ПОЛИМЕРНАЯ КОМПОЗИЦИЯ ДЛЯ ФИКСАЦИИ РАДИОНУКЛИДОВ Российский патент 2008 года по МПК C08L63/02 G21F9/28 C09K3/10 

Изобретение относится к полимерным композициям, применяемым в ядерной технике, а именно для фиксации радионуклидов, в том числе ¹³³Ва, ¹³⁴Eu и ³⁶Cl, с целью недопущения их выхода в окружающую среду с последующим ее заражением.

Композиции указанного назначения используются в качестве матрицы для включения в нее твердых радиоактивных отходов с последующим отверждением последней. При этом полимерные композиции должны обладать высокой стойкостью к выщелачиванию радионуклидов и высокой стойкостью к ионизирующему излучению.

Кроме того, они должны обладать высокой стойкостью к ударным и тепловым нагрузкам и другими свойствами, обеспечивающими надежный на протяжении длительного времени экологический барьер, препятствующий заражению окружающей среды.

Известна полимерная композиция (а.с. СССР №363727, МПК C08G 45/06, 1973 г.), содержащая в мас.ч.:

эпоксидная диановая смола100фурфурол14-20графит90-100полиэтиленполиамин18-19ацетон10-25

Основными недостатками представленного аналога являются: низкая радиационная стойкость, пористость в отвержденном состоянии, приводящая к высокой скорости выщелачивания радионуклидов, а также низкая стойкость к ударным нагрузкам.

Наиболее близкой по совокупности существенных признаков к изобретению является полимерная композиция для фиксации радионуклидов (патент РФ №2167174, МПК C08L 63/02, 2001 г.), содержащая эпоксидную диановую смолу, фурановый разбавитель, азотсодержащий отвердитель, при необходимости наполнитель при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:

эпоксидная диановая смола100фурановый разбавитель (фурфурол)100азотсодержащий отвердитель (полиэтиленполиамин)15-40наполнитель0-380

Недостатки прототипа заключаются в следующем.

Известная композиция обладает невысокой стойкостью к выщелачиванию таких радионуклидов, как ¹³³Ва, ¹³⁴Eu и ³⁶Cl, низкой степенью радиохимического выхода при 10⁴ Мрад, а также низкой стойкостью к ударным и изгибающим нагрузкам.

Задачей изобретения является создание полимерной композиции для фиксации радионуклидов, в том числе ¹³³Ва, ¹³⁴Eu и ³⁶Cl, обладающей высокой стойкостью к их выщелачиванию, а также радиационной стойкостью и стойкостью к ударным и изгибающим нагрузкам.

Указанная задача решается тем, что полимерная композиция для фиксации радионуклидов, в том числе ¹³³Ва, ¹³⁴Eu и ³⁶Cl, содержащая эпоксидную диановую смолу, фурановый разбавитель, азотсодержащий отвердитель и при необходимости наполнитель, дополнительно содержит фосфорнокислый алюминий и ортофосфорную кислоту при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:

эпоксидная диановая смола100фурановый разбавитель100-150азотсодержащий отвердитель10-65фосфорнокислый алюминий20-70ортофосфорная кислота4,0-12наполнитель0-400

В качестве эпоксидной диановой смолы используют ЭД-20 или ЭД -22 (ГОСТ 10587-84). В качестве фуранового разбавителя могут быть использованы: фурфурол, фурфуроловый спирт, мономер ФАМ (продукт реакции конденсации фурфурола и ацетона при молярном соотношении 1,5:1; плотность, г/см³ - 1,137, вязкость, с - 24, рН 4,65; ТУ 5902.039.07-79), фурановый мономер-разбавитель 4ФА (молярное соотношение фурфурола и ацетона 4:1), мономер ФА (молярное соотношение фурфурола и ацетона 1:1). В качестве отвердителя могут быть использованы полиэтиленполиамин, гексаметилендиамин, низкомолекулярная смола Л-20 (полиамидная смола) как отдельно, так и их смеси.

В качестве наполнителя используют минеральные соединения, такие как бентонит, цемент, углерод, шунгит, маршалит, окись титана и др., а также порошки металлов (бронза, медь, вольфрам, сталь и др.), а также активированные окислы алюминия, кремния и др.

Целевыми добавками могут быть соединения бора, кадмия и другие соединения.

В таблице №1 представлены примеры композиции (составы 1-4), а в таблице №2 приведены основные свойства предлагаемой композиции и известной полимерной композиции, принятой за прототип (патент РФ №2167174).

