防輻射環氧聚氨酯涂料的開發

中國的核電站建設現已廣泛使用第三代核電技術，這項更先進，更安全的技術對核電涂料支撐體系提出了更嚴格的要求，即涂料具有一定的裝飾性，但它還具有良好的抗輻射性，尤其是核島反應堆所用涂料的工作環境要求最嚴格，要求也最高。它需要滿足一系列性能指標，例如模擬DBA，抗輻射性和去污性能[1-2]?，F有產品主要使用環氧體系，因為雙酚環氧樹脂的每個分子單元結構都包含兩個苯環，較高的鍵能可以有效地減少輻射對分子結構的破壞[3]例如，中遠關西開發了一種胺-固化后的第三代核電用高固體環氧涂料，可以在滿足性能要求的同時進一步降低VOC含量并改善施工環境[4]，但經過調查發現，主流胺的脆性相對較大。

市場上的固化的環氧體系將導致它經常在更大的應力處使漆膜開裂，從而降低了漆膜的保護能力并帶來更大的潛在核安全隱患。 。為了解決胺固化環氧體系的過度脆性和機械性能差的問題，本文使用異氰酸酯固化劑與環氧樹脂結合使用，因為氨基甲酸酯結構可以提高漆膜的韌性，并且每個環氧分子都含有多個羥基，使用多異氰酸酯固化后，交聯密度較高[5]，因此以這種方式制得的漆膜具有優異的耐水性和耐熱性，同時兼顧了柔韌性，最終獲得了篩選配方可以通過107Gy和模擬DBA測試的環氧聚氨酯涂料，具有良好的去污性能，可以滿足第三代核電涂料的要求。 1試驗部分1.1試驗原料環氧樹脂：南通星辰；鈦白，進口；鈦酸鉀，云母粉，滑石粉：國內;無機黃：國產；流變助劑，流平助劑，分散助劑，硅烷偶聯劑：進口；異氰酸酯：進口；溶劑：國產；聚酰胺固化劑：SY-115。

 1.2配方和涂料制備環氧聚氨酯耐輻射涂料的配方如表1所示。涂料的混合過程如下：添加環氧樹脂，混合溶劑，流平助劑，分散助劑和硅烷偶聯劑等。以1500r / min的速度進入攪拌容器并攪拌直至均勻；然后加入鈦白，無機黃，云母粉，滑石粉，鈦酸鉀等顏料和填料，將轉速調節至2000r / min，攪拌10min直至均勻分散，然后機械加工使物料細化小于50μm;然后加入流變助劑，將轉速調節至3000r / min，攪拌10min直至均勻分散。過濾后，獲得組分A。根據配方量將異氰酸酯固化劑和溶劑混合并攪拌均勻，過濾后得到組分B。 1.3性能測試標準和方法研制的環氧聚氨酯具有優異的性能，可以滿足核電涂料的要求。漆膜根據標準系統板（參考第三代核電漆標準）進行測試。主要項目的測試結果列于表2 [6]。 2結果與討論2.1固化劑對漆膜性能的影響胺類固化劑可以打開環氧基的三元環，然后發生加成反應，形成空間三維結構，但它們之間的鍵能原子通常低，熱分解活化能低，因此固化的環氧樹脂的耐熱性相對較差，并且環氧樹脂膜脆且韌性差；另外，胺固化劑與環氧樹脂分子鏈的側鏈反應。它還含有極性基團，例如羥基，這會影響漆膜的耐水性[7]。表3為E20環氧樹脂與聚酰胺固化劑和異氰酸酯固化劑的比較性能比較結果?？梢钥闯?，由聚酰胺固化劑形成的漆膜具有較高的附著力，但模擬DBA的性能不如由異氰酸酯固化劑形成的漆膜，主要是因為耐熱性和水的差異耐性，特別是耐水性。使用異氰酸酯作為固化劑的漆膜的耐水性比使用聚酰胺固化劑的漆膜的耐水性好得多，因為異氰酸酯固化后體系中羥基等極性鍵的數量減少了，這可以有效地改善系統的耐熱性諸如耐熱性和耐水性等特性，從而改善模擬DBA的性能；同時可以看出，使用異氰酸酯作為固化劑的漆膜具有更好的柔韌性，這是因為環氧樹脂中的異氰酸酯和羥基交聯并固化了氨基甲酸酯。酯結構可以提高漆膜的韌性。 

