КОМПОЗИЦИЯ ДЛЯ НОРМАЛИЗАЦИИ РАДИАЦИОННОЙ ОБСТАНОВКИ Российский патент 2004 года по МПК G21F9/28 

Изобретение относится к полимерным композициям для нормализации радиационной обстановки (НРО) природных и техногенных объектов в условиях загрязнения радиоактивными веществами при эксплуатации и снятии с эксплуатации ядерных энергетических установок (ЯЭУ), а именно к изолирующим, локализирующим и дезактивирующим композициям. Нормализация радиационной обстановки - это процесс применения технологий дезактивации, изоляции и локализации, осуществляемый с использованием полимерных покрытий (пленок). Применяемые полимерные покрытия позволяют провести технологические процессы НРО с реальным снижением дозозатрат персонала, дальнейшим нераспространением радиоактивных загрязнений.

В зависимости от целевого назначения классифицируют три основные группы полимерных покрытий (пленок), а именно: дезактивирующие, изолирующие и локализирующие [А.Д.Зимон, В.К.Пикалов "Дезактивация", М., ИздАТ, 1994, с. 186]. Такая классификация основана на отношении пленок к радиоактивным загрязнениям. Изолирующие пленки и неудаляемые покрытия воспринимают радиоактивные загрязнения, экранируют поверхность в отличие от локализирующих, которые наносят на уже загрязненную поверхность. Действие дезактивирующих пленок заключается в проникновении радионуклидов в материал пленки и в удалении пленки вместе с удерживаемыми в ней радиоактивными загрязнениями.

Выбор материала для пленок определяется особенностями объекта, агрегатным состоянием и изотопным составом радиоактивного загрязнения. В качестве пленок различного назначения используют лакокрасочные материалы, гидрофобизующие составы, полимерные композиции, дисперсные системы, в том числе и сорбенты, в виде суспензий, паст и гелей.

Известен пленкообразующий состав для водостойкого дезактивирующего покрытия, описанный в а.с. СССР №1688714, кл. G 21 F 9/34, опубликованный в 2000 г., на основе метилолполиамидной смолы, этилового спирта и хлористого аммония. Материал поверхности - нержавеющая сталь, дюралюминий; загрязнение - водные растворы цезия-137 и стронция-90. Ингредиент хлористый аммоний повышает дезактивирующую способность композиции. Однако данный пленкообразующий состав применяется только для дезактивации.

Также известен пленкообразующий состав для дезактивации лакокрасочных поверхностей (патент РФ №1271267, кл. G 21 F 9/16, опубл. 1998 г.), содержащий поливиниловый спирт, гидроксид калия и воду. Причиной, ограничивающей его использование, является узкая область назначения.

Известен способ защиты поверхностей оборудования и помещений, описанный в патенте РФ №2039778, кл. С 09 D 129/04, 5/20, опубл. 1993 г., RU, используемый для временной защиты поверхностей оборудования и помещений АЭС пленкообразующей композицией на основе поливинилового спирта с добавлением глицерина, воды, этилового спирта. Поверхность предварительно покрывается грунтовочным составом с армирующим материалом (марлей). Материал поверхности - металл, полимерные материалы, окрашенные поверхности. Загрязнение - β-радионуклиды. К причинам, препятствующим широкому применению вышеуказанной пленкообразующей композиции, относится необходимость армирования, ограниченный срок эксплуатации сформированного покрытия (сомоотслаивание менее чем через 1 месяц).

Известна заявка Японии №8573210, кл. G 21 F 9/00, опубл. 1996 г., описывающая способ предотвращения радиоактивного загрязнения помещений, в которых осуществляется работа с радиоактивными материалами. В помещении пол покрывают пленкой из поливинилбутираля со степенью бутирализации 62-68 мол.%, толщиной 0,03-0,2 мм. После выполнения работ загрязненную пленку удаляют. В данном случае пленка используется для изоляции радиоактивных загрязнений только на время проведения работ и не может применяться для долговременной защиты поверхностей.

