НЕОБРАСТАЮЩЕЕ ПОКРЫТИЕ Российский патент 2004 года по МПК C09D5/16 

Предлагаемое изобретение относится к области лакокрасочных покрытий, в частности к необрастающим покрытиям, пригодным для защиты от обрастания подводной части судов, устройств и конструкций, эксплуатирующихся в водной среде.

Известны лакокрасочные необрастающие покрытия, содержащие клеевую основу, обеспечивающую необходимые механические свойства покрытия и присадку, обеспечивающую угнетение жизнедеятельности обрастателей и подавление оседания их расселительных стадий.

В качестве аналога изобретения может быть рассмотрено лакокрасочное необрастающее покрытие, содержащее в качестве присадки различные яды (фунгициды и инсектициды), например КФ-751, ХВ-53, ХС-79, КР-24, ЯН-7А (Гуревич Е.С. и др. Защита от обрастания. М.: Наука, 1989).

Основными недостатками применения ядов в качестве присадки, обеспечивающей угнетение жизнедеятельности обрастателей и подавление оседания их расселительных стадий для необрастающего лакокрасочного покрытия являются:

- отрицательное влияние на окружающую водную среду и ее обитателей;

- ограниченный срок эффективного действия таких покрытий, который обычно не превышает 1,5-2 лет, что связано с необходимой для угнетения жизнедеятельности обрастателей высокой скорости выщелачивания яда из покрытия (до 1 г/(м²·^сут));

- увеличенная шероховатость подводной поверхности судов, а значит, повышенное сопротивление трения при значительном увеличении смоченной поверхности судна.

В качестве прототипа изобретения может быть рассмотрено лакокрасочное необрастающее покрытие (патент СССР №1819276 A3) на основе использования в качестве присадки наркотизирующего вещества (тетрациклина).

Указанное изобретение в первом приближении снимает как недостаток существенное отрицательное влияние необрастающего покрытия на окружающую водную среду и ее обитателей, однако недостатки известного технического решения, связанные с ограниченным сроком эффективного действия таких покрытий и увеличенной шероховатостью подводной поверхности судов, остаются.

Сущность предлагаемого изобретения (в отличие от решения, предлагаемого в прототипе) заключается в том, что в составе необрастающий лакокрасочных покрытий в качестве присадки, обеспечивающей необрастающие свойства, вместо различных ядов или наркотизирующих веществ предлагается использовать мелкодисперсный порошок β -активного радионуклида.

Положительный эффект предлагаемого изобретения, заключающийся в:

- увеличении срока службы покрытия в пределе до срока службы самого судна,

- снижении экологических последствий воздействия необрастающего покрытия на среду,

- обеспечении высокой гладкости покрытия на весь срок его службы, достигается тем, что подавление оседания расселительных стадий обрастателей обеспечивается не за счет применения различных ядов или наркотизирующих веществ, а за счет создания высоких мощностей доз радиации в непосредственной близости от покрытия.

На чертеже показан требуемый расход радионуклидов для покрытия судов (Научно-технический отчет по договору №26/97-ТВП, шифр "Изотоп", “Разработка рецептур, технологии производства и нанесения на поверхность изделий необрастающих покрытий на основе изотопов радиоактивных элементов”. НПЦ ТВП, Тверь, 1997 г.).

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения

1. Обеспечение отсутствия каких-либо генетических и соматических последствий для общей массы гидробионтов и отрицательного воздействия на окружающую среду.

С одной стороны это достигается гарантированным прерыванием жизненных функций обрастателей (осевших гидробионтов) за счет создания высоких мощностей доз радиации в непосредственной близости от покрытия (d=0,01-0,5 мм), обеспечивающих лучевой ожог и отмирание обрастателей за счет радиационного воздействия и прерывание, таким образом, процесса обрастания (получение расселительными стадиями обрастателей за время активного закрепления на подводной поверхности абсолютно смертельной дозы 100-200 Зв).

