KR100833729B1

KR100833729B1 - 중성자 차폐재용 조성물, 차폐재 및 용기

Info

Publication number: KR100833729B1
Application number: KR1020067015481A
Authority: KR
Inventors: 노리야 하야시
Original assignee: 미츠비시 쥬고교 가부시키가이샤
Priority date: 2006-07-31
Filing date: 2004-02-04
Publication date: 2008-05-29
Also published as: KR20060128986A

Abstract

고연소도 대응의 사용 종료 핵산 연료 저장시 고온하에서도 내열성을 가지고, 중성자 차폐 능력을 확보한 중성자 차폐 재료를 제공하는 것. 중합 개시제, 중합 성분, 밀도 증가제와 붕소 화합물을 포함하는 중성자 차폐재용 조성물에 의해, 아민계 경화제를 이용하지 않고서 내열성을 향상시키고, 또한 중성자 차폐 능력을 확보한 중성자 차폐재를 제공한다. 본 발명의 중합 성분으로서, 특히 에폭시 성분과 옥세탄 성분이 바람직하게 이용된다.

중성자 차폐재, 밀도 증가제, 붕소 화합물, 에폭시, 옥세탄

Description

중성자 차폐재용 조성물, 차폐재 및 용기{COMPOSITION FOR NEUTRON SHIELD MATERIAL, SHIELD MATERIAL AND CONTAINER}

본 발명은 중성자 차폐재용 조성물에 관한 것이다. 또한, 사용 종료 핵 연료의 저장 및 운반용 용기인 캐스크(cask)에 적용하는 재료이고, 내열성이 향상되면서, 또한 중성자 차폐성을 확보한 중성자 차폐재용 조성물에 관한 것이다.

원자력 발전소 등의 원자력 시설에서 사용된 핵 연료는 통상, 재처리 공장으로 이송되어 재처리된다. 그러나, 현재는 이러한 사용 종료 핵 연료의 발생량이 재처리 능력을 초과하고 있기 때문에, 사용 종료 핵 연료는 장기에 걸쳐 저장 보관할 필요성이 생겼다. 이 때, 사용 종료 핵 연료는 수송에 적합한 방사능 수준으로까지 냉각된 후, 중성자 차폐 용기인 캐스크에 넣어 수송되는데, 이 단계에서도 중성자 등의 방사선을 계속 방출하고 있다. 중성자는 에너지가 높고, 감마선을 발생하여 인체에 중대한 상해를 미치기 때문에, 이 중성자를 확실하게 차폐하는 재료의 개발이 필요하게 되고 있다.

중성자는 붕소에 의해서 흡수되는 것으로 알려져 있지만, 붕소가 중성자를 흡수하기 위해서는 중성자를 감속시킬 필요가 있다. 중성자를 감속시키기 위한 물질로서는 수소가 최적인 것으로 알려져 있다. 이와 같이, 중성자 차폐재용 조성물 로서는, 붕소와 수소 원자를 많이 포함할 필요가 있다.

또한, 중성자의 발생원인 사용 종료 핵 연료 등은 붕괴열을 발생시키기 때문에, 수송이나 저장을 위해 밀폐해두면 발열하여 고온이 된다. 그 최고 온도는 사용 종료 핵 연료의 종류에 따라서 다르지만, 고연소도 대응의 사용 종료 핵 연료에서는 캐스크 내에서의 온도는 200 ℃ 부근에까지 달한다고 되어 있다. 따라서, 중성자 차폐재로서 이용하기 위해서는, 이러한 고온 조건하에서, 사용 종료 핵 연료의 저장 기준인 약 60년간 견딜 수 있는 것이 바람직하다.

이 때문에, 차폐재로서는 수소 밀도가 높은 물질, 특히 물의 사용이 제안되어, 일부 실용으로도 사용되고 있다. 그러나, 물은 액체이기 때문에 취급이 곤란하고, 특히 수송과 저장을 목적으로 하는 캐스크에는 적합하지 않다. 또한, 100 ℃ 이상에 달하는 캐스크 내에서 비등을 억제하는 것이 곤란하다는 문제가 있다.

종래, 중성자 차폐재의 1 재료로서 수지 조성물이 이용되고, 그 수지 조성물 중 하나로 에폭시 수지가 사용되어 왔다. 일반적으로, 수지 조성물의 수소 함유량과 내열성은 상반 관계에 있고, 수소 함유량이 많은 것은 내열성이 낮으며, 내열성이 높은 것은 수소 함유량이 낮은 경향이 있다. 에폭시 수지는 내열성이나 경화성은 우수하지만, 중성자를 감속시키기 위해서 필수인 수소의 함유량이 적은 경향이 있기 때문에, 이를 수소 함유량이 많은 아민계 경화제로 보충하는 방법이 일반적이었다.

일본 특허 공개 (평)6-148388호 공보에는, 다관능 아민계 에폭시 수지를 이용하고 점도를 저하시켜 상온에서의 작업성을 향상시킬 수 있음과 동시에, 가사 시 간(pot life)이 우수한 중성자 차폐재용 조성물이 개시되어 있다. 또한, 일본 특허 공개 (평)9-176496호 공보에는 아크릴 수지, 에폭시 수지, 실리콘 수지 등을 포함하는 조성물을 폴리아민계 경화제로 경화시킨 중성자 차폐재가 개시되어 있다.

아민계 화합물은 비교적 수소 함유량이 많기 때문에 중성자의 흡수 효과는 향상되지만, 아민계 경화제에 포함되는 탄소와 질소의 결합은 열에 의해 분해되기 쉽다. 따라서, 종래의 아민계 경화제에 의해 경화된 수지를 포함하는 중성자 차폐재보다도 새로운 고연소도 대응의 사용 종료 핵 연료를 저장하여 보관하기 위해서 필요한 내구성을 갖는 조성물의 개발이 요구된다.

본 발명은, 종래의 조성물에 비해 열내구성이 보다 향상되고, 또한 중성자의 흡수를 확보한 중성자 차폐재용 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다.

<발명의 개시>

본 발명은 중합 개시제, 중합 성분, 밀도 증가제, 붕소 화합물을 포함하는 중성자 차폐재용 조성물을 제공한다. 본 발명은 경화제를 포함하지 않는 중성자 차폐재용 조성물을 제공한다. 중합 성분으로서는 에폭시 성분을 포함하는 것이 바람직하다. 또한, 에폭시 성분으로서 특히, 수소 첨가형 에폭시 화합물을 포함하는 것이 바람직하다. 여기서, 수소 첨가형 에폭시 화합물이란, 벤젠환의 적어도 일부에 수소를 첨가하여, 벤젠환 일부의 공액(共役) 상태를 붕괴시키면서도, 환상 구조를 유지하여 수소의 함유량을 높인 에폭시 화합물을 말한다. 또한, 본 발명은

(구조식(1) 중, X는

(구조식(2) 중, R₁ 내지 R₄는 각각 독립적으로 CH₃, H, F, Cl, Br로 이루어지는 군에서 선택되고, n=0 내지 2이고, 구조식(3) 중, R₅ 내지 R₈은 각각 독립적으로 CH₃, H, F, Cl, Br로 이루어지는 군에서 선택되고, n=0 내지 2이고, 구조식(5) 중, n=1 내지 12이고, 구조식(6) 중, n=1 내지 24임) 중 어느 것, 또는 C가 1 내지 20인 알킬기로부터 선택되는 1 이상의 화합물임)을 포함하는 것이 바람직하다.

상기 에폭시 성분이

(구조식(14) 중, n=1 내지 3)를 포함하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 에폭시 성분이

(구조식(7) 중, R₉는 C가 1 내지 10인 알킬기, 또는 H이고, n=1 내지 24)와,

(구조식(8) 중, n=1 내지 8)과,

(구조식(15) 중 n=1 내지 3)

로 이루어지는 군에서 선택되는 하나 이상의 화합물을 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명의 중성자 차폐재용 조성물은, 상기 조성물의 수소 함유량을 증가시키는 화합물을 추가로 포함하는 것이 바람직하고, 상기 수소 함유량을 증가시키는 화합물로서,

(구조식(9) 중, n=1 내지 3)

중 적어도 1종 이상을 포함하는 것이 바람직하다.

중합 성분으로서 옥세탄 화합물을 포함하는 것이 바람직하고, 옥세탄 화합물이

중 적어도 1종 이상을 포함하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 중합 개시제가 양이온 중합 개시제를 포함하는 것이 바람직하고, 상기 양이온 중합 개시제가

(구조식(11), 구조식(16) 중, R₁₀은 수소 원자, 할로겐 원자, 니트로기, 메틸기이고, R₁₁은 수소 원자, CH₃CO, CH₃OCO, X는 SbF₆, PF₆, BF₄, AsF₆임)을 포함하는 것이 바람직하다.

상기 밀도 증가제는 밀도가 5.0 내지 22.5 g/cm³인 금속 분말 또는 금속 산화물 분말 또는 이들의 조합인 것이 바람직하다.

본 발명의 중성자 차폐재용 조성물은 충전제를 추가로 포함하는 것이 바람직하고, 내화재를 추가로 포함하는 것이 바람직하다. 상기 내화재는 수산화마그네슘, 수산화알루미늄 중 적어도 1종 이상을 포함하는 것이 바람직하다. 수산화마그네슘은 해수의 마그네슘으로부터 얻어진 수산화마그네슘인 것이 보다 바람직하다.

본 발명은 또한, 중성자 차폐재용 조성물에 의해 제조된 중성자 차폐재 및 중성자 차폐 용기를 제공한다.

본 발명의 조성물은 중합 개시제에 의해 중합 가능한 화합물, 바람직하게는 에폭시 성분과 중합 개시제에 의해 반응이 진행되고, 열에 약한 아민계 경화제를 포함하지 않기 때문에, 본 발명의 조성물을 재료로 하는 캐스크는 내열성이 향상된 것으로 되어 있다. 또한, 조성물 중의 수소 함유량도 기준치를 만족시키고 있고, 중성자의 차폐 성능도 확보하고 있다. 또한, 본 발명의 조성물은 밀도 증가제를 함유함으로써, 2차 감마선의 차폐 성능을 유지하면서 중성자 흡수량을 올릴 수 있고, 이에 의해 종래와 같이 중성자 차폐재 본체의 외측에 감마선 차폐용 구조물을 배치하지 않고 중성자선의 차폐 성능을 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명에 의한 중성자 차폐재용 조성물의 1 실시 형태를 나타내는 개념도이다.