Известна заявка РСТ №92/18984, кл. G 21 F 1/10, С 09 D 133/06, опубл. 1994 г., описывающая способ снижения фона радона в закрытом помещении. Загрязненную поверхность покрывают водным раствором сополимера эфира винилиденхлоридакриловой кислоты, содержащим также неионный ПАВ - сополимер винилпирролидона и пеногаситель. Покрытие высушивают. Данное покрытие используется как локализирующее и только для снижения фона радона в закрытом помещении.

Известна заявка Японии №86-77935, кл. G 21 F 9/00, опубл. 1996 г., описывающая пленку, предотвращающую рассеивание в окружающую среду радиоактивной пыли и других веществ. Пленка для обклеивания пола и стен помещений АЭС во время обслуживания и ремонта с целью защиты их от радиоактивного загрязнения и затем, удаляемая и уничтожаемая, содержит основу, у которой на лицевой и изнаночной сторонах сформированы адгезивные слои с определенным адгезивным усилием. Подобная пленка используется как локализирующая и не может применяться ни при дезактивации, ни при изоляции поверхностей, загрязненных радионуклидами.

Таким образом, известны отечественные и зарубежные композиции для дезактивации, изоляции и локализации от радиоактивных загрязнений поверхностей оборудования, помещений и т.д. Однако все известные композиции применяются для какой-то одной задачи: или дезактивации, или изоляции, или локализации, и не решают комплексную задачу.

В основу изобретения положена задача создания композиции для нормализации радиационной обстановки, которая бы была универсальной и охватывала многовариантность решения проблемы НРО.

Наиболее близким техническим решением к заявляемой композиции для нормализации радиационной обстановки по совокупности существенных признаков и достигаемому техническому результату являются сведения о полимерных покрытиях, дезактивирующих, изолирующих и локализирующих, изложенные в книге [А.Д.Зимон, В.К.Пикалов "Дезактивация", М., ИздАТ, 1994, с.186], которые выбраны в качестве прототипа. В предлагаемом прототипе указано, что в качестве полимерной основы подобных композиций применяют водные и водно-спиртовые растворы полимеров, к числу которых относятся поливиниловый спирт, поливинилбутираль, дисперсия латексов, поливинилацетатная эмульсия и др. Для придания пленкам физико-химических свойств (необходимую эластичность, прочность и адгезию) в состав полимерной композиции вводят пластификаторы (глицерин, трибутилфосфат и др.) и наполнители (ПАВ, пигменты, реже сорбенты). Для связывания радионуклидов в соответствии со свойствами пленок и их назначением в состав полимерных композиций вводят химические реагенты, к числу которых относятся минеральные и органические кислоты, окислители, комплексообразователи и др. Несмотря на различное функциональное назначение, широкий ассортимент материалов для пленок, имеет место идентичность физико-химических процессов нанесения, формирования и удаления пленок, а также их взаимодействие с радиоактивными загрязнениями.

Сущность предлагаемого технического решения состоит в нормализации радиационной обстановки за счет многофункциональности композиции, которая одновременно позволяет решать задачи дезактивации, изоляции и локализации посредством варьирования качественного и количественного состава внутри одной композиции. При этом обеспечивается постоянство физико-химических и физико-механических показателей сформированного покрытия на весь период эксплуатации. Также следует отметить отсутствие при этом жидких радиоактивных отходов. Образующиеся твердые радиоактивные отходы компактно свертываются и подготавливаются к захоронению. Нанесение заявляемой композиции может быть осуществлено с помощью окрасочного оборудования, выпускаемого в РФ.

