Композиция для нейтронной защиты на основе полидиметилсилоксана


 


Владельцы патента RU 2451704:

Федеральное государственное унитарное предприятие "Ордена Ленина и ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательский институт синтетического каучука имени академика С.В. Лебедева" (RU)

Изобретение относится к области разработки материалов, обладающих нейтронопоглощающими свойствами, и может быть использовано в качестве защитного слоя при изготовлении транспортно-упаковочных конструкций (ТУК) для транспортировки и хранения отработанного ядерного топлива, а также для биологической защиты от других случаев нейтронных излучений. Заливочная композиция содержит полидиметилсилоксан с концевыми гидроксильными группами, низкомолекулярный полидиметилсилоксан с концевыми триметилсилильными группами, соединение бора, этилсиликат, оловоорганический катализатор отверждения. Технический результат - получение композиции, обладающей повышенной текучестью при нормальных условиях, способной использоваться в качестве защитного слоя ТУК и повышенной термостабильностью (длительно работоспособна при температуре до 220°С). 1 табл.

 

Изобретение относится к области разработки материалов, обладающих нейтронопоглощающими свойствами, и может быть использовано, например, в качестве защитного слоя при изготовлении транспортно-упаковочных конструкций (ТУК) для транспортировки или хранения отработанного ядерного топлива, а также для биологической защиты от других случаев нейтронных излучений.

Известна композиция, используемая для изготовления нейтронопоглощающих изделий, состоящая из полимерной основы - полиэтилена с молекулярной массой по данным вискозиметрических измерений 2,5·106÷1,0·107 г/моль, и бора или

борсодержащих соединений (борной кислоты, нитрида бора, карбида бора или их смеси). Наиболее предпочтительно использовать тонкодисперсный карбид бора, что препятствует расслоению компонентов в процессе отработки. Содержание карбида бора в смеси с полиэтиленом составляет 5-50% масс, наиболее предпочтительно 20-30% масс. Используемый полиэтилен не должен содержать примесей. Для повышения его стабильности к свету, теплу и окислению в состав композиции вводят стабилизатор в количестве 0,1÷0,2% масс. В качестве стабилизатора могут быть использованы, например, 4,4'-тио бис-(3-метил-6-третбутил-1-фенол), дилаурил-тиопропионат и др.

Нейтронопоглощающий материал получают путем гомогенного смешения исходных компонентов в соответствующем смесителе с последующим нагреванием смеси при температуре 180-250°С под давлением 10-15 МПа и последующим охлаждением также под давлением 3-5 МПа (пат. США 5221646, С03С 4/08, приор. 22.06.93).

В связи с тем, что такая композиция способна приобретать текучесть, она может быть технологически приемлемыми способами помещена в полости ТУК в качестве нейтронозащитного слоя.

Недостатком композиции является невысокая термостойкость и относительно низкая термоокислительная стабильность, не позволяющая длительно использовать ее при температурах 150-200°С даже в присутствии предлагаемых в патенте стабилизаторов. По известным данным изделия на основе полиэтилена при контакте с металлом не работоспособны при температуре выше 70°С (Справочник "Электрические кабели, провода и шнуры" Белоруссов Н.И., Саакян А.Е., Яковлева А.М., Энергоатомиздат, 1988 г.), в то время как стенки ТУК, всегда изготавливают из металла.

Наиболее близким аналогом является нейтронопоглощающая композиция, состоящая из полимерной основы - полидиметилсилоксана с концевыми гидроксильными группами, обладающая удовлетворительной термостабильностью и способная использоваться в качестве защитного слоя в ТУК.

В состав композиции входит кроме полимерной основы, борсодержащее соединение, низкомолекулярный полидиэтилсилоксан, этилсиликат и оловоорганический катализатор отвердения при следующем соотношении ингредиентов, мас.ч:

Полимер 100
Полидиэтилсилоксан 8-12
Соединение бора 4-30
Этилсиликат 0,1-0,2
Катализатор 0,5-1,0

В качестве основы композиции используют диметилсилоксановые каучуки типа СКТН (ГОСТ 13635-73). В качестве соединения бора могут быть использованы, например, борная кислота, нитрид бора (ТУ 2036-1045-88).

В качестве оловоорганических катализаторов отверждения могут быть использованы, например, дибутилолово каприлат, дибутилолово лауринат, октоат олова и др. Наиболее предпочтителен октоат олова; из-за наиболее низкой токсичности.

В качестве низкомолекулярного полидиэтилсилоксана используют, например, полидиэтилсилоксановую жидкость марки ПЭС-5 (пат.РФ 2373587 С1 от 18.06.2008 г.).

Однако данная композиция обладает недостаточно высокой термостойкостью. Срок ее использования при 200°С ограничен 25 сутками. Следует также отметить, что процесс получения используемого в композиции олигомера полидиэтилсилоксана (ПЭС-5) носит многостадийный характер, что определяет высокую его стоимость, влияющую на стоимость композиции в целом. Кроме того такая композиция вследствие относительно высокой вязкости ПЭС-5 (200-500 мм2/с) может быть загружена в емкость ТУК только с помощью насоса, что усложняет процесс ее использования по вышеуказанному назначению.