도 2는 본 발명에 의한 중성자 차폐재용 조성물에 있어서의 밀도 증가제와 수소 함유량과의 관계를 나타내는 특성도이다.

도 3은 본 발명에 의한 밀도 증가제의 밀도와 중성자 차폐체의 외측 중성자선+2차 감마선량 상대비와의 관계를 나타내는 특성도이다.

<발명을 실시하기 위한 최선의 형태>

이하에, 본 발명의 실시 양태를 상세히 설명한다. 또한, 이하에 설명하는 실시 양태는 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 본 발명 전체에 있어서, 중합 성분이란 중합 개시제에 의해서 중합 가능한 화합물을 말한다. 특히, 본 발명에 있어서는, 이하의 에폭시 성분과 옥세탄 성분을 중합 성분으로서 포함한다. 에폭시 성분이란, 에폭시환을 갖는 화합물(이하, 에폭시 화합물이라 함)을 말하며, 1 종류의 에폭시 화합물인 경우도, 2 종류 이상의 에폭시 화합물의 혼합물인 경우도 포함한다. 동일하게 옥세탄환을 갖는 화합물을 옥세탄 화합물이라 하고, 1 종류의 옥세탄 화합물인 경우도, 2 종류 이상의 옥세탄 화합물의 혼합물인 경우도 포함한다.

수지 성분이란, 이상과 같은 중합 성분과 중합 개시제 성분을 합한 것, 및 이들에 수소 함유량을 증가시키는 화합물, 예를 들면 디올 등을 합한 것을 말한다.

본 발명에서는 양이온 중합 가능 화합물, 특히 에폭시 화합물 또는 옥세탄 화합물, 또는 이들 모두에 중합 개시제 성분을 첨가함으로써, 열에 약한 아민 부분 을 갖는 경화제를 사용하지 않고서 경화시키는 것을 가능하게 한다. 종래의 조성물은 경화제로 아민 화합물을 이용하기 때문에 내열성, 특히 장기 고온 상태하에서의 내열 분해성이 저하되었다. 본 발명에서는 이러한 경화제를 사용하지 않고 경화가 가능하므로, 고온 상태에서 결합이 분해되기 쉬운 탄소와 질소의 결합 부분이 존재하지 않는 수지를 얻을 수 있어, 큰 내열성을 기대할 수 있다. 따라서, 종래와 같은 경화제 사용에 따른 내열성 저하가 없기 때문에, 중합 성분의 선택에서 수소 첨가량, 내열성이라는 원하는 성질을 부가할 수 있다는 이점이 있다.

본 발명은, 바람직하게는 중합 성분, 중합 개시제 성분, 밀도 증가제와 중성자 흡수제인 붕소 화합물, 내화재를 포함하여 이루어지는 조성물이고, 경화시켜 수지로 만들었을 때에 내열성이 우수하고, 높은 중성자 차폐 효과를 갖는 것을 특징으로 하는 수소 함유율이 높은 조성물이다. 구체적으로는, 본 발명의 조성물에는 경화물의 열 중량 분석에 의한 중량 잔존율 90 중량％의 온도가 330 ℃ 이상, 바람직하게는 350 ℃ 이상, 수지 성분 전체에서 차지하는 수소 함유량이 바람직하게는 9.0 중량％ 이상, 더욱 바람직하게는 9.8 중량％ 이상인 것이 요구된다. 이는, 수소 함유량이 9.0 중량％ 이상이면 내화재 충전량의 조정 등으로 목적하는 중성자 차폐 효과의 확보를 기대할 수 있기 때문이다.

또한, 이 외에 더욱 상세하게는, 장기간 고온 밀폐 환경하에서의 열 내구 후의 경화물의 중량 감소 및 압축 강도의 저하가 작을수록 좋고, 예를 들면 190 ℃×1000 시간의 밀폐 열 내구 후의 중량 감소율은 0.5 중량％ 이하, 바람직하게는 0.2 중량％ 이하이며, 압축 강도는 저하되지 않고, 가장 바람직하게는 오히려 상승 경 향이 있는 것이 요구된다.

본 발명의 중합 성분에는 내열성이 높은 화합물을 이용하는 것이 바람직하다. 특히, 100 ℃ 이상, 바람직하게는 200 ℃ 부근에서의 내열성이 필요하다는 관점에서, 에폭시 화합물이 바람직하게 이용된다.

본 발명의 에폭시 성분에는 양이온계의 중합 개시제 성분을 이용하여 중합할 수 있는 에폭시환을 갖는 화합물을 이용한다. 내열성을 향상시키기 위해서는, 에폭시 성분의 가교 밀도가 높은 것이 바람직하다. 또한, 환 구조를 많이 포함하면 강고한 구조가 되기 때문에 내열성을 향상시킬 수 있다. 환 구조에는 예를 들면, 벤젠환을 들 수 있다. 벤젠환은 견고해서 내열성에는 뛰어나지만, 본 발명에서 중성자를 감속시키는 역할을 갖는 수소의 함유량이 적기 때문에, 벤젠환에 수소 부가한 화합물이 보다 바람직하다. 내열성이 높은 견고한 구조로서는,

로 표시되는 구조가 바람직하다. 수소를 보다 많이 함유하는 것이 바람직하기 때문에,

으로 표시되는 구조가 가장 바람직하다. 이러한 벤젠환에 수소를 첨가한 환 구조를 갖는 에폭시 화합물은, 본 명세서 전체에 걸쳐 수소 첨가형 에폭시 화합물이라고 한다. 수소 첨가형 에폭시 화합물은 내열성이 있는 구조를 갖고, 수소 함 유율이 높기 때문에, 본 발명의 에폭시 화합물로서 가장 바람직하다.

에폭시 성분은 1 종류의 에폭시 화합물일 수도, 복수개의 에폭시 화합물을 혼합한 것일 수도 있다. 내열성, 수소 함유량 증가라는 원하는 성능을 부여할 수 있도록 에폭시 화합물을 선택한다.

이들 에폭시 성분의 조성은, 수지 성분의 수소 함유량이 중성자를 차폐하기에 충분한 양, 바람직하게는 9.0 중량％ 이상, 더욱 바람직하게는 9.8 중량％ 이상이 되도록 결정한다. 중성자 차폐재의 중성자 차폐 성능은 중성자 차폐재의 수소 함유량(밀도)와 중성자 차폐재의 두께에 의해 결정된다. 이 값은, 캐스크에 요구되는 중성자 차폐 성능과 캐스크의 중성자 차폐재의 설계 두께로부터 결정되는 중성자 차폐재에 요구되는 수소 함유량(밀도)를 바탕으로, 중성자 차폐재에 혼련되는 내화재나 중성자 흡수재의 배합량을 고려하여 수지 성분에 요구되는 수소 함유량을 산출한 값을 기준으로 한 것이다.

이러한 관점에서, 에폭시환을 바람직하게는 복수개 갖는 화합물이며, 견고한 구조, 또는 구조식(12) 또는 구조식(13)으로 표시되는 것과 같은 환 구조를 가지고, 또한 수소 함유량이 많은 화합물이 본 발명의 에폭시 성분으로서 적절하다. 이러한 에폭시 성분은 일반적으로 구조식(1)로 표시되고, 식 중 X는 구조식(2)(식 중, R₁ 내지 R₄는 각각 독립적으로 CH₃, H, F, Cl, Br로부터 선택되고, n=0 내지 2임), 구조식(3)(식 중, R₅ 내지 R₈은 각각 독립적으로 CH₃, H, F, Cl, Br로부터 선택되고, n=0 내지 2임), 구조식(4), 구조식(5)(식 중, n=1 내지 12), 구조식(6)(식 중, n=1 내지 24)으로부터 선택되는 것이 바람직하다.

그 중에서도, 수소 함유량과 내열성의 균형 때문에, 구조식(14)로 표시되는 수소 첨가 비스페놀 A형 에폭시가 가장 바람직하면서, 또한 중요한 에폭시 성분으로서 이용된다.

또한, 내열성을 부여하기 위한 성분으로서 비스페놀 A형 에폭시(구조식(15))를 첨가할 수 있다. 벤젠환을 갖고, 견고한 구조를 갖기 때문이다. 또한, 가교 밀도가 높고 내열성이 양호하다는 관점에서는, 구조식(7)(식 중, R₉는 C가 1 내지 10인 알킬기, 또는 H이고, n=1 내지 24), 구조식(8)(식 중, n=1 내지 8), 또는 구조식(17)을 첨가하는 것이 바람직하다.

따라서, 예를 들면 구조식(14)에 구조식(15), 구조식(7), 구조식(8), 구조식(17)로 이루어지는 군에서 선택되는 하나 이상의 화합물을 혼합하여 이용함으로써, 원하는 수소 함유량 및 내열성을 갖는 조성물로 하는 것이 가능해진다. 따라서, 본 발명의 에폭시 성분은 구조식(14)로 표시되는 에폭시 화합물을 포함하고, 또한 구조식(15), 구조식(7), 구조식(8), 구조식(17)의 전부를 포함할 수도 있고, 이들 중 일부를 포함할 수도 있다. 이들 에폭시 화합물을 이용하여, 생각할 수 있는 모든 조합이 가능하다.

이 경우, 수지 성분 전체에 대하여 구조식(14)의 수소 첨가 비스페놀 A형 에폭시를 70 중량％ 이상 포함하는 것이 바람직하고, 구조식(15)의 비스 A형 에폭시는 20 중량％ 이하, 구조식(7)은 30 중량％ 이하, 구조식(8)은 25 중량％ 이하, 구 조식(17)은 30 중량％ 이하의 양으로 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 중합 성분으로서, 특히 수소 첨가량을 증대시키는 관점에서는 옥세탄 화합물을 사용할 수 있다. 옥세탄 화합물은, 에폭시와 동일하게 양이온 중합이 가능하고, 수소 함유량이 풍부하면서 또한 내열성도 어느 정도 기대할 수 있다.