С другой стороны - это достигается невозможностью для неосевших гидробионтов накопления даже безопасной пороговой дозы 50 мЗв (см. Голубев Б.П. Дозиметрия и защита от ионизирующих излучений. 4-е изд. М.: Энергоатомиздат, 1986 и Алексахин Р.М. Ядерная энергия и биосфера. М.: Энергоиздат, 1982), не вызывающей неблагоприятных соматических и генетических изменений, реально регистрируемых с помощью современных методов исследования.

Покрытие должно обладать достаточным сроком службы желательно на все время эксплуатации судна или сооружения или на период между капитальными ремонтами, а также обеспечивать радиационную безопасность обслуживающего персонала судов и минимизацию экологических последствий для окружающей среды при утере (осыпании) части покрытия вследствие аварийных ситуаций.

Перечисленные требования определяют целесообразность использования определенного типа радиационного излучения и его энергии, определяющих весьма малый (сотые и десятые доли мм) пробег ионизирующих частиц в воде и минимально необходимый для обеспечения заданного срока службы покрытия период полураспада используемого радионуклида с целью его быстрого самораспада при аварийном попадании в окружающую среду и минимально необходимую энергию ионизирующих частиц для снижения (в пределах уровня естественного фона) возникающего тормозного γ -излучения в корпусах судов, изготовляемых из плотных материалов (менее 500 кэВ для стали).

При удовлетворении всех вышеизложенных требований по эффективности и безопасности применения покрытия могут быть использованы следующие радионуклиды, серийно выпускаемые отечественной радиохимической промышленностью в металлическом виде, в виде перекиси и в виде растворов солей путем переработки отходов ядерных электростанций (Гусев Н.Г., Рубцов П.М., Коваленко В.В., Колобашкин В.М. Радиационные характеристики продуктов деления. М.: Атомиздат, 1974. 157 с.):

2. Основа для предлагаемого лакокрасочного покрытия

Для обеспечения долговременной (несколько лет) работы в условиях уровня мощности доз в пределах 30-100 Р/час наиболее целесообразный выбор клеевой основы может быть сделан из ограниченного ряда кремнийорганических композиций, стойких к воздействию мощного ионизирующего излучения (до уровня 400-1000 Р/час).

Необходимыми свойствами обладают клеи ОК-72Ф, ВК-23, ВК-28, ВК-48 и краски ОС-52-02, ОС-81-56, ОС-84-03, ОС-91-09, ОС-92-10, ОС-92-11, ОС-92-12, ОС-92-15, ОС-92-18, ОС-92-(19-24) (Соболевский М.В., Музовская О.А., Попелева Г.С. Свойства и применения кремнийорганических продуктов. М., Химия, 1975, Гусев Н.Г., Машкович В.П., Суворов А.П. Защита от ионизирующих излучений. Под ред. Н.Г. Гусева. Т.1: Физические основы защиты. М.: Атомиздат, 1980; Т.2: Защита от излучений ядерно-технических установок. Энергоатомиздат, 1983).

3. Результаты экспериментальных исследований

Способность подавления обрастательной деятельности подводной флоры и фауны для необрастающей композиции исследовалась авторами в рамках отчета о составной части научно-исследовательской работы “Разработка новых композиционных материалов” (Кн.2: Анализ степени воздействия ионизирующих излучений различного спектрального состава на жизнеспособность подводной флоры и фауны. Ч.3: Экспериментальные исследования степени воздействия ионизирующих излучений на подводную микрофлору, ТГТУ, Тверь, 1999), исходя из определения минимальных подавляющих концентраций β -активной соли радионуклида в составе композиции посредством градиентных испытаний.

Для испытаний в соответствии с (Гуревич Е.С. и др. Защита от обрастания. М.: Наука, 1989) были подготовлены стальные пластины 300× 100× 1 мм. Пластины прошли стандартную антикоррозийную подготовку ортофосфорной кислотой и были покрыты грунтовым покрытием ГФ-020. После отверждения грунтового покрытия пластины покрывались радиоактивным лакокрасочным покрытием.