Задачей предлагаемого технического решения является разработка заливочной композиции на основе полидиметилсилоксана для нейтронной защиты, способной использоваться в качестве защитного слоя ТУК и обладающей повышенной термостабильностью и повышенной текучестью при нормальных условиях.

Поставленная задача достигается тем, что композиция для нейтронной защиты на основе полидиметилсилоксана с концевым гидроксильными группами, включающая соединение бора, этилсиликат, оловоорганический катализатор отверждения и низкомолекулярный полидиалкилсилоксан, в качестве низкомолекулярного полидиалкилсилоксана содержит полидиметилсилоксан с концевыми триметилсилильными группами при следующем соотношении компонентов, мас.ч:

полидиметилсилоксан с концевым
гидроксильными группами 100
полидиметилсилоксан с концевыми
триметилсилильными группами 6-14
соединение бора 3-30
этилсиликат 0,1-0,2
катализатор 0,5-1,0

В качестве соединения бора могут быть использованы, например, борная кислота, нитрид бора (ТУ 2036-1045-88).

В качестве основы композиции используют полидиметилсилоксан, типа СКТН (ГОСТ 13835-73).

В качестве оловоорганических катализаторов отверждения могут быть использованы, например, дибутилолово каприлат, дибутилолово лауринат, октоат олова и др. Наиболее предпочтителен октоат олова, как наименее токсичный.

В качестве низкомолекулярного полидиметилсилоксана с концевыми триметилсилильными группами используют, например, полидиметилсилоксановую жидкость марки ПМС-5, ПМС-10.

Предполагаемую композицию готовят следующим образом: В аппарате, снабженном мешалкой, сначала смешивают диметилсилоксановый полимер и низкомолекулярный полидиметилсилоксан в течение 0,5-2,0 часа, затем вводят борсодержащее соединение, этилсиликат и оловоорганический катализатор. Далее, смесь гомогенизируется в роторно-пульсационном аппарате (РПА) и после двукратного пропуска через РПА самотеком подается в защитную полость ТУКа.

Примеры, иллюстрирующие предлагаемое техническое решение с описанием состава и свойств композиции для удобства рассмотрения сведены в таблицу.

Состав и свойства предлагаемых композиций по примерам 1-7
Композиция № примеров
1 2 3 4 5 6 7
Состав, % СКТН, ММ=100000 100 100
СКТН, ММ=90000 100 100 100 100
СКТН, ММ=70000 100
ПМС-5 6 14 8 10 6 6
ПМС-10 8
нитрид бора 3 30 6 3 5 3
борная кислота 5
этилсиликат 0,2 0,2 0,2 0,2 0,1 0,2 0,2
октоат олова 1,0 1,0 1,0 0,8 0,5 1,0
дибутилолово каприлат 1,0
Свойство Жизнеспособность, час 16 11 8 16 18 12 16
Вязкость динамическая, м·Па·104 1,8 1,4 1,2 1,8 1,5 1,6 2,0

Возможность длительного использования композиции при воздействии температур до 220°C определена по методу прогнозирования изменения свойств при термическом старении в соответствии с ГОСТ 9.713-86. Так как в процессе эксплуатации композиция в отвержденном состоянии находится внутри герметичной оболочки ТУКа, что может сопровождаться деструктивными изменениями полимера, то в качестве характерного показателя старения выбрано изменение во времени показателя условной твердости при температурах 180, 200 и 220°C.

Полученные результаты испытаний в течение длительной выдержки (40 суток) образцов вулканизатов показали, что твердость образцов практически не претерпела изменений, что в свою очередь позволило экстраполировать работоспособность композиции до 50 лет при температуре 200-220°C.

При облучении вышеуказанных композиций потоком нейтронов до флюэнса 4·1014 нейтронов/см2 и гамма-излучением до поглощенной дозы 1 МГр материал сохраняет свои свойства неизменными.

Таким образом, предлагаемая композиция обладает хорошей текучестью при нормальных условиях и легко может быть залита в полости ТУКа. Композиция обладает хорошей термостабильностыо, работоспособна длительно при температуре до 220°C и способна использоваться в качестве защитного слоя в ТУК от нейтронного излучения.