옥세탄 화합물은, 일반적으로 구조식(18)

(구조식(18) 중, R₁₂, R₁₃은 각각 독립적으로 H, 할로겐, C가 1 내지 8인 알킬, 알코올, 그 밖의 탄소와 수소와 산소를 포함하는 유기 화합물을 포함하는 구조임)로 표시된다. 본 발명에서 사용되는 옥세탄 화합물은, 에테르 결합이나 벤젠환을 통하여 2개 이상의 옥세탄환을 갖는 화합물일 수도 있다.

본 발명에서 사용되는 옥세탄 화합물로서, 구체적으로는 구조식(19), 구조식(20)이 바람직하다. 또한, 이들로 한정되지 않고, 구조식(19)와 동일하게, 예를 들면 에테르 결합이나 환 구조 등을 통하여 적어도 2개 이상의 옥세탄환을 갖는 화합물이 바람직하다. 옥세탄환을 많이 포함함으로써, 가교 밀도의 향상에 의한 내열성의 부여를 기대할 수 있기 때문이다. 또한, 본 발명의 조성물에는 특히 내열성의 부여가 요구되기 때문에, 환 구조, 분지 구조 등을 많이 갖는 옥세탄 화합물이 바람직하다.

옥세탄 성분은 중합 성분으로서, 에폭시 화합물을 사용하지 않고 단독으로 이용할 수도 있다. 2개 이상의 옥세탄 화합물을 이용할 수도 있다. 또한, 임의의 에폭시 성분과 병용한 중합 성분으로서 사용할 수 있다. 예를 들면, 바람직한 중합 성분의 조합으로서는, 구조식(19)의 옥세탄 성분과 구조식(7)의 에폭시 성분, 구조식(19)의 옥세탄 성분과 구조식(8)의 에폭시 성분, 구조식(19)의 옥세탄 성분과 구조식(17)의 에폭시 성분 등을 이용하는 것이 가능하다.

옥세탄 화합물을 이용한 중합 성분의 조성비의 일례로서는, 구조식(19)를 85.5 중량％와 구조식(15)를 14.5 ％ 포함하는 것을 들 수 있다. 또는, 구조식(19)를 74.0 중량％와 구조식(20)을 20.0 중량％와 구조식(7)을 6.0 ％ 포함하는 것을 들 수 있다.

중합 개시제로서는 라디칼계, 음이온계, 양이온계 등으로 분류되어 각각 문헌 등에서 다수 보고되어 있지만, 본 발명에서는 양이온계의 중합 개시제가 바람직하게 이용된다. 양이온계의 중합 개시제로서 유명한 것의 일례를 표 1에 나타낸다. 또한, 열로 중합을 개시시킬 수 있는 양이온 계열 중합 개시제로서는 아사히덴까 고교(주)의 오프톤 CP 시리즈나 산신 가가꾸(주)의 SI 시리즈, 다이셀 가가꾸 고교(주)의 DAICAT EX-1 등을 들 수 있다. 본 발명에서는 이들 중합 개시제를 사용하는 것이 가능하지만, 이들로 한정되지는 않는다.

중합 개시제로서는, 바람직하게는 구조식(11) 또는 구조식(16)으로 표시되는 화합물이 첨가된다. 중합 개시제는 수지 성분 전체를 100 중량부로 한 경우에 0.5 내지 6 중량부로 첨가하는 것이 바람직하고, 1 내지 3 중량부로 첨가하는 것이 보다 바람직하다. 너무 많이 첨가하면, 조성물 전체에서 차지하는 수소 함유량을 저하시킬 우려가 있기 때문이다.

또한, 본 발명의 조성물에는 수소 함유량을 증가시키기 위해서, 에폭시환을 갖지 않는 화합물이며, 수소를 많이 함유하는 화합물을 첨가하는 것도 가능하다. 이들 화합물은, 에폭시 화합물만으로 수소 함유량을 증가시키는 데에는 한계가 있기 때문에, 수소 함유량이 부족한 경우에 임의 선택적으로 첨가할 수 있다. 이 때, 첨가하는 화합물이 조성물의 계 전체의 물성을 크게 변화시키는 일이 없도록 화합물을 선택할 필요가 있다. 예를 들면, 본 발명의 양이온계 중합 개시제를 포함하는 조성물에 아민계 화합물을 혼합하면, 에폭시 성분의 중합 반응이 진행하지 않기 때문에, 아민계 화합물을 첨가할 수는 없다. 이러한 점을 고려하여 검토한 결과, 수소 함유량을 증가시키기 위한 화합물로서는 예를 들면, 디올류가 적합하다.

디올류로서는, 에폭시 성분에 가용이며 또한 에폭시 성분과 중합 가능한 것이면 적용 가능하고, 지방족 디올, 방향족 디올, 지환 구조를 갖는 디올, 폴리올 등을 사용할 수 있지만, 이들로 한정되지 않는다. 수소 함유량의 증가와 내열성 저하 억제의 점에서는, 바람직하게는 지환 구조를 갖는 디올, 예를 들면 구조식(9), 구조식(10)으로 표시되는 화합물을 사용한다. 디올류의 첨가량은 수지 성분 전체에 대하여 30 중량％ 이하인 것이 바람직하고, 20 중량％ 이하인 것이 보다 바람직하다.

조성물의 수소 함유량을 증가시키기 위한 화합물로서는, 디올류로 한정되지 않고, 양이온 경화가 가능한 옥세탄류나 비닐에테르류, 및 디올류와 동일한 효과를 기대할 수 있는 물질로서 3관능 이상의 다관능형 알코올류 등을 이용하는 것도 가능하다.

밀도 증가제는, 밀도가 높은 재료이고 중성자 차폐체의 비중을 크게 할 수 있다면, 다른 성분에 악영향을 미치지 않는 한 어떠한 재료라도 좋다. 여기서, 감마선을 효과적으로 차폐하는 밀도 증가제 자체의 밀도는 5.0 g/cm³ 이상, 바람직하게는 5.0 내지 22.5 g/cm³, 보다 바람직하게는 6.0 내지 15 g/cm³이다. 5.0 g/cm³ 이하이면 중성자 차폐능을 손상시키지 않고 감마선을 효과적으로 차폐하는 것은 어렵고, 22.5 g/cm³ 이상이면 첨가량에 따른 효과가 확인되지 않는다.

밀도 증가제로서는, 구체적으로는 금속 분말 또는 금속 산화물 분말 등을 들 수 있다. 밀도 증가제로서, 바람직하게는 융점이 350 ℃ 이상인 금속인 Cr, Mn, Fe, Ni, Cu, Sb, U, W 등, 및(또는) 융점이 1000 ℃ 이상인 금속 산화물인 NiO, CuO, ZnO, ZrO₂, SnO, SnO₂, WO₂, UO₂, PbO, WO₃, 란탄족 산화물 등을 들 수 있다. 그 중에서도 Cu, WO₂, WO₃, ZrO₂, CeO₂가 특히 바람직하다. 비용면에서 이점을 갖기 때문이다. 밀도 증가제는 1종류로 이용할 수도 있고, 2종류 이상을 혼합하여 이용할 수도 있다.

밀도 증가제의 입경은 특별히 한정되지 않지만, 입경이 크면 밀도 증가제가 제조 중에 침강될 우려가 있기 때문에, 침강되지 않을 정도로 작은 입경이 바람직하다. 침강되지 않는 입경에 대해서는, 그 밖의 조건(예를 들면, 조성물의 온도, 점도, 경화 속도 등)에 따라서 크게 작용되기 때문에, 단순히 수치로 규정할 수 없다.

밀도 증가제를 첨가함으로써 중성자 차폐체의 비중을 상승시킬 수 있어, 감마선을 보다 효과적으로 차폐할 수 있다. 또한, 상기 금속 분말이나 금속 산화물 분말을 이용함으로써 내화성도 향상시킬 수 있다.

또한, 수지 성분 이외의 첨가물의 일부, 주로 내화재의 일부를 밀도 증가제로 치환함으로써 수소 함유량을 증가시킬 수 있다. 주로 내화재의 일부와 일부 치환을 행함으로써, 중성자 차폐재용 조성물의 비중을 유지(1.62 내지 1.72 g/cm³)하면서, 에폭시 수지의 양을 많게 할 수 있기 때문에, 수소 함유량이 높은 중성자 차폐체를 제조할 수 있어, 효과적으로 중성자를 차폐할 수 있다. 즉, 중성자 차폐능과 감마선의 차폐를 양립하는 것이 가능해진다.

혼합하는 밀도 증가제의 첨가량은, 상기 중성자 차폐재용 조성물의 비중(1.62 내지 1.72 g/cm³)을 유지하도록 적절하게 조절하여 첨가할 수 있다. 구체적으로는, 사용되는 밀도 증가제의 종류, 다른 성분의 종류나 함유량 등에 따라서 변동하기 때문에 규정하는 것은 곤란하지만, 예를 들면 중성자 차폐재용 조성물 전체 중 5 내지 40 질량％, 바람직하게는 9 내지 35 질량％이다. CeO₂를 이용하는 경우에는, 15 내지 20 질량％가 특히 바람직하다. 5 질량％ 이하에서는 첨가의 효과를 확인하기 어렵고, 40 질량％ 이상이면 중성자 차폐재용 조성물의 비중을 1.62 내지 1.72 g/cm³의 범위로 유지하는 것이 곤란해진다.

본 발명의 조성물의 중성자 흡수제로서 사용되는 붕소 화합물에는, 탄화붕소, 질화붕소, 무수 붕산, 붕소철, 회붕석, 오르토붕산, 메타붕산 등이 있지만, 중성자 차폐 성능의 점에서 탄화붕소가 가장 바람직하다.