Указанный технический результат при использовании изобретения достигается тем, что композиция для нормализации радиационной обстановки, включающая пленкообразующее вещество на основе водного или водно-спиртового раствора поливинилового спирта (ПВС), или водно-спиртового раствора поливинилбутираля (ПВБ), или на основе органического раствора перхлорвиниловой смолы (ПХВ смолы), пластификатор и наполнитель, отличается тем, что в качестве пластификатора содержит индустриальное, или касторовое масло, или малорастворимый ингибитор коррозии, а в качестве наполнителя содержит диоксид титана и/или оксид свинца при следующих соотношениях компонентов, мас.%:

пленкообразующее вещество 5,0-18,0

пластификатор 0,5-1,0

наполнитель 0,5-1,0

растворитель остальное

При этом вышеуказанная композиция может дополнительно содержать оксид алюминия в количестве 0,5-2,0 мас.%; азотнокислый кобальт в количестве 0,2-0,5 мас.%; азотную или фосфорную кислоту в количестве 0,1-0,4 мас.%; сульфонол в количестве 0,1-0,3 мас.%; полиметилсилоксановую жидкость (ПМЖ) в количестве 0,1-0,4 мас.%; родамин 6Ж в количестве 0,01-0,05 мас.%; лимонную, или щавелевую или этилендиаминтетрауксусную кислоты (ЭДТА) в количестве 0,2-0,8 мас.%; глицерин в количестве 1,0-3,0 мас.%.

Признаки, приведенные в формуле изобретения, являются необходимыми и достаточными для достижения указанного технического результата, то есть являются существенными.

Проведенный заявителем анализ уровней техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленного изобретения, позволил установить, что заявителем не обнаружен аналог, характеризующийся признаками, идентичными всем существующим признакам заявленного изобретения. Наличие отличительных признаков по отношению к выбранному прототипу свидетельствует о соответствии заявленного технического решения критерию "новизна" по действующему законодательству.

Для проверки соответствия заявленного изобретения требованию изобретательского уровня заявитель провел дополнительный поиск известных решений с целью выявления совпадающих с отличительными от прототипа признаками заявленного изобретения, результаты которого показывают, что из известного уровня техники не выявлено решений, аналогичным образом решающих поставленную задачу.

Следовательно, заявленное техническое решение соответствует требованию "изобретательский уровень".

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения с получением вышеуказанного технического результата, поясняются примерами.

Перечень компонентов, используемых для приготовления предлагаемой композиции:

Поливиниловый спирт - ГОСТ 10779-78.

Поливинилбутираль - ГОСТ 9439-85.

Поливинилхлоридная смола в виде лака ХВ-784 - ГОСТ 7313-75 или эмали ХВ-124 ГОСТ 10144-89.

Индустриальное масло И-20А - ГОСТ 20799-88.

Касторовое масло - ГОСТ 6990-75.

Малорастворимые ингибиторы коррозии:

Присадка АКОР-1 - ГОСТ 15171-78, сламин ТУ 38401753-89, минкор-2 ТУ 38401753-89.

Диоксид титана ГОСТ 9808-84.

Оксид свинца ГОСТ 19151-73.

Оксид алюминия (Прокаль^ТМ) - ТУ 1711-040-00196368-98.

Азотнокислый кобальт ГОСТ 4528-78.

Азотная кислота - ГОСТ 4461-77.

Фосфорная кислота - ГОСТ 6562-80.

Сульфонол ТУ 6-01-1001-75.

Полиметилсилоксановая жидкость ПМС-100 ГОСТ 13032-77.

Краситель 6Ж ТУ 6-09-2463-82.

Лимонная кислота - ГОСТ 3652-69.

Щавелевая кислота - ГОСТ 22180-76.

Этилендиаминтетрауксусная кислота ТУ 6-09-2356-75.

Спирт этиловый технический - ГОСТ 17299-78.

Глицерин - ГОСТ 6259-96.

Органический раствор - в виде растворителя Р-4А ГОСТ 7827-74.

Предлагаемая композиция может быть нанесена на поверхности любой конфигурации из различных материалов (конструкционная сталь, коррозионностойкая сталь, сплавы, резина, пластикат, оргстекло, стекло, асфальт, бетон, поверхности, окрашенные масляными, алкидными, эпоксидными и другими лакокрасочными материалами и др.).

