DE3612971A1

DE3612971A1 - Elastomeres neutronenschutzmaterial und verfahren zu dessen herstellung

Info

Publication number: DE3612971A1
Application number: DE19863612971
Authority: DE
Inventors: Guenther John; Winfried Dipl Chem Knorr
Original assignee: Minnesota Mining and Manufacturing Co
Current assignee: 3M Co
Priority date: 1986-04-17
Filing date: 1986-04-17
Publication date: 1987-12-23
Anticipated expiration: 2006-04-18
Also published as: EP0242227B1; JPS6324197A; EP0242227A3; EP0242227A2; DE3612971C2; IL82227A0

Description

Die Erfindung betrifft ein elastomeres Neutronenschutzmaterial aus Kunststoff hohen Wasserstoffgehalts zum Abbremsen schneller Neutronen, vorzugsweise kombiniert mit einem Ab sorbermaterial, zum Beispiel Bor, zum Absorbieren langsamer Neutronen.

Bekannte elastomere Neutronenschutzmaterialien der angegebenen Art auf Basis Silikonelastomer (DE-OS 28 22 494) oder Poly urethan (DE-OS 32 38 831) haben gegenüber Polyethylen und Polypropylen oder noch einfacheren Schutzmaterialien wie Wasser, Paraffin und dergleichen bedeutsame Vorteile hinsicht lich der mechanischen und chemischen Eigenschaften, ins besondere Temperaturbeständigkeit, Zähfestigkeit, elastische Verformbarkeit, Verarbeitbarkeit, chemische Beständigkeit. Der für die Bremsleistung maßgebende Wasserstoffgehalt ist jedoch beträchtlich geringer als bei Polyethylen und Polypropylen (14,3 Gew.-%), Polyamid (11,6 Gew.-%) oder Wasser (11,1 Gew.-%) und liegt bei höchstens etwa 5 bis 7 Gew.-%. Auch eine vergleichende Betrachtung anderer bekannter Neutronen schutzmaterialien (DE-OS 32 38 831) zeigt, daß Schutz materialien, die gute mechanische und chemische Eigen schaften mit einem hohen Wasserstoffgehalt ähnlich dem von Polyethylen miteinander vereinigen, nicht zur Ver fügung standen.

Die vorliegende Erfindung geht von der Aufgabe aus, ein elastomeres Neutronenschutzmaterial zu schaffen, das gute mechanische, chemische und physikalische Eigen schaften, insbesondere leichte Verarbeitbarkeit, chemische Beständigkeit und Temperaturfestigkeit, mit einem be sonders hohen Wasserstoffgehalt vereinigt.

Nach der Erfindung wird diese Aufgabe gelöst mit einem Neutronenschutzmaterial der eingangs angegebenen Art, das dadurch gekennzeichnet ist, daß es ein polymeres Reaktionsprodukt einer Reaktion zwischen

a) Polyol auf der Basis Polybutadien mit einem mit Polyethylen vergleichbaren Wasserstoffgehalt und
b) aliphatischem Diisocyanat

ist und einen Wasserstoffgehalt von über 8 Gew.-% hat.

Erfindungsgemäß elastomere Neutronenschutzmaterialien sind wie Polyurethane einfach herstellbar und haben ähnlich wir diese sehr günstige mechanische, chemische und physikalische Eigenschaften; der Wasser stoffgehalt ist jedoch beträchtlich höher und beträgt in der Regel 10 bis 12,5 Gew.-%, also bis zum Doppelten des Wasserstoffgehalts bekannter Neutronenschutzmaterialien mit vergleichbaren elastomeren Eigenschaften. Jedenfalls ist ein Wasserstoffgehalt von mehr als 8 Gew.-% ohne weiteres erzielbar.

Von den mechanischen Eigenschaften sind insbesondere die folgenden hervorzuheben:

- Flexibilität bei tiefen Temperaturen (Glasübergangs temperatur etwa -60°C);
- niedrige Schrumpfrate;
- niedrige Dampfdurchlässigkeit;
- gießfähig; großvolumige Bauteile herstellbar; Füllstoffe, insbesondere abrasiver Art wie insbesondere Borcarbid- Pulver, können einfach eingerührt werden;
- vernetzt, deshalb ohne Kaltfluß;
- gute Adhäsion und Kohäsion; bessere Verträglichkeit mit gebräuchlichen Beschichtungssystemen, z. B. wenn weitere Schicht oder Schutzlack aufgebracht werden soll.

Von den chemischen Eigenschaften sind insbesondere die folgenden hervorzuheben:

- gute Beständigkeit gegen Hydrolyse;
- gute Beständigkeit gegen Alkalien und Säuren;
- gute Lichtechtheit der Färbung;
- gute Beständigkeit gegen Sauerstoff;
- sprühfähig (bei hohen Gehalten an Füllstoffen).

Die erfindungsgemäßen Neutronenschutzmaterialien lassen sich leicht mit Absorbermaterialien, insbesondere Bor oder bor haltigen Substanzen, zum Absorbieren langsamer Neutronen kombinieren. Beispielsweise kann das Absorbermaterial, zum Beispiel Borcarbid oder Bornitrid, fein verteilt als Füllstoff vorliegen. Das Neutronenschutzmaterial schirmt dann sowohl gegen langsame als auch gegen schnelle Neu tronen ab. Das Absorbermaterial kann auch chemisch ge bunden vorliegen; beispielsweise kann man als Polyole ganz oder teilweise organische Borverbindungen wie zum Beispiel Diol-Borsäureester verwenden.