상기 붕소 화합물은 분말이 이용되지만, 그의 입도 및 첨가량에는 특별히 제한은 없다. 그러나, 매트릭스 수지의 에폭시 수지 내의 분산성, 중성자에 대한 차폐성을 고려하면 평균 입경은 1 내지 200 미크론 정도가 바람직하고, 10 내지 100 미크론 정도가 보다 바람직하며, 20 내지 50 미크론 정도가 특히 바람직하다. 한편, 첨가량은 후술하는 충전제도 포함시킨 조성물 전체에 대하여 0.5 내지 20 중량％의 범위가 가장 바람직하다. 0.5 중량％ 미만이면 첨가한 붕소 화합물의 중성자 차폐재로서의 효과가 낮고, 또한 20 중량％을 초과한 경우에는 붕소 화합물을 균일하게 분산시키는 것이 곤란해진다.

본 발명에는 충전제로서, 실리카, 알루미나, 탄산칼슘, 삼산화안티몬, 산화티탄, 석면, 점토, 운모 등의 분말 이외에, 유리 섬유 등도 이용되고, 또한 필요에 따라 탄소 섬유 등을 첨가할 수도 있다. 또한, 필요에 따라서 이형제로서의 천연 왁스, 지방산의 금속염, 산 아미드류, 지방산 에스테르류 등, 난연제로서의 염화파라핀, 브롬톨루엔, 헥사브롬벤젠, 삼산화안티몬 등, 착색제로서의 카본 블랙, 적산화철 등 외에, 실란 커플링제, 티탄 커플링제 등을 첨가할 수 있다.

본 발명에 따른 조성물에서 사용되는 내화제는, 만일 화재를 조우한 경우에도 어느 정도 이상의 중성자 차폐 능력을 유지할 수 있도록, 중성자 차폐재를 어느 정도 이상 잔존시키는 것을 목적으로 하고 있다. 이러한 내화재로서는, 특히 수산화마그네슘, 수산화알루미늄을 사용하는 것이 바람직하다. 그 중에서도, 수산화마그네슘은 200 ℃ 가까운 고온에서도 안정적으로 존재하기 때문에, 특히 바람직하다. 수산화마그네슘은 해수의 마그네슘으로부터 얻어진 수산화마그네슘인 것이 바람직하다. 해수의 마그네슘은 순도가 높기 때문에, 조성물 중에서 차지하는 수소의 비율이 상대적으로 높아지기 때문이다. 해수의 마그네슘은 해수법이나 이온 간수법이라는 방법으로 제조할 수 있다. 또는, 상품명: 교와 가가꾸 키스마 2SJ로 시판되고 있는 것을 구입하여 사용할 수 있지만, 이러한 상품으로 한정되지는 않는다. 이들 내화제의 첨가량은 상기 조성물 전체 중 20 내지 70 중량％가 바람직하고, 35 내지 60 중량％가 특히 바람직하다.

본 발명의 조성물은 중합 성분, 예를 들면 에폭시 성분과 그 밖의 첨가제를 혼합하여 수지 조성물을 제조하고, 이것과 내화재나 중성자 흡수재 등을 혼련한 후, 마지막으로 중합 개시제를 첨가함으로써 조정한다. 중합 조건으로서는, 수지 성분의 조성에 따라서도 다르지만, 50 ℃ 내지 200 ℃의 온도 조건에 있어서 1 시간 내지 3 시간 가열을 행하는 것이 바람직하다. 또한, 이러한 가열 처리는 2 단계로 행하는 것이 바람직하고, 80 ℃ 내지 120 ℃에서 1 시간 내지 2 시간 가열한 후, 120 ℃ 내지 180 ℃에서 2 시간 내지 3 시간 가열 처리하는 것이 바람직하지만, 제조 방법이나 경화 조건 등, 이것으로 한정되는 것은 아니다.

또한, 사용 종료 핵 연료의 중성자를 효과적으로 차폐하여 저장ㆍ수송하기 위한 용기, 바람직하게는 캐스크를 제조할 수 있다. 이러한 수송용 캐스크는 공지된 기술을 이용하여 제조할 수 있다. 예를 들면, 일본 특허 공개 제2000-9890호 공보에 개시된 캐스크에 있어서, 중성자 차폐체를 충전하는 부분이 설치되어 있다. 이러한 부분에, 본 발명의 조성물을 충전할 수 있다.

이러한 캐스크 내의 차폐체로 한정되지 않고, 본 발명의 조성물은, 중성자의 확산을 방지하는 장치나 시설에 있어서 다양한 부분에 사용할 수 있으며, 효과적으로 중성자를 차폐할 수 있다.

또한, 도면을 이용하여, 수지 성분과, 밀도 증가제와, 내화재를 이용한 본 발명의 실시 형태의 구체예에 대하여 상세히 설명한다. 여기서는, 설명을 위해, 붕소 화합물, 충전제를 첨가하지 않은 실시 형태에 대하여 설명하지만, 본 발명은 이러한 실시 형태로 한정되지는 않는다.

(제1의 실시 형태)

도 1은 본 실시 형태에 의한 중성자 차폐체의 구성예를 나타내는 개념도이다. 즉, 본 실시 형태에 의한 중성자 차폐체는 도 1에 나타낸 바와 같이, 중합 성분과 중합 개시제를 주체로 하는 수지 성분(1)에, 내화재(2)와, 상기 내화재(2)보다 밀도가 높은 밀도 증가제(3)을 혼합한 것이다.

여기서, 특히 밀도 증가제(3)으로서는 금속 분말 또는 금속 산화물 분말을 혼합하거나 함으로써, 재료의 밀도를 유지하면서(1.62 내지 1.72 g/mL의 범위) 수소 함유량을 높인 중성자 차폐체로 하고 있다. 혼합하는 밀도 증가제(3)의 밀도는 5.0 g/mL 이상, 바람직하게는 5.0 내지 22.5 g/mL, 보다 바람직하게는 6.0 내지 15 g/mL이다. 밀도 증가제(3)으로서는 또한, 융점이 350 ℃ 이상인 금속 분말 또는 융점이 1000 ℃ 이상인 금속 산화물 분말을 혼합하는 것이 바람직하다. 이들에 해당하는 분체 재료로서, 금속으로서는 예를 들면, Cr, Mn, Fe, Ni, Cu, Sb, U, W 등을 들 수 있다. 또한, 금속 산화물로서는 예를 들면 NiO, CuO, ZnO, ZrO₂, SnO, SnO₂, WO₂, CeO₂, UO₂, PbO, PbO, WO₃ 등을 들 수 있다.

이상과 같이 구성한 본 실시 형태에 의한 중성자 차폐체에 있어서는, 고분자를 주체로 한 수지 성분(1)에, 내화재(2)와, 해당 내화재(2)보다 밀도가 높은 밀도 증가제(3)을 혼합시킴으로써, 밀도를 일정한 값으로 유지하면서(1.62 내지 1.72 g/mL의 범위) 수소 함유량을 증가시킬 수 있다. 즉, 내화재(2)는 중성자 차폐 재료(1)보다 밀도가 약간 높고, 약간 적은 수소를 함유한다. 따라서, 내화재(2)의 일부를, 수소를 포함하지 않는 밀도 증가제(3)으로 치환하여 밀도가 동등해지도록 한다. 또한, 각각의 밀도ㆍ수소 함유량을 계산하여 적절한 치환을 행함으로써, 수소 함유량이 약간 작은 내화재(2) 부분이 높은 수소 함유량의 수지 성분(1)로 치환되어, 수소 함유량을 증가시킬 수 있다.

이 결과, 2차 감마선의 차폐 성능을 유지하면서 중성자 흡수량을 높일 수 있고, 이에 의해 종래와 같이 중성자 차폐체 본체의 외측에 감마선 차폐용 구조물을 배치하지 않고 중성자선의 차폐 성능을 향상시킬 수 있다.

또한, 본 실시 형태에 의한 중성자 차폐체에 있어서는, 혼합하는 밀도 증가제(3)의 밀도를 5.0 g/mL 이상, 바람직하게는 5.0 내지 22.5 g/mL, 보다 바람직하게는 6.0 내지 15 g/mL로 함으로써, 상술한 작용 효과를 보다 한층 현저하게 발휘할 수 있다.

도 2는, 밀도 증가제(3)의 밀도와 수소 함유량과의 관계를 나타내는 특성도이다. 도 2에서는 수소 함유량 0.0969 g/mL, 내화재(2): 수산화마그네슘, 밀도1.64 g/mL의 수지 성분(1)에, 밀도가 일정해지도록 내화재(2)를 밀도 증가제(3)으로 치환했을 때의 수소 함유량을 나타내고 있다. 또한, 내화재(2)인 수산화마그네슘의 밀도는 2.36 g/mL이다. 도 2로부터, 효과가 나타나는 것은 내화재(2)의 밀도 이상이 아니라, 수지 성분(1), 내화재(2)에 의해서 다르지만, 내화재(2)의 밀도보다 약간 높은 밀도가 경계, 즉 밀도 증가제(3)의 밀도가 5.0 g/mL 이상, 바람직하게는 6.0 g/mL 이상인 것을 알 수 있다. 22.5 g/mL 이상에서는 첨가량에 따른 효과는 확인되지 않는다.

도 3은, 밀도 증가제(3)의 밀도와 중성자 차폐체 외측의 중성자선+2차 감마선량 상대비와의 관계를 나타내는 특성도이다. 도 3에서는 수소 함유량 0.0969 g/mL, 내화재(2): 수산화마그네슘, 밀도 1.64 g/mL의 베이스 수지(1)에, 밀도가 일정해지도록 내화재(2)를 밀도 증가제(3)으로 치환했을 때의 차폐 효과를 나타내고 있다. 또한, 수지 성분(1)의 차폐 외측 선량을 1로 하고 있다. 도 3으로부터 효과가 확인되는 것은 밀도 증가제(3)의 밀도가 5.0 g/mL 이상, 보다 바람직하게는 6.0 g/mL 이상으로 되어 있는 것을 알 수 있다. 22.5 g/mL 이상에서는 첨가량에 따른 효과는 확인되지 않는다.

