KR102310698B1 - 먼지 억제 및 방사성 연소 생성물의 봉쇄를 위한 조성물 - Google Patents

Abstract

본 발명은 방사성 요소를 포함하는 화재의 결과로부터 환경을 보호하는 수단에 관한 것이다. 방사성 요소를 포함하는 화재 진압 후 먼지 억제 및 방사성 연소 생성물의 봉쇄를 위한 조성물은, 계면활성제로서 음이온성, 비이온성 및 양쪽성 계면활성제를 포함하고, 다음과 같은 조성비를 가진다: 3.0~7.0중량%의 폴리비닐 알코올 수용액(건조물 중량 분율 기준); 0.1~0.3중량%의 가소제; 11.0~29.0중량%의 계면활성제; 잔량의 물. 본 발명은 화재 진압 후 고온 상태를 포함할 수 있는 표면에 형성되는 먼지 억제 및 방사성 연소 생성물의 봉쇄를 구현할 수 있다.

Description

먼지 억제 및 방사성 연소 생성물의 봉쇄를 위한 조성물

본 발명은 방사성 오염으로부터 환경을 보호하는 수단에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 먼지 억제(dust suppression) 및 폴리비닐 알코올의 수용액을 기반으로 하는 봉쇄(containment)용 폴리머 조성물에 관한 것이다.

화재가 동반되는 방사능 사고 시, 방사성 연소 생성물이 표면들에 형성되고, 방사성 먼지와 같은 오염 물질들이 상기 표면들로부터 주위 환경으로 퍼지게 된다.

미세 탄산염 물질의 균질 수성 분산액을 포함하는 소화 약제(fire-extinguishing agent)가 알려져 있는데, 겔 및 포말(foam)을 형성하는 첨가제를 더 포함할 수 있다. 러시아 특허 제2414273호, IPC A62D 1/00, 2011/03/20 참조. 상기 약제의 적용 시에, 상기 약제의 층이 즉시 불을 소화(extinguish)시키지만, 2차 방사성 오염을 방지하는 폴리머 봉쇄 코팅이 표면에 형성되지는 않는다.

표면 방사성 오염을 방지하는 방법이 알려져 있고, 이는 원자력 발전 시설의 폐로(decommissioning)를 위한 것이다. 상기 방법의 구현 시에, 5% 폴리비닐 알코올, 1% 소듐 트리폴리포스페이트(sodium tripolyphosphate) 및 1% 설포놀(sulfonol)을 포함하는 포말이 포말 생성기를 통해 방사성 물질에 의해 오염되어 봉쇄 대상이 되는 표면에 적용된다. 러시아 특허 제2194321호, IPC G21F 9/28, G21F 9/34, 2002/12/10 참조. 포말의 자연 분해 이후, 균질한 봉쇄 코팅 포말이 표면 상에 형성되어, 제거를 요하는 오염을 현저하게 감소시킨다. 이러한 포말의 사용을 방해하는 한가지 요소는, 상기 포말은 서서히 타는 잉걸불(embers)이나 회분(ash)으로 덮인 표면에 적용하도록 설계되지 않았으며, 그러한 조건에서는 연속적인 코팅을 형성하지 못한다는 것이다.

용액 1리터당 0.1 내지 7몰의 하나 이상의 오염 제거, 세정 및/또는 기름 제거제를 포함하는 포말-형성 수용액에 분산된 기포들(air bubbles) 및 용액의 총 질량 기준으로 0.01 내지 25%의 같은 성질을 갖는 고체 입자들 또는 다른 성질을 가지는 고체 입자들의 혼합물로 구성되고, 포말-형성 특성을 나타내는, 오염 제거, 세정 및/또는 기름 제거용의 안정화된 포말이 알려져 있다. 러시아 특허 제2470068호, IPC C11D 3/02, C11D 3/37, C11D 17/00, G21F 9/00, 2012/12/20 참조. 이러한 포말은 방사선 요인으로 인해 복잡화된 화재를 진압한 후, 먼지 억제 및 방사성 연소 생성물의 봉쇄에는 사용될 수 없다.

