МАТЕРИАЛ БИОЗАЩИТЫ ОТ НЕЙТРОНОВ Российский патент 1994 года по МПК G21F1/10 

Изобретение относится к самозатухающим композициям на основе полиэтилена, предназначенным для использования в качестве материала биологической защиты от нейтронного излучения (ЯЭУ, атомных электростанций и других источников излучения).

Самым эффективным материалом биологической защиты от нейтронного излучения является полиэтилен, так как он имеет самую высокую концентрацию ядер водорода (7,5 ˙ 10²²) в см³ [1] . Обычно в качестве типового используется материал, содержащий на 100 мас. ч. полиэтилена 3-5 мас. ч. аморфного бора; материал технологичен (возможно изготовление больших листов, плит), удовлетворительны его санитарно-гигиенические свойства. Этот материал является прототипом и одновременно базовым объектом, он серийно выпускается.

Однако защита из материала на основе полиэтилена представляет повышенную пожароопасность из-за горючести: кислородный индекс этого материала (КИ) - 17,5% , по ГОСТ 28157-89 (категория стойкости к горению) не классифицируется. Испытания по ГОСТ 28157-89 аналогичны испытаниям по методике UL-94. При выносе из пламени образец горит до полного сгорания образца.

В связи с возросшими требованиями по огнестойкости материала возникла необходимость разработать материал на основе полиэтилена (ПЭ), не поддерживающий горения, не образующий капель, поддерживающих вторичное горение, относимый по ГОСТ 28157-89 к категории ПВ-0. Материал должен обладать комплексом прочностных, защитных и санитарно-гигиенических свойств. Задача усложнялась тем, что введение в полиэтилен дополнительных компонентов (антипиренов, снижающих горючесть) снижает защитные характеристики, что может привести к ухудшению массогабаритных характеристик объекта.

В настоящее время существует много полимерных композиций на основе полиэтилена с пониженной горючестью. В качестве огнестойких добавок использованы при высоком наполнении галогенсодержащие добавки и гидроокиси металлов, гидроокиси металлов, окиси и гидроокиси металлов .

Использование хлорсодержащих компонентов для снижения горючести материалов защиты ЯЭУ нецелесообразно ввиду большой агрессивности хлора и его соединений. В связи с этим хлорсодержащие соединения в исследованиях не рассматривались.

Известны самозатухающие полиолефиновые композиции, включающие полиэтилен, соединения суpьмы и ароматические бромсодержащие соединения. Введение Sb₂O₃ незначительно сказывается на повышении огнестойкости. Так, огнестойкость композиции на основе полиэтилена при содержании в ней гидроокиси алюминия - 100 мас. ч. , декабромдифенилоксида - 20 мас. ч. , трехокиси сурьмы - 10 мас. ч. и сополимера этилена с пропиленом (СКЭП) - 10 мас. ч. , при кислородном индексе - 27% , го ГОСТ 28157-89 композиция не классифицируется, т. е. образец не затухает при выносе из пламени и сгорает полностью. В связи с тем, что бромсодержащие соединения плохо совмещаются с полиэтиленом и выпотевают из него, для снижения выпотевания добавляют сополимер этилена с винилацетатом, каучуки, октаметилциклосилоксан. Однако для ощутимого снижения выпотевания бромсодержащих соединений необходимо большое количество как сополимера этилена с винилацетатом, так и каучуков. Например, заметное снижение выпотевания бромсодержащих компонентов при введении каучуков ощущается при 15 мас. % , а введение такого количества их приводит к повышению горючести композиционного материала, что в свою очередь требует повышения содержания в материале бромсодержащих компонентов и тем самым приводит к снижению прочностных свойств.

Целью изобретения является создание защитного материала (от нейтронов) на основе полиэтилена с повышенной огнестойкостью и повышенной стабильностью защитных характеристик за счет уменьшения миграции бромсодержащей добавки.

