Полимерная композиция для биологической защиты от нейтронного излучения

Изобретение относится к области защиты от ионизирующего излучения. Сущность изобретения: полимерная композиция для биологической защиты от нейтронного излучения включает олефиновый полимер, представляющий собой полипропилен, и борсодержащий материал. Полимерная композиция в качестве борсодержащего материала содержит частицы полиборида магния размером до 400 мкм при следующем соотношении компонентов, мас.%: полиборид магния - 16-18; полипропилен - остальное. Преимущества изобретения заключаются в повышении защитных свойств материала и улучшении его механических характеристик. 1 з.п. ф-лы, 1 табл.

 

Изобретение относится к полимерным композициям на основе борсодержащих материалов и олефиновых полимеров, в частности полиборида магния и полипропилена, которые могут применяться для изготовления конструкционных изделий для биологической защиты от нейтронного излучения.

Одним из основных требований, которым должны соответствовать полимерные композиции, предназначенные для изготовления конструкционных изделий для биологической защиты от нейтронных излучений, кроме защиты обслуживающего персонала от потока нейтронов, является обеспечение достаточно высокой механической прочности изделий из этих композиций.

Известна композиция для защиты от естественного радиационного фона на основе серы (связующего) и минеральных наполнителей (тонкомолотый наполнитель фракции 0,14 мм, песок фракции 0,14-5 мм, щебень фракции 5-20 мм) (Патент РФ № 2153714 Кл МПК⁷ G 21 F 1/10, С 04 В 28/36).

Также известен строительный полимер - раствор для защиты от радиации, содержащий эпоксидную смолу ЭД-16, полиэтиленполиамин (связующее), минеральное масло типа АС-8 (пластификатор), отход производства оптического стекла заданного гранулометрического состава (Патент РФ № 2142439 Кл МПК⁶ G 21 F 1/10, C 04 B 26/14).

Известен пастообразный материал для защиты от радиоактивных, излучений на основе пластичной синтетической массы (каучука различных марок), наполнителя, в том числе бора или его соединений, пластификатора, поверхностно-активного вещества (Патент РФ № 2111558 Кл МПК⁶ G 21 F 1/10).

Известен материал, защищающий от проникновения излучения, содержащий резиновую основу и порошкообразный наполнитель с определенным гранулометрическим составом, обеспечивающим максимальную упаковку частиц наполнителя в единице объема (Патент РФ № 2111559 Кл МПК⁶ G 21 F 1/10).

Известен эластичный защитный материал от нейтронного излучения, включающий каучук различных марок и наполнитель (фтористый литий 6), фторопласт 4 и ионол (Патент РФ № 2069904 Кл МПК⁶ G 21 F 1/10).

Также известен материал биозащиты от нейтронов на основе полиэтилена (связующее), аморфного бора, гидроокиси алюминия, бромсодержащего ароматического соединения (наполнителя), поливинилового спирта, малеинового ангидрида (Патент РФ № 2008730 Кл МПК⁵ G 21 F 1/10).

Известна полимерная композиция, содержащая нитрид бора и олефиновые полимеры (полипропилен или полиэтилен) в соотношении 22:78 мас.ч. соответственно (Патент № 2148062 Кл МПК⁷ С 08 К 3/38, C 08 L 23/00, C 08 J 3/22, В 29 В 7/74).

Недостатком указанных полимерных композиций является их невысокая механическая прочность.

Композиции на основе серы и эпоксидных смол достаточно хрупки, имеют относительно невысокую механическую прочность. Композиции на основе эластичных полимерных материалов (резиновые смеси, каучуки) непригодны для изготовления конструкционных деталей ввиду их высокой эластичности, способности деформироваться при приложении незначительной нагрузки.

Сравнительно высокой механической прочностью обладают композиции на основе олефинов (полиэтилена, полипропилена). Однако для некоторых конструкционных деталей биологической защиты от нейтронных излучений необходимы композиции с более высокими механическими характеристиками.

Ближайшим по технической сущности к заявляемому техническому решению является полимерная композиция, содержащая нитрид бора и олефиновые полимеры (полиэтилен или полипропилен) (Патент РФ № 2148062).

Задача заявленного технического решения - разработка полимерной композиции для биологической защиты от нейтронного излучения на основе борсодержащих материалов и олефиновых полимеров, в частности полиборида магния и полипропилена, которые могут применяться для изготовления конструкционных изделий с достаточно высокими механическими характеристиками.

Поставленная задача решается использованием борсодержащего материала и олефинового полимера, в частности полипропилена и полиборида магния с размером частиц до 400 мкм при следующем соотношении компонентов, мас.%:

- полиборид магния	16-18
- полипропилен	остальное

Причем содержание частиц полиборида магния размером меньше 60 мкм составляет не более 8 мас.% от общей массы полиборида магния.