주로 핵 시설의 폐로에 있어서 건물의 철거시 방사성 오염물의 발생 및 확산을 예방하는 방법이 알려져 있는데, 이 방법은 필름 형성 폴리비닐 알코올 7~10%, 포말 형성제 OP-10 1%, 및 잔량의 물을 포함하는 포말을 사용한다. 상기 조성물은 오염물질이 생성되기 전에 포말이 구조체의 내부와 외부를 채움으로써 방사성 오염물들의 생성 및 확산을 방지한다. 봉쇄 필름이 형성됨으로써 상기 포말층은 먼지가 환경으로 퍼지는 것을 방지한다. 러시아 특허 제2263984호, IPC G21F 9/28, B08B 15/00, 2005/11/10 참조. 상기 조성물은 기본형(prototype)으로 인정된다.

상기 기본형의 단점 중 하나는 회분으로 덮인 표면 상에 연속적인 코팅을 형성하지 못한다는 것이다.

본 발명의 목적과 그 기술적 결과는 방사성 요인을 포함하는 불을 소화시킨 후, 먼지 억제 및 방사성 연소 생성물을 봉쇄하기 위한 조성물을 제공하는 것이다.

본 발명에서 제안되는 먼지 억제 및 방사성 연소 생성물 봉쇄용 조성물은, 잉걸불 및 회분이 냉각된 후 먼지와 같은(dust-like) 오염물이 퍼지는 것을 방지하여, 화재 후 뜨거운 표면에서의 먼지 억제 및 봉쇄 작업이 수행되는 것을 가능하게 한다. 본 발명의 조성물은 고도의 포말화 및 상기 조성물 포말에 의한 표면들의 균일한 웨팅(wetting)을 보장한다. 또한, 회분의 상층으로부터의 입자들이 기포벽들 내로 흡수되고, 교환력(alternating forces) 효과에 의해 활발하게 이동하기 시작하여, 점점 더 많은 회분 입자들을 끌어들인다. 결과적으로, 잉걸불 및 회분 위에 연속적인 코팅이 형성되고, 회분의 상층은 상기 코팅 내로 끌려 들어가게 된다.

상기한 기술적 결과는, 방사성 요소로 복잡화된 화재를 진압한 후에 먼지 억제 및 방사성 연소 생성물을 봉쇄하기 위한 본 발명의 조성물이 폴리비닐 알코올 수용액, 가소제, 및 계면활성제로 작용하는 음이온성, 비이온성 및 양쪽성 계면활성제의 혼합물인 계면활성제를 포함하되, 다음의 중량% 성분비를 가진다는 사실에 의해 달성된다:

폴리비닐 알코올 수용액(건조물의 중량비로서) 3.0~7.0

가소제 0.1~0.3

계면활성제 11.0~29.0

물 잔량.

폴리비닐 알코올 수용액은 필름-형성제로 사용된다.

글리세린은 가소제로 사용된다.

상기 계면활성제는 음이온성, 비이온성 및 양쪽성 계면활성제가 다음의 중량% 비율로 혼합된 혼합물이다:

음이온성 계면활성제 - 알킬벤젠 설포네이트 설포놀 P 1.0~3.0

비이온성 계면활성제 - 코카미도프로필 디메틸아민 옥사이드

OXI SAA AP.30 8.0~22.0

양쪽성 계면활성제 - 코카미도프로필 베타인 SAA AP.45 2.0~4.0.

본 발명의 조성물의 성분들에 대한 기술 문서 목록:

1. 폴리비닐 알코올 GOST 10779-78;

2. 글리세린 GOST 6259-96;

3. 설포놀 P TU 2481-002-40245042-98;

4. OXI SAA AP.30 TU 2482-007-04706205-2006;

5. BETA SAA AP.45 TU 2480-002-04706205-2004.

본 발명에서 제안되는 조성물은 상기 성분들을 혼합하여 제조되며, 그 정성적 및 정량적 조성은 표 1에 제시된다.

실시예

조성물의 제조예

본 조성물은 폴리머 필름 형성 폴리비닐 알코올을 (예를 들어, KPE-60 상표의 전기 포트에서) 60~80℃에서 30분간 물에 녹여 제조한다. 냉각 후, 상기 조성물을 교반하면서 글리세린, 설포놀 P, OXI SAA AP.30, 및 BETA SAA AP.45를 첨가한다. 각 성분을 첨가한 후 5분간 교반한다.