또한, 본 실시 형태에 의한 중성자 차폐체에 있어서는, 밀도 증가제(3)으로서 융점이 350 ℃ 이상인 금속 분말(Cr, Mn, Fe, Ni, Cu, Sb, U, W 등)을 혼합하거나, 또는 융점이 1000 ℃ 이상인 금속 산화물 분말(NiO, CuO, ZnO, ZrO₂, SnO, SnO₂, WO₂, CeO₂, UO₂, PbO, PbO, WO₃)을 혼합함으로써 내화성을 향상시킬 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 실시 형태에 의한 중성자 차폐체에서는 재료의 밀도를 저하시키지 않고 일정한 값으로 유지하면서 수소 함유량을 증가시킬 수 있고, 이에 의해 종래와 같이 중성자 차폐체 본체의 외측에 감마선 차폐용 구조물을 배치하지 않고 중성자선의 차폐 성능을 향상시키는 것이 가능해진다.

(제2의 실시 형태)

본 실시 형태에 의한 중성자 차폐체는 상기 도 1에 나타낸 바와 같이, 수지 성분(1)인 에폭시 성분과 중합 개시제와, 내화재(2)와, 상기 내화재(2)보다 밀도가 높은 밀도 증가제(3)을 혼합하여 경화 성형 가공한 것으로 하고 있다.

또한, 혼합하는 밀도 증가제(3)의 밀도는 5.0 g/mL 이상, 바람직하게는 5.0 내지 22.5 g/mL, 보다 바람직하게는 6.0 내지 15 g/mL이다. 또한, 밀도 증가제(3)으로서는 융점이 350 ℃ 이상인 금속 분말을 혼합하거나, 또는 융점이 1000 ℃ 이상인 금속 산화물을 혼합하는 것이 바람직하다. 이들에 해당하는 분체 재료로서, 금속으로는 예를 들면 Cr, Mn, Fe, Ni, Cu, Sb, U, W 등을 들 수 있다. 또한, 금속 산화물로는 예를 들면 NiO, CuO, ZnO, ZrO₂, SnO, SnO₂, WO₂, CeO₂, UO₂, PbO, PbO, WO₃ 등을 들 수 있다.

다음으로, 이상과 같이 구성한 본 실시 형태에 의한 중성자 차폐체에 있어서는, 수지 성분(1)에, 내화재(2)와, 상기 내화재(2)보다 밀도가 높은 밀도 증가제(3)을 혼합함으로써, 재료의 밀도를 저하시키지 않고서 일정한 값으로 유지하면서(1.62 내지 1.72 g/mL의 범위), 수소 함유량을 증가시킬 수 있다. 즉, 내화재(2)는 수지 성분(1)보다 밀도가 약간 높고, 약간 적은 수소를 함유한다. 여기서, 내화재(2)의 일부를, 수소를 포함하지 않는 밀도 증가제(3)으로 치환하여 밀도가 동등해지도록 한다. 또한, 각각의 밀도ㆍ수소 함유량을 계산하여 적절한 치환을 행함으로써, 수소 함유량이 약간 작은 내화재(2) 부분이 높은 수소의 수지 성분(1)로 치환되어, 수소 함유량을 증가시킬 수 있다.

이 결과, 2차 감마선의 차폐 성능을 유지하면서 중성자 흡수량을 높일 수 있고, 이에 의해 종래와 같이 중성자 차폐재 본체의 외측에 감마선 차폐용의 구조물을 배치하지 않고 중성자선의 차폐 성능을 향상시킬 수 있다.

또한, 본 실시 형태에 의한 중성자 차폐재에 있어서는, 혼합하는 밀도 증가제(3)의 밀도를 5.0 g/mL 이상, 바람직하게는 5.0 내지 22.5 g/mL, 보다 바람직하게는 6.0 내지 15 g/mL로 함으로써, 상술한 작용 효과를 보다 한층 현저하게 발휘할 수 있다.

도 2는 밀도 증가제(3)의 밀도와 수소 함유량과의 관계를 나타내는 특성도이다. 도 2에서는 수소 함유량 0.0969 g/mL, 내화재(2): 수산화마그네슘, 밀도 1.64 g/mL의 베이스 수지(1)에, 밀도가 일정해지도록 내화재(2)를 밀도 증가제(3)으로 치환했을 때의 차폐 효과를 나타내고 있다. 또한, 내화재(2)인 수산화마그네슘의 밀도는 2.36 g/mL이다. 도 2로부터, 효과가 나타나는 것은 내화재(2)의 밀도 이상이 아니고, 베이스 수지(1), 내화재(2)에 따라서 다르지만, 내화재(2)의 밀도보다 약간 높은 밀도가 경계, 즉 밀도 증가제(3)의 밀도가 5.0 g/mL 이상, 보다 바람직하게는 6.0 g/mL 이상으로 되어 있는 것을 알 수 있다. 22.5 g/mL 이상에서는 첨가량에 따른 효과는 확인되지 않는다.

도 3은 밀도 증가제(3)의 밀도와 중성자 차폐체 외측의 중성자선+2차 감마선량 상대비와의 관계를 나타내는 특성도이다. 도 3에서는 수소 함유량 0.0969 g/mL, 내화재(2): 수산화마그네슘, 밀도 1.64 g/mL의 베이스 수지(1)에, 밀도가 일정해지도록 내화재(2)를 밀도 증가제(3)으로 치환했을 때의 차폐 효과를 나타내고 있다. 또한, 베이스 수지(1)의 차폐 외측 선량을 1로 하고 있다. 도 3으로부터, 효과가 확인되는 것은 밀도 증가제(3)의 밀도가 5.0 g/mL 이상, 바람직하게는 6.0 g/mL 이상으로 되어 있는 것을 알 수 있다. 22.5 g/mL 이상에서는 첨가량에 따른 효과는 확인되지 않는다.

상술한 바와 같이, 본 실시 형태에 의한 중성자 차폐체로도 재료의 밀도를 저하시키지 않고 일정한 값으로 유지하면서 수소 함유량을 증가시킬 수 있고, 이에 의해 종래와 같이 중성자 차폐체 본체의 외측에 감마선 차폐용의 구조물을 배치하지 않고, 중성자선의 차폐 성능을 향상시키는 것이 가능해진다. 즉, 밀도 증가제를 이용함으로써 감마선의 차폐 성능을 유지하면서 중성자 차폐 효과를 보다 높일 수 있기 때문에, 종래와 같이 중성자 차폐체 본체의 외측에 중후한 감마선 차폐용 구조물을 배치할 필요성을 적게 할 수 있다.

이하에 실시예를 이용하여 본 발명을 상세히 설명한다. 또한, 이하의 실시예는 본 발명을 한정하는 것은 아니다.

실시예에 있어서, 본 발명의 조성물을 제조하여 중성자 차폐 효과를 조사하였다. 통상은 중성자 차폐재용 수지 조성물에 밀도 증가제로서 구리를 20 중량％ 정도, 내화재로서 수산화알루미늄이나 수산화마그네슘 등을 전체의 40 중량％ 정도, 및 중성자 흡수제로서 탄화붕소 등의 붕소 화합물을 전체의 1 중량％ 정도로 혼합하여 중성자 차폐재를 제조한다. 그러나, 여기서는 수지 성분, 즉 중합 성분과 중합 개시제 성분 등과 밀도 증가제에 의한 성능을 평가하기 위해 내화재 및 중성자 흡수제는 첨가하지 않은 것을 중심으로 하였다.

중성자 차폐재에 요구되는 성능으로서는 내열성(중량 잔존율, 압축 강도 등), 내화성, 수소 함유량(중성자 차폐로서의 적성의 판단 기준으로서 재료 중의 수소 함유 밀도가 어느 일정량 이상인 것이 필요함) 등이 있다. 내화성은 내화재에 의한 부분이 크기 때문에, 중성자 차폐재용 수지 조성물의 평가로서는 중량 잔존율에 의한 내열성과 수소 함유량을 평가하였다. 중량 잔존율은 승온시의 중량 변화를 측정함으로써, 그의 내열성을 평가하는 것이다. 측정에는 TGA를 이용하고, 열 중량 감소의 측정 조건은 실온 내지 600 ℃까지를 승온 속도 10 ℃/분, 질소 분위기하에서 측정하였다. 또한, 수지에 요구되는 수소 함유량의 기준치로서는 수지 단체 중에서의 수소 함유량을 9.8 중량％ 정도 이상으로 하였다.

[실시예 1]

에폭시 수지로서, 수소 첨가 비스페놀 A형 에폭시 수지(유까 쉘 에폭시(주) 제조, YL6663, 구조식(14)) 100 g에, 양이온계 중합 개시제 SI-80(구조식(11))을 1 g 첨가하여, 중합 개시제가 용해될 때까지 잘 교반하고, 밀도 증가제로서 밀도가 8.92 g/cm³인 구리를 50 g 혼합하여, 중성자 차폐재용으로 이용되는 수지 조성물로 하였다.

상기 중성자 차폐재용 수지 조성물의 수소 함유량을 측정한 결과, 수소 함유량은 9.8 중량％ 이상(10 중량％ 정도 이상)으로 기준치를 만족시켰다. 다음에, 조성물을 80 ℃×30 분+150 ℃×2 시간으로 경화시키고, 그 경화물의 열 중량 감소를 TGA로 측정하였다. 열 중량 감소의 측정 조건은 RT 내지 600 ℃까지를 승온 속도 10 ℃/분, 질소 분위기하에서 측정하였다. 측정 결과, 200 ℃에서의 중량 잔존율 99.5 중량％ 이상, 중량 잔존율 90 중량％의 온도가 350 ℃ 이상으로 매우 양호한 내열성, 열 안정성을 나타내었다.

[실시예 2]

에폭시 수지로서 수소 첨가 비스페놀 A형 에폭시 수지(YL6663, 구조식(14)) 84.6 g과, 비스페놀 A형 에폭시 수지(유까 쉘 에폭시(주) 제조, 에피코트 828, 구 조식(15)) 15.4 g을 혼합한 것에 양이온계 중합 개시제 SI-80(구조식(11))을 1 g 첨가하여, 중합 개시제가 용해될 때까지 잘 교반하고, 밀도 증가제로서 구리를 50 g 혼합하여 중성자 차폐재용으로 이용되는 수지 조성물로 하였다.