В целях облегчения процесса утилизации радиоактивных материалов в качестве присадки для покрытия использовался β -активный изотоп ¹⁴⁷Рm в виде соли PmSO₄ с периодом полураспада 2.62 года. Средняя энергия спектра β -излучения этого радионуклида на 1 распад ядра Еβ составляет 62 (кэВ/расп.) при длине свободного пробега β -электронов в воде ~0,06 мм (Гусев Н.Г., Рубцов П.М., Коваленко В.В., Колобашкин В.М. Радиационные характеристики продуктов деления. М.: Атомиздат, 1974).

Концентрация соли в составе композиции варьировалась в пределах 5· 10^-3-10^-4 маc.ч. с целью достижения на поверхности композиции уровней мощности дозы 3, 10, 30 и 100 Р/час (Максимов М.Т. и Оджагов Г.О. Радиоактивные загрязнения и их измерение. М.: Энергоатомиздат, 1989).

В целях получения статистически устойчивого результата для каждого варианта концентрации соли β -активного радионуклида изготовлялись 10 препаратов.

Пластины размещались в условиях морского стенда на глубине 1,5 м с 9 июня по 27 сентября 1999 г. Для оценки степени обрастания рядом с пластинами, покрытыми необрастающим покрытием, размещались контрольные пластины без покрытия.

Пластины с нанесенными покрытиями извлекались периодически, через равные промежутки времени (две недели), одновременно с экспериментальными пластинами снимали и контрольные к ним.

Степень обрастания на покрытиях оценивалась по принятой в России пятибалльной шкале процентного обрастания. Кроме того, на покрытиях оценивали качественный состав макро- и микрообрастателей.

Проведенные испытания показали способность составов предлагаемого необрастающего покрытия подавить деятельность наиболее распространенных организмов обрастателей.

Установлена минимальная подавляющая концентрация 10^-4 маc.ч. (мощность дозы β -излучения на поверхности покрытия не менее 30 Р/час.) β -активной соли радионуклида в составе покрытия.

При мощности дозы менее 10 Р/час (накопленная за 1 неделю эквивалентная доза 15-18 Зв) выявлено сохранение жизнеспособности отдельных особей трубчатых червей и устриц.

При мощности дозы менее 3 Р/час (накопленная за 1 неделю эквивалентная доза 4,7-5,4 Зв) выявлено сохранение жизнеспособности также различных моллюсков (Balanus, Serpulids, Bryozoa, Entere-morphd), устриц (Bryozoana), гидроидов, трубных червей, амфиподов. На поверхности пластин выявлены колонии бактерий Pseudomonas aeruginosa, Aerobucter aerogenes и грибов Pullularia pullulans, Penicillium crustosum, Aspergillus niger.

Изобретение относится к области лакокрасочной промышленности, в частности к необрастающим покрытиям, пригодным для защиты от обрастания подводной части судов, устройств и конструкций, эксплуатирующихся в водной среде. Покрытие выполнено из состава, содержащего клеевую композицию и присадку – мелкодисперсный порошок β-активного радионуклида в количестве 10^-2–10^-4 мас.ч. Технической задачей изобретения является увеличение срока службы покрытия в пределе до срока службы самого судна,^{снижение экологических последствий воздействия покрытия на среду, обеспечение высокой гладкости покрытия на весь срок его службы. 1 ил., 1 табл.}

Необрастающее покрытие для защиты от обрастания подводной части судов, устройств и конструкций, эксплуатирующихся в водной среде, выполненное из состава, содержащего клеевую композицию и присадку, отличающееся тем, что состав содержит в качестве присадки мелкодисперсный порошок β-активного радионуклида в количестве 10^-2-10^-4 мас. ч.