테스트 결과는 표 2에 제시된다.

상기 조성물의 점도는 GOST 9070-75에 따라 측정되었다.

코팅이 그의 보호 특성을 유지하는 기간은, GOST R 51037-97, GOST R 50773-95, GOST 4.54-79, 및 GOST R 19465-74에 따라 개발된 세인트 피터스버그 주립 공대(기술대학교) SPbSIT(TU)의 MI IRRT-04-2014 절차에 따라 측정되었다. 방사성 핵종들로 오염된 시료들은 UMF 2000 방사선 측정기를 사용하여 α- 및 β-방사선을 기록함으로써 측정되었다. 상기 조성물이 방사선 오염된 시료들에 적용되었다. 건조 후, 24시간; 15, 30, 60, 120, 및 180일 간격으로 면봉으로 닦아냄으로써 테스트 중인 코팅의 외부면의 방사성 오염 수준을 측정하였다.

회분을 갖는 잉걸불 위의 상기 코팅의 형태는, 연속적인 코팅의 존재 여부를 기반으로 시각적으로 결정되었다.

기포들의 지름과 지속 시간은 확산 기준 리크 샘플(diffuse reference leak sample) SOP DK%-1 상에서 3 mm³/s, 4 atm의 기체 유량으로 1×10^-5 내지 1×10^-7 m³Pa/s의 리크 감지 수단의 민감도 범위를 가지는 장비 통합 제어법에 따라 측정되었다.

포말 붕괴 시작 및 종료 시간은 상기 이벤트들의 시간을 관찰 및 기록함으로써 시각적으로 측정되었다.

포말 팽창비는 포말 시네레시스(syneresis) 후 얻어지는 상기 조성물 용액 부피에 대한 상기 포말 부피의 비로 결정되었다.

응집도(degree of lump formation)는 GOST R 51037-97, GOST 4.54-79, 및 GOST R 19465-74에 따라 개발된 SPbSIT(TU)의 MI IRRT-05-2014 절차에 따라 결정되었다. 응집도는 다음의 방법으로 측정되었다: 먼지 형성면 위에 상기 조성물을 적용한 후 임계값을 초과하는 지름을 가지는 입자의 표본 먼지 분율을 질량비로 측정. 최대 입경 100μm를 임계값으로 하였다. 상기 표본 먼지 분율의 질량비는 표본 먼지의 총량에 대한 백분율로 표시하였다. 먼지 형성면 위에 상기 조성물을 적용한 후 응집된 분율의 질량 및 상기 최초 건조 중량에 대한 상기 응집된 분율의 비율을 계산하였다.

분석 결과

표 1 및 표 2, 실시예 1~3에 나타난 바와 같이, 상기 필름 형성 폴리비닐 알코올의 건조물의 중량비가 3.0~7.1%의 범위에 있을 때, 상기 조성물이 잉걸불을 균일하게 덮고 회분의 상층에 스며들어 연속적인 코팅을 형성한다. 사용 범위의 관점에서, 상기 코팅은 GOST R 51037-97 요건을 만족한다 - 이는 180일 이상 보호 특성을 제공하는 것이다.

글리세린 가소제의 함량이 0.1~0.3%의 범위에 있을 때, 상기 조성물은 기포 지속 시간, 포말 팽창비, 및 응집도 면에서 높은 값을 가지면서 안정적인 포말 형성 특성을 갖는다.

SAA 설포놀 P의 함량이 1.0~3.0%의 범위에 있을 때, 상기 건조 조성물이 연속적인 코팅을 형성하며, 요구되는 지속 시간 동안 보호 특성을 유지한다.

SAA OXI SAA AP.30의 함량이 8.0~22.0%의 범위에 있을 때, 적용되는 조성물은 회분층 내부로 "가라앉지(sink)" 않으며, 안정적인 포말 형성 특성을 가지고 연속적인 코팅을 형성한다.

SAA BETA SAA AP.45의 함량이 2.0~4.0%의 범위에 있을 때, 상기 조성물은 안정적인 웨팅 특성을 가져, 잉걸불을 균일하게 덮고 회분의 상층에 스며든다.