실시예 1과 동일한 방법으로써 수지 조성물 중의 수소 함유량을 측정한 결과, 수소 함유량은 9.8 중량％ 정도로 기준치를 만족시켰다. 한편, 상기 중성자 차폐재용 수지 조성물을 80 ℃×30 분+150 ℃×2 시간으로 경화시키고, 실시예 1과 동일한 방법으로써 열 중량 감소를 측정한 결과, 200 ℃에서의 중량 잔존율 99.5 중량％ 이상, 중량 잔존율 90 중량％의 온도가 380 ℃ 이상으로 매우 양호한 내열성, 열 안정성을 나타내었다.

[실시예 3]

에폭시 수지로서 수소 첨가 비스페놀 A형 에폭시 수지(YL6663, 구조식(14)) 74.8 g, 다관능 지환형 에폭시 수지(다이셀 가가꾸(주) 제조, EHPE3150, 구조식(7)) 25.2 g을 혼합하고, 110 ℃로 유지하여 EHPE3150(고형)이 용해될 때까지 잘 교반하였다. EHPE3150 용해 후 실온에 방치하고, 실온 부근까지 온도가 저하되면 양이온계 중합 개시제 SI-80(구조식(11))을 1 g 첨가하여, 중합 개시제가 용해될 때까지 잘 교반하고, 밀도 증가제로서 구리를 50 g 혼합하여 중성자 차폐재용으로 이용되는 수지 조성물로 하였다.

수지 조성물 중의 수소 함유량을 측정한 결과, 수소 함유량은 9.8 중량％ 정도로 기준치를 만족시켰다. 한편, 상기 중성자 차폐재용 수지 조성물을 80 ℃×30 분+150 ℃×2 시간으로 경화시키고, 실시예 1과 동일한 방법으로써 열 중량 감소를 측정한 결과, 200 ℃에서의 중량 잔존율 99.5 중량％ 정도, 중량 잔존율 90 중량％의 온도가 390 ℃ 이상으로 매우 양호한 내열성, 열 안정성을 나타내었다.

[실시예 4]

에폭시 수지로서 수소 첨가 비스페놀 A형 에폭시 수지(YL6663, 구조식(14)) 79.4 g과 지환형 에폭시 수지(다이셀 가가꾸(주) 제조, 셀록사이드 2021P, 구조식(8)) 20.6 g을 혼합한 것에, 양이온계 중합 개시제 SI-80(구조식(11))을 1 g 첨가하여, 중합 개시제가 용해될 때까지 잘 교반하고, 밀도 증가제로서 구리를 50 g 혼합하여 중성자 차폐재용으로 이용되는 수지 조성물로 하였다.

수지 조성물 중의 수소 함유량을 측정한 결과, 수소 함유량은 9.8 중량％ 정도로 기준치를 만족시켰다. 한편, 상기 중성자 차폐재용 수지 조성물을 80 ℃×30 분+150 ℃×2 시간으로 경화시키고, 실시예 1과 동일한 방법으로써 열 중량 감소를 측정한 결과, 200 ℃에서의 중량 잔존율 99.5 중량％ 이상, 중량 잔존율 90 중량％의 온도가 370 ℃ 이상으로 매우 양호한 내열성, 열 안정성을 나타내었다.

[실시예 5]

에폭시 수지로서 수소 첨가 비스페놀 A형 에폭시 수지(YL6663, 구조식(14)) 8.23 g과 비스페놀 A형 에폭시 수지(에피코트 828, 구조식(15)) 8.85 g과, 지환형 에폭시 수지(셀록사이드 2021P, 구조식(8)) 8.85 g을 혼합한 것에 양이온계 중합 개시제 SI-80(구조식(11))을 1 g 첨가하여, 중합 개시제가 용해될 때까지 잘 교반하고, 밀도 증가제로서 구리를 50 g 혼합하여, 중성자 차폐재용으로 이용되는 수지 조성물로 하였다.

수지 조성물 중의 수소 함유량을 측정한 결과, 수소 함유량은 9.8 중량％ 정도로 기준치를 만족시켰다. 한편, 상기 중성자 차폐재용 수지 조성물을 80 ℃×30 분+150 ℃×2 시간으로 경화시키고, 실시예 1과 동일한 방법으로써 열 중량 감소를 측정한 결과, 200 ℃에서의 중량 잔존율 99.5 중량％ 이상, 중량 잔존율 90 중량％의 온도가 380 ℃ 이상으로 매우 양호한 내열성, 열 안정성을 나타내었다.

[실시예 6]

에폭시 수지로서 수소 첨가 비스페놀 A형 에폭시 수지(YL6663, 구조식(14)) 80.9 g과 비스페놀 A형 에폭시 수지(에피코트 828, 구조식(15)) 9.55 g과 다관능 지환형 에폭시 수지(EHPE3150, 구조식(7)) 9.55 g을 혼합하고, 110 ℃로 유지하여 EHPE3150(고형)이 용해될 때까지 잘 교반하였다. EHPE3150 용해 후 실온에 방치하여, 실온 부근까지 온도가 저하되면 양이온계 중합 개시제 SI-80(구조식(11))을 1 g 첨가하여, 중합 개시제가 용해될 때까지 잘 교반하고, 밀도 증가제로서 구리를 50 g 혼합하여 중성자 차폐재용으로 이용되는 수지 조성물로 하였다.

수지 조성물 중의 수소 함유량을 측정한 결과, 수소 함유량은 9.8 중량％ 정도로 기준치를 만족시켰다. 한편, 상기 중성자 차폐재용 수지 조성물을 80 ℃×30 분+150 ℃×2 시간으로 경화시키고, 실시예 1과 동일한 방법으로써 열 중량 감소를 측정한 결과, 200 ℃에서의 중량 잔존율 99.5 중량％ 이상, 중량 잔존율 90 중량％의 온도가 390 ℃ 이상으로 매우 양호한 내열성, 열 안정성을 나타내었다.

[실시예 7]

에폭시 수지로서 수소 첨가 비스페놀 A형 에폭시 수지(YL6663, 구조식(14)) 77.3 g과 지환형 에폭시 수지(셀록사이드 2021P, 구조식(8)) 11.35 g과 다관능 지환형 에폭시 수지(EHPE3150, 구조식(7)) 11.35 g을 혼합하고, 110 ℃로 유지하여 EHPE3150(고형)이 용해될 때까지 잘 교반하였다. EHPE3150 용해 후 실온에 방치하여, 실온 부근까지 온도가 저하되면 양이온계 중합 개시제 SI-80(구조식(11))을 1 g 첨가하여, 중합 개시제가 용해될 때까지 잘 교반하고, 밀도 증가제로서 구리를 50 g 혼합하여 중성자 차폐재용으로 이용되는 수지 조성물로 하였다.

수지 조성물 중의 수소 함유량을 측정한 결과, 수소 함유량은 9.8 중량％ 정도로 기준치를 만족시켰다. 한편, 상기 중성자 차폐재용 수지 조성물을 80 ℃×30 분+150 ℃×2 시간으로 경화시키고, 열 중량 감소를 측정한 결과, 200 ℃에서의 중량 잔존율 99.5 중량％ 이상, 중량 잔존율 90 중량％의 온도가 390 ℃ 이상으로 매우 양호한 내열성, 열 안정성을 나타내었다.

[실시예 8]

에폭시 수지로서 수소 첨가 비스페놀 A형 에폭시 수지(YL6663, 구조식(14)) 80.38 g과 비스페놀 A형 에폭시 수지(에피코트 828, 구조식(15)) 6.54 g과 지환형 에폭시 수지(셀록사이드 2021P, 구조식(8)) 6.54 g과 다관능 지환형 에폭시 수지(EHPE3150, 구조식(7)) 6.54 g을 혼합하고, 110 ℃로 유지하여 EHPE3150(고형)이 용해될 때까지 잘 교반하였다. EHPE3150 용해 후 실온에 방치하여, 실온 부근까지 온도가 저하되면 양이온계 중합 개시제 SI-80(구조식(11))을 1 g 첨가하여, 중합 개시제가 용해될 때까지 잘 교반하고, 밀도 증가제로서 구리를 50 g 혼합하여 중성자 차폐재용으로 이용되는 수지 조성물로 하였다.

수지 조성물 중의 수소 함유량을 측정한 결과, 수소 함유량은 9.8 중량％ 정도로 기준치를 만족시켰다. 한편, 상기 중성자 차폐재용 수지 조성물을 80 ℃×30 분+150 ℃×2 시간으로 경화시키고, 실시예 1과 동일한 방법으로써 열 중량 감소를 측정한 결과, 200 ℃에서의 중량 잔존율 99.5 중량％ 이상, 중량 잔존율 90 중량％의 온도가 400 ℃ 이상으로 매우 양호한 내열성, 열 안정성을 나타내었다.

[실시예 9]

에폭시 수지로서 수소 첨가 비스페놀 A형 에폭시 수지(YL6663, 구조식(14)) 63.8 g, 지환형 에폭시 수지(셀록사이드 2021P, 구조식(8)) 26.2 g과, 수소 첨가 비스페놀(신닛본 리카(주) 제조, 리카비놀 HB, 구조식(9))를 10 g을 혼합하고, 100 ℃로 유지하여 리카비놀 HB(고형)가 용해될 때까지 잘 교반하였다. 리카비놀 HB 용해 후 실온에 방치하여, 실온 부근까지 온도가 저하되면 양이온계 중합 개시제 SI-80(구조식(11))을 1 g 첨가하여, 중합 개시제가 용해될 때까지 잘 교반하고, 밀도 증가제로서 구리를 50 g 혼합하여 중성자 차폐재용으로 이용되는 수지 조성물로 하였다.