Приготовление и нанесение состава:

1. В водный или водно-спиртовой раствор ПВС, изготовленный на электрическом пищеварочном котле марки КПЭ-60-1 при температуре от 60°С до 80°С и охлажденный до 40°С, вводят последовательно при перемешивании компоненты согласно рецептуре (соответствует п.1 формулы изобретения с последующим добавлением компонентов из зависимых пунктов формулы изобретения).

2. В водно-спиртовой раствор ПВБ, изготовленный на электрическом пищеварочном котле марки КПЭ-60-1 при температуре от 60°С до 80°С и охлажденный до 40°С, вводят последовательно при перемешивании компоненты согласно рецептуре.

3. В раствор поливинилхлоридной смолы на основе органических растворителей, находящийся в электрическом пищеварочном котле марки КПЭ-60-1, вводят последовательно при перемешивании компоненты согласно рецептуре.

Приготовленную композицию наносят на поверхность всеми известными лакокрасочными методами.

Перед нанесением композиции проводят измерение уровня исходного радиоактивного загрязнения поверхности.

Количественные соотношения компонентов в композиции представлены в табл.1, 2, 3, где примеры №№1-24 - предлагаемая композиция.

Проведение работ по нормализации радиационной обстановки

Изготовленную композицию с рабочей вязкостью наносят на загрязненную поверхность методом пневмораспыления, а при необходимости - кистью или валиком. Сформировавшуюся пленку удаляют в случае дезактивационных работ. При локализации пленку удаляют исходя из технологических потребностей. При изоляции время эксплуатации пленки составляет 6 месяцев.

Определение дезактивирующей способности

Дезактивирующую способность определяют по ГОСТ Р 50773-95. Коэффициент дезактивации (К_д) рассчитывают по формуле:

,

где А_исх - исходная активность, А_ост - остаточная активность.

Определение изолирующей способности

Время защитного действия композиции определяют по ГОСТ Р 50773-95.

За время защитного действия покрытия принимают время, за которое радиоактивное вещество проникает через защитное покрытие на подложку.

Дезактивацию, изоляцию и локализацию металлических поверхностей производили по ГОСТ Р 50773-95.

Композиции наносили в один слой.

Замеряли исходную активность образцов, после дезактивации замеряли остаточную активность образцов.

При изоляции чистых поверхностей замеряли время защитного действия по срокам эксплуатации.

При локализации замеряли время защитного действия по срокам эксплуатации.

Результаты испытаний по определению специальных свойств композиции представлены в табл.4, 5, 6.

Определение физико-механических свойств

Физико-механические свойства покрытий, получаемых из композиций для нормализации радиационной обстановки, характеризуются пределом прочности при растяжении σ_р (прочность пленки при разрыве), МПа, определяемом по ГОСТ 14236-81, и твердостью пленки по маятниковому прибору σ_тв, определяемой по ГОСТ 5233-89. Качество снимаемости покрытий на основе предлагаемой композиции определялось по ГОСТ 27891-88. Результаты испытаний также представлены в табл.4, 5, 6.

Анализ результатов испытаний

Количество ПВС 5,0-18,0 мас.% является оптимальным. Уменьшение количества ПВС ниже 5,0 мас.% и увеличение свыше 18,0 мас.% приводит к ухудшению всего комплекса свойств, в частности к образованию очень тонких пленок и к образованию высоковязкой композиции, что приводит к технологическим затруднениям при ее нанесении, соответственно.

Введение в качестве пластификаторов индустриального масла, касторового масла или малорастворимого ингибитора коррозии: присадки АКОР-1, или Сламин, или Минкор-2 в количестве 0,5-1,0 мас.% обеспечивает необходимые и достаточные физико-механические свойства покрытия и легкий съем пленки с поверхности, а также придает консервационные свойства, предотвращает коррозию. Уменьшение количества пластификатора ниже 0,5 мас.% ведет к ухудшению физико-механических свойств пленки, в частности прочности при разрыве. Увеличение количества пластификатора выше 1,0 мас.% уменьшает твердость пленки ниже требуемой величины.