청구항(제4항-제13항)에 청구된 것과 다른 양적 조성을 가지는 조성물의 사용례들

상기 필름 형성 폴리비닐 알코올의 건조물의 중량 분율(weight fraction)이 3% 미만일 때, 코팅이 형성되지 않는다.

상기 필름 형성 폴리비닐 알코올의 건조물의 중량 분율이 7%를 초과하면, 용액 점도 증가로 인하여 포말 형성이 더뎌지고, 형성되는 코팅의 보호 특성이 충분한 시간 동안 유지되지 않는다.

글리세린 가소제의 함량이 0.1% 미만일 때, 기포 지속 시간이 감소하는데, 이는 포말로 끌려 들어가는 회분 입자수가 적기 때문이며, 또한 코팅이 보호능을 제공하는 시간이 짧아진다.

글리세린 가소제의 함량이 0.3%를 초과하면, 포말 형성율이 줄어들고, 연소 생성물이 불균일하게 스며들어 코팅이 보호능을 제공하는 시간이 짧아진다.

SAA 설포놀 P의 함량이 0.2% 미만일 때, 상기 조성물에 의해 형성된 코팅이 보호능을 제공하는 시간이 짧아진다.

SAA 설포놀 P의 함량이 3.0%를 초과하면, 기포 크기가 증가하여 건조 코팅 내부에 공동(voids)이 생긴다. 즉, 코팅이 연속적이지 않다. 또한 상기 코팅이 보호능을 제공하는 시간이 급격하게 짧아진다.

SAA OXI SAA AP.30의 함량이 8.0% 미만일 때, 형성된 코팅이 보호능을 제공하는 시간이 충분하지 않다.

SAA OXI SAA AP.30의 함량이 22.0%를 초과하면, 포말 형성이 동일한 수준으로 유지된다; 따라서 경제적 이유로 더 많은 물질을 소비할 이유가 없다.

SAA BETA SAA AP.45의 함량이 2.0% 미만일 때, 상기 조성물에 의해 형성된 코팅이 보호능을 제공하는 시간이 짧아진다.

SAA BETA SAA AP.45의 함량이 4.0%를 초과하면, 포말은 동일한 웨팅 특성을 유지한다; 따라서 경제적 이유로 더 많은 물질을 소비할 이유가 없다.

상기 기본형 조성물(실시예 14)은 연소 생성물에 적용되었을 때, 회분 상층내로 “가라앉는다.” 따라서 상기 표면을 균일하게 적셔 균일한 코팅을 형성할 수 없다.

상기 테스트 결과는, 본 발명에서 제안된 조성물이 목표를 만족하도록 설계되었으며, 적용되는 규제에 따른 등록 기준을 모두 충족한다는 것을 보여준다.

[표 1] 본 발명의 조성물의 질적 및 양적(중량%) 조성

[표 2] 본 발명의 조성물의 먼지 억제 및 봉쇄 특성

Claims (6)

1. 방사성 요소를 포함하는 불을 소화시킨 후 먼지 억제 및 방사성 연소 생성물의 봉쇄를 위한 조성물로서, 폴리비닐 알코올 수용액, 가소제, 및 계면활성제를 포함하되, 계면활성제로서 음이온성 계면활성제, 비이온성 계면활성제 및 양쪽성 계면활성제의 혼합물을 포함하고, 다음의 중량% 성분비를 가지며,
   폴리비닐 알코올 수용액(건조물의 중량 분율로서) 3.0~7.0
   가소제 0.1~0.3
   계면활성제 11.0~29.0
   물 잔량,
   상기 음이온성 계면활성제는 알킬벤젠 설포네이트이고, 상기 비이온성 계면활성제는 코카미도프로필 디메틸아민 옥사이드이고, 상기 양쪽성 계면활성제는 코카미도프로필 베타인이며, 다음의 중량% 성분비를 가지는 것을 특징으로 하는 조성물:
   알킬벤젠 설포네이트 1.0~3.0
   코카미도프로필 디메틸아민 옥사이드 8.0~22.0
   코카미도프로필 베타인 2.0~4.0.
2. 제1항에 있어서,
   가소제로서 글리세린이 0.1~0.3중량%로 사용되는 것을 특징으로 하는 조성물.
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