수지 조성물 중의 수소 함유량을 측정한 결과, 수소 함유량은 9.8 중량％ 정도로 기준치를 만족시켰다. 한편, 상기 중성자 차폐재용 수지 조성물을 80 ℃×30 분+150 ℃×2 시간으로 경화시키고, 실시예 1과 동일한 방법으로써 열 중량 감소를 측정한 결과, 200 ℃에서의 중량 잔존율 99.5 중량％ 정도, 중량 잔존율 90 중량％의 온도가 380 ℃ 이상으로 매우 양호한 내열성, 열 안정성을 나타내었다.

[실시예 10]

에폭시 수지로서 수소 첨가 비스페놀 A형 에폭시 수지(YL6663, 구조식(14)) 66.1 g과 지환형 에폭시 수지(셀록사이드 2021P, 구조식(8)) 23.9 g과, 시클로헥산 디메탄올(도쿄 가세이 고교(주) 제조, 구조식(10)) 10 g을 혼합하고, 100 ℃로 유지하여 시클로헥산 디메탄올(왁스상)이 용해될 때까지 잘 교반하였다. 시클로헥산 디메탄올 용해 후 실온에 방치하여, 실온 부근까지 온도가 저하되면 양이온계 중합 개시제 SI-80(구조식(11))을 1 g 첨가하여, 중합 개시제가 용해될 때까지 잘 교반하고, 밀도 증가제로서 구리를 50 g 혼합하여 중성자 차폐재용으로 이용되는 수지 조성물로 하였다.

수지 조성물 중의 수소 함유량을 측정한 결과, 수소 함유량은 9.8 중량％ 정도로 기준치를 만족시켰다. 한편, 상기 중성자 차폐재용 수지 조성물을 80 ℃×30 분+150 ℃×2 시간으로 경화시키고, 열 중량 감소를 측정한 결과, 200 ℃에서의 중량 잔존율 99.5 중량％ 정도, 중량 잔존율 90 중량％의 온도가 380 ℃ 이상으로 매우 양호한 내열성, 열 안정성을 나타내었다.

[실시예 11]

여기서는, 중성자 흡수제 및 내화재를 추가로 혼합한 중성자 차폐재를 평가하였다. 에폭시 수지로서 수소 첨가 비스페놀 A형 에폭시 수지(YL6663, 구조식(14)) 80.38 g과 비스페놀 A형 에폭시 수지(에피코트 828, 구조식(15)) 6.54 g과 지환형 에폭시 수지(셀록사이드 2021P, 구조식(8)) 6.54 g과 다관능 지환형 에폭시 수지(EHPE3150, 구조식(7)) 6.54 g을 혼합하고, 110 ℃로 유지하여 EHPE3150(고형)이 용해될 때까지 잘 교반하였다. EHPE3150 용해 후, 밀도 증가제로서 구리 39.0 g, 수산화마그네슘 76.0 g, 탄화붕소 3.0 g을 혼합ㆍ교반하여 170 ℃×2 시간 유지하였다. 170 ℃×2 시간 유지 후 실온에서 방치하여, 혼합물의 온도가 실온 정도가 되면 양이온계 중합 개시제 SI-80(구조식(11))을 2 g 첨가하고, 잘 교반하여 중성자 차폐재용 조성물로 하였다.

중성자 차폐재에 요구되는 수소 함유량의 기준으로서는, 수소 함유 밀도가 0.096 g/cm³ 이상이다. 제조된 중성자 차폐재 조성물의 수소 함유 밀도를 측정한 결과, 0.096 g/cm³ 이상으로 기준치를 만족시켰다. 또한, 별도로 측정한 수지 성분중의 수소 함유량은 9.8 중량％ 이상이었다. 한편, 상기 중성자 차폐재용 수지 조성물을 170 ℃×4 시간으로 경화시키고, 실시예 1과 동일한 방법으로써 열 중량 감소를 측정한 결과, 200 ℃에서의 중량 잔존율 99.5 중량％ 이상, 중량 잔존율 90 중량％의 온도가 400 ℃ 이상으로 매우 양호한 내열성, 열 안정성을 나타내었다. 또한, 상기 경화물을 밀폐 용기에 밀봉 후, 190 ℃×1000 시간의 내열 내구 시험을 행하였다. 압축 강도는 시험 전에 비해 1.4배 이상 상승하고, 중량 감소율도 0.1 ％ 정도로 매우 양호한 내구성을 나타내었다.

[실시예 12]

에폭시 수지로서 수소 첨가 비스페놀 A형 에폭시 수지(YL6663, 구조식(14)) 63.8 g과 지환형 에폭시 수지(셀록사이드 2021P, 구조식(8)) 26.2 g, 수소 첨가 비스페놀(리카비놀 HB, 구조식(9)) 10 g을 혼합하고, 100 ℃로 유지하여 리카비놀 HB(고형)가 용해될 때까지 잘 교반하였다. 리카비놀 HB 용해 후, 밀도 증가제로서 구리 39.0 g, 수산화마그네슘 76.0 g, 탄화붕소 3.0 g을 혼합ㆍ교반하여 170 ℃×2 시간 유지하였다. 170 ℃×2 시간 유지 후 실온에서 방치하여, 혼합물의 온도가 실온 정도가 되면 양이온계 중합 개시제 SI-80 L(구조식(11))을 2 g 첨가하고, 잘 교반하여 중성자 차폐재용 조성물로 하였다.

중성자 차폐재에 요구되는 수소 함유량의 기준으로서는, 수소 함유 밀도가 0.096 g/cm³ 이상이지만, 제조된 중성자 차폐재 조성물의 수소 함유 밀도를 측정한 결과, 0.096 g/cm³ 이상으로 기준치를 만족시켰다. 한편, 상기 중성자 차폐재용 수지 조성물을 170 ℃×4 시간으로 경화시키고, 열 중량 감소를 측정한 결과, 200 ℃에서의 중량 잔존율 99.5 중량％ 정도, 중량 잔존율 90 중량％의 온도가 380 ℃ 이상으로 매우 양호한 내열성, 열 안정성을 나타내었다. 또한, 상기 경화물을 밀폐 용기에 밀봉 후, 200 ℃×500 시간의 내열 내구 시험을 행하였다. 압축 강도는 시험 전에 비해 1.2배 이상 상승하고, 중량 감소율도 0.1 ％ 정도로 매우 양호한 내구성을 나타내었다.

다음에 비교예로서, 종래부터 이용되어 오던, 밀도 증가제를 포함하지 않는 조성물에 의한 중성자 차폐재의 성능을 평가하였다. 실시예와 동일하게 내화재, 중성자 흡수제는 첨가하지 않았다. 또한, 실시예와 동일하게 수소 함유량은 성분 분석에 의해, 열 중량 감소는 TGA로 측정함으로써 구하였다.

[비교예 1]

에폭시 수지로서 실시예 1과 동일한 구조식(14)로 표시되는 수소 첨가 비스 페놀 A형 에폭시 수지(유까 쉘 에폭시(주), YL6663) 82.5 g과 경화제로서 이소포론디아민 17.5 g을 잘 교반하여, 중성자 차폐재용으로 이용되는 수지 조성물로 하였다. 이것은, 본 발명과 비교한 경화제를 이용한 중성자 차폐재의 비교예를 나타내는 것이다. 밀도 증가제는 첨가하지 않았다.

수지 조성물 중의 수소 함유량을 측정한 결과, 수소 함유량은 9.8 중량％ 이상으로 기준치를 만족시켰다. 한편, 상기 중성자 차폐재용 수지 조성물을 80 ℃×30 분+150 ℃×2 시간으로 경화시키고, 실시예 1과 동일한 방법으로써 열 중량 감소를 측정한 결과, 200 ℃에서의 중량 잔존율 99.5 중량％ 정도, 중량 잔존율 90 중량％의 온도가 300 ℃ 정도이고, 실시예의 일군과 비교하여 내열성, 열 안정성이 열악하였다.

이 조성계는 실시예 1과 비교하여 양이온계 중합 개시제 대신에 아민계 경화제를 사용하는 점이 크게 달랐다. 실시예 1과 비교예 1의 비교로부터, 실시예 1과 같이 중합 개시제에 의해 경화시킴으로써 내열성, 열 안정성이 향상되는 것을 알 수 있었다.

[비교예 2]

에폭시 수지로서 비스페놀 A형 에폭시 수지(에피코트 828, 구조식(15)) 81.4 g과 경화제로서 이소포론디아민 18.6 g을 잘 교반하여, 중성자 차폐재용으로 이용되는 수지 조성물로 하였다. 밀도 증가제는 첨가하지 않았다.

수지 조성물 중의 수소 함유량을 측정한 결과, 수소 함유량은 8.2 중량％ 이하로 기준치를 크게 하회하여 미달이었다. 한편, 상기 중성자 차폐재용 수지 조성 물을 80 ℃×30 분+150 ℃×2 시간으로 경화시키고, 실시예 1과 동일한 방법으로 열 중량 감소를 측정한 결과, 200 ℃에서의 중량 잔존율 99.5 중량％ 정도, 중량 잔존율 90 중량％의 온도가 350 ℃ 정도로 내열성, 열 안정성은 양호하였다.

이 조성계는 내열성, 열 안정성적으로는 양호하지만, 수소 함유량의 점에서 중성자 차폐재용 수지 조성물로는 적당하지 않았다. 또한, 이 조성계는 비교예 2와 비교하여, 양이온계 중합 개시제 대신에 아민계 경화제를 사용하는 점이 크게 달랐다. 비교예 2와 비교예 3의 비교로부터도, 중합 개시제에 의해 경화시킴으로써 내열성, 열 안정성이 향상되는 것을 알 수 있었다.

[비교예 3]

에폭시 수지로서 비스페놀 A형 에폭시 수지(에피코트 828, 구조식(15))와 폴리아민계 경화제를 1:1(화학양론적으로 등량이 됨)의 비율로 혼합ㆍ교반하여, 중성자 차폐재용으로 이용되는 수지 조성물로 하였다. 밀도 증가제는 첨가하지 않았다.