Известно, что наполнители неорганической природы, к которым относится полиборид магния, при добавлении их в полимерную матрицу увеличивают механические характеристики композиции (В.Е.Гуль "Структура и прочность полимеров". - М.: Химия, 1971). Увеличение механических характеристик композиции на основе полимерной матрицы зависит не только от количества вводимого наполнителя, но и от размера частиц последнего ("Промышленные полимерные композиционные материалы". Под редакцией М.Ричардсона. М.: Химия, 1980 г.).

Известно, что чем меньше размер частиц наполнителя, тем больше удельная поверхность последнего, тем больше необходимо полимера для капсулирования частиц наполнителя и обеспечения требуемой механической прочности изделий из этой композиции.

Нитрид бора в составе композиции-прототипа имеет размер частиц 0,5÷2 мкм, соизмеримые с размером макромолекул (сферолитов) полимера, ответственных за образование кристаллитов в полимере (А.А.Тагер. Физико-химия полимеров.- М.: Химия, 1968).

Кристаллиты как форма надмолекулярных структур ответственные за механическую прочность олефиновых полимеров. В случае соизмеримости размера частиц наполнителя с размером кристаллитов (сферолитов) полимеров значительного влияния наполнителя на механические свойства полимера не проявляется (до определенной степени наполнения).

Применение полиборида магния с размером частиц до 400 мкм, причем количество частиц с размером меньше 60 мкм должно быть не более 8 мас.%, в качестве наполнителя полимерной композиции на основе олефиновых полимеров, в частности полипропилена, позволяет увеличить прочность конструкционных изделий для биологической защиты от нейтронных излучений.

Полиборид магния с размером частиц до 400 мкм способствует увеличению механической прочности конструкционных изделий из полимерной композиции. Содержание частиц полиборида магния с размером меньше 60 мкм в количестве не более 8 мас.% от общей массы полиборида магния способствует равномерному распределению полиборида магния в объеме полимерной композиции без существенного влияния на механические характеристики конструкционных изделий из предлагаемой полимерной композиции.

Известно, что твердый наполнитель, размеры частиц которого больше надмолекулярных образований полимера, часто играют роль адсорбента, на поверхности которого адсорбируются молекулы полимера. При этом образуются высокоориентированные адсорбционные слои, способствующие повышению механической прочности полимерного материала.

Ниже приведены примеры, иллюстрирующие предлагаемое изобретение (см. таблицу).

Полимерную композицию на основе порошкообразных полиборида магния по ТУ 113-72-11102 и полипропилена марки 21030 получают по известным режимам смешения порошкообразных компонентов в соотношении

- полиборид магния	16-18 мас.ч.
- полипропилен	остальное

Образцы для испытаний изготавливают методом прессования по известным режимам.

Количественное соотношение и размеры частиц полиборида магния и свойства, проверенные на образцах, указаны в таблице.

Из соотношения примеров в таблице видно, что механическая прочность образцов, изготовленных из полимерной композиции с предлагаемым диапазоном размеров частиц полиборида магния, выше таковых образцов, изготовленных из композиции-прототипа с таким же соотношением компонентов, в 1,4 раза. Увеличение механической прочности конструкционных изделий из полимерной композиции с предлагаемым диапазоном размеров частиц полиборида магния в сочетании с достаточными защитными параметрами от нейтронного излучения способствует повышению надежности этих конструкционных изделий в сравнении с последними, изготовленными из полимерной композиции-прототипа.

Использование полиборида магния с размером частиц меньше 60 мкм приводит к снижению прочности до значений прочности композиции-прототипа. Увеличение размера частиц полиборида магния выше 400 мкм также приводит к снижению прочности до значений прочности композиции-прототипа. Возможной причиной понижения прочности изделий, изготовленных из полимерной композиции на основе полиборида магния с размером частиц более 400 мкм, является в соответствии с теорией Гриффитса увеличение вероятности возникновения микротрещин, обусловленных движением дислокаций в объеме крупных частиц твердого наполнителя.

Использование предлагаемой полимерной композиции, получаемой на стандартном оборудовании по известным режимам, позволит получить с высокой механической прочностью конструкционные изделия для биологической защиты от нейтронного излучения.

1. Полимерная композиция для биологической защиты от нейтронного излучения, включающая олефиновый полимер, представляющий собой полипропилен, и борсодержащий материал, отличающаяся тем, что полимерная композиция в качестве борсодержащего материала содержит частицы полиборида магния размером до 400 мкм, при следующем соотношении компонентов, мас.%: полиборид магния 16-18, полипропилен остальное.

2. Полимерная композиция по п.1, отличающаяся тем, что содержание частиц полиборида магния размером меньше 60 мкм составляет не более 8 мас.% от общей массы полиборида магния.