Композиции, включающие Сламин или Минкор-2, в табл.1 и 2 не отражены, так как характер их влияния на свойства покрытия точно такой же, как и присадки АКОР-1.

Введение наполнителей оксида титана и/или оксида свинца в количестве 3,0-5,0 мас.% также является оптимальным. Уменьшение количества наполнителя ниже 3,0 мас.% и увеличение свыше 5,0 мас.% ведет к ухудшению изолирующих свойств сформированного из композиции покрытия и технологичности при нанесении композиции соответственно. Аналогичная картина наблюдается при анализе количественных соотношений компонентов и их влияния на изменение свойств покрытий из композиций на основе ПВБ и ПХВ.

Введение азотнокислого кобальта в количестве 0,2-0,5 мас.%, азотной или фосфорной кислот в количестве 0,1-0,4 мас.%, лимонной или щавелевой, или этилендиаминтетрауксусной кислоты (ЭДТА) в количестве 0,2-0,8 мас.% по результатам табл.4, 5, 6 обеспечивает достаточно высокую степень очистки дезактивируемой поверхности (К_д при β- и α-активных загрязнениях возрастает при введении этих компонентов), а при изоляции и локализации время защитного действия составляет 5-8 месяцев (при введении этих компонентов время защитного действия также возрастает с 4 до 5-8 месяцев для различных полимерных основ). При значениях ниже указанных количеств компонентов резко ухудшаются дезактивирующие, изолирующие и локализирующие свойства покрытий и выше не ведут к дальнейшему повышению указанных свойств. Добавление в композицию компонента из вышеперечисленного набора компонентов преследует определенную цель, например, при введении азотнокислого кобальта без добавления кислот обеспечивает отсутствие окислительного воздействия на поверхность; минеральные кислоты вводятся для обработки ржавых поверхностей, а органические кислоты предпочтительны для поверхностей из нержавеющей стали; окрашенных алкидными, эпоксидными и др. красками.

Введение в предлагаемую композицию оксида алюминия улучшает технологичность приготовления, предотвращает комкование и облегчает нанесение композиции (укрывистость), а также придает композиции антипиреновые свойства в силу того, что при повышении температуры выше 100°С в сформированном из композиции покрытии происходит выделение 34% воды, находящейся до этого в связанном виде в оксиде алюминия. Количество оксида алюминия 0,5-2,0 мас.% в композиции является наиболее эффективным, а увеличение его количества свыше 2,0 мас.% не приводит к дальнейшему увеличению эффективности указанных свойств, а уменьшение его количества ниже 0,5 мас.% не улучшает технологичность приготовления и нанесения композиции.

Введение в предлагаемую композицию сульфонола в количестве 0,1-0,3 мас.% позволяет наносить ее на запыленные поверхности, со следами масел и других технологических загрязнений. Уменьшение количества сульфонола ниже 0,1 мас.% и увеличение свыше 0,3 мас.% не позволяет добиться эффективного смачивания поверхности при нанесении на поверхности со следами технологической грязи.

В процессе приготовления композиции для пеноподавления предпочтительно введение полиметилсилоксановой жидкости (ПМЖ) в количестве 0,1-0,4 мас.%, уменьшение количества ПМЖ ниже 0,1 мас.% и увеличение свыше 0,4 мас.% не приводит к появлению эффекта пеноподавления.

Для придания цвета, что удобно при некоторых видах работ, требующих индикации уже обработанных площадей, в композицию дополнительно вводят краситель родамин 6Ж в количестве 0,01-0,05 мас.%. Введение родамина 6Ж в этих количествах является оптимальным. Кроме того, при некотором соотношении радионуклидов осколочной группы родамин 6Ж увеличивает эффективность дезактивации. Введение родамина 6Ж в количествах ниже 0,01 мас.% и свыше 0,05 мас.% приводит к недостаточной интенсивности цвета и нецелесообразной интенсивности окраски соответственно.

