制去污功能材料，其特征在于所述核辐射固化填料为2-羟基-2-甲基苯丙酮、1-羟环己基苯酮、苯丙酮和对二甲氨基苯甲酸异辛酯中的一种或几种混合。

7.如权利要求1所述的核辐射固化压制去污功能材料，其特征在于核辐射固化压制去污功能材料通过喷射、布洒方式覆盖于核污染区域表面，使用量为3-4kg/m²。

8.如权利要求8所述的核辐射固化压制去污功能材料，其特征在于所述核辐射固化压制去污功能材料的表干时间为0.5-4小时，固化成膜时间为1-4小时，可剥离时间为1-4小时，所得共聚膜的拉伸模量为338-613MPa。