Заливочная композиция для нейтронной защиты на основе полидиметилсилоксана с концевыми гидроксильными группами, включающая соединение бора, этилсиликат, оловоорганический катализатор отверждения и низкомолекулярный полидиметилсилоксан с концевыми триметилсилильными группами при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:

полидиметилсилоксан с концевыми
гидроксильными группами 100
полидиметилсилоксан с концевыми
триметилсилильными группами 6-14
соединение бора 3-30
этилсиликат 0,1-0,2
катализатор 0,5-1,0


 

Похожие патенты:

Изобретение относится к лантаноидсодержащим соединениям, состоящим из сополимера этилметакрилата и 3-аллилпентандиона-2,4 (100:1), связанного через -дикетонатную группу с ионом лантаноида (+3), который, в свою очередь, связан с молекулами лиганда, представляющего собой -дикетон, общей формулы где Ln - ион лантаноида (+3) (La 3+, Pr3+, Nd3+ Sm3+, Eu 3+, Gd3+, Tb3+, Dy3+, Ho3+, Er3+, Tm3+, Yb3+ ), n - количество звеньев этилметакрилата в цепи сополимера; m - количество лантаноидсодержащих звеньев в цепи сополимера; R1, R2, R3, R4 - органические радикалы (СН3-метил, С6Н 5-фенил): R1=R2=R3=R 4=СН3 - ион лантаноида (+3), связанный с полимерной частью соединения через фрагмент пентандион-2,4 (ацетилацетона) и лигандом, представляющим собой ацетилацетон; R1=R 3=СН3, R2=R4=С6 Н5 - ион лантаноида (+3), связанный с полимерной частью соединения через фрагмент бензоилацетона и лигандом, представляющим собой бензоилацетон; R1=R2=R3 =R4=С6Н5 - ион лантаноида (+3), связанный с полимерной частью соединения через фрагмент дибензоилметана и лигандом, представляющим собой дибензоилметан; R1 =R3=R4=СН3, R2=С 6Н5 - ион лантаноида (+3), связанный с полимерной частью соединения через фрагмент бензоилацетона и лигандом, представляющим собой ацетилацетон; R1=R2=С6 Н5, R3=R4=СН3 - ион лантаноида (+3), связанный с полимерной частью соединения через фрагмент дибензоилметана и лигандом, представляющим собой ацетилацетон; R1=R2=R3=С6Н 5, R4=СН3 - ион лантаноида (+3), связанный с полимерной частью соединения через фрагмент дибензоилметана и лигандом, представляющим собой бензоилацетон.
Изобретение относится к области композиционных пленкообразующих материалов и предназначено для создания тонкослойных полимерных рентгенозащитных покрытий. .
Изобретение относится к материалам для защиты от радиационных излучений, которые могут быть использованы для создания защитной одежды, экранов, облицовки и других изделий.
Изобретение относится к полимерным композициям на основе порошковых вольфрама, железа и полипропилена, которые могут применяться для изготовления конструкционных изделий для биологической защиты от радиоактивных излучений.
Изобретение относится к изготовлению крупногабаритных толстостенных деталей диаметром до 1500 мм толщиной до 500 мм из композиции на основе порошковых вольфрама, железа и полипропилена и предназначено для защиты от радиоактивных излучений при эксплуатации атомных энергетических установок.

Изобретение относится к радиационно-защитным материалам. .

Изобретение относится к изделиям, включающим в себя полотна (ткани), компаунды и пленки (пленочные слои), которые могут обеспечить защиту от вредных воздействий, представляющих угрозу жизни (радиация, химические вещества, биологические агенты, огонь, металлические метательные снаряды).
Изобретение относится к области защиты окружающей среды от ионизирующего излучения. .

Изобретение относится к области защиты от ионизирующего излучения. .

Изобретение относится к разделительным составам в виде прямых силиконовых микроэмульсий, в частности для использования в производстве и хранении резинотехнических изделий (РТИ).

Изобретение относится к изоляционному стеклопакету, имеющему увеличенный срок службы, в котором наружная стеклопанель и внутренняя стеклопанель герметизированы по проставке с обеспечением пространства с улучшенной газонепроницаемостью.
Изобретение относится к области разработки силоксановых электроизоляционных композиций для использования в защите от обратных токов элементов силовой полупроводниковой техники в условиях токовой нагрузки при повышенных температурах.
Изобретение относится к отверждаемой композиции кремнийорганического эластомера, обладающей высокой прочностью на разрыв и низкой жесткостью. .
Изобретение относится к кремнийорганическим формовочным составам, которые могут использоваться для изготовления эластичных гибких форм и снятия слепков художественно-декоративных изделий при реставрации и снятии копий любой степени сложности, в строительных элементах.

Изобретение относится к композиции для покрытий. .

Изобретение относится к химической промышленности, в частности к процессам модификации полимеров и получения ингибитора деструкции полимеров. .

Изобретение относится к химической технологии волокнистых материалов, в частности касается шлихтующей композиции, состоящей из одного или двух полиорганосилоксанов, для пряжи, волокна или нитей, которые можно ткать, используя способ, не включающий стадию шлихтования или промывки, содержащих вышеуказанную композицию, по меньшей мере, на части своей поверхности.

Изобретение относится к высокоэластомерным вулканизируемым окрашиваемым силиконовым герметикам. .

Изобретение относится к машиностроению, конкретно к области литья изделий по моделям и гальванопластического изготовления изделий, а именно к способу и составу для восстановления эластичной технологической оснастки
Наверх