수지 조성물 중의 수소 함유량을 측정한 결과, 수소 함유량은 9.8 중량％ 이상으로 기준치를 만족시켰다. 한편, 상기 중성자 차폐재용 수지 조성물을 80 ℃×30 분+150 ℃×2 시간으로 경화시키고, 실시예 1과 동일한 방법으로써 열 중량 감소를 측정한 결과, 200 ℃에서의 중량 잔존율 99 중량％ 이하, 중량 잔존율 90 중량％의 온도가 300 ℃ 이하이고, 실시예의 일군과 비교하여 내열성, 열 안정성은 열악하였다.

이 조성계는 종래부터 사용되었던 중성자 차폐재용 수지 조성물과 동일한 계 를 모의한 것이지만, 비교예 4는 수소 함유량의 점에서는 적성이 있으나 내열성, 열 안정성적으로는 실시예의 일군과 비교하여 낮은 값이고, 실시예의 일군이 내열성, 열 안정성적으로 우수한 것을 알 수 있다.

[비교예 4]

에폭시 수지로서 폴리프로필렌글리콜의 양쪽 말단의 OH를 각각 글리시딜에테르로 치환한 구조를 갖는 에폭시 수지(에폭시 등량 190) 81.7 g과 경화제로서 이소포론디아민 18.3 g을 잘 교반하여, 중성자 차폐재용으로 이용되는 수지 조성물로 하였다. 밀도 증가제는 첨가하지 않았다.

수지 조성물 중의 수소 함유량을 측정한 결과, 수소 함유량은 9.8 중량％ 이상으로 기준치를 만족시켰다. 한편, 상기 중성자 차폐재용 수지 조성물을 80 ℃×30 분+150 ℃×2 시간으로 경화시키고, 실시예 1과 동일한 방법으로써 열 중량 감소를 측정한 결과, 200 ℃에서의 중량 잔존율 99.5 중량％ 이하, 중량 잔존율 90 중량％의 온도가 250 ℃ 정도 미만이며, 실시예의 일군과 비교하여 내열성, 열 안정성이 매우 열악하였다.

[비교예 5]

에폭시 수지로서 1,6-헥산디글리시딜에테르(에폭시 등량 155) 78.5 g과 경화제로서 이소포론디아민 21.5 g을 잘 교반하여, 중성자 차폐재용으로 이용되는 수지 조성물로 하였다. 밀도 증가제는 첨가하지 않았다.

수지 조성물 중의 수소 함유량을 측정한 결과, 수소 함유량은 9.8 중량％ 이상으로 기준치를 만족시켰다. 한편, 상기 중성자 차폐재용 수지 조성물을 80 ℃× 30 분+150 ℃×2 시간으로 경화시키고, 실시예 1과 동일한 방법으로써 열 중량 감소를 측정한 결과, 200 ℃에서의 중량 잔존율 99.5 중량％ 이하, 중량 잔존율 90 중량％의 온도가 300 ℃ 미만이며, 실시예의 일군과 비교하여 내열성, 열 안정성이 열악하였다.

[비교예 6]

여기서는, 종래형의 수지 성분에 중성자 흡수제를 첨가하여 중성자 차폐 효과를 평가하였다. 에폭시 수지로서 비스페놀 A형 에폭시 수지(에피코트 828, 구조식(15)) 50 g과 폴리아민계 경화제 50 g을 혼합ㆍ교반한 것에, 수산화마그네슘 146.5 g과 탄화붕소 3.5 g을 혼합ㆍ교반하여, 중성자 차폐재용 조성물로 하였다. 밀도 증가제는 첨가하지 않았다.

중성자 차폐재에 요구되는 수소 함유량의 기준으로서는 수소 함유 밀도가 0.096 g/cm³ 이상이지만, 제조된 중성자 차폐재 조성물의 수소 함유 밀도를 측정한 결과, 0.096 g/cm² 이상으로 기준치를 만족시켰다. 한편, 상기 중성자 차폐재용 수지 조성물을 80 ℃×30 분+150 ℃×2 시간으로 경화시키고, 실시예 1과 동일한 방법으로써 열 중량 감소를 측정한 결과, 200 ℃에서의 중량 잔존율 99 중량％ 이하, 중량 잔존율 90 중량％의 온도가 300 ℃ 이하이며, 실시예의 일군과 비교하여 내열성, 열 안정성은 열악하였다.

또한, 상기 경화물을 밀폐 용기에 밀봉 후, 190 ℃×1000 시간의 내열 내구 시험을 행하였다. 압축 강도는 시험 전에 비해 3할 이상 저하되고, 고온 환경하에 서의 내구성은 낮은 것이 되었다.

이 조성계는 종래부터 사용되었던 중성자 차폐재용 조성물과 동일한 계를 모의한 것이지만, 비교예 6은 수소 함유량의 점에서는 적성이 있으나 내열성, 열 안정성적으로는 실시예 11 및 실시예 12와 비교하여 낮은 값이고, 실시예가 내열성, 열 안정성적으로 우수한 것을 알 수 있었다.

이상의 실시예, 비교예로부터, 동일 중합 성분으로 비교하였을 때 아민계 경화제로 경화한 수지에 비해, 본 발명의 중합 개시제로 경화한 수지에서는, 중량 잔존율 90 중량％ 시점의 온도가 평균하여 30 내지 50 ℃ 상승하여 내열성이 높아짐을 알 수 있었다.

본 발명의 중성자 차폐재용 조성물에 의해 얻어진 중성자 차폐재는, 양이온계 중합 개시제를 이용하여 내열성이 있는 중합 성분을 경화시키는 것이다. 고온 조건하에서 분해되기 쉬운 결합을 갖는 경화제 성분을 이용하지 않고 중합 가능한 본 발명의 조성물은, 경화하여 차폐제로 하였을 때에 내열 온도가 상승하고, 또한 중성자 차폐 효과도 확보한 것이다. 따라서, 본 발명은 사용 종료 핵 연료의 장기에 걸친 저장에도 견딜 수 있는 중성자 차폐재용 조성물을 제공할 수 있다. 또한, 본 발명의 조성물은 밀도 증가제를 함유함으로써, 2차 감마선의 차폐 성능을 유지하면서 중성자 흡수량을 올릴 수 있다.

Claims

중합 개시제, 중합 성분, 밀도 증가제 및 붕소 화합물을 포함하며, 중성자 차폐재의 밀도가 1.62 내지 1.72 g/mL의 범위에서 유지되도록 상기 중합 개시제, 중합 성분, 밀도 증가제 및 붕소 화합물이 배합되는, 중성자 차폐재용 조성물.
제1항에 있어서, 경화제를 포함하지 않는 것을 특징으로 하는 중성자 차폐재용 조성물.
제1항에 있어서, 상기 중합 성분이 에폭시 성분을 포함하는 중성자 차폐재용 조성물.
제3항에 있어서, 상기 에폭시 성분이 수소 첨가형 에폭시 화합물을 포함하는 중성자 차폐재용 조성물.
제3항에 있어서, 상기 에폭시 성분이

(구조식(1) 중 X는

(구조식(2) 중, R₁ 내지 R₄는 각각 독립적으로 CH₃, H, F, Cl, Br로 이루어지는 군에서 선택되고, n=0 내지 2이고, 구조식(3) 중, R₅ 내지 R₈은 각각 독립적으로 CH₃, H, F, Cl, Br로 이루어지는 군에서 선택되고, n=0 내지 2이고, 구조식(5) 중, n=1 내지 12이고, 구조식(6) 중, n=1 내지 24임) 중 어느 것, 또는 C가 1 내지 20인 알킬기로 이루어지는 군에서 선택되는 1 이상의 화합물임)를 포함하는 중성자 차폐재용 조성물.
제3항에 있어서, 상기 에폭시 성분이

(구조식(14) 중, n=1 내지 3)를 포함하는 중성자 차폐재용 조성물.
제3항에 있어서, 상기 에폭시 성분이

(구조식(7) 중, R₉는 C가 1 내지 10인 알킬기 또는 H이고, n=1 내지 24),

(구조식(8) 중, n=1 내지 8),

(구조식(15) 중, n=1 내지 3) 및

로 이루어지는 군에서 선택되는 1개 이상의 화합물을 포함하는 중성자 차폐재용 조성물.
제1항, 제2항 및 제4항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 조성물의 수소 함유량을 증가시키는 화합물을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는, 중성자 차폐재용 조성물.
제1항, 제2항 및 제4항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 수소 함유량을 증가시키는 화합물이

(구조식(9) 중, n=1 내지 3) 중 적어도 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는, 중성자 차폐재용 조성물.
제1항, 제2항 및 제4항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 중합 성분으로서 옥세탄 화합물을 포함하는 중성자 차폐재용 조성물.
제10항에 있어서, 상기 옥세탄 화합물이

중 적어도 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는, 중성자 차폐재용 조성물.
제1항, 제2항 및 제4항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 중합 개시제가 양이온 중합 개시제를 포함하는 중성자 차폐재용 조성물.
제12항에 있어서, 상기 양이온 중합 개시제가

(구조식(11), 구조식(16) 중 R₁₀은 수소 원자, 할로겐 원자, 니트로기, 메틸기이고, R₁₁은 수소 원자, CH₃CO, CH₃OCO, X는 SbF₆, PF₆, BF₄, AsF₆임)을 포함하는 중성자 차폐재용 조성물.
제1항, 제2항 및 제4항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 충전제를 추가로 포함하는 중성자 차폐재용 조성물.
제1항, 제2항 및 제4항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 내화재를 추가로 포함하는 중성자 차폐재용 조성물.
제15항에 있어서, 상기 내화재가 수산화마그네슘, 수산화알루미늄 중 적어도 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는, 중성자 차폐재용 조성물.
제1항, 제2항 및 제4항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 밀도 증가제가 밀도가 5.0 내지 22.5 g/cm³인 금속 분말 또는 금속 산화물 분말, 또는 이들의 조합인 중성자 차폐재용 조성물.
제1항, 제2항 및 제4항 내지 제7항 중 어느 한 항에 기재된 중성자 차폐재용 조성물에 의해 제조된 중성자 차폐재.
제18항에 기재된 중성자 차폐재에 의해 제조된 중성자 차폐 용기.