Составы приготавливают следующим образом.

В смеситель с включенной мешалкой последовательно подается фурановый разбавитель, далее медленно подается эпоксидная диановая смола. Время смешения компонентов составляет 4-5 минут. Затем подается наполнитель. Смешение осуществляют в течение 2-3 мин. При этом мешалка работает непрерывно. Затем подается фосфорнокислый алюминий с ортофосфорной кислотой. Время смешения составляет 2-3 мин. В последнюю очередь очень медленно в смеситель загружается азотсодержащий отвердитель. Общее время смешения составляет 12-13 мин. Число оборотов мешалки 60-90 об/мин.

По сравнению с известной полимерной композицией (патент РФ №2167174) предлагаемая композиция имеет значительные преимущества. Так, стойкость к ударным нагрузкам предлагаемой композиции в 2,5-3,0 раза превышают эти показатели, чем у прототипа, что очень важно при транспортировке объектов и их помещении в шахты кратковременного хранения или длительного контролируемого захоронения.

Скорость выщелачивания радионуклидов при повышенных температурах предлагаемой композиции значительно меньше, чем у прототипа.

Кроме того, предлагаемая композиция обладает высокой адгезией к бетону (отрыв по бетону) и металлам, а также пожаростойкостью, превышающей таковую у прототипа.

Таблица 1КОМПОНЕНТЫсостав1234Количество, мас.ч.Эпоксидная диановая смола ЭД-20 или ЭД-22 (ГОСТ 10587-84)100100100100Фурановый разбавитель (фурфурол)100120150150Азотсодержащий отвердитель (полиэтиленполиамин)10151515Азотсодержащий отвердитель (гексаметилендиамин)--1010Азотсодержащий отвердитель (низкомолекулярная смола Л-20) 304040Фосфорнокислый алюминий20207070Ортофосфорная кислота4101212НаполнительШунгит  400 Маршалит и бетонит в соотношении 4:1 250  Смесь активированных окислов алюминия, цинка и кремния в соотношении 1:1:1   300

Таблица 2ПОЛИМЕРНАЯ КОМПОЗИЦИЯПоказательИзвестная композиция
(патент РФ 2167174)Предлагаемая композиция1234Скорость выщелачивания при 40±5°С, г/(см²·сутки)     Ва-1334,5·10^-48,7·10^-56,8·10^-53,8·10^-54,3·10^-5Eu-1340,8·10^-49,3·10^-67,4·10^-65,1·10^-66,1·10^-6Cl-1364·10^-52,0·10^-51,7·10^-50,8·10^-51,8·10^-5Средний радиохимический выход при 10⁴ Мрад и
температуре 45±5°С, см³/град1,5·10^-61,2·10^-83,7·10^-91,8·10^-92,1·10^-9Предел прочности при сжатии, МПа90,070-8070-8070-8080-85Предел прочности при изгибе, МПа12,045-5045-5040-5045,8Удельная ударная вязкость, кгс·см/см²4,811,310,813,115,3

Изобретение относится к полимерной композиции для фиксации радионуклидов, в том числе ¹³³Ва, ¹³⁴Eu и ³⁶Cl, которая может быть использована в ядерной технике с целью недопущения их выхода в окружающую среду с последующим ее заражением. Композиция содержит следующее соотношение компонентов, в мас.ч.: 100 эпоксидной диановой смолы, 100-150 фуранового разбавителя, 10-65 азотсодержащего отвердителя, 20-70 фосфорнокислого алюминия, 4-12 ортофосфорной кислоты, 0-400 наполнителя. Изобретение позволяет повысить стойкость к выщелачиванию радионуклидов, степень радиохимического выхода при 10⁴ Мрад и стойкость к ударным и изгибающим нагрузкам. 2 табл.

Полимерная композиция для фиксации радионуклидов, в том числе ¹³³Ва, ¹³⁴Eu и ³⁶Cl, содержащая эпоксидную диановую смолу, фурановый разбавитель, азотсодержащий отвердитель и при необходимости наполнитель, отличающаяся тем, что композиция дополнительно содержит фосфорно-кислый алюминий и ортофосфорную кислоту при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:

эпоксидная диановая смола100фурановый разбавитель100-150азотсодержащий отвердитель10-65фосфорно-кислый алюминий20-70ортофосфорная кислота4,0-12наполнитель0-400