Es versteht sich, daß das erfindungsgemäße Neutronen schutzmaterial auch mit anderen Strahlenschutzstoffen kombiniert werden kann, zum Beispiel mit Schwermetallen oder Schwermetallverbindungen, beispielsweise in fein verteilter Form als Füllstoff, um einen zusätzlichen Schutz gegen ionisierende Strahlung zu erzielen.

Die Herstellung der erfindungsgemäßen Neutronenschutz materialien erfolgt grundsätzlich in der gleichen Weise wie das Herstellen bekannter Polyurethane und unter Ver wendung entsprechender Katalysatoren. Wie die beiden Komponenten zur Reaktion gebracht werden, reagieren die OH-Gruppen des Polyols mit den NCO-Gruppen des Isocyanats. Die günstigen Eigenschaften der erfindungsgemäßen Neu tronenschutzmaterialien sind im wesentlichen darauf zurückzuführen, daß Polyole auf der Basis von Polybutadien einen Wasserstoffgehalt ähnlich wie Polyethylen haben und zu Reaktionsprodukten führen, die eine hohe Elastizität und eine hohe Widerstandsfähigkeit gegen Stoßbelastung haben. Die erfindungsgemäß verwendeten aliphatischen Diisocyanate haben einen höheren Wasserstoffgehalt als die üblicherweise verwendeten aromatischen Diisocyanate und führen zu Reaktionsprodukten mit hohen Temperatur beständigkeiten. Zum Vernetzen können insbesondere tri funktionelle Vernetzer verwendet werden, die wegen ihrer hohen Reaktivität Vorteile bieten; bei aromatischen Iso cyanaten sind derartige Vernetzer nicht anwendbar. Beson ders gut geeignet sind Vernetzer aus der Gruppe Nitrilo tripropanol, Triethanolamin und Nitrotributanol.

Es versteht sich, daß zweckmäßigerweise alle bei der Herstellung der erfindungsgemäßen Neutronenschutzmaterialien verwendeten Rezeptur-Bestandteile im Hinblick auf möglichst hohen Wasserstoffgehalt ausgewählt werden. Rezeptur- Bestandteile, die keinen oder nur geringe Mengen Wasser stoff enthalten, sind in möglichst geringen Mengen zu verwenden, um den Wasserstoffgehalt des fertigen Produkts nicht unnötig herabzusetzen.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungs beispielen näher beschrieben. In den Tabellen sind alle Gehalte als Gew.-% zu verstehen.

Tabelle 1

Beispiel Nr. 5 Rezeptur-Bestandteile
Shallsol T (Shell) 8,800 Bentone 34 0,800 Ethanol 0,400 B₄C-Pulver71,650 Zeolith-L-Paste 3,100 Poly BD R45 NT12,100 Trimethylhexandiol 3,000 Irganox 1076 0,120 Dibutylzinndilaureat (10%) 0,030 Isophorondiisocyanat 5 Mechanische Eigenschaften
Adhäsion auf Stahl (MPa) 8,3

Claims

1. Elastomeres Neutronenschutzmaterial aus Kunststoff hohen Wasserstoffgehalts zum Abbremsen schneller Neutronen, vorzugsweise kombiniert mit einem Absorber material wie zum Beispiel Bor zum Absorbieren lang samer Neutronen, dadurch gekennzeichnet, daß das Neutronenschutzmaterial ein polymeres Reaktionsprodukt einer Reaktion zwischen

ist und einen Wasserstoffgehalt über 8 Gew.-% hat.

2. Schutzmaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es einen Wasserstoffgehalt von etwa 10 bis 12,5 Gew.-% hat.

3. Schutzmaterial nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn zeichnet, daß es eine Zugfestigkeit von etwa 11 bis 12,5 N/mm² hat.

4. Schutzmaterial nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es eine Bruchdehnung von 100 bis 800% aufweist.

5. Schutzmaterial nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es eine Reißfestigkeit von 3 bis 7 N/mm² aufweist.

6. Schutzmaterial nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es eine Shore A-Härte von 60 bis 90 hat.

7. Schutzmaterial nach einem der vorhergehenden Ansprüche, in Kombination mit einem Absorbermaterial zum Absor bieren langsamer Neutronen, dadurch gekennzeichnet, daß das Absorbermaterial fein verteilt als Füllstoff vorliegt.

8. Schutzmaterial nach einem der vorhergehenden Ansprüche, in Kombination mit einem Absorbermaterial zum Absor bieren langsamer Neutronen, dadurch gekennzeichnet, daß das Absorbermaterial chemisch gebunden vorliegt.

9. Schutzmaterial nach einem der vorhergehenden Ansprüche, in Kombination mit einem Absorbermaterial zum Absor bieren langsamer Neutronen, dadurch gekennzeichnet, daß das Absorbermaterial in einer Absorberschicht vorgesehen ist.

10. Schutzmaterial nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Absorberschicht aus Schutzmaterial nach Anspruch 7 oder 8 besteht.

11. Verfahren zum Herstellen des Schutzmaterials nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem Polyol und Isocyanat unter Zugabe eines Vernetzers zu einem polymeren Reaktionsprodukt umgesetzt werden, dadurch gekennzeichnet, daß Polyol auf der Basis Polybutadien mit einem mit Polyethylen vergleichbaren Wasserstoff gehalt und aliphatisches Diisocyanat verwendet werden.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß ein trifunktionaler Vernetzer aus der Gruppe Nitrilo-tripropanol, Triethanolamin und Nitrotri butanol verwendet wird.