Цель достигается тем, что материал биозащиты на основе полиэтилена, включающий аморфный бор, дополнительно содержит гидроокись алюминия, бросмодержащее ароматическое соединение, поливиниловый спирт (ПВС) и малеиновый ангидрид (МА) при следующем соотношении компонентов, мас. ч. : Полиэтилен 100 Аморфный бор 3-5 Гидроокись алюминия 70-100 Бромсодержащее ароматическое соединение 10-20 Поливиниловый спирт 1-2 Малеиновый ангидрид 1-2 Композиция может также содержать полистирол в количестве 20-25 мас. ч. на 100 мас. ч. полиэтилена для повышения радиационной стойкости.

В качестве бромсодержащих ароматических соединений могут быть применены декабромдифенилоксид, гексабромбензол или бромированный полистирол.

При совместном введении вышеуказанных компонентов удалось получить материал, фактически не воспламеняющийся: ПВ-0 (по ГОСТ 28157-89). При этом практически отсутствует миграция бромсодержащих добавок и тем самым долговременно сохраняются огнестойкие свойства материала защиты (т. е. материал проявляет новое свойство). При этом материал имеет высокий кислородный индекс и сохраняет высокий уровень защитных свойств н. м. (6,1 ˙ 10²² ядер водорода в см³) от нейтронного излучения. При использовании этих компонентов в отдельности или их сочетании по два, или при других соотношениях компонентов не удается достичь такого комплекса свойств, какой имеет место для материала в соответствии с описанным решением (см. табл. 2а и 2б).

Материал готовят путем одновременного смешения исходных компонентов как в смесителе лопастного или роторного типа при температуре 150-160^оС с последующим прессованием в изделия различной формы и размеров при температуре формы 80^оС, так и в экструдере с последующим прессованием или литьем.

Сведения по примерам сведены в табл. 1а и 1б.

Композиция легко перерабатывается как прессованием, так и литьем под давлением.

Как видно из представленных данных, предлагаемый материал сочетает в себе свойства как защитного против нейтронного излучения материала, так и огнестойкого материала. (56) Заявка Франции N 1769563, кл. G 21 F 1/10, 1970. Гусев Н. Г. и др. Защита от ионизирующих излучений. М. , Энергоатомиздат, т. 2, 1983, с. 288-290.

Использование: в области создания огнестойкого защитного материала от нейтронного излучения атомных электростанций и других источников излучения. Сущность изобретения: композиция содержит, мас. ч. : полиэтилен 100; аморфный бор 3 - 5; гидроокись алюминия 70 - 100; бромсодержащее ароматическое соединение 10 - 20; поливиниловый спирт 1 - 2; малеиновый ангидрид 1 - 2. Композиция дополнительно может содержать полистирол в количестве 20 - 25 мас. ч. на 100 мас. ч. полиэтилена для повышения радиационной стойкости, материал имеет следующие свойства: кислородный индекс 28,5 - 31,5, категория стойкости к горению ПВ-0, практически невоспламеняющийся, практически отсутствует миграция бромсодержащих добавок, тем самым долговременно сохраняются огнестойкие свойства материала защиты, материал сохраняет высокий уровень защитных свойств от нейтронного излучения. 2 з. п. ф-лы, 4 табл.

1. МАТЕРИАЛ БИОЗАЩИТЫ ОТ НЕЙТРОНОВ на основе полиэтилена, включающий аморфный бор, отличающийся тем, что материал дополнительно содержит гидроокись алюминия, бромсодержащее ароматическое соединение, поливиниловый спирт и малеиновый ангидрид при следующем соотношении компонентов материала, мас. ч. :
Полиэтилен 100
Аморфный бор 3 - 5
Гидроокись алюминия 70 - 100
Бромсодержащее ароматическое соединение 10 - 20
Поливиниловый спирт 1 - 2
Малеиновый ангидрид 1 - 2
2. Материал по п. 1, отличающийся тем, что он дополнительно содержит полистирол в количестве 20 - 25 мас. ч. на 100 мас. ч. полиэтилена. 3. Материал по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что в качестве бромсодержащего ароматического соединения он содержит гексабромбензол, декабромдифенилоксид или бромированный полистирол.