В случае проведения работ при пониженных температурах допускается введение в композицию глицерина в количестве 1,0-3,0 мас.%. Уменьшение количества глицерина ниже 1,0 мас.% и увеличение свыше 3,0 мас.% не придает антифризные свойства и ведет к ухудшению физико-механических свойств покрытия соответственно.

Анализ табл.4, 5, 6 показывает, что композиции по примерам 1-24 обладают достаточно высокой степенью очистки дезактивируемой поверхности, а при изоляции время защитного действия составляет 5-8 месяцев. Прототип подобными качествами не обладает. Примеры, описанные выше как предлагаемые композиции, подтверждают, что использование компонентов в количествах, не соответствующих указанным в формуле изобретения, приводит к понижению времени защитного действия для покрытий на основе ПВБ и ПВС, к понижению дезактивирующей способности - для покрытий на основе ПХВ смолы, к снижению физико-механических свойств - для покрытий на основе ПВС, ПВБ и ПХВ смолы. Покрытия на основе предлагаемой композиции обладают прочностью и твердостью, необходимыми и достаточными для легкого удаления с поверхности, что подтверждается таким технологическим показателем, как качество снимаемости.

Покрытия на основе композиций, описанные в прототипе, не обеспечивают многофункциональность (дезактивирующую способность, изолирующую способность, локализирующую способность), а обладают только либо дезактивирующими свойствами, либо изолирующими свойствами, либо локализирующими свойствами.

Таким образом, при реализации предлагаемой композиции для нормализации радиационной обстановки обеспечивается высокая степень дезактивации, изоляции и локализации поверхностей от радиоактивных загрязнений одновременно, при этом поддерживается стабильность физико-механических показателей в течение всего времени эксплуатации.

Композиция предназначена для использования на объектах атомной техники (AT), обеспечивает снижение дозовых нагрузок на персонал и предотвращает несанкционированное распространение радиоактивных загрязнений, что было подтверждено при опробовании в реальных условиях объектов AT.

Следовательно, заявленное техническое решение направлено на решение поставленной задачи и при этом соответствует требованию "промышленная применимость" по действующему законодательству.

Изобретение относится к области защиты окружающей среды от радиоактивного загрязнения. Сущность изобретения: композиция для нормализации радиационной обстановки, включающая пленкообразующее вещество на основе водного или водно-спиртового раствора поливинилового спирта, или водно-спиртового раствора поливинилбутираля, или на основе органического раствора перхлорвиниловой смолы, пластификатор и наполнитель. В качестве пластификатора композиция содержит индустриальное, или касторовое масло, или малорастворимый ингибитор коррозии, а в качестве наполнителя содержит диоксид титана и/или оксид свинца. Композиция имеет следующее соотношение компонентов, мас.%: пленкообразующее вещество - 5,0-18,0; пластификатор - 0,5-1,0; наполнитель - 3,0-5,0; растворитель - остальное. Преимущества изобретения заключаются в том, что композиция является многофункциональной и обеспечивает постоянство физико-химических и физико-механических показателей сформированного покрытия. 8 з.п. ф-лы, 6 табл.

1. Композиция для нормализации радиационной обстановки, включающая пленкообразующее вещество на основе водного или водно-спиртового раствора поливинилового спирта, или водно-спиртового раствора поливинилбутираля, или на основе органического раствора перхлорвиниловой смолы, пластификатор и наполнитель, отличающаяся тем, что в качестве пластификатора содержит индустриальное или касторовое масло, или малорастворимый ингибитор коррозии, а в качестве наполнителя содержит диоксид титана и/или оксид свинца при следующих соотношениях компонентов, мас.%:

Пленкообразующее вещество 5,0-18,0

Пластификатор 0,5-1,0

Наполнитель 3,0-5,0

Растворитель Остальное