分子結構不同的固化劑會給漆膜帶來不同的性能。芳族固化劑的結構中含有苯環，對核輻射的抵抗力最強。脂肪族固化劑提供的碳鏈使漆膜具有更好的柔韌性。在該測試中，將二苯基甲烷二異氰酸酯（MDI）和亞甲基二異氰酸酯（HDI）以不同的比例混合，以使漆膜既具有抗輻射性又具有柔韌性。測試結果列于表4中。發現當m（MDI）∶m（HDI）＝ 1∶1時，該涂層具有良好的抗輻射性和機械性能。 2.2樹脂對漆膜性能的影響樹脂體系是任何涂料中最重要的部分。環氧樹脂具有優異的綜合性能和優異的抗輻射性?，F在，已經測試了由不同類型的環氧樹脂形成的環氧聚氨酯漆膜的附著力，耐沖擊性，彎曲性和耐化學性。結果示于表5。從表5中可以看出，由環氧樹脂E-12和異氰酸酯固化劑形成的涂膜具有最佳的中等耐性，但柔韌性差。這主要是因為在常溫下，異氰酸酯固化劑主要是它與羥基而不是環氧基反應，并且E-12具有更長的分子鏈，因此每個分子上的羥基數量都更多，這導致E-12環氧樹脂比其他兩種樹脂更具優勢。交聯密度大。更高的交聯密度帶來更好的耐溶劑性，并降低漆膜的機械性能。相應地，E-44在每個分子鏈上具有較少的羥基，并且具有較低的交聯密度，因此它具有更好的柔韌性，但耐介質性較差。綜合考慮，由E-20環氧樹脂形成的環氧聚氨酯漆膜具有良好的機械性能和中等電阻性能。 2.3顏料和填料對漆膜性能的影響顏料和填料在耐輻射涂料中非常重要。每種人體顏料和功能性顏料以及顏料與堿的比例對涂層的耐輻射性，耐火性，去污性能和防腐性能都有很大影響。 

值得注意的是，顏料和填料必須對核輻射穩定，并且所得的涂層不應包含鈷，鎘，銻和鍶，它們在核輻射后會轉化為放射性元素。同時，根據核電站建設的要求，顏料和填料也應不含鹵素和硫元素，以免腐蝕腐蝕結構[8]。另外，在選擇顏料和填料時，應注意去污力和耐輻射性之間的平衡，嘗試選擇對去污力影響很小的耐輻射顏料和填料，并減少耐輻射顏料和填料對涂料的影響。凈化性能。 2.3.1鈦酸鉀對涂膜性能的影響耐輻照性是涂料的關鍵指標。添加可以吸收輻射的顏料和填料可以在一定程度上保護有機涂層結構并減少分解，從而使涂層保持其原始性能。鈦酸鉀中的鈦原子可以有效吸收輻射并減緩對有機涂層的破壞。同時，化學性質非常穩定，可以改善漆膜的熱穩定性，鈦酸鉀可以在一定程度上替代部分鈦白。減少了粉末的量[9]。從表6可以看出，鈦隨著鉀酸含量的增加，涂料的抗輻射性繼續提高，但是考慮到去污性能的要求，顏料和填料越少越好，因此鈦酸鉀含量為10％可以達到更好的效果。 2.3.2云母粉對環氧聚氨酯漆膜性能的影響云母粉具有層狀結構并起屏蔽作用。它是一種常用的人體色素。在測試中，它可以有效地減緩高溫高壓蒸汽條件下漆膜中的水分子。涂料的滲透速度可以達到提高涂料膜模擬DBA性能的效果。表7是不同云母粉含量的環氧聚氨酯漆膜的附著力，耐鹽霧性和模擬DBA測試結果?？梢钥闯?，漆膜的附著力持續下降，這可能是由于云母粉層狀結構之間的力不足引起的。綜合抗鹽霧性能和模擬DBA測試結果，8％的云母粉含量不僅可以滿足性能要求，而且還可以將對去污性能的影響降到最低。 2.4添加劑對漆膜性能的影響不同的添加劑對漆膜的性能影響很大，并且是涂料必不可少的成分。耐輻射涂料必須具有出色的去污性能，并且添加顏料和填料會導致去污性能不同程度地降低。原料，如云母粉和滑石粉；另一方面，可以通過添加親水性自清潔劑來改善漆膜的去污。大金ZEFFLEGH-701是一種有效的親水性自潔劑，用于溶劑型涂料。它可以在成膜過程中迅速浮起以形成表面親水層，從而使水后的污垢易于掉落。表8顯示了添加不同濃度的GH-701對去污性能的影響。從該結果可以看出，當親水性自清潔劑的量為1％時，可以獲得更好的結果，并且更多的添加沒有得到改善。并可能對其他性能產生不利影響。 3結論通過使用由MDI和HDI混合而成的固化劑，并使用云母粉，滑石粉，鈦酸鉀和親水性自潔劑等功能性填充劑以及其他添加劑，可以制備出可承受107Gy輻射的材料。具有良好去污能力的環氧聚氨酯涂料具有優異的綜合性能，尤其是良好的機械性能，如抗沖擊性和柔韌性，可用于核電站以及其他易受輻射污染的建筑